PRESENTASI
TUGAS AKHIR “PERHITUNGAN FATIGUE LIFE KAPAL TANKER SINGLE HULL DIATAS 20.000 DWT YANG BEROPERASI DI INDONESIA USIA LEBIH DARI 15 TAHUN PADA TAHUN 2012”
Oleh : Argo Yogiarto- 4109 100 055 Dosen Pembimbing : Ir. Asjhar Imron, M.Sc, MSE., PED. Ir. Soeweify, M.Eng.
1999 Tenggelamnya tanker (single hull) ERIKA dilepas pantai Perancis(Desember 1999) yang menyebabkan polusi (oil spill) perairan sekitarnya, maka banyak terjadi perubahan dalam peraturan klasifikasi, statutori, dan perdagangan yang bertujuan umtuk meningkatkan kualitas pengoperasian tanker minyak. 2001 IMO melalui peraturan MARPOL 73/78-Annex 1, Regulation 13G, Amandemen 2001, mengeluarkan peraturan mengenai “phase-out” kapal tanker single hull. Dan Regulation 13 F mengenai wingtanks dan double bottom tanks, alias “double hull”. MARPOL mengeluarkan program Condition Assesment Scheme (CAS). 2002 Nopember 2002, terjadi malapetaka yang menimpa kapal tanker “PRESTIGE”, yang usianya saat itu mencapai 26 tahun, dan dengan kondisi yang sama seperti ERIKA, yang menyebabkan polusi di lepas pantai Galicia, Spanyol. Sehingga Uni Eropa mempercepat masa phase-out kapal tanker single-hull 2005 Timbulnya persetujuan untuk memperbaiki amandemen regulasi 13 G. Peraturan mengenai CAS juga mengalami perubahan, antara lain bahwa tanker kategori 1 dan 2 harus menjalani CAS apabila kapal mencapai usia 15 tahun. Sedangkan pengangkutan minyak berat hanya dapat dilakukan dengan tanker-tanker double hull. Peraturan menteri perhubungan KM.66 tahun 2005 mewajibkan kapal tanker single-hull menjalani CAS ketika berusia 20 tahun.
Peraturan klasifikasi yang bagaimana yang akan digunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini? Bagaimana menghitung fatigue life kapal berdasarkan peraturan klasifikasi? Apakah kapal tanker yang dianalisa sudah waktunya mengalami phase-out?
Tebal pelat kapal pada tahun 2008 saat menjalani docking survey digolongkan menjadi 3 bagian, yaitu: 95%, 90%, dan 85% dari tebal pelat desain. Laju korosi pada struktur kapal mengacu pada jurnal “Risk assesment of aging ship
hull structures in the presence of corrotion and fatigue”, (Unyime O. Akpan, T.S. Koko, B.
Ayyub, T.E. Dunbar ; 2001).
Memahami hal-hal apa saja yang harus disiapkan dalam fatigue life assessment ship
structure.
Mengetahui dan menerapkan peraturan klasifikasi yang digunakan dalam pengerjaan tugas akhir ini. Mengidentifikasi bagian mana saja dari kapal yang dikaji dan yang akan dijadikan sebagai pedoman dalam perhitungan.
Tinjauan Pustaka Zakky, Ahmad (2012) telah melakukan studi kasus pada kapal FSO 109.00 DWT mengenai analisa fatigue pada floating storage dengan metode S-N curve. Cummulative fatigue damage dihitung dengan menggunakan metode simplified fatigue analisis berdasarkan Palmgrenminer rules. Rentang tegangan yang merupakan fungsi dari Miners rule didapat dari analisa elemen hingga. Hasil akhir berupa estimasi umur konstruksi FSO selama masa operasi 25 tahun. Septiana, Dita (2012) telah melakukan analisa fatigue pada bracket kapal tanker berdasarkan Common Structural Rules Oil Tanker. Beliau menyebutkan bahwa bracket merupakan konstruksi penopang penegar. Penggunaan bracket dapat memperkecil modulus dari penegar sehingga kapal menjadi lebih ringan. Bracker juga memiliki fatigue life yang berpengaruh terhadap umur kapal. Kurnadianto, Pradetya (2012) telah melakukan penelitian tentang perkiraan umur konstruksi FPSO konversi dari tanker dengan analisis fatigue dua metode yaitu simplified dan determinictic. Hasilnya metode simplified lebih akurat, metode simplified merupakan metode perhitungan fatigue dengan mempertimbangkan probabilitas dari kejadian gelombang yang terdistribusi secara acak, dengan adanya faktor weibull shape parameter. Faktor weibull digunakan dalam perhitungan fatigue menurut CSR.
Common Structural Rule – fatigue strength assesment Beban yang ditimbulkan akibat gelombang (Stress range) Vertikal bending moment Horizontal bending moment Eksternal pressure Internal tank pressure 2 kondisi loading : full load dan normal ballast Konsep net thickness Palmgren-Miner’s linear damage model (DMi) Long term stress range distribution dideskripsikan oleh Weibull distribution (Sri) 2 metode Nominal stress approach – pada longitudinal end connections Hot spot stress approach – hopper knuckle connection
Hull girder load
Asumsi struktur kapal seperti single-beam Mengidentifikasi kekuatan melintang struktur dengan parameter tengangan, momen inersia, dan modulus penampang Tegangan ijin untuk perhitungan longitudinal strength berdasaarkan regulasi CSR sebesar 190 N/mm2
konsep “net thickness”
tcor = twastage +0.5
tnet = tbuilt-up – 0.5 tcor
Penaksiran kelelahan sederhana(Simplified fatigue assessment) Untukmarine structure, fungsi probabilitas dari rentang tegangan dapat digambarkan dengan parameter distribusiWeibull.
Selanjutnya, rasio cumulative fatigue damage (DM) dapat diubah kedalam perhitungan umur kelelahan menggunakan persamaan dibawah ini (Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker, 2010).
Total stress range didapatkan berdasarkan rumus sebagai berikut:
Dimana:
Data struktur yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah struktur tanker dengan dua longitudinal bulkheads(sekatmemanjang). Ukuran utama tanker tersebut sebagaimana ditunjukkan pada tabel dibawah ini:
Adapun komposisi struktur tanker adalah seperti ditunjukkan pada Gambar dibawah ini
Pemodelanfinite element dari struktur lambung kapal dilakukan dengan bantuan software ANSYS versi12. Metode pemodelan elemen hingga yang digunakana dalah Global finite element analysis. Struktur yang dimodelkan mulai dari frame 48 hingga frame 68, yang merupakan batas dari tiga ruang muat didaerah midship.
Ketentuan pemodelan finite element berdasarkan Common Structural Rules for Double Hull Oil Tankers:
minimal meng-cover area ruang muat disekitar midship
minimal dimodelkan 3 ruang muat
ukuran meshing mengikuti jarak antak penegar
ketentuan ketebalan pelat ditambahkan -0.5 tcor
untuk pelat kulit didefinisikan sebagai shell element
untuk profil memanjang dan face plate menggunakan beam element
FULL LOAD
BALLAST
Beban Gelombang
Beban Muatan
Berdasarkan CSR for Double Hull Oil Tanker, perhitungan kelelahan harus dilakukan pada setiap lokasi yang berpotensi terjadi keretakan. Lokasi–lokasi tersebut antara lain: Index M1
Lokasi Sambungan antara bottom longitