JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 1

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., () - Analisa Slamming Offshore Patrol Boat Iwan Darmawan, Eko Budi Djatmiko, dan Mas Murtedjo Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya ebdjatmiko@oe.its.ac.id Abstrak Dalam Tugas Akhir ini, tahapan pertama yang dilakukan adalah perancangan struktur dari Offshore Patrol Boat dengan bantuan software MAXSURF untuk mendapat Lines Plan. Setelah mendapat offset data, permodelan dilanjutkan dengan menggunakan software MOSES untuk mendapatkan hasil gerakan RAO heave dan pitch. Hasil RAO dari software MOSES digunakan untuk menganalisa gerak relatif haluan dan selanjutnya untuk mengetaui respon struktur pada gelombang acak yang selanjutnya dilakukan analisa spektra, Dari perhitungan tersebut akan diketahui parameter slamming yang dapat digunakan untuk menghitung peluang, intensitas, serta tekanan slamming pada Offshore Patrol Boat. Peluang terbesar slamming terjadi pada sudut datang gelombang following sea ( o ) dengan kondisi sarat m (muatan penuh) dengan kecepatan knot. Intensitas terbesar slamming terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan nilai 393,55 dengan kecepatan ambang batas sebesar,5 m/s. Tekanan Slamming terbesar terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan nilai 5,9 kpa dengan kecepatan ambang batas sebesar,5 m/s Kata-kata kunci : Offshore Patrol Boat, RAO, Slamming O I. PENDAHULUAN ffshore Patrol Boat sangat berperan penting dalam proses menjaga keamanan pada saat bangunan lepas pantai sedang beroperasi. Kususnya untuk perairan wilayah Indonesia yang merupakan negara kepulauan, Offshore Patrol Boat sangat dibutuhkan untuk menghindari kejahatan yang sering terjadi di perairan Indonesia seperti pembajakan kapal oleh para perompak, penyelundukan BBM. Offshore Patrol Boat rata-rata di desain untuk dapat melaju pada kecepatan tinggi dan harus memiliki stabilitas yang bagus. Namun pada kenyataannya, pada waktu beroperasi, Offshore Patrol Boat dihadapkan pada kondisi lingkungan yang tidak menentu yang mebyebabkan terjadinya Slamming serta Greenwater. Slamming dan Greenwater ini dapat menggangu kestabilan suatu struktur dan dalam kondisi yang ekstrem, dapat menyebabkan kerusakan pada suatu struktur. Slamming adalah suatu peristiwa yang terjadi akibat gerakan vertikal kapal dan dalam kondisi gerakan yang ekstrim dapat menyebabkan haluan kapal keluar dari permukaan air dan proses Slamming terjadi pada saat haluan kapal menyentuh permukaan air kembali. Kecepatan jatuhnya haluan kapal ke permukaan gelombang yang relatif besar dapat menyebabkan kerusakan pada struktur kapal dan sangat berpengaruh pada keselamatan operasi serta kukuatan struktur kapal. Kerusakan yang sering terjadi akibat dari Slamming adalah terjadinya patahan pada struktur kapal. Slamming sering terjadi pada daerah-daerah yang mempunyai gelombang besar. Slamming akan terjadi jika syarat terpenuhi yaitu : Dasar haluan naik melewati (emerge) gelombang atau dengan kata lain gerakan relatif vertikal haluan melampaui sarat air bagian haluan. Kecepatan relatif vertikal haluan mempunyai harga kecepatan ambang batas Slamming atau Threshold Velocity Yang menjadi catatan penting adalah Slamming hanya akan terjadi pada saat dasar haluan masuk kembali ke permukaan air atau gelombang dengan kecepatan tertentu. Bilamana kecepatan terlalu rendah maka haluan hanya dapat dikatakan mencelup kembali kedalam air, sehingga efek Slamming tidak akan terasa dan berakibat pada struktur kapal. METODE PENELITIAN Dalam mempelajari analisa Slamming dengan menggunakan metode numeris yang beracuan pada analisa gerak kapal. Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : A. Pengumpulan data offset kapal dan data lingkungan Dalam langkah ini dilakukan pengumpulan data offset kapal seperti ukuran utama kapal, data hidrostatik serta data lingkungan dimana kapal Offshore Patrol Boat beroperasi yang nantinya akan digunakan sebagai input dalam Tugas Akhir ini. Gambar. Police Patrol Boat (Sumber: PT Citra Mas, )

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., () - Bagian LOA LPP Breadt Mld Depth Mld Operation Draft Vs Sarat air Ukuran 3.5 m 3.75 m.9 m 3.7 m.85 m knot.85 m Tabel. Data general arragement di atas diperoleh dari PT. Citra Mas ( ) Data lingkungan yang dipakai adalah data perairan laut Arafuru indonesia Kedalaman perairan : meter Panjang Gelombang : 7.5 m Tinggi gelombang signifikan :.5 meter Periode Gelombang : detik Spektra gelombang : JONSWAP dengan γ = 3.3 C. Permodelan Struktur untuk Analisa Gerakan Validasi dilakukan untuk membandingkan data hidrostatik yang telah ada dengan hasil data hidrostatik pada model numeris dari Offshore Security Vessel. Toleransi pada validasi ini adalah kurang dari 5%. Pada tabel 3, menunjukkan hasil validasi model dengan data hidrostatik yang sudah ada. Hasil ini yang akan digunakan untuk pemodelan selanjutnya. D. Pemodelan numeris untuk Analisa Gerakan Setelah didapatkan Lines plan, maka dilakukan permodelan numeris dengan menggunakan software MOSES denganparameter lain yangdiperlukan antara lain kecepatan Offshore Patrol Boat, kondisi sarat air kapal, sudut datang gelombang dan koordinat COG. Tujuan dari permodelan ini adalah untuk mendapatkan model struktur yang sesuai dan selajutnya digunakan dalam analisa. Data kondisi kapal sebagai berikut : Parameter Data Unit Cb. Cp.7 Cw.88 Cm. Depth.85 m Breadth.9 M A midship 7.8 m WPA m WSA m Seadispl & shell 7. ton TKM.55 m LKM m KB.5 m AP-CB.75 m AP-CF 3.7 m TPC.88 ton/cm Tabel. Hidrostatis Offshore Patrol Boat B. Perancangan Model Offshore Patrol Boat Perancangan ini dilakukan denga bantuan software MAXSURF untuk mendapatkan Lines plan dengan memperhatikan kesesuaian terhadap Principle Dimension dari koefisien bentuk pada data offset kapal yang sebenarnya. Gambar. Body plan Offshore Patrol Boat dengan MAXSURF Gambar 3. Model numeris untuk analisa gerakan E. Analisa Motion pada Gelombang Reguler Analisa ini dilakukan menggunakan software MOSES untuk mendapatkan Response Amplitude Operator (RAO) gerakan heave dan pitch dalam arah datang gelombang o dan 8 o. Hasil analisa respon dalam gelombang reguler akan digunakan dalam analisa gelombang acak. F. Perhitungan spektrum Gelombang Perhitungan spektrum gelombang menggunakan Spektra JONSWAP dengan sea state yang disyaratkan sebagai kondisi lingkungan diman Offshore Patrol Boat beroperasi. G. Analisa Respon Spektra Respon spektra diperoleh dengan SR (ω) = [RAO(ω)] S(ω), dari respon spektra dapat dicari varian respon spektra kecepatan relatif (movbr) H. Perhitungan Peluang Slamming Peluang slamming dicari dengan rumus : Pr( slam) Pr( Z T danv V ) T exp m b Zbr Dengan harga br b V m th Vbr br th m Zbr dan Vbr perhitungan respon spektra m di dapat dari langkah

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., () - 3 I. Perhitungan Intensitas Slamming Hasil dari peluang slamming untuk kemudian digunakan dalam perhitungan dengan rumus : N slam mzbr Pr( slam) /det m Zbr J. Perhitungan Tekanan Slamming Dalam menghitung tekanan slamming perlu mempertimbangkan kecepatan relatif vertikal haluan ekstrem Vˆ, yaitu : br 3T ˆ m exp mzbr m Vbr (m/det) Sehingga tekanan akibat slamming menjadi : 3T m s k ln Tb V th m exp mzbr m Zbr (kpa) Vbr Vbr ln m Vbr Tb V th mvbr p Zbr mzbr Zbr II. HASIL DAN DISKUSI A. Analisa Respon Gerak di Gelombang Reguler Hasil permodelan dengan menggunakan software MOSES ini akan digunakan untuk menghitung analisa motion pada gelombang regular dengan gerakan kopel heave dan pitch. Adapun variasi perhitungan ini adalah dengan perbedaan sarat, kecepatan kapal dan sudut datang gelombang. Dari analisa motion ini akan didapatkan hasil Respon Amplitude Operator (RAO) untuk gerakan heave dan pitch. Perubahan gerakan pada Offshore Patrol Boat pada gelombang reguler dipengaruhi oleh kecepatan, sarat air serta sudut datang gelombang sebagai berikut : Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan kosong (sarat m) dengan kecepatan kapal knot terjadi pada kondiskei gelombang following sea ( o ) dengan nilai simpangan RAO, m/m pada frekuensi,795. Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ) dengan nilai simpangan RAO,77 m/m pada frekuensi,393. Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan kosong (sarat m) dengan kecepatan kapal knot terjadi pada kondiskei gelombang following sea ( o ) dengan nilai simpangan RAO,59 m/m pada frekuensi 8. Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ) dengan nilai simpangan RAO 9,79 m/m pada frekuensi 8. Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan penuh (sarat m) dengan kecepatan kapal knot terjadi pada kondiskei gelombang following sea ( o ) dengan nilai simpangan RAO,38 m/m pada frekuensi,795. Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ) dengan nilai simpangan RAO,7 m/m pada frekuensi,795 Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan kosong (sarat m) dengan kecepatan kapal knot terjadi pada kondiskei gelombang following sea ( o ) dengan nilai simpangan RAO,8 m/m pada frekuensi 8. Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ) dengan nilai simpangan RAO 8,9 m/m pada frekuensi 8. Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan penuh (sarat m) dengan kecepatan kapal knot terjadi pada kondiskei gelombang following sea ( o ) dengan nilai simpangan RAO,799 m/m pada frekuensi,795. Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ) dengan nilai simpangan RAO,59 m/m pada frekuensi,795 RAO Heave (m/m),5,5 deg 8 deg Gambar. RAO Heave dengan kecepatan knot Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan penuh (sarat m) dengan kecepatan kapal knot terjadi pada kondiskei gelombang following sea ( o ) dengan nilai simpangan RAO,9 m/m pada frekuensi,795. Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ) dengan nilai simpangan RAO,77 m/m pada frekuensi,795

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., () - RAO Pitch(deg/m) 8 deg 8 deg Sw - Hs m Hs m Gambar 5. RAO Pitch dengan kecepatan knot Gambar 8. Spektra JONSWAP RAO Heave (m/m),,8,,, deg 8 deg Respon spektra diperoleh dari kuadrat RAO gerak relatif dengan spektra gelombang, sehingga diperoleh hasil spektrum respon berupa varian spektra kecepatan relatif vertikal haluan dan varian spektra respon percepatan relatif vertikal haluan. Hasil tersebut digunakan untuk perhitungan Slamming. Pada gambar 9 adalah gerak relatif vertikal haluan pada kondisi dengan kecepatan knot dan sarat air m serta pada kondisi Hs m, nilai terbesar terletak pada kondisi frekuensi,5 dengan sudut gelombang 8 yang besarnya mencapai,9 m Gambar. RAO Heave dengan kecepatan knot RAO Pitch (deg/m) 8 deg Gambar 7. RAO Pitch dengan kecepatan knot 8 deg Langkah berikutnya adalah menghitung gerak vertikal haluan dari Offshore Patrol Boat dengan titik tinjau pada kondisi full load (sarat m ) pada,9 m dari COG dan pada kondisi light load (sarat ) pada titik tinjau yang berjarak,3 m dari COG dan kemudian mencari harga dari gerak relatif vertikal haluan yang akan dikombinasikan dengan spektra gelombang JONSWAP dengan variasi tinggi gelombang significant (Hs) m dan m. Sr(w) (m /rad/s) 5 3 deg 8 deg Gambar 9 Spektra respon gerak relatif vertical haluan sarat m kecepatan knot Pada gambar adalah gerak relatif vertikal haluan pada kondisi dengan kecepatan knot dan sarat air m serta pada kondisi Hs m, nilai terbesar terletak pada kondisi frekuensi,39 dengan sudut gelombang yang besarnya mencapai 3, m

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., () - 5 Sr(w) (m /rad/s) 3 Gambar Spektra respon gerak relatif vertical haluan sarat m kecepatan knot Setelah mendapat harga gerak relatif dari masing-masing heading, kecepatan, dan sarat air, serta tinggi gelombang makan akan digunakan untuk menghitung respon spektra kecepatan. Untuk perhitungan slamming, dihitung dengan harga kecepatan ambang batas slamming yaitu berdasarkan ketentuan Tasai dengan V th =,5 m/s dan akan diperoleh hasil peluang, intensitas serta tekanan slamming. Hasil perhitungan untuk peluang, intensitas dan tekanan dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel. Hasil Analisa Peluang slamming Hs m Pada tabel. dapat dilihat bahwa peluang terbesar slamming dengan Hs m terjadi pada saat gelombang following sea ( o ) yang terjadi pada kecepatan knot dan kondisi sarat m yaitu sebesar,87 atau 87%atau dengan kecepatan ambang batas,5 m/s Tabel 5 Hasil Analisa Peluang slamming Hs m deg 8 deg Speed sarat heading Peluang (knot) ) (deg) Vth =,5 Vth =,5 Vth =,775,87,85,83 8,87,85,83,85,8,788 8,85,8,787,87,85,83 8,87,85,83,85,8,787 8,85,8,787,89,855,89 8,87,85,83,85,8,787 8,85,8,787 Speed sarat heading Peluang (knot) ) (deg) Vth =,5 Vth =,5 Vth =,775,,5,38 8,55,,33,,8,3 8,7,,,,5, 8,5,5,33,3,, 8,7,,,75,,8 8,5,5,3,8,,8 8,7,, Pada tabel 5 dapat dilihat bahwa peluang terbesar slamming dengan Hs m terjadi pada saat gelombang following sea ( o ) yang terjadi pada kecepatan knot dan kondisi sarat m yaitu sebesar,75 atau 7,5% dengan kecepatan ambang batas,5 m/s Speed sarat heading Tekanan (kpa) (knot) (m) (deg) Vth =,5 Vth =,5 Vth =,775 5,9 5,8,33 8,533,35 3,7 3,9 3,57,8 8 3,358,977,8,787,385 3,9 8,7 3,873 3, 3,5,77,77 8 3,397 3,,37,8 3,88,98 8,9 3,797 3,78,5,93, 8 3,333,95,55 Tabel Hasil Analisa intensitas slamming Hs m Pada tabel dapat dilihat bahwa intensitas Slamming dengan Hs m terbesar terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan jumlah 393,55 dengan kecepatan ambang batas sebesar,5 m/s Speed sarat heading Intensitas (knot) (m) (deg) Vth =,5 Vth =,5 Vth =, ,55 387, 375, , 38, 37, 373,98 37,3 35,3 8 37, 3,33 355, 39,53 38, 37,5 8 39,7 385,798 37,7 37,3 3,38 355, ,38 3,33 355,97 39,93 385,97 373, ,3 385,75 37,9 37,8 35,7 35, ,9 3,9 355,97 Tabel 7 Hasil Analisa intensitas slamming Hs m Pada tabel 7 dapat dilihat bahwa intensitas Slamming dengan Hs m terbesar terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan jumlah 8,8 dengan kecepatan ambang batas sebesar,5 m/s Speed sarat heading Intensitas (knot) (m) (deg) Vth =,5 Vth =,5 Vth =,775 39,337 33,5,8 8 35, 9,8, 3,8,53 8,35 8,33 9,5,773,995 3,3 7,7 8 3,835 9,,5,39 3,9 9,73 8,9 9,7,39 8,8,37 3, ,387 8,83,7 8,,58, 8,8 9,,8 Tabel 8 Hasil Analisa Tekanan slamming Hs m

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., () - Pada tabel 8 dapat dilihat bahwa tekanan Slamming dengan Hs m terbesar terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan nilai 5,9 kpa dengan kecepatan ambang batas sebesar,5 m/s Speed sarat heading Tekanan (kpa) (knot) ) (deg) Vth =,5 Vth =,5 Vth =,775,5,9,38 8,98,,9,79,7,9 8,,5,3,7,3,7 8,,8,,97,83, 8,,5,3,38,7,3 8,,7,,7,,75 8,,5,3 Tabel 9 Hasil Analisa Tekanan slamming Hs m Pada tabel 9 dapat dilihat bahwa tekanan Slamming dengan Hs m terbesar terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan nilai,38 kpa dengan kecepatan ambang batas sebesar,5 m/s Berdasarkan pada acuan kriteria seakeeping untuk keadaan cuaca acak, batasan untuk slamming pada Offshore Patrol Boat adalah sebesar kejadian per jam dan dari hasil perhitungan diperoleh kesimpulan bahwa Offshore Patrol Boat dapat beroperasi optimal pada tinggi gelombang signifikan (Hs) m dan dalam keadaan survival pada tinggi gelombang signifikan (Hs) m. III. KESIMPULAN/RINGKASAN Perubahan harga RAO Heave terbesar terjadi pada kondisi muatan penuh (sarat m) dengan kecepatan kapal knot, Sedangkan harga RAO Pitch terbesar terjadi pada kondisi gelombang head sea (8 o ). Hasil perhitungan peluang terjadinya slamming terbesar terjadi pada saat gelombang following sea ( o ) yang terjadi pada kecepatan knot dan kondisi sarat m sedangkan asil perhitungan intensitas slamming terbesar terjadi terbesar pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal serta untuk tekanan Slamming terbesar terjadi pada kondisi sarat m dengan kecepatan kapal knot dengan nilai 5,9 kpa DAFTAR PUSTAKA [] Bhattacharyya, R. (97). Dynamics of Marine Vehicles.John Wileys & Sons, New York. [] BKI Volume II., Rules for Classification and Construction of Seagoing Steel Ship, Indonesia. [3] Buchner,B.,, Green Water on Ship-type Offshore Structures, Netherlands. [] Buchner, B.,995, The Impact of Green Water on FPSO, OTC 798. Houston. [5] Chakrabarti, S.K. (987). Hydrodynamics of Offshore Structures, ComputationalMechanics Publications Southampton. Boston, USA. [] Clayson, and Ewing.,988, Directional Wave Data Recorded in The Southern North Sea, Institute of Oceanografi Sciences Deacon Laboratory. [7] Djatmiko, E. B., 3, Seakeeping: Perilaku Bangunan Apung di atas Gelombang,Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya. [8] Indiyono, P. (). Hidrodinamika Bangunan Lepas Pantai. Penerbit SIC, Surabaya. [9] Mok,and Hill.,97, On The Design of Offshore Supply VesselAmerican,Marine Coop.97. [] Murtedjo, Mas.,, Studi Eksperimental Added Resistance Hycat Akibat Gerakan Kopel Heaving Pitching pada Gelombang Reguler, Jurnal IPTEK, Surabaya. [] Nielsen, K.,3, Numerical Prediction of Green Water Loads on Ships, Denmark. [] Norsok Standart.995, Common Requirements Marine Operation, Norwegia. [3] Techet, A. H., 5. Design Principles for Ocean Vehicles ", Norwegia.. UCAPAN TERIMAKASIH Penulisan mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Tuhan Yang Maha Esa dan orang tua serta temanteman dalam memberikan dukungan untuk menyelesaikan penelitian ini, serta PT.CITRA MAS yang telah berkenan memberikan data-data untuk menyelesaikan penelitian ini.