Bayu Pranata Sudhira NRP

Transkripsi

1 Surabaya, 27 Januari 2014 Sidang Tugas Akhir (P3) Jurusan Teknik Kelautan, FTK, ITS Bayu Pranata Sudhira NRP Dosen Pembimbing: Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc., Ph.D. Ir. Mas Murtedjo, M. Eng. Studi Karakteristik Gerakan dan Operabilitas Anjungan Pengeboran Semisubmersible dengan Dua Kolom Miring dan Ponton Berpenampang Persegi Empat

2 Outline Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian Batasan Masalah Tinjauan Pustaka Dasar Teori Metodologi Penelitian Analisa dan pembahasan Daftar Pustaka

3 Latar Belakang Karakteristik gerakan semi-submersible relatif lebih rendah dibandingkan dengan bangunan apung lain seperti bangunan apung yang berbentuk kapal. Faktor utama yang akan menentukan kesuksesan operasi bangunan laut adalah karakteristik gerakan. Dengan mengetahui karakteristik gerakan akan diketahui tingkat operabilitas.

4 Lanjutan.. Dalam Tugas Akhir ini akan di tinjau semi-submersible dengan bentuk kolom miring dan ponton berpenampang persegi empat. Dengan masing-masing memiliki jumlah dua kolom per sisi serta sudut kemiringan 10 o, 20 o, 30 o.

5 Perumusan Masalah 1. Bagaimana karakteristik gerakan variasi semi-submersible tersebut pada saat menerima eksitasi gelombang reguler dengan sejumlah variasi arah datang gelombang? 2. Bagaimana karakteristik gerakan variasi semi-submersible tersebut pada saat menerima eksitasi gelombang acak dengan sejumlah variasi arah datang gelombang? 3. Bagaimana perbandingan operabilitas variasi semi-submersible tersebut pada saat dioperasikan di Laut Natuna?

6 Tujuan 1. Mengetahui karakteristik gerakan variasi semi-submersible tersebut pada saat menerima eksitasi gelombang reguler dengan sejumlah variasi arah datang gelombang 2. Mengetahui karakteristik gerakan variasi semi-submersible tersebut pada saat menerima eksitasi gelombang acak dengan sejumlah variasi arah datang gelombang 3. Mengetahui indikator perbandingan kualitas operabilitas variasi semisubmersible tersebut pada saat dioperasikan di Laut Natuna.

7 Manfaat Memperoleh karakteristik gerakan variasi semi-submersible terhadap gelombang reguler dan gelombang acak Memperoleh operabilitas semi-submersible Semi-submersible yang lebih andal dalam operasi laut.

8 Batasan Masalah 1. Ukuran utama varisasi semi-submersible berlambung persegi empat akan divariasikan dengan mengacu pada parameter utama semi-submersible Essar Wildcat, pada khususnya displasemen, panjang serta lebar geladaknya 2. Ukuran dari kolom miring akan dan ukuran ponton akan ditetapkan untuk memenuhi parameter utama displasemen 3. Konfigurasi semi-submersible akan ditetapkan mempunyai simetri antara bagian haluan dan buritan 4. Menyangkut jumlah kolom per sisi, akan ditinjau komposisi rancangan dua kolom per sisi 5. Kemiringan kolom secara vertikal adalah kolom miring dengan memiliki kemiringan ditetapkan sebesar 10 o, 20 o, 30 o 6. Analisis dilakukan terhadap semi-submersible pada kondisi terapung bebas (free floating) dan tertambat (moored) 7. Pengaruh gelombang akan dikaji mulai dari arah 90 o, 120 o, 135 o, 165 o, 180 o 8. Gerakan semi-submersible ditinjau dalam enam derajat kebebasan (full degree of freedom) 9. Beban angin dan arus diabaikan karena pengaruhnya dianggap kecil 10. Prediksi gerakan pada gelombang reguler dilakukan dengan menerapkan teori difraksi 3-dimensi 11. Prediksi gerakan pada gelombang acak dilakukan dengan menerapkan analisis spektra, dengan menggunakan formulasi spektra JONSWAP ( = 2.5) 12. Semi-submersible dianggap sebagai rigid body sehingga kekuatan struktur tidak diperhitungkan 13. Daerah operasi semi-submersible ditetapkan di Laut Natuna 14. Analisis operabilitas akan dilakukan dengan mengacu pada hasil prediksi gerakan di gelombang acak dan mengkorelasikannya dengan kriteria operasi semi-submersible Essar Wildcat.

9 DASAR TEORI Semi-submersible Beban Gelombang Teori Gerakan Bangunan Apung di Atas Gelombang Reguler Spektrum Energi Gelombang Gerakan Bangunan Apung di Atas Gelombang Acak Prediksi Operabilitas Bangunan Apung

10 DASAR TEORI Semi-submersible Komponen Utama: Geladak Kolom Pontoon

11 DASAR TEORI Beban Gelombang - Teori Difraksi Diaplikasikan jika ukuran permukaan struktur yang relatif besar dibanding panjang gelombangnya, sehingga difraksi gelombang harus diperhitungkan D 0.2 Dimana, D = Ukuran Struktur = Panjang Gelombang

12 DASAR TEORI Teori Gerakan Bangunan Apung di Atas Gelombang Reguler Heave Gerakan semi-submersible dalam 6-derajat kebebasan Yaw Gerakan Translasional: Surge (X), Sway (Y), Heave (Z) Gerakan Rotasional: Roll (X), Pitch (Y), Yaw (Z) Surge Roll Pitch Sway

13 Gerakan Struktur Terapung dalam Enam Derajat Kebebasan 6 e i M t jk A jk k B jk k K jk k Fj ; j, k n1 dengan M jk = A jk = B jk = K jk = matriks massa dan momen inersia massa bangunan laut, matriks koefisien-koefisien massa tambah hidrodinamik, matriks koefisien-koefisien redaman hidrodinamik, matriks koefisien-koefisien kekakuan atau gaya dan momen hidrostatik, F j = matriks gaya eksitasi (F 1, F 2, F 3 ) dan momen eksitasi (M 4, M 5, M 6 ) dalam fungsi kompleks F 1 = F 2 = F 3 = M 4 = M 5 = M 6 = k k k (dinyatakan oleh e iw t ), gaya eksitasi yang menyebabkan gerakan surge, gaya eksitasi yang menyebabkan gerakan sway, gaya eksitasi yang menyebabkan gerakan heave, momen eksitasi yang menyebabkan gerakan roll, momen eksitasi yang menyebabkan gerakan pitch, momen eksitasi yang menyebabkan gerakan yaw, = elevasi gerakan pada moda ke k, = elevasi kecepatan gerak pada moda ke k, = elevasi percepatan gerak pada moda ke k.

14 DASAR TEORI Response Amplitude Operator Adalah perbandingan antara amplitudo moda gerakan tertentu dengan amplitudo gelombang insiden, yang berfluktuasi sebagai fungsi perubahan frekuensi gelombangnya. Dimana : X p RAO X p = amplitudo struktur = amplitudo gelombang

15 DASAR TEORI Spektrum Energi Gelombang Formulasi SPEKTRA yang digunakan adalah Joint North Sea Wave Project (JONSWAP), untuk perairan tertutup/kepulauan dengan Hs p A = tinggi gelombang signifikan = frekuensi puncak spektra = parameter puncak (peakedness parameter) = ln(γ) (normalizing factor) = parameter bentuk (shape parameter)

16 DASAR TEORI Gerakan Bangunan Apung di Atas Gelombang Acak - Mentransformasikan spektra gelombang menjadi spektra respons gerakan. 2 S r RAO S ( ) - Menentukan luasan di bawah kurva spektra respons m0r S rd 0 - Menentukan amplitudo gerakan (rata-rata, signifikan, dan ekstrem) r 1.25 m 0r rs 2.0 m 0 r ˆ r m 0r 2 60 T 2ln 2 m m 2r 0r

17 DASAR TEORI Prediksi Operabilitas Bangunan Apung Dengan mempertimbangkan semua peluang kejadian sebagai faktor dari skenario operasi, maka fungsi kepadatan peluang dari respon gerakan moda tertentu dalam kurun waktu panjang, dapat dituliskan sebagai (Ochi, 1978): di mana: n = jumlah siklus per satuan waktu p a = peluang kejadian gabungan tinggi dan periode gelombang p b = peluang kejadian arah gelombang p c = peluang kejadian atau pembobotan faktor kondisi pembebanan operasional p S (z r ) = p L ( ) r a b c n p a b c a p b p n p a fungsi kepadatan peluang kejadian respons gerakan moda tertentu, z r, dalam kurun waktu pendek. c p b p p S c ( ) r

18 METODOLOGI PENELITIAN

19 METODOLOGI PENELITIAN Kajian Pustaka dan Pengumpulan Data Parameter Kedalaman Gelombang: Tinggi gelombang signifikan, (Hs) Periode Puncak, (Tp) Tinggi gelombang maksimum, (Hm) Periode rata-rata, (Tm) Spektrum Arus: Permukaan Kedalaman tengah Dasar Angin: Kecepatan angin 1 menit 10-yrs Return Period 90 m 5.3 m 11.1 s 10.2 m 8.5 s JONSWAP 1 m/s 0.8 m/s 0.8 m/s 24 m/s

20 METODOLOGI PENELITIAN Permodelan Duovar A 10 o Duovar A 20 o Duovar A 30 o Duovar B 10 o Duovar B 20 o Duovar B 30 o Panjang Ponton m Satuan Jarak Memanjang Antar Kolom Jarak Melintang Antar Kolom m m Lebar Kolom m Lebar Ponton m Sarat Air m Tinggi Kolom m Displasemen Ton DUOVAR-A 10 o menggunakan AutoCAD 2D

21 PERMODELAN MOSES Duovar Duovar Duovar Duovar Duovar Duovar A 10 o A 20 o A 30 o B 10 o B 20 o B 30 o Satuan Displasmen ton Sarat Air m WSA m² WPA m² LCB (from midhsip) m LCF (from midhsip) m BMT m BML m KMT m KML m Properti hidrostatis keenam Semi-submersible Validasi displasmen model Displasmen ERROR (ERROR 0,05) Duovar-A 10 o Duovar-A 20 o Duovar-A 30 o ESSAR Duovar-B 10 o WILDCAT Duovar-B 20 o Duovar-B 30 o

22 METODOLOGI PENELITIAN Penentuan Skenario Operasi Kondisi pembebanan Periode gelombang Arah dominan

23 Komputasi Gerakan di Gelombang Regular

24 RAO DUOVAR-A 10 o RAO Maksimum Moda Gerakan Unit 90 deg 120 deg 135 deg 165 deg 180 deg Surge m/m Sway m/m Heave m/m Roll deg/m Pitch deg/m Yaw deg/m

25 Komparasi RAO 9 model

26 Komparasi RAO 9 model

27 Dari hasil analisa yang telah dilakukan terhadap gerakan keenam semi-submersible di gelombang regular dan dilanjutkan dengan memperbandingkannya dengan gerakan semi-submersible lain (Duovar-A, Duovar-B, ESSAR WILDCAT) didapatkan hasil bahwa nilai RAO minimum dan maksimum untuk masing-masing gerakan seperti berikut: Moda RAO Gerakan Minimum Nilai Maksimum Nilai Unit Surge 180 Essar Duovar-B Wildcat 20 o m/m Sway 90 Essar Duovar-B Wildcat 20 o m/m Heave 90 Essar Duovar-B Wildcat 30 o m/m Roll 90 Duovar-A Essar Wildcat deg/m Pitch 180 Duovar A Duovar-B 30 o deg/m Yaw 135 Duovar A Essar Wildcat deg/m

28 Tahapan yang akan dilakukan selanjutnya.

29 METODOLOGI PENELITIAN Analisis Spektra Untuk mendapatkan karakteristik gerakan di gelombang acak, dilakukan analisis spektra dengan langkah-langkah sebagai berikut: Pemilihan formulasi spektra gelombang, JONSWAP = 2.5 Mengkorelasikan RAO dengan spektra gelombang, menghasilkan spektra respons Menentukan harga-harga statistik gerakan

30 Analisis Spektra Gelombang Analisis spektra gelombang dilakukan pada seluruh kombinasi Hs dan Tp, sesuai pada wave scatter diagram Perairan Natuna. Analisis dilakukan dengan menerapkan formulasi spektra JONSWAP (γ = 2.5)

31 Spektrum Gelombang Spektrum Energi Gelombang (Tp = 6.45 s) S(ω) ω (rad/s) Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Spektrum Energi Gelombang (Tp = 9.45 s) S(ω) ω (rad/s) Hs= m Hs= m Hs= m Hs= m Hs= m Hs= m Hs= m Hs= m

32 Spektrum Gelombang S(ω) S(ω) Spektrum Energi Gelombang (Tp = s) ω (rad/s) Spektrum Energi Gelombang (Tp = s) ω (rad/s) Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m Hs = m

33 Analisis Spektra Respons Spektra respons didapatkan dengan cara mengkalikan RAO dengan spektra gelombang. Analisis spektra respons dilakukan untuk gerakan heave, roll, pitch. RAO yang digunakan dalam analisis spektra respons ini adalah RAO heave 90, RAO roll 90, RAO pitch 180. RAO = r / w 2 X S() = S r (e) (Djatmiko, 2007) e

34 Spektrum Respons Heave

35 Spektrum Respons Roll

36 Spektrum Respons Pitch

37 Analisis Kenaikan Intensitas Gerakan Spektra respons selanjutnya diolah untuk mendapatkan nilai amplitudo gerakan signifikan, amplitudo gerakan rata-rata, dan lainnya. Kenaikan amplitudo gerakan diplot dalam fungsi Hs Kenaikan intensitas gerakan yang ditinjau: amplitudo rata-rata gerakan heave, roll, pitch percepatan heave signifikan

38 Kenaikan Intensitas Gerakan

39

40 METODOLOGI PENELITIAN Penentuan Operabilitas dan Komparasi Kualitas Membandingkan intensitas gerakan sebagai fungsi kenaikan tinggi gelombang dengan batasan kriteria operasi semi-submersible Essar Wildcat

41 Kriteria operasi semi-submersible Essar Wildcat

42 Korelasi Respons Gerak dengan Kriteria Operasi

43

44 Operabilitas Ketiga Semi-submersible Besarnya amplitudo gerakan pada Hs tertinggi di Perairan Natuna (Hs = m), masih belum melampaui kriteria operasi. Sehingga, operabilitas keenam semi-submersible di Perairan Natuna adalah 100% atau ketiga semisubmersible dapat dioperasikan (operable) sepanjang tahunnya tanpa harus mengalami downtime.

45 Operabilitas dalam Wave Scatter Diagram Operabilitas Keenam variasi semi-submersible di Perairan Natuna Tp Hs Lower Upper Mid Total

46 Operabilitas Drillship (Yuda, 2013) Tp Operabilitas Drillship di Perairan Natuna Hs Lower Upper Mid Total

47 Kesimpulan 1. Pola RAO terbaik/minimum untuk gerakan surge, sway, heave, roll, pitch, yaw, berturut-turut didapatkan pada semi-submersible Essar Wildcat, Essar Wildcat, Essar Wildcat, Duovar A 10, Duovar A, Duovar A Kenaikan intensitas gerakan di gelombang acak, TP s Amplitudo heave dengan kenaikan terbesar dialami oleh Duovar A 10 Percepatan heave, nilai terbesar dialami oleh Duovar B 30. Amplitudo roll, kenaikan terbesar dialami oleh Duovar A 30. Amplitudo pitch, kenaikan terbesar dialami oleh Duovar B Operabilitas keenam semi-submersible di Perairan Natuna adalah 100%, dan kemampuan operasi tertinggi dimiliki oleh DUOVAR A 10.

48 Saran Untuk penelitian selanjutnya, dapat dilakukan analisis kekuatan struktur untuk mengetahui apakah ketiga semi-submersible ini mampu untuk menopang topsides Essar Wildcat. Selain itu, dapat pula dilakukan analisis pada semi-submersible yang memiliki komponen motion stabilizers. Ucapan Terima Kasih Terima kasih kepada PT. GLOBAL MARITIME dan PT. CITRA MAS yang telah mendukung dalam hal data teknis. Serta semua pihak yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian tugas akhir ini.

49 Daftar Pustaka Wicaksono, Ardhana, 2013, Studi Karakteristik Gerakan dan Operabilitas Anjungan Pengeboran Semi-submersible Dengan Kolom Tegak dan Ponton Berpenampang Persegi Empat, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan, ITS Surabaya, Indonesia. Arda, 2012, Studi Pengaruh Gerak Semi-submersible Drilling Rig dengan Variasi Pre-tension Mooring Line Terhadap Keamanan Drilling Riser, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan, ITS Surabaya, Indonesia. Hikam, Maulana, 2012, Analisis Geometri dan Konfigurasi Ponton-Kolom Terhadap Stabilitas dan Intensitas Gerakan Semisubmersible Akibat Eksitasi Gelombang Acak, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan, FTK ITS Surabaya, Indonesia. ABS, 2012, Mobile Offshore Drilling Unit, American Bureau of Shipping. Bhattacharyya, R., 1978, Dynamic of Marine Vehicles, John Wiley and Sons, New York. Chakrabarti, S. K., 1987, Hydrodinamics of Offshore Structures, CBI Industries, USA. Indiyono, P., 2004, Hidrodinamika Bangunan Lepas Pantai, Penerbit SIC, Surabaya. Indiyono, P., 2010, Hidrodinamika Dasar Bangunan Laut, Penerbit ITS PRESS, Surabaya.

50 Murtedjo, M., 1990, Teori Gerak, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS Surabaya. Djatmiko, E.B., 2012, Perilaku dan Operabilitas Bangunan Laut di Atas Gelombang Acak, Penerbit, ITSPRESS, Surabaya Djatmiko, E.B., 1987, Experimental Investigation into SWATH Ship Motions and Loadings, M.Sc. Thesis, Dept. of NAOE, University of Glasgow, UK. Djatmiko, E.B., 1992, Hydro-Structural Studies of SWATH Type Vessels, Ph.D. Thesis, Dept. of NAOE, University of Glasgow, UK. Djatmiko, E.B., 1995, Pengaruh Modifikasi Strut Ganda Menjadi Strut Tunggal pada Gerakan Kapal SWATH di Gelombang Haluan, Majalah IPTEK ITS, Vol. 6, No. 1, Mei. Djatmiko, E.B., 2004, Analisis Respons Dinamis Gerakan Heave dan Pitch pada Semi- Submersible Catamaran Hull, Jurnal Teknologi Kelautan, Vol. 08, No. 02, Juli. Djatmiko, E.B., 2004, Effect of Stabilizing Fins on the SWATH Ship Heave and Pitch Motion Characteristics, Proc. of the4th Regional Conf. on Marine Technology, Enhancing Developing Countries Competitiveness in the Maritime Industry, MARTEC 2004, Johor Bahru, Malaysia, Sept. Djatmiko, E.B., 2004, Evaluasi Operabilitas Kapal Cepat 35M, Pros. Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan 2004, Surabaya, 7 Okt.

51 Djatmiko, E. B. and Murtedjo, M., 2005, Enhancing the Operational Performance of SWATH- FPSR, Proc. of the Naval Platform Technology Seminar 2005, NPTS 2005, the Republic of Singapore Navy (RSN), Singapore, May. Djatmiko, E. B., Tawekal, R., Jamaluddin, A., 1997, Perancangan Rasional Kapal SWATH untuk Operasi Militer dan Komersial di Indonesia; Bagian II : Aspek Hidrodinamika Kapal SWATH, Riset Unggulan Terpadu/RUT III, Kantor Menristek/DRN, Maret. Djatmiko, E. B., Murdjito, and Prasetyawan, I., 2006, Operability Analysis of an FPSO on the Basis of Its Slamming and Greenwater Performances, Proceedings of the 5th Regional Conference on Marine Technology, Intensifying Technology Study for Empowering Maritime Industries Towards the Prosperity of Archipelagic Countries, MARTEC 2006, Makassar, Indonesia, Sept. ESSAR +, 2007, Document of Marine Operation ESSAR WILDCAT, ESSAR OILFIELDS SERVICES LIMITED. Wide based semi-submersible vessel, 1984,

52 TERIMA KASIH Bayu Pranata Sudhira

53 Parameter-parameter Gelombang Profil Gelombang Amplitudo Tinggi Gelombang rata-rata 1,25 m 0 2,5 m 0 Gelombang signifikan Rata-rata 1/10 gelombang tertingi Rata-rata 1/100 gelombang tertingi 2,00 m0 4,00 m0 2,55 m0 5,00 m0 3,44 m 6,67 m0 0 dengan m 0 = Luasan dibawah kurva spektrum (zero moment) m 0 = S 0 d

54 Persamaan Menentukan γ EXP3, ,1975 0,036 0, TP TP 2 H S H S dengan: T p = periode puncak spektra H s = tinggi gelombang signifikan

55 Persamaan Gerak (Gelombang Reguler) Persamaan umum gerakan heaving Persamaan umum gerakan pitching Persamaan umum gerakan rolling

56 Lanjutan Pers. Gerak

57 Persamaan Gerak Kompleks Surge Heave & Pitch Sway, Roll, & Yaw 11 F 1 m x M k b a k b a I F k b a k b a m z z z z z z M b a b a b a I M b a b a k b a I F b a b a b a m y y y y y y

58 Lanjutan Difraksi Sway, Heave, Roll = kecepatan potensial difraksi pada odd complex = kecepatan potensial difraksi pada fungsi even complex Kecepatan potensial difraksi