PENGUJIAN MODEL GUNA MEMPREDIKSI BESARAN SUBJECTIVE MOTION PADA FLOATING PRODUCTION UNIT

Transkripsi

1 PENGUJIAN MODEL GUNA MEMPREDIKSI BESARAN SUBJECTIVE MOTION PADA FLOATING PRODUCTION UNIT Arifin PTRIM BPPT arifinsah03@gmail.com Abstrak: Suatu Floating Production Unit (FPU) sangat diperlukan guna menunjang kegiatan eksplorasi migas di perairan lepas pantai yang direncanakan. Kinerja FPU ketika beroperasi sangat dipengaruhi oleh perencanaan bentuk badan kapal (FPU) dan kondisi lingkungan operasional FPU tersebut, yang berupa angin, gelombang dan arus laut. Kualitas beban lingkungan akan menentukan besarnya respon gerakan pada FPU, yang juga akan mempengaruhi kinerja Anak Buah Kapal (ABK). Subjective Motion Value sebagai satu indikator, digunakan untuk mengetahui tingkat ketahanan ABK yang dipengaruhi oleh percepatan respon gerakan yang terjadi pada FPU. Pengujian model merupakan salah satu metode yang cukup valid untuk memprediksi besarnya respon kapal pada kondisi gelombang laut tertentu. Pengujian model dilakukan di tangki uji Manoeuvring Ocean Engineering Basin (MOB) dengan menggunakan skala model 1:40 dengan variasi tinggi dan frekuensi gelombang serta arah gelombang datang. Selanjutnya, hasil pengujian yang berupa percepatan gerakan kapal dibandingkan kriteria Subjective Motion. Kata kunci: Eksplorasi Migas, Floating Production Unit (FPU), Respon Gerakan, Subjective Motion Abstract: A Floating Production Unit (FPU) is necessary to support oil and gas exploration activities in a planned offshore waters area. The performance of the FPU when it operates is strongly influenced by the designed of the ship's hullform (FPU) and the operational environmental conditions of the FPU, which are wind, wave and ocean currents. The quality of the environmental load will determine the magnitude of motion response of the FPU, which will also affect the performance of FPU s crews. Subjective Motion Value as an indicator, is used to determine the level of crews performance that is influenced by the acceleration of motion response that occurs in FPU. Testing the model as a common method that is valid enough to predict the magnitude of the ship's response for a certain sea environment. The model test was performed in Manoeuvring Ocean Engineering Basin (MOB), using 1:40 model scale with variation of wave height and frequency as well as direction of incident wave. Furthermore, the test results in the form of acceleration of ship motion compared to Subjective Motion criteria. Keywords: Oil and Gas Exploration, Floating Production Unit (FPU), Motion Response, Subjective Motion PENDAHULUAN Dalam pembangunan kapal baru, faktor manusia merupakan salah pertimbangan perencanaan guna menjamin adanya interaksi yang optimal antara teknologi dan manusia untuk mencapai efektifitas pengoperasian kapal yang optimal. Apabila semua faktor perencanaan telah dipertimbangkan dengan baik dan sistem sudah berjalan dengan baik dan efisien, maka penilaian terhadap pentingnya faktor manusia akan menghasilkan kondisi operasional yang baik. Meskipun banyak upaya mempertimbangkan faktor manusia yang ditujukan pada tingkat teknologi yang tertinggi, hal yang perlu diketahui adalah bahwa pertimbangan faktor manusia diperlukan pada setiap tingkatan guna menjamin efisiensi yang maksimal.. C1-92 Arifin: Pengujian Model Guna

