STUDI SELEKSI KONFIGURASI MULTI BUOY MOORING DENGAN KONDISI EKSTREM BERBASIS KEANDALAN

Transkripsi

1 STUDI SELEKSI KONFIGURASI MULTI BUOY MOORING DENGAN KONDISI EKSTREM BERBASIS KEANDALAN Ahmad Komarudin (1), Daniel M. Rosyid (2), J.J. Soedjono (2) 1 Mahasiswa Teknik Kelautan, 2 Staf Pengajar Teknik kelautan Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya curious_komar@yahoo.co.id Abstrak Penggunaan buoy sebagai terminal saat ini menjadi perhatian utama untuk pendistribusian minyak dan gas dari laut ke darat (begitu pula sebaliknya). Buoy merupakan piranti tambahan pada sistem mooring yang biasanya digunakan pada perairan menengah ataupun deep water. Multi Buoy Mooring menggunakan setidaknya 4 buoy pada sistem tersebut. Tugas akhir ini melakukan analisa pemilihan empat konfigurasi MBM yang paling tepat pada kondisi lingkungan ekstrem di daerah perairan laut Jawa. Empat variasi konfigurasi MBM dilakukan pada sudut penempatan buoy terhadap vessel dan buoy yang ditempatkan pada bagian depan atau buritan vessel. dan keandalan merupakan faktor penentu dalam pemilihan konfigurasi yang tepat. Analisa MBM dilakukan dengan ketinggian gelombang 2,8 m, arus permukaan 1,1 m/s dan kecepatan angin 22,9 m/s. Kriteria dalam pemilihan konfigurasi ini yaitu, Factor of Safety () 1,67 untuk tension dalam kondisi intact. Analisa MBM tersebut dilakukan terhadap 5 arah pembebanan (heading) untuk mengetahui maksimum tension yang terjadi pada sistem mooring tersebut. Keandalan sistem MBM diperoleh menggunakan simulasi Monte Carlo dalam sepuluh ribu kali simulasi. Pemilihan MBM menggunakan seleksi kriteria majemuk dengan tabel keputusan, sehingga dapat diketahui MBM yang paling efektif dan optimal adalah tipe 4 dengan kondisi lingkungan tersebut. Kata kunci : MBM, buoy, tension, keandalan, konfigurasi. 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Indonesia adalah negara yang kaya akan sumber daya alamnya, terutama minyak bumi. Dengan semakin terbatasnya cadangan minyak dan gas bumi di daratan, maka eksploitasi minyak dan gas bumi pada saat ini telah menghasilkan perkembangan pada proyek pengeboran minyak dan gas lepas pantai (offshore drilling). Dengan semakin berkembang dan majunya teknologi yang ada maka peralatan yang berkaitan dengan offshore pun akan semakin canggih dan semakin modern. Jenis mooring pada buoy dapat dibedakan berdasarkan pada penambatannya. Jenis penambatan mooring pada buoy dibedakan atas tiga jenis sesuai dengan kondisi lingkungan yang ada. Tiga jenis mooring tersebut yaitu, CALM (Catenary Anchored Leg Mooring) tipe mooring dengan penambatan di tiap sisi bagian buoy, CALRAM (Catenary Anchored Leg Rigid Arm Mooring), dengan Arm permanen menghubungkan antara buoy dan tanker, dan MBM (Multi Buoy Mooring) dengan minimal buoy ada tiga. (API 17B 3 rd edition (2002)). 2. DASAR TEORI 2.1. Teori Dasar Gerak Bangunan Laut Akibat Eksitasi Gelombang Pada dasarnya benda yang mengapung mempunyai 6 mode gerakan bebas yang terbagi menjadi dua kelompok, yaitu 3 mode gerakan translasional dan 3 mode gerakan rotasional. Berikut adalah keenam mode gerakan tersebut : 1. Mode gerak translasional Surge, gerakan transversal arah sumbu x Sway, gerakan transversal arah sumbu y Heave, gerakan transversal arah sumbu z 2. Mode gerak rotasional Roll, gerakan rotasional arah sumbu x Pitch, gerakan rotasional arah sumbu y Yaw, gerakan rotasional arah sumbu z Definisi gerakan bangunan laut dalam enam derajat kebebasan dapat dijelaskan dengan Gbr Dengan memakai konversi sumbu tangan kanan tiga gerakan translasi pada arah sumbu x,y dan z, adalah masing-masing surge (ζ 1 ), sway (ζ 2 ) dan heave (ζ 3 ), sedangkan untuk gerakan rotasi terhadap ketiga sumbu adalah roll (ζ 4 ), pitch (ζ 5 ) dan yaw (ζ 6 ).

2 l h 2 FH p h 1 RAO X p X p l h 2 T 1 p h S R 2 RAO(ω) ) (ω) S(ω S R S RAO

3 σn SF BS σ ijin σ y SF σn σ ijin Kondisi Batas (Percent of Breaking Strength) Safety Factor Intact (ULS) 60 1,67 Damage (ALS) 80 1,25 Particular Unit Ballast Fully Loaded LOA m Breadth m Depth to main deck m Mean draft m Displacement tonnes parameter unit value type - chain chain size mm 84 chain break load ton 338 anchor type - stevpris weight ton/m parameter unit value type - polypropylene rope size m rope break load ton weight ton/m

4

5 1,2 1 0,8 RAO (m/m) 0,6 0,4 0,2 0 Periode (sec) RAO (deg/m) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Periode (sec) ITEM DATA MODEL ERROR Displacement T T 0.545% COG X m m 1.00% Y 0 m 0 m 0% Z 12 m m 0.42% K.M.T 50.5 m m 0.91% heading surge sway heave roll pitch yaw 0º º º º º

6 surge dan heave. Gerakan sway dan yaw sangat kecil, dan dapat diabaikan. Karena bentuk lambung yang simetris antara sisi kiri dan sisi kanan (portside dan starboard). 2. Beam seas (μ = 90º) Pada arah gelombang 90º gerakan dominan yang terjadi adalah sway dan roll. Surge dan yaw sangat kecil, hal ini sesuai dengan bentuk proporsi yang kecil di ujung-ujung lambung Tanker. Namun demikian yaw pada 90º masih mmpunyai harga yang lebih besar dari yaw pada arah 0º dan 180º. 3. Quartering seas (μ = 45º dan 135º) Pada arah gelombang datang dengan sudut 45º dan 135º, ketiga gerak bidang horizontal (surge, sway, roll) mempunyai perubahan signifikan Analisa Dari hasil running ORCAFLEX, kita akan mendapatkan global tension pada titik yang telah di tentukan. Titik A pada hawser merupakan bagian interface antara tanker dan ujung hawser dan titik A pada chain merupakan bagian interface antara buoy dan ujung chain, kemudian dilanjutkan dengan titik 1, 2, 3,., i (tergantung banyak segment yang diinginkan). Kemudian titik B pada hawser merupakan bagian interface antara buoy dan ujung hawser dan titik B pada chain merupakan bagian interface antara seabed dan ujung chain. Rangkuman tension hasil running software ORCAFLEX diambil nilai maksimum untuk tiap tipe multi buoy mooring ditampilkan dalam tabel berikut ini: Tabel 4.3. Summary result untuk MBM tipe 1 Mooring Chain Rope STERN SEAS 125,56 1,62 5,58 65,87 <1.67(failed) STBD STERN QUARTER 241,75 0,84 125,74 2,92 SEAS <1.67(failed) BEAM SEAS 46,76 4,34 11,79 31,17 > 1.67 (ok) STBD BOW QUARTER 120,95 1,68 66,16 5,55 SEAS > 1.67 (ok) HEAD SEAS 36,8 5,51 14,76 24,90 > 1.67 (ok) Tabel 4.4. Summary result untuk MBM type 2 Mooring Chain Rope STERN SEAS 132,63 1,53 5,28 69,54 <1.67(failed) STBD STERN QUARTER 167,46 1,21 88,96 4,13 SEAS <1.67(failed) BEAM SEAS 62,63 3,24 10,19 36,05 > 1.67 (ok) STBD BOW QUARTER 182,77 1,11 97,80 3,76 SEAS <1.67(failed) HEAD SEAS 105,06 1,93 6,57 55,97 > 1.67 (ok) Tabel 4.5. Summary result untuk MBM type 3 Mooring Chain Rope STERN SEAS 69,72 2,91 7,95 46,21 > 1.67(ok) STBD STERN QUARTER 147,88 1,37 107,60 3,42 SEAS <1.67(failed) > 1.67(ok) BEAM SEAS 70,57 2,87 9,28 39,60 > 1.67 (ok) > 1.67(ok) STBD BOW QUARTER 98,06 2,07 65,47 5,61 SEAS > 1.67 (ok) > 1.67(ok) HEAD SEAS 51,01 3,98 10,56 34,79 > 1.67 (ok) > 1.67(ok) Tabel 4.6. Summary result untuk MBM type 4 Mooring Chain Rope STERN SEAS 80,44 2,52 8,00 45,94 > 1.67 (ok) STBD STERN QUARTER 121,48 1,67 66,69 5,51 SEAS > 1.67 (ok) BEAM SEAS 71,59 2,83 7,93 46,33 > 1.67 (ok) STBD BOW QUARTER 91,37 2,22 51,64 7,12 SEAS > 1.67 (ok) HEAD SEAS 60,49 3,35 10,29 35,70 > 1.67 (ok) Dari tabel diatas dapat dilihat pada kondisi lingkungan yang sama, tension pada tiap konfigurasi multi buoy mooring berbeda-beda. Ini dipengaruhi oleh desain penempatan tiap buoy tersebut. Dapat dilihat pada masing-masing tabel, bahwa arah 45 0 merupakan heading yang sangat berpengaruh untuk masing-masing konfigurasi MBM. Untuk konfigurasi 1, 2, dan 3 max. tension yang terjadi pada hawser tidak memenuhi Safety Factor yang telah ditetapkan. Dan konfigurasi

7 MBM ke-2 terkena tension paling besar untuk 3 arah mata angin yang berbeda. Untuk mengurangi tension yang terjadi sehingga memenuhi Safety Factor, dapat dilakukan penambahan payout pada hawser ataupun pada chain. Bisa juga dilakukan pengurangan payout chain dengan perhitungan yang tepat agar mengurangi beban dan berat yang akan diterima buoy dan hawser. Dan apabila masih tidak memenuhi allowable tension yang telah ditetapkan, maka dapat mengganti diameter hawser ataupun chain yang digunakan Analisa Keandalan Moda kegagalan yang digunakan dalam analisa ini yaitu dari tension pada hawser yang dilihat dalam API RP-2SK Factor of Safety, dengan ketentuan ; (MBL/σ e ) dengan, σe BL = effective tension = Factor of Safety = Breaking Load (3.1) Dari moda kegagalan di atas dapat ditentukan variabel acak. Variabel acak yang akan digunakan yaitu effective tension pada chain. Tabel 4.7. Distribusi variabel acak tension chain Variable Type Distribusi Mean Median Std. Deviasi 3-Parameter 1 Gamma Parameter tension 2 Gamma Parameter 3 Loglogistik Parameter Gamma Setelah diketahui parameter statistic dari variable acak, kemudian dilakukan Simulasi Monte Carlo. Simulasi Monte Carlo dilakukan dengan masing-masing variabel acak di-generate menjadi Random Number Generated (RNG). Kemudian hasilnya dimasukkan ke dalam Moda Kegagalan untuk disimulasikan. Hasilnya dicatat untuk tiap-tiap 1000 simulasi. Hasil simulasi ditampilkan dalam bentuk table berikut : Tabel 4.8. Hasil Simulasi Monte Carlo simulasi PERHITUNGAN KEANDALAN MBM type 1 type 2 Keandalan (%) gagal simulasi Keandalan (%) gagal , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,92 8 simulasi type 3 type 4 Keandalan (%) gagal simulasi Keandalan (%) gagal , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,99 1 Dapat dilihat pada tabel keandalan di atas, type 1 memiliki nilai yang bisa dikatakan paling kecil. Karena pada type 1 dengan heading 45 0, hanya ditambatkan pada 1 buoy. Hampir sama dengan type 2, tapi di depan vessel dengan sudut 90 0 terhadap centre line, masih ditambatkan dengan 1 buoy. Sehingga mengurangi tension yang terjadi pada hawser. Peluang kegagalan untuk keempat konfigurasi Multi Buoy Mooring dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

8 Tabel 4.9. Peluang Kegagalan Probability of Failure Simulasi Type 1 Type 2 Type 3 Type ,80 0,20 0,500 0, ,65 0,15 0,45 0, ,57 0,13 0,43 0, ,55 0,13 0,42 0, ,54 0,12 0,400 0, ,53 0,10 0,37 0, ,51 0,10 0,36 0, ,50 0,09 0,34 0, ,50 0,08 0,333 0, ,50 0,08 0,333 0,01 Untuk melihat kestabilan dalam simulasi ini, maka hasil Simulasi Monte Carlo pada di atas ditampilkan dalam bentuk grafik yang dapat dilihat pada Gambar ,00 0,80 Type 1 POF 0,60 0,40 Type 3 0,20 Type 4 0, Jumlah Simulasi Type 2 Keandalan mooring chain Selanjutnya diberikan penilaian (utility) untuk tiap kriteria pemilihan. Penilaian pada kriteria tension baik pada hawser ataupun chain dilihat dari nilai hasil keluaran software dan diberi persentase terhadap allowable tension atau yang biasa dikenal sebagai Safety Factor. Untuk kriteria tingkat keandalan diambil semakin besar nilai persentase tingkat keandalan, semakin besar utility yang diberikan, sesuai keandalan dari tiap tipe multi buoy mooring. Kemudian ditentukan bobot untuk setiap kriteria pada proses seleksi. Tiap bobot yang diberikan sangat berpengaruh terhadap pemilihan konfigurasi multi buoy mooring. Penjelasan bobot untuk tiap criteria adalah sebagai berikut: hawser = K1 (ton); 40 %, karena tension pada hawser sangat mempengaruhi suatu sistem pada mooring dan bersinggungan langsung dengan struktur (vessel dan buoy). Keandalan chain = K2 (%) ; 60%, karena keandalan merupakan faktor penentu dalam pengambilan keputusan dan juga penentu peluang kegagalan dari sistem MBM. Setelah semua proses penilaian dilakukan selanjutnya semua variabel disusun kedalam tabel keputusan dengan kriteria majemuk. Hasil setiap pilihan diperoleh dengan menkan payoff untuk pilihan tersebut dengan mengubah payofpayoff tersebut kedalam besaran-besaran nondimensional melalui fungsi-fungsi utilitas yang sesuai dengan struktur preferensi pengambil keputusan. Fungsi-fungsi utilitas ini ditunjukkan melalui grafik pada gambar 4.13 berikut : Gambar 4.8. Grafik hubungan simulasi dengan POF untuk tiap-tiap tipe MBM Gambar di atas menunjukkan hubungan antara ara simulasi dengan peluang kegagalan, terlihat bahwa probability of failure untuk MBM tipe 1 berkisar 0.8 pada 1000 simulasi awal Analisa Seleksi Pengambilan keputusan pada pengerjaan tugas akhir ini di bahas dan dapat dilukiskan dengan menggunakan tabel keputusan. Semua hasil analisa pada perhitungan sebelumnya dijadikan kriteria dalam proses seleksi ini. Kriteria yang dipakai antara lain : pada Hawser Gambar Fungsi linier Utilitas Minimal Breaking Load

9 Table keputusan dengan kriteria majemuk dapat disusun sebagai berikut : Pilihan Desain MBM Kejadian Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 Kriteria K1 K2 K1 K2 K1 K2 K1 K2 Value 2369,15 99, ,13 99, ,20 99, ,52 99,90 Bobot 0,4 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 Utility 0 99,95 0 0, ,9967 0,999 0,999 Total Weighted Utility Hubungan ATAU 0,0995 0, , ,2331 Jadi, pilih Desain MBM type 4 Berdasarkan tabel hasil analisa di atas, dapat diperoleh tipe penambatan yang paling efektif untuk Tanker Barunawati, yaitu Multi Buoy Mooring type PENUTUP 5.1. Kesimpulan Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari proses analisa pemilihan konfigurasi Multi Buoy Tabel 5.1. untuk semua konfigurasi MBM Mooring pada Tanker Barunawati yang beroperasi pada perairan selat Madura adalah sebagai berikut : 1. Tegangan pada tiap konfigurasi MBM selanjutnya yang di analisa berupa tension. Untuk memudahkan pembacaan, tension disajikan dalam tabel berikut : Kriteria type 1 type 2 type 3 type 4 hawser 241,75 0,84 182,77 1,11 147,88 1,37 121,48 1,67 < 1,67 (failed) < 1,67 (failed) < 1,67 (failed) > 1,67 (OK) (ton) chain 125,74 2,92 97,8 3,76 107,6 3,42 66,69 5,51 > 1,67 (OK) > 1,67 (OK) > 1,67 (OK) > 1,67 (OK) 2. Keandalan dan peluang kegagalan, dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 5.2. Keandalan dan peluang kegagalan Kriteria type 1 type 2 type 3 type 4 Keandalan (%) 99,50 99,92 99,67 99,99 PoF 0,50 0,08 0,33 0,01 3. Dari proses dapat disimpulkan Multi buoy Mooring type 4 paling efektif di pilih untuk Tanker Barunawati. Dari analisa seleksi dapat kita ketahui kelebihan dan kekurangan dari masing-masing konfigurasi MBM untuk Tanker Barunawati Saran 1. Melakukan variasi kombinasi jenis mooring line, agar penggunaan MBM lebih efisien. 2. Pemilihan tipe MBM dilakukan variasi dimensi buoy untuk mengetahui pengurangan atau penambahan tension yang terjadi. 3. Perlunya analisa umur kelelahan pada setiap tipe Multi Buoy Mooring. DAFTAR PUSTAKA API RP 2P 2 nd edition Maximum, 1987, Recommended Practice for Planning, and Designing Mooring Line, USA. API 17B 3 rd edition, 2002, Mooring Riser Floater, USA. API RP 2SK - 3 rd ed oct Recommended Practice for Design and Analysis of Station Keeping System for Floating Structures. Washington DC. Aryawan, I Hydrodynamics of Floating Offshore Structures. Lloyd's Register EMEA - Aberdeen. Djatmiko, E. B Seakeeping: Perilaku Bangunan Apung di atas Gelombang. Jurusan Teknik Kelautan ITS. Surabaya.

10 Huang, Ken.(2000). Mooring System Design Considerations for TANKERs, American Bureau of Shipping, Houston, USA Indiyono, P Hidrodinamika Bangunan Lepas Pantai. SIC. Surabaya. Kinji Sekita, Kazuto Nishimura and Tadashi Tori, Design of Multi Buoy Mooring Berth, Nippon Steel Technical Report. OCIMF 2 nd edition, 1997, Mooring Equipment Guidelines, Bermuda. Rosyid, D. M. dan Mukhtasor Diktat Mata kuliah Keandalan dan Resiko. Jurusan Teknik Kelautan-ITS. Surabaya. Rosyid, D. M Pengantar Rekayasa Keandalan. Airlangga University Press. Surabaya. Rosyid, D. M OPTIMASI : Teknik Pengambilan Keputusan Secara Kuantitatif. ITS Press. Surabaya. Soedjono, J. J Diktat Mata kuliah Konstruksi Bangunan Laut II. Jurusan Teknik Kelautan ITS. Surabaya. Soegiono, 2009, Diktat Kuliah Teknologi Produksi dan Perawatan Bangunan Laut, Jurusan Teknik Kelautan, ITS, Surabaya. Watts and Adrian, Coupled Mooring-Riser- Floater. Journal of Behaviour of Buoy Mooring.