Pengaruh Arah Datang Arus terhadap Beban yang Ditimbulkannya pada Tali Tambat Terminal FSO (Kajian Experimental)

Pengaruh Arah Datang Arus terhadap Beban yang Ditimbulkannya pada Tali Tambat Terminal FSO (Kajian Experimental) Wibowo HN1, Arifin2 1

Marine Structural Monitoring / Hydroelasticity Group 2 Ship Motion Research Center UPT - Balai Pengkajian Penelitian Hidrodinamika BPPT Tlp (031)5948060 (B), 0817315759(HP), Fax: (031)5948066, e-mail: [email protected] Jln Hidrodinamika (kampus ITS) Sukolilo Surabaya , Indonesia 60112

Abstraksi This experimental study shows the significance of the load induced by the current for the mooring system of a Floating Storage Offloading (FSO) terminal. Two model tests were conducted at Towing Tank (TT) UPT BPPH which is to simulated the effect of current load direction to the mooring lines. The mooring lines on the ship model consist of 14 lines with 2 different materials. The portside consists of 6 horizontal lines that represent the 6 anchor chains. The starboard side consists of 8 lines that represent super line polyester ropes connected to the dolphin. The loads for 8 weather directions i.e. N, NE, E, SE, S, SW, W, and NW were acting on LPG and Condensate ship model. The tension in each line was measured using one component load transducer . Results from this TT experiment shows the maximum loads acting on the mooring line, MD 12 for polyester line and CH – 12 for chain at starboard and portside stern quartering. This will be an importance information for the naval architect to determine the diameter, material and life time of the mooring system. Keywords: FSO Terminal, Mooring lines and current loads

1. PENDAHULUAN Cadangan minyak dan gas di propinsi Jambi akan dieksplorasi secara besar-besaran dalam waktu yang akan datang. Minyak dan gas tersebut akan disalurkan melalui pipa ke kapal tanker FSO (Floating Production and Storage) yang ditambat di perairan dangkal di propinsi tersebut. Dalam aktivitas ini, tanker FSO mempunyai peran yang besar untuk mendukung aktivitas produksi ini seperti untuk menyimpan minyak dan gas, membongkar muat ataupun sebagai tempat tinggal para pekerja. Disamping itu, kapal tanker ini dipilih karena mempunyai keuntungan lain seperti murah dan dapat dengan mudah dipindahkan ke tempat eksplorasi lain dibanding dengan jenis platform yang tetap. Karakteristik yang terpenting kapal tanker ini adalah kemampuan untuk beroperasi dengan kondisi yang beban lingkungan yang keras, sehingga agar kapal ini tetap berada di lokasi yang ditentukan maka diperlukan sistem tambat yang handal. Dalam perencanaan suatu sistem tambat yang berada di perairan tertentu, sistem tambat tersebut akan mengalami beban – beban lingkungan secara langsung seperti angin, arus dan gelombang sehingga suatu metoda untuk menganalisa unjuk kerja dari sistem tambatnya sangat diperlukan. Karena hal diatas ini perusahaan pemilik fasilitas tanker FSO memberikan pekerjaan pengujian model sistem tambat mereka ke UPT BPPH. Tulisan ini memaparkan hasil pengukuran yang terjadi pada masing – masing tali tambat untuk setiap arah datang arus pada terminal apung tersebut yang dilakukan pada pengujian model yang didapat dari tangki tarik (TT) di UPT BBPPH. 2. DASAR TEORI Beban arus dipertimbangkan sebagai gaya steadi yang bekerja pada kapal tambat dapat dihitung dari persamaan empiris OCIMF sebagai berikut:

Fi  (1 / 2) V 2 AiCdi

…….

(1)

1

dimana,  V Ai Cd

= spesifik densiti air laut = kecepatan arus = LT = luasan projected ke arah i = koefisien drag ke arah i

Beban arus ini dihitung berdasar prosedur dari Oil Companies International Marine Forum (OCIMF), 1977. Koefisien drag diperoleh dari kurva drag hasil model eksperimen dari pada kapal tambat oleh OCIMF untuk kapal tanker 190.000 – 540.000 DWT, dimana konfigurasi lines kapal adalah tipikal untuk kategori tanker VLCC. Eksperimen dilakukan pada kondisi full load dan ballast di kedalaman air dengan rationya terhadap sarat kapal berkisar dari 1.05 – 4.5. Heading arah arus bervariasi dari 0 sampai 315 derajat dengan interval tak beraturan. Pada eksperimen di kolam tarik (TT ) beban reaksi di setiap tali tambat akibat gaya eksitasi arus yang diukur pada setiap heading diuraikan menjadi komponen gaya ke arah longitudional (Fx) dan transversal (Fy).

FX  Fc cos FY  Fc sin 

……..(2)

Hidrodinamik drag (tahanan) arah longitudional (Rmx) dan transversal (Rmy) pada titik pusat graviti model adalah total dari beban reaksi di semua tali.

RmX  FX 1  FX 2  ...  Fx14 RmY  Fy1  Fy 2  ...  Fy14

……..(3)

Hasil dari pengukuran tegangan tali (Ton) yang ditampilkan merupakan besaran skala penuh yang terjadi pada sistem tali tambat dengan menggunakan persamaan berikut:

Fs  Fm 3 .

s m

.........(4)

dimana subkrip s adalah untuk kapal sebenarnya dan m untuk model sedangkan  adalah skala model. Hasil pengukuran tersebut akan menunjukkan besarnya gaya yang terjadi di setiap tali tambat untuk delapan arah pembebanan gelombang dan arus yaitu 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270 dan 315. 3. METODA PENGUJIAN Ukuran utama dari kapal tanker ini sebagai berikut LPP = 256 M, B = 46.2 M, D = 23.8 M and T = 15.54 M. Dengan skala model 1:50. Konfigurasi dari sistem tambat yang diuji di tangki tarik (TT) diperlihatkan pada Gambar 1. Sistem tambat ini keseluruhannya terdiri dari 14 tali dimana dimodelkan dengan 14 pegas linear. Bagian portside terdiri dari 6 tali mendatar yang mewakili tali rantai jangkar. Perlu diketahui bahwa kekakuan pegas dan prategangannya merupakan komponen mendatar. Pada bagian starboard terdiri dari 8 tali yang mewakili tali superline polyester yang terhubungkan ke tiang pancang pengait (dolphin). Model kapal tanker FSO dibuat dari kayu dan sebelum dilakukan uji model di tangki, model kapal ini disetimbangkan secara statis dan dinamis untuk mengetahui posisi ballast sehingga diketahui titik pusat massanya dan jari – jari girasinya. Hal ini dilakukan di meja osilasi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.

2

Uji model ini untuk mengetahui besar tegangan tali akibat beban arus . Untuk test beban arus ini kereta penarik mulai berjalan saat gelombang telah mencapai model tanker FSO dan saat kereta telah mencapai kecepatan tetap yang diinginkan maka pengukuranpun dimulai. Fenomena transient diharapkan telah hilang pada waktu percepatan dari kereta. Untuk mensimulasikan arus dapat dilakukan dengan menarik dari konfigurasi sistem tambat ini dengan kecepatan tetap yang diinginkan melalui penggunaan kereta. Hal ini diharapkan dapat menghasilkan medan arus yang homogen. Beban arus yang diukur di tangki tarik ini dihasilkan melalui penarikan kereta yang mewakili kecepatan kapal 1,13 dan 1,24 m/s. Selama masa percepatan dari kereta, model kapal FSO ini diarahkan secara manual untuk mencegah gerakan osilasi dari sistem tambat sekecil mungkin. Empat belas buah pengukur gaya dengan 1 komponen arah gaya dipasang untuk sistem tambat pada model kapal ini. Sehingga setiap tali terpasang satu pengukur gaya. Arah dari pengukur gaya adalah sama dengan tali tambat yang terpasang pada model tanker FSO ini. Arah beban arus terhadap model kapal sesuai dengan delapan arah penjuru mata angin diperlihatkan pada Gambar 3. Untuk mensimulasikan arah pembebanan ini digunakan semacam lengan pemutar model kapal hasil rancangan tim UPT – BPPH yang dipasangkan pada kereta. Salah satu uji model dengan arah pembebanan (3150 ) arah – arus diperlihatkan pada Gambar 4. Selama uji model berlangsung pengukuran terhadap tegangan tali dari ke 14 tali tambat tersebut dilakukan untuk selang waktu yang cukup untuk mendapatkan nilai rata – rata yang teliti. 4. ANALISA DAN DISKUSI Hasil pengujian ditampilkan dalam bentuk diagram batang yang menunjukkan besar tegangan yang dialami oleh seluruh tali polyester dan rantai terhadap arah datangnya arus (Gambar. 5 sampai dengan Gambar. 12). Tegangan setiap tali polyester dengan berbagai arah datangnya beban arus diperlihatkan pada Gambar. 13 sampai dengan Gambar. 19. Sedangkan Tegangan setiap rantai dengan berbagai arah datangnya beban arus diperlihatkan pada Gambar. 20 sampai dengan Gambar. 25. Tampilan untuk semua heading ini diperlukan karena sistem tambat yang diuji berupa konfigurasi asimetris dimana sisi starboard memakai tali polyester berkonfigurasi beda dengan sisi portside yang memakai rantai ORQ(Oil Rig Quality). Sehingga besar tegangan yang terjadi perlu diketahui untuk setiap headingnya. Seluruh hasil pengujian menunjukkan adanya kecenderungan serupa bahwa bilamana kecepatan arus bertambah maka tegangan yang bekerja pada setiap tali tambat cenderung juga bertambah besar. Berdasarkan teori sebagaimana dijelaskan pada bagian sebelumnya bahwa besarnya tegangan pada tali tambat berbanding lurus terhadap kuadrad kecepatan arus. Namun kecenderungan parabolik tersebut tidak bisa terlihat dari hasil pengujian model di atas, hal ini dikarenakan pengujian model tersebut hanya dilakukan pada 2 kondisi kecepatan arus. Salah satu pertimbangan penting dalam pengujian model kapal adalah biaya pengujian, dimana semakin banyak variasi pengujian maka biaya pengujian akan semakin besar. Kondisi teraman bagi sistem tambat ini adalah saat beban arus searah dengan panjang kapal (=0o dan 180o ) dimana tegangan tali yang terjadi adalah minimum, dimana hal ini diperlihatkan pada Gambar 5 dan 9, serta pada Gambar. 13 sampai dengan Gambar. 19. Secara individu dari Gambar 6 dan Gambar 14 terlihat bahwa maksimum tegangan terjadi pada tali tambat MD-12 sebesar 48,35 Ton pada kondisi sudut datang beban arus starboard stern quartering (=45o). Untuk rantai tegangan maksimum terjadi pada rantai CH–12 untuk heading = 315 atau dengan kondisi sudut datang beban arus portside stern quartering, hal ini diperlihatkan pada Gambar 12 dan 21 yaitu sebesar 46,95 Ton. Berdasarkan hal di atas tampaknya operator kapal perlu memberi perhatian khusus pada arus yang menerpa terminal apung ini dengan heading portside dan starboard stern quartering. Hal ini dikarenakan pada kondisi tersebut terjadi tegangan tali tambat yang maksimum. Berdasarkan persamaan (2) dan (3) maka dapat ditentukan besarnya hidrodinamik drag arah transversal maupun arah longitudinal. Hidrodinamik drag arah transversal maksimum yang terjadi adalah sebesar 475 Ton pada kondisi arus berasal dari samping kapal, starboard beam =90. Adapun hidrodinamik drag maksimum arah longitudinal yang terjadi adalah sebesar  20 Ton pada kondisi starboard bow quartering. Perbedaan kedua harga hidrodinamik drag ini cukup besar, hal ini dipengaruhi oleh perbedaan luasan proyeksi badan kapal yang cukup besar.

3

5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil-hasil yang diperoleh dari pengujian model kapal yang ditambat di tangki uji, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:  Semakin tinggi kecepatan arus yang mengenai kapal maka tegangan yang terjadi pada setiap tali tambat cenderung membesar.  Tegangan tali maksimum terjadi pada tali tambat polyester MD-12 pada kondisi arus starboard stern quartering (=45o). Sedangkan untuk rantai terjadi pada CH – 11 dengan kondisi portside portside stern quartering ( = 315 ).  Tegangan maksimum yang terjadi pada setiap tali tambat perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis material maupun dimensi dari tali tambat.  Hidrodinamik drag maksimum terjadi pada arah transversal cukup besar, hal ini sebanding dengan besarnya proyeksi luasan badan kapal sesuai sudut datang arus yang bekerja pada kapal. DAFTAR PUSTAKA 1. A. Priyanto, Arifin MT,” Kajian Eksperimen Hidrodinamika Drag pada Kapal karena Beban Arus”, Jurnal Penelitian Enjiniring UNHAS(2004) 2. LHI Report No :LHI/064/III/2004,” Model Test of Oil/Condensate FSO for Betara Field Development”. 3. LHI Report No :LHI/065/III/2004,” Model Test of LPG FSO for Betara Field Development”. 4. OCIMF,” PREDICTION OF WIND AND CURRENT LOADS ON VLCCs”, 2nd Edition (1994) 5. Wibowo H.N,” Pengaruh Kedalaman Air terhadap Beban Gelombang pada Tali Tambat Terminal Tanker FSO”, Pertemuan Ilmiah Tahunan II dan Kongres VI Ikatan Sarjana Oseanologi Indonesia, 5- 6 July 2005 Universtas HangTuah 6. Wibowo H.N, O. Samudro ”Pengaruh Interaksi Gelombang – Arus untuk Perencanaan Beban pada Tali Tambat Terminal Tanker FSO (Sebuah Kajian Experimental)” Akan terbit Majalah P.I – Transportasi (2005)

4

Gambar 4. Pembebanan arus 3150 di Tangki Tarik ( TT ) Tegangan Tali pada Heading 0

Gambar 1. Konfigurasi dari sistem tambat di Tangki Tarik (TT)

5,00

4,00

Tegangan Tali (Ton)

3,00

2,00 v=1,13 V=1,24 1,00

0,00

-1,00

-1 7

-1 6

D

D M

M

D

-1 5 D

-1 4C M

D

M D

M

-1 3

-1 4A B

-1 2

D

D M

D M

M

16

-1 1

15 Ch ain

Ch ain

Ch ain

13

14

12

ha in

ha in

C

C

C

ha in

11

-2,00

Nomor Tali Tambat

Gb 5. Tegangan Tali untuk heading 0 Tegangan Tali pada Heading45 60

Gambar 2. Melakukan pengukuran parameter dinamis dari model FSO di meja osilasi

50

Tegangan Tali (Ton)

40

30 v=1,13 V=1,24

20

10

0

-10

7 M

D

-1

6

5

-1 M

D

-1 D

-1 D M

M

4C D

4A B -1 M

D

2 -1

-1 3 M D

1 -1 D

M D

M

15

14

13

16 Ch ain

Ch ain

Ch ain

Ch ain

12 Ch ain

Ch ain

11

-20

Nomor Tali Tambat

Gambar 6. Tegangan Tali untuk heading 45

Gambar 3. Delapan arah pembebanan sistem tali tambat

5

T e g a n g a n T a li p a d a H e ad in g 2 7 0

Tegangan Tali pada Heading 90 50

50

40

40

20 v=1,13 V=1,24 10

30

T e g a n g a n T a l i (T o n )

Tegangan Tali (Ton)

30

20 v =1 ,1 3 V =1 ,2 4 10

0

0 -1 0

-10 -2 0 11

6

C

-1 7

5

ha

in C

ha

in

12 C

ha

in

13 C

ha

in

14 C

ha

in

15 C

ha

in

16 M

D

-

11 M

D

-

12 M

D

-

13 M

D

-

14

A

B

M

D

-

14

C

D M

D

-

15 M

D

-

16 M

-

D

17

N o m o r T ali T a m b a t

M D

-1

-1 D

M D

M

-1 4A B

-1 4C D M D

2

-1 3 M D

D M

M D

-1

1

16

-1 M D

Ch ain

14

15 Ch

ain

13 Ch

ain

12

ain Ch

Ch ain

Ch

ain

11

-20

Nomor Tali Tambat

Gambar 11. Tegangan Tali untuk heading 270

Gambar 7. Tegangan Tali untuk heading 90 Tegangan Tali pada Heading 315 50

Tegangan Tali pada Heading 135 50

40

40 30

20

v=1,13 V=1,24

10

Tegangan Tali (Ton)

Tegangan Tali (Ton)

30 20 v=1,13 V=1,24 10

0

0 -10

-10

-1 6

-1 5

-1 7 M D

M D

-1 4C D

M D

M D

-1 3

-1 4A B

-1 2

Nomor Tali Tambat

M D

-1 7

-1 6 D

-1 5 D

M

D

M D

M

-1 4A B

D M

M

M

-1 4C D

-1 3

-1 2 D

-1 1 M D

Ch ain

16

15 Ch ain

14

13

Ch ain

12

Ch ain

Ch ain

Ch ain

11

-30

M D

M D

M D

16

15

14

13

-1 1 M D

Ch ain

Ch ain

Ch ain

Ch ain

Ch ain

11 Ch ain

12

-20

-20

Gambar 12. Tegangan Tali untuk heading 315

Nomor Tali Tambat

Gambar 8. Tegangan Tali untuk heading 135 Tegangan Tali pada Heading 180 5

4

Tegangan Tali (Ton)

3

2 v=1,13 V=1,24 1

0

-1

M D

-1 7

-1 6 D M

M

D

D

-1 5

-1 4A B D M

M D

-1 4C

-1 3 M D

-1 2 M D

M D

Ch ain

Ch

-1 1

16

15 ain

14 Ch

ain

12

13 ain Ch

Ch ain

Ch ain

11

-2

Nomor Tali Tambat

Gambar 9. Tegangan Tali untuk heading 180

Gambar 13. Tegangan Tali MD - 11untuk berbagai heading

Tegangan Tali pada Heading225 50

40

Tegangan Tali (Ton)

30

20 v=1,13 V=1,24 10

0

-10

-20 Ch

ain

11 a Ch

in

12 Ch

ain

13

ain Ch

14 a Ch

in

15

ain Ch

16 M

D

1 -1

D M

-1

2 M

D

3 -1 D M

-1

B 4A D M

-1

D 4C

D M

-1

5 D M

-1

6 D M

-1

7

Nomor Tali Tambat

Gambar 14. Tegangan Tali MD – 12 untuk berbagai heading

Gambar 10. Tegangan Tali untuk heading 225

6

Gambar 15. Tegangan Tali MD – 13 untuk berbagai heading

Gambar 16. Tegangan Tali MD – 14AB untuk berbagai heading

Gambar 17. Tegangan Tali MD – 14CD untuk berbagai heading

Gambar 18. Tegangan Tali MD – 16 untuk berbagai heading

Gambar 19. Tegangan Tali MD – 17 untuk berbagai heading

Gambar 20. Tegangan Tali CH - 11 untuk berbagai heading

Gambar 21. Tegangan Tali CH - 12 untuk berbagai heading

Gambar 22. Tegangan Tali CH - 13 untuk berbagai heading

7

Gambar 23. Tegangan Tali CH - 14 untuk berbagai heading

Gambar 24. Tegangan Tali CH - 15 untuk berbagai heading

Gambar 25.Tegangan Tali CH – 16 untuk berbagai heading

8