2 Seiring dengan perkembangan perencanaan diperlukan adanya penekanan yang lebih besar pada faktor manusia untuk memaksimalkan faktor keselamatan dan efisiensi selama kondisi operasional rutin maupun pada kondisi darurat. Pada kondisi laut yang lebih berat (cuaca buruk), gerakan kapal yang berlebihan akan membatasi kemampuan anak buah kapal dalam menjalankan tugasnya. Hal ini memunculkan pertanyaan mendasar mengenai seakeeping dan seaworthiness dalam perencanaan kapal baru, apakah kondisi darurat akan terjadi. Kegiatan fisik yang dilakukan di atas bangunan apung (kapal) yang bergerak juga dapat menyebabkan kelelahan dan penurunan mental, yang pada akhirnya dapat mengakibatkan penurunan kinerja dan bahkan berpotensi terjadinya kecelakaan kerja. Mabuk laut (Seasickness) adalah merupakan salah satu contoh yang paling umum dari fenomena mabuk yang disebabkan oleh gerakan kapal. Seaworthiness meliputi semua aspek perencanaan kapal yang mempengaruhi kemampuannya untuk bertahan di laut pada segala kondisi dalam menjalankam misinya. [Brown, 1985] telah mengulas pentingnya perencanaan kapal dengan tingkat seaworthiness yang tinggi, dan bila tidak demikian maka biaya tinggi diperlukan sebagai ganti hilangnya efektivitas operasional kapal. Getaran badan kapal secara keseluruhan dapat mempengaruhi kenyamanan, efisiensi kerja dan bahkan kesehatan dan keselamatan anak buah kapal serta penumpang. Ada banyak metode untuk mengelompokkan tingkat keganasan dan mendefinisikan batas-batas getaran badan kapal, meski belum diterima secara umum. Pekerjaan pengelompokkan frekuensi getaran ke dalam batas Hz dilakukan oleh [Allen, 1974]. Adapun metode lainnya adalah dengan menggunakan metode pembobotan untuk memprediksi percepatan, menentukan pengaruh percepatan angular respon seseorang terhadap getaran dengan menggunakan ukuran intensitas subjective [Shoenberger, 1976]. Meskipun permasalahan utama adalah getaran badan kapal secara keseluruhan, namun getaran tersebut akan diteruskan ke tubuh seseorang dengan berbagai cara. Pertama, getaran akan diteruskan secara secara keseluruhan. Kedua, getaran tersebut akan diteruskan menuju bagianbagian tubuh seperti kaki. Akan tetapi, getaran dapat mempengaruhi kinerja seseorang secara tidak langsung dengan mempengaruhi stabilitas objek dalam penglihatan seseorang. Hal tersebut dapat menyebabkan pandangan menjadi kabur dan kesulitas interpretasi. Getaran badan kapal dapat diklasifikasikan menjadi: - Gerakan frekuensi rendah yang disebabkan oleh kondisi laut di sekeliling kapal. - Getaran frekuensi tinggi yang ditimbulkan oleh permesinan, poros baling-baling dan sebagian besar permesinan geladak. Pada umumnya, getaran kapal dalam rentang frekuensi 2-12 Hz bisa mempengaruhi kinerja manusia. (Von Gierke et al., 1991). Bahkan pada frekuensi dibawah rentang frekuensi Hz dapat terjadi masalah dalam kontrol [Colwell, 1989]. Pengaruh getaran badan kapal bisa bermacam-macam, diantaranya adalah penurunan kinerja, kelelahan, kerawanan terjadinya kecelakaan dan bahkan membahayakan keselamatan. METODE PENELITIAN Serangkaian pengujian Seakeeping dilakukan dengan menggunakan model berbentuk barge di kolam Manoeuvring Ocean Engineering Basin (MOB) milik BPPT, yang merupakan kolam uji bangunan lepas pantai terbesar di Asa Tenggara (lihat gambar 1). Arifin: Pengujian Model Guna C1-93

3 Gambar 1. Kolam Uji MOB Dalam pelaksanaan pengujian seakeeping, model diletakkan di bagian tengah kolam dan ditambat dengan sistem tambat yang telah direncanakan sebelumnya. Setelah itu, pada model dikenakan gaya eksitasi beban lingkungan yang berupa angin dan gelombang. Selanjutnya dilakukan pengukuran besarnya gerakan model dan gaya-gaya pada sistem tambat dengan menggunakan peralatan ukur yang sudah dipasang. Sebagai tahapan akhir dari pengujian model adalah data hasil pengukuran dianalisa guna mengetahui/memperkirakan besaran-besaran dan fenomena-fenomena yang terjadi pada kapal dalam kondisi yang sebenarnya. PENGUJIAN MODEL Pengujian model FPU barge dilakukan di kolam uji Manoeuvring Ocean engineering Basin (MOB) dengan jalan memberikan beban lingkungan yang berupa gelombang pada model kapal yang ditambat. Model FPU Barge Model kapal yang diuji dibuat dari bahan kayu dengan laminasi dari bahan multipleks dengan skala model yang digunakan 1:40. Model kapal tersebut juga dilengkapi dengan bilge keel untuk mensimulasikan kondisi aliran di sekitar badan kapal sesuai kondisi sebenarnya. Bentuk geometri badan kapal ditunjukkan oleh Gambar 1. C1-94 Arifin: Pengujian Model Guna

4 Gambar 1. Lines Plan Kapal Titik berat dan jari-jari girasi model kapal ditimbang secara statis dan dinamis dengan oscillation table untuk mendapatkan distribusi massa yang tepat dalam tiga arah sumbu, agar mendekati kondisi kapal sebenarnya. Peralatan Ukur Beberapa alat ukur yang digunakan dalam pengujian ini terdiri atas: AQUALISYS Peralatan Aqualisys memiliki kemampuan untuk melakukan perekaman data gerakan kapal dalam 6 derajat kebebasan (6 DoF) Load Cell Load Cell digunakan untuk mengukur tegangan yang terjadi pada tali tambat. Load Cell yang digunakan memiliki kapasitas ukur hingga 5 kg (skala model). Peralatan data akuisisi yang terdiri atas amplifier, signal conditioners, filtering unit dan Analog Digital Converter (ADC). Peralatan ini digunakan pada proses pembacaan data pengukuran sehingga diperoleh data yang memadai. Besaran Yang Diukur Beberapa besaran yang diukur dalam pengujian ini serta konvensi arah besaran diberikan oleh Tabel 1 berikut: Tabel 1. Besaran Yang Diukur BESARAN NOTASI POSITIF DIUKUR JIKA DENGAN Tegangan Tali F Tarik Load Cell Gerakan; - Heave Z Ke Atas Aqualisys - Roll Mx Putar ke Kiri Aqualisys - Pitch My Putar ke Depan Aqualisys Arifin: Pengujian Model Guna C1-95

5 Set-up Pengujian Model FPU ditambatkan di kolam uji dengan menggunakan sistem mooring yang disimulasikan dengan menggunakan sling yang menghubungkan titik tambat di geladak model kapal dengan titik tambat pada dasar kolam uji. Akan tetapi, agar model uji bisa mewakili kondisi sebenarnya dari kapal yang tertambat, maka kekakuan dari sistem tambat juga perlu dimodelkan. Oleh karena itu, kekakuan sistem tambat dimodelkan dengan jalan menggunakan pegas yang telah dikalibrasi sedemikian rupa dan diberikan pre-tension sebesar kg, sehingga memiliki kekakuan sebagaimana kondisi sebeanrnya. Skenario Pengujian Dalam rangka untuk mendapatkan data-data pengujian model yang dapat menggambarkan kondisi terjadinya mabuk laut yang dipengaruhi oleh percepatan gerakan kapal, maka perlu dilakukan serangkaian pengujian model dengan mengikuti variasi pengujian yang telah direncanakan sebagai berikut. Kondisi Lingkungan Laut Variasi kondisi lingkungan laut disimulasikan berdasarkan kondisi operasional FPU, sebagaimana diperlihatkan oleh Tabel 2 dan Tabel 3 berikut. Tabel 2. Kondisi Laut Operasional Kapal WAVES CURRENT No. Type Hs (m) Tp (s) Speed (m/s) REMARKS 1 JONSWAP year waves 2 JONSWAP year waves 3 JONSWAP year waves 4 JONSWAP year waves 5 JONSWAP year waves 6 JONSWAP year waves 7 JONSWAP year waves 8 JONSWAP year waves 9 JONSWAP year waves 10 JONSWAP year waves 11 JONSWAP year waves 12 JONSWAP year waves 13 JONSWAP year waves 15 Regular waves Regular waves Regular waves C1-96 Arifin: Pengujian Model Guna

6 Tabel 3. Skenario Pengujian Model Arifin: Pengujian Model Guna C1-97

7 HASIL PENGUJIAN MODEL Hasil-hasil pengukuran gerakan kapal yaitu gerakan heave, roll dan pitch yang ditampilkan dalam bentuk time history sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 4 berikut. Tabel 4. Respon Gerakan Hasil Pengujian Model SIGNIFICANT DOUBLE AMPLITUDE RESPONSES OPERATIONAL CONDITION Test No. Wave Heading H.sign HEAVE ROLL PITCH (DEG) (M) (M) (DEG) (DEG) ,570 1, ,640 3,660 REMARK ,750 5, ,740 5,380 Damage-cond ,770 5,430 Damage-cond b ,760 5,410 Damage-cond Damage-cond Damage-cond b Damage-cond Damage-cond Damage-cond b Damage-cond Riser Installed 11.23a Riser Installed ANALISIS DATA DAN DISKUSI Sebagaimana diketahui bahwa percepatan vertikal gerakan heave merupakan turunan kedua dari gerakan heave. Percepatan gerakan heave inilah yang biasanya berhubungan dengan kriteria operasional dan efektifitas kerja Anak Buah Kapal (ABK) ataupun penumpang yang terkait dengan permasalahan kejadian mabuk laut. Tingkatan percepatan merupakan faktor penting yang berhubungan dengan kemampuan kerja ABK. Percepatan gerakan tersebut sangat mempengaruhi keseimbangan seseorang yang sedang bekerja di kapal, sehingga menyebabkan penurunan kinerja seperti kelelahan. Di dalam memutuskan tingkatan percepatan vertikal yang terjadi pada bangunan terapung (kapal atau anjungan lepas pantai), lokasi yang ditinjau merupakan faktor penting. Kontribusi gerakan heave dan pitch pada gerakan vertikal tergantung pada hubungan antara kedua gerakan tersebut dan lokasinya di kapal. Selain itu, juga tergantung pada sifat pekerjaan yang harus C1-98 Arifin: Pengujian Model Guna

8 dilakukan, percepatan vertikal sangat berhubungan dengan efektifitas dan kenyamanan orang yang bekerja di kapal. Dari data hasil pengujian model yang sudah diturunkan secara numerik sehingga diperoleh data percepatan vertikal gerakan kapal. Harga Subjective Motion (SM) dapat dihitung dengan menggunakan rumusan yang diberikan oleh Shoenberger sebagai berikut. SM = A [ Š 30 / g ] 1.43 dimana: A : Parameter sebagai fungsi frekuensi g : Percepatan grafitasi : Amplitudo signifikan percepatan gerakan Š 30 Dari perhitungan diperoleh besaran Subjective Motion (SM) sebagaimana diperlihatkan oleh Tabel 5 berikut. Tabel 5. Subjective Motion Sebagai Fungsi Percepatan Gerakan No. Test No. Wave Heading S" SM (deg) (m/s^2) c b c b b (with riser) a 270 (no riser) (with riser) Arifin: Pengujian Model Guna C1-99

9 S M Seminar Nasional Kelautan XII Nilai Subjective Motion yang diperoleh di atas, selanjutnya dibandingkan dengan krtiteria Subjective Motion (SM) sebagaimana yang ditentukan oleh Shoenberger (1975), lihat gambar 2. Dari perbandingan tersebut akan dapat ditentukan tingkat kejadian Sea Sickness pada FPU yang beroperasi pada kondisi perairan tertentu. Dari hasil pengujian model diketahui bahwa frekuensi terburuk adalah 1.07 rad/s, dimana harga Subjective Motion (SM) yang terjadi SM=7.85 (test number 11.19). 25 Subjective Magnitude and Vertical Acceleration at 1.07 rad/sec 20 Hazardous 15 Severe 10 Serious 5 Moderate Significant Vertical Acceleration (m/sec^2) Gambar 2. Percepatan Vertikal vs Subjective Motion (SM) KESIMPULAN Berdasarkan analisa data pengujian model Floating Production Unit (FPU) yang digunakan untuk mendukung kegiatan eksploitasi migas, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Percepatan gerakan FPU dapat diprediksi melalui pengujian model di kolam uji MOB. 2. Subjective Motion (SM) yang dihitung dari nilai percepatan gerakan vertikal (heave) yang terjadi pada FPU, yaitu sebesar 7.85 (pada frekuensi 1.07 rad/s) Kondisi Transit 3. Harga SM dapat digunakan untuk memprediksi tingkat mabuk laut yang mempengaruhi kinerja ABK. DAFTAR PUSTAKA Brown, D. K., 1985, The value of reducing ship motions, Naval Engineers Journal, March,. Allen G., 1974, Proposed limits for exposure to whole-body vibration, In: von Gierke (ed.), Vibration and combined stress in advanced systems, paper presented at the Aerospace Medical Panel Specialists, Meeting, Oslo, Norway. Shoenberger R. W, 1976, Comparison of the subjective intensity of sinusoidal, Multifrequency, and random whole-body vibration, Aviation, Space and Environmental Medicine, 47(8): Colwell, J. L., 1998, NATO fatigue, motion sickness and performance assessment questionnaire. Motion Sickness, Simulator Sickness, Balance Disorders, and Sopite Syndrome Conference, University of New Orleans, New Orleans, LA. Gay, L. N., 1954, Labyrinthine factors in motion sickness. International Record of Medicine and General Practice Clinics; 176, No. 12: C1-100 Arifin: Pengujian Model Guna

10 Hill, J , The care of the sea-sick. The British Medical Journal; II: Chinn, H. I., 1951, Motion sickness in the military service. ;108: Pethybridge, R. J., 1982, Sea sickness incidence in Royal Navy ships. INM Report 37/82, Institute of Naval Medicine, Gosport, England. Griffin, M. J., 1990, Handbook of Human Vibration. Academic Press, London Wertheim, A, H., 1998, Mental workload is not affected in a moving environment. TM-98- A068, TNO Human Factors Research Institute, Soesterberg, The Netherlands. Arifin: Pengujian Model Guna C1-101