Perancangan Buoy Mooring System Untuk Loading Unloading Aframax Tanker Di Terminal Kilang Minyak Balongan

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No. 1, (013) ISSN: ( Print) 1 Perancangan Buoy Mooring System Untuk Loading Unloading Aframax Tanker Di Terminal Kilang Minyak Balongan Rezha Afriyansyah dan Wasis Dwi Aryawan Jurusan Teknik Jurusan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Indonesia wasis@na.its.ac.id Abstrak Industri minyak semakin besar seiring dengan permintaan pasar. Indonesia adalah salah satu negara pengguna minyak di dunia. Selain pengguna minyak, Indonesia juga negara penghasil minyak. Penyebaran produksi minyak di Indonesia semakin lancar jika juga didukung dengan akomodasi yang memadai. Hal ini melatarbelakangi penelitian mengenai analisa statis sistem tambat yang bertujuan untuk menambat tanker yang sedang loading-unloading minyak di kilang minyak tepatnya di terminal kilang minyak Balongan. Buoy mooring system yang dipilih sebagai objek penelitian ini akan dihitung dan dianalisis secara statis hingga kapal mencapai titik setimbang serta dihitung gaya yang bekerja pada sistem tambat. Mulai dari langkah awal dilakukan analisa statis dengan variasi sudut datang arus dan angin (θwc), lalu dilakukan beberapa perhitungan dengan variasi jumlah mooring chain (6,8 dan 1 mooring chain). Perhitungan yang dilakukan ini diambil dari rumus pendekatan oleh Owens dan Palo (198). Dari proses perhitungan ini didapat dan dipilih spesifikasi rantai tambat yang diambil dari tabel Stud-link dengan jumlah mooring chain = 6, Diameter = 137 mm, T Break = kn dan T Proof = 851. kn. Kata Kunci Analisa Statis, Buoy Mooring system, mooring chain, tanker, θ spesifikasi rantai, wc, I. PENDAHULUAN EMAJUAN peradaban manusia saat ini semakin Kberkembang pesat diikuti pula dengan kebutuhan terhadap energi termasuk kebutuhan terhadap minyak dan gas bumi. Hal ini bisa dilihat dengan semakin banyaknya kegiatan eksplorasi yang dilakukan baik di darat maupun di laut lepas. Namun seiring dengan menipisnya sumber cadangan minyak dan gas di darat, maka saat ini kegiatan eksplorasi di laut lepas semakin berkembang. Proses distribusinya pun semakin banyak untuk didistribusikan ke beberapa kilang minyak. Dalam hal ini kapal tanker berperan besar dalam pendistribusian minyak. Fasilitas yang ada di kilang minyak pun harus didukung dengan sistem tambat yang sesuai dengan besarnya DWT kapal. Sistem tambat yang biasanya disebut dengan Single Point Mooring (SPM) yang merupakan sistem tambat terpusat pada satu titik. Konsep awal dari sistem ini adalah sebagai pengikat kapal agar tetap pada posisinya sehingga proses loading unloading bisa berjalan dengan lancar. Gerakan dari kapal tanker menyebabkan adanya gaya yang bekerja pada sistem tambat tersebut (tension force, restoring force dan damping) pada mooring system. Gaya-gaya yang terjadi pada mooring system sangatlah bergantung pada karakteristik motion kapal tanker sendiri dan buoy pada sistem tambat. Ini merupakan suatu alasan mengapa analisa kekuatan mooring system perlu dilakukan, sehingga operabilitas dan keselamatan sistem dapat tetap terjaga. Single buoy mooring adalah salah satu sistem yang dapat dipilih untuk pengoperasian kapal tanker dalam proses loading unloading di kilang minyak. Posisi tersebut akan meminimalisir beban yang bekerja pada kapal. Namun sistem ini tidak dapat menjaga kapal untuk tetap dalam posisi yang diharapkan. Dalam proses perancangan sistem tambat ini beban beban yang bekerja tersebut perlu diperhitungkan. Salah satu analisa yang perlu dilakukan dalam merancang sistem ini adalah analisa statis. Dimana dari analisa statis ini akan menghasilkan parameter dalam suatu sistem tambat yaitu gaya-gaya yang bekerja pada elemen sistem tambatnya, yang bisa digunakan untuk merencanakan kekuatan dari sistem tambatnya. Sehubungan dengan latar belakang tersebut di atas permasalahan yang akan dikaji dalam tugas akhir ini yaitu Bagaimana menghitung besarnya gaya-gaya reaksi yang terjadi pada komponen sistem tambat tersebut?bagaimana menghitung gaya tarik maksimal rantai pada buoy mooring system di terminal kilang minyak Balongan?Bagaimana menentukan spesifikasi rantai tambat? Bagaimana menghitung besarnya pergeseran buoy (X) untuk tiap-tiap gaya horisontal yang bekerja pada rantai? Maksud dari penelitian ini adalah untuk merancang buoy mooring system untuk loading unloading di terminal kilang minyak Balongan. Sedangkan tujuan dari penelitian ini adalah Menghitung besarnya gaya-gaya reaksi yang terjadi pada komponen sistem tambat, menghitung gaya tarik maksimal rantai pada buoy mooring system di terminal kilang minyak Balongan, menentukan spesifikasi rantai tambat dan menghitung besarnya pergeseran buoy (X) untuk tiap-tiap gaya horisontal yang bekerja pada rantai Batasan-batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah Pembahasan yang dilakukan tidak sampai pada perhitungan konstruksi kapal tanker, pembahasan hanya dilakukan untuk perairan dimana tempat kilang minyak yaitu di terminal kilang minyak Balongan, data kondisi lingkungan menggunakan data yang telah diketahui di daerah kilang minyak, dimensi buoy dan beban lingkungan yang terjadi pada buoy tidak diperhitungkan, karena beban-beban yang bekerja Dengan adanya analisa ini diharapkan nanti bisa membantu tempat kilang minyak dalam menganalisa khususnya analisa

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No. 1, (013) ISSN: ( Print) statis rantai tambat untuk loading-unloading pada kapal tanker. Di samping itu, perencanaan awal ini juga dapat digunakan sebagai referensi mahasiswa untuk analisis selanjutnya maupun penelitian lain yang sejenis. A. Sistem Tambat II. TINJAUAN PUSTAKA Arti dari sistem tambat menjadi lebih penting ketika manusia mulai melakukan aktivitas di atas permukaan air, terutama di suatu terminal kilang minyak yang membutuhkan sistem tambat untuk mengikat tanker saat proses loadingunloading sedang berlangsung. Gaya luar yang bekerja pada struktural yang tertambat disebabkan oleh aksi dari gelombang, angin dan arus yang menimbulkan gerakan dan mengganggu posisi setimbang dari struktur tersebut. Tujuan dari sistem tambat pada dasarnya adalah untuk mengurangi gerakan struktur pada bidang horisontal dan menjaganya untuk relatif tetap pada posisi yang dibutuhkan tanpa menimbulkan gaya restraining yang tinggi. Gaya restraining yang tinggi hanya dapat dihindari ketika hubungan antara struktur tertambat dengan dasar laut mempunyai fleksibelitas yan cukup dan sesuai. B. Single Point Mooring Terminal SPM adalah suatu fasilitas yang memiliki dimensi pada bidang horisontal yang kecil dimana tanker dengan ukuran yang besar ditambatkan melalui suatu bow hawser dan memungkinkan tanker tersebut untuk berputar mengelilingi titik penambatannya. Perilaku ini membuat SPM terminal sesuai untuk kebanyakan lokasi lepas pantai, sehingga saat ini system SPM yang paling banyak [SBM offshore System, (1996)] digunakan untuk terminal lepas pantai. Keuntungan dari sistem ini adalah kapal dapat dirubah posisinya dengan relatif mudah. Sistem ini memiliki prinsip bahwa kapal harus berada searah terhadap arah gelombang. Tali tambat dapat ditambahkan di ujung lain dari kapal, untuk tetap dalam posisi yang benar. Kerugiannya adalah jangkar pada ujung kapal dapat berpindah posisi akibat gerakan kapal, sehingga jangkar harus dipindahkan ke posisi semula. Tetapi, karena adanya alasan ekonomi maka tali tambat dapat diganti dengan thruster pada badan kapal. Sistem SPM ini bisa dilihat dari gambar 1 berikut ini. C. Angin Pengaruh angin terhadap SPM itu sendiri (tanpa kapal) relative kecil, pengaruhnya hanya pada struktur diatas permukaan air seperti pada kapal-kapal yang ditambat baik secara temporer maupun permanen. Oleh sebab itu dalam penentuan posisi tanker dan gaya yang bekerja pada mooring, pengaruh angina harus diperhatikan. Tidak hanya memperhitungkan beban angin yang bekerja tetapi yang lebih penting adalah bentuk konfigurasinya termasuk arah angina.[a.jamaluddin(1995)]. D. Arus Arus berhubungan dengan pergerakan horizontal air, yang pada umumnya berhubungan dengan fluktuasi pasang surut atau dengan perbedaan ketinggian air seperti pada muara sungai. Arus memegang peranan penting pada layout dan perancangan suatu system tambat. Arus total pada umumnya merupakan penjumlahan vector dari arus pasang surut, arus sirkulasi dan arus yang dibangkitkan oleh angin. Besaran relative dari semua komponen vector ini sangat bergantung pada kondisi lepas pantai setempat, sehingga penting tidaknya komponen teersebut untuk perhitungan beban sangat bergantung pada kondisi perairan setempat. Untuk tanker dengan sarat yang besar pada perairan yang dangkal, variasi arus terhadap kedalaman harus dipertimbangkan. E. Analisa Sistem Tambat Analisa statis tepat digunakan bila diyakini bahwa tankermooring sistem tidak akan mengalami gerakan dinamis signifikan dibawah kondisi lingkungan yang direncanakan [Gaythwaile (1990)]. Di dalam metode analisa statis menganggap bahwa tanker yang terikat SPM akan mengalami posisi keseimbangan dibawah beban angin dan arus. Ketika dalam proses mencapai posisi kesetimbangan ini maka dapat diketahui besarnya gaya-gaya yang bekerja pada mooring elemennya. Dengan analisa statis ini dapat diperoleh besarnya gaya-gaya yang bekerja pada mooring elemen yaitu pada mooring line (hawser) dan pada mooring chain. Gaya longitudinal, lateral dan momen yaw merupakan fungsi dari sudut antara tanker dengan angin (θw) dan sudut antara tanker dengan arus (θc), sudut-sudut ini berubah terus menerus sampai tanker mencapai posisi setimbangnya. Gaya dan Momen yang terjadi pda tanker bisa dilihat dari gambar berikut ini. Gambar 1 Single Buoy mooring System. Gambar Gaya dan Momen yang terjadi pada tanker yang tertambat

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No. 1, (013) ISSN: ( Print) 3 A. Langkah Pengerjaan III. METODOLOGI PENELITIAN Data lingkungan di atas merupakan kondisi survival, yaitu pada kondisi badai dengan periode ulang 100 tahun. D. Data Kapal Jenis kapal yang akan ditambatkan pada SPM adalah Aframax Tanker DWT dengan ukuran utama sebagai berikut : LoA : 81. m Lwl : 70 m B : 48. m T : 16 m H : 3 m Untuk mendapatkan beban statis dalam penyelesaian analisa statis ini maka diperlukan beberapa konstanta dan besaranbesaran yang berhubungan dengan dimensi tanker. E. Proses Perhitungan Luasan Proyeksi Memanjang Dan Melintang Kapal Luasan bagian kapal yang ada di atas permukaan air baik memanjang maupun melintang, Diperlukan untuk menentukan besarnya gaya angin. Bisa dilihat pada gambar 4 berikut. Gambar 4 Luas Proyeksi memanjang/lateral kapal Gambar 3 Flowchart Penyelesaian Analisa Statis Tanker B. Pengumpulan Data Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini diperlukan beberapa data untuk dilakukan perhitungan. Data yang diperlukan dalam penelitian ini berupa data kapal tanker dan data lingkungan dimana kapal melakukan bongkar muat di kilang minyak Balongan. Selain kedua data tersebut, diperlukan juga spesifikasi rantai (chain) penambat kapal.. Sistem penambat kapal ini menggunakan Single Buoy Mooring System (SBM). C. Data Lingkungan Single Point Mooring type CALM yang akan dianalisa ini direncanakan akan dipasang di lepas pantai Balongan guna memfasilitasi loading-unloading kapal tanker DWT dengan data lingkungan sebagai berikut: Kedalaman : 6 m Kecepatan Angin : 6.31 m/s Kecepatan Arus : 0.76 m/s Massa jenis air laut : 1,05 kg/m3 Massa jenis udara : 1,00 kg/m3 Luasan Proyeksi memanjang dari kapal: A 1 = Luasan diatas garis air sampai tinggi upper deck = LWL x (H-T) = 70 x (3-16) = 1890 m A = Luasan Bangunan atas (Luas Forecastle + Luas Poopdeck + Luas Boatdeck + Luas Bridgedeck + Luas Nav.deck + Luas Topdeck) = 57,4 + 85,5 + 71, , , ,79 = 343,69 m Ay = A 1 + A = ,69 = 33,69 m Sedangkan luas proyeksi melintang kapal, A 1 = Luasan di atas garis air sampai tinggi forecastle = 481,71 m A = Luasan total bangunan atas (Jumlah lebar x tinggi deck) = (47, + 46, , + 44,) x 3 = 548,4 m Ax = A 1 + A = 1030,11 m Gambar 5 Luas Proyeksi melintang/longitudinal kapal F. Perhitungan Koefisien Fungsi Bentuk Untuk Beban Angin Lateral Fungsi bentuk untuk beban angin lateral berubah-ubah menurut sudut datangna angin, yang diukur terhadap centre line tanker. Sehingga fungsi bentuk ini merupakan fungsi sudut dari datangnya kecepatan angin terhadap centre line tanker, yang dirumuskan:

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No. 1, (013) ISSN: ( Print) 4 G. Perhitungan Luas Permkaan Basah (S) Harga S digunakan untuk mencari besarnya friction drag akibat adanya kecepatan arus. Menurut Headland, S dirumuskan: = 7848 m IV. ANALISA STATIS TANKER YANG TERTAMBAT A. Penentuan Gaya Horizontal Pada Hawser Dalam analisa statis ini perhitungan akan berakhir setelah harga sigma momen yang bekerja pada tanker sama dengan nol ( M=0)atau pada saat keseimbangan terjadi pada sistem tanker. Dengan melakukan variasi terhadap besarnya sudut datang antara angin dan arus (θwc) maka dapat diketahui pengaruh beberapa nilai θwc terhadap gaya-gaya yang bekerja pada mooring elemen. Table 4.1 sampai table 4.8 menunjukkan hasil perhitungan untuk menentukan nilai M=0, untuk 3 nilai θwc. Karena nilai M yang diperoleh sangat besar maka sangat sulit untuk menentukan secara tepat nilai M=0, sehingga untuk mempermudah dalam mendapatkan harga M=0 dilakukan dengan melakukan interpolasi terhadap nilai M yang diperoleh. Tabel 1. Hasil perhitungan Analisa Statis untuk menentukan nilai M untuk sudut datang antara angin dan arus (θ wc )= 10 0 Gambar 6 Hasil perhitungan M untuk θ wc =10 0 Tabel. Hasil perhitungan Analisa Statis untuk menentukan nilai M untuk sudut datang antara angin dan arus (θ wc )= Iterasi θc ( 0 ) M(kN.m) Untuk (θ wc )= 140 0, diperoleh M=0 pada θ c = 138,8 0. Hasil dari interpolasi tersebut dapat ditampilkan dalam grafik pada gambar 7 Iterasi θc ( 0 ) M(kN.m) Untuk (θ wc )= 10 0, diperoleh M=0 pada θ c = 117,8 0. Hasil dari interpolasi tersebut dapat ditampilkan dalam grafik pada gambar 6 Gambar 7 Hasil perhitungan M untuk θwc =1400 Tabel 3. Hasil perhitungan Analisa Statis untuk menentukan nilai M untuk sudut datang antara angin dan arus (θ wc )= 160 0

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No. 1, (013) ISSN: ( Print) 5 Iterasi θc ( 0 ) M(kN.m) Untuk (θ wc )= 160 0, diperoleh M=0 pada θ c = 158,15 0. Hasil dari interpolasi tersebut dapat ditampilkan dalam grafik pada gambar 8 Menurut Headland besarnya gaya tarik maksimal yang bekerja pada mooring chain dapat didekati dengan persamaan berikut: T H merupakan beban horisontal yang bekerja untuk satu mooring chain (one line) sehingga untuk mendapatkan besarnya T H diperoleh dengan membagi gaya horisontal yang bekerja pada hawser (H) dengan jumlah mooring chain yang direncanakan: Dari beban ultimate (T break ) di atas maka dari tabel Stud-link Chain, Dimension and Data yang tertera di lampiran dapat diperoleh properties dari mooring chain, yang meliputi : diameter, proof load dan breaking load. Tabel 6 Properties dari mooring chain yang direncanakan (STUD LINK Anchor Chain Grade 3) mooring chain Diameter (mm) Proof load (kn) Break load (kn) Gambar 8. Hasil perhitungan M untuk θ wc =160 0 Besarnya gaya horisontal yang bekerja pada mooring hawser akibat beban lingkungan yang bekerja pada tanker dapat diperoleh melalui perhitungan dan hasilnya sebagai berikut: Tabel 4. Gaya Horisontal maksimal pada hawser (H) untuk setiap iterasi pada sudut θ wc =10 0, θ wc =140 0, dan θ wc =160 0 θwc(degree) H max (kn) C. Perhitungan Untuk Analisa Catenary Pada Mooring Chain Untuk analisa Catenary pada mooring chain perhitungannya dilakukan dengan melakukan variasi terhadap jumlah rantai yang digunakan dan sudut datang antara angin dengan arus (θwc). Dengan memberikan input berupa mooring chain dan T BR maka melalui perhitungan dapat diperoleh besarnya pergeseran buoy (X) untuk tiap-tiap gaya horisontal yang bekerja pada rantai (T H ). Berikut salah satu hasil dalam bentuk tabel dan grafik, dimana melalui tabel ini dapat diketahui pula besarnya tension (gaya tarik) pada mooring chain di permukaan (pada buoy), pada tiap-tiap harga T H yang berubah-ubah. Tabel 7. Hasil dari analisa catenary dngan menggunakan 6 mooring chain, dengan dia = 137 mm dan T br = 1160 kn. Untuk θ wc = B. Penentuan Properties Mooring Chain Setelah melakukan variasi terhadap besarnya sudut datang antara angin dengan arus (θ wc ) maka melalui perhitungan yang telah dibuat diperoeh beberapa nilai gaya horisontal (H) yang bekerja pada buoy. Untuk menentukan properties dari mooring chain yang direncanakan maka digunakan H yang terbesar yaitu yang terjadi pada θwc =100, dan variasi jumlah mooring chain yang direncanakan adalah 6, 8 dan 1. Tabel 5 TH, Tmax dan Tbreak untuk jumlah mooring chain yang berbeda-beda (H = ) mooring chain TH (kn) T max (kn) FOS T break (kn) θwc =10 0 No. TH (kn) X (m) Tb (kn)

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No. 1, (013) ISSN: ( Print) 6 1. Disarankan melakukan analisa dinamis guna mendukung optimalisasi perancangan sistem tambat ini.. Dianjurkan agar dilakukan melakukan penelitian lebih lanjut seperti menghitung kelelahan (fatique) dan ada variasi kondisi apabila ada salah atu rantai putus (one line damage). Gambar 9 Kurva Beban Statis Pergeseran Buoy Pada 6 0 Mooring chain, untuk harga θ wc = 10 Maksud dari grafik diatas adalah dalam kondisi panjang rantai yang sama nilai TH berbanding lurus dengan nilai X, semakin besar nilai T H maka semakin besar nilai X. V. KESIMPULAN DAN SARAN Dalam analisa statis sistem tambat pada tanker yang direncanakan dipasang pada perairan kilang minyak Balongan dengan kedalaman wd=6 m, dengan kecepatan arus Vc=0,76 m/s dan keepatan angin Vw=6,31 m/s dengan ukuran tanker : Loa = 81, m, B = 48, m, T = 16 m, H = 3 m dan DWT , memiliki harga momen sama dengan nol pada input θwc =10 0 antara M = dengan kn tepat di θc= , pada input θwc =140 0 antara M = dengan kn tepat di θc= dan pada input θwc =160 0 antara M = dengan kn tepat di θc= Beban maksimum pada mooring hawser terjadi pada masing- masing harga input θwc =10 0 yaitu sebesar kn, input θwc =140 0 yaitu sebesar kn dan input θwc =160 0 yaitu sebesar 04.5 kn. Dimana gaya horisontal (TH) yang bekerja pada masing masing mooring chain yaitu 6 mooring chain sebesar kn, 8 mooring chain sebesar kn dan 1 mooring chain sebesar kn. Gaya tarik maksimum (Tmax) yang bekerja pada masing masing mooring chain yaitu 6 mooring chain sebesar kn, 8 mooring chain sebesar 897. kn dan 1 mooring chain sebesar kn. Beban ultimate (Tbreak) yang bekerja pada masing masing mooring chain yaitu 6 mooring chain sebesar kn, 8 mooring chain sebesar kn dan 1 mooring chain sebesar kn. Berikut tabel properties dari mooring chain yang direncanakan: Melalui kurva beban statis pergeseran dapat diketahui besarnya pergeseran (X) untuk tiap tiap gaya horisontal (TH) yang bekerja, sehingga dapat diperkirakan luas area yang aman yang diperlukan untuk penambatan tanker pada kondisi lingkungan tertentu. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih penulis sampaikan Teman-teman seperjuangan tugas akhir di Laboratorium Perancangan Jurusan Teknik Perkapalan dan Saudara-saudari P-49 (LAKSAMANA) yang telah membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini, yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. DAFTAR PUSTAKA [1] American bureau of shipping. (1996).rules for building & classing single point mooring. ABS New York [] boediarto, g. (000). analisa statis dalam pra perencanaan sistem tambat lepas pantai jenis CALM. surabaya. [3] command, U. n. (1985). fleet moorings :basic. [4] edition, A. R. (1996). recomended practice for design and analysis of station keeping systems for floating structure. washington DC. [5] Fatilsen, O. (1990). sea loads on ship & offshore structure. : Cambridge University ress. [6] Fee, D. (1986). technology for developing marginal offshore oilfield. elsevier applied science publisher Ltd. [7] Gaythwaile, j. w. (1990). design of marine facilities: for berthing,mooring & repair of vessel. van nostrand reinhold. [8] headland, J. (1995). offshore mooring in marine structure engineering specialized application. new york: Tsinker, gregory chapman & Hall. [9] Palo, P. (1979). Steady wind and current induced loads on moored vessels. houston texas: OTC 4530, the 15 annual offshore technology conference. [10] remery, G. (1979). design procedure of mooring system. wagening: second wegemt. [11] sheffield, R. (1980). floating drilling : equipment and its use,. houston texas: gulf publishing company. [1] Shipping, A. B. (1996). Rules For Building & Classing Single Point Mooring. New York. Dalam analisa statis ini untuk mempermudah dan menentukan beban yang bekerja pada mooring elemen diperlukan beberapa iterasi sudut datang antara arus dan angin (θwc). Saran yang dapat diberikan untuk penelitian lebih lanjut mengenai tugas akhir ini adalah sebagai berikut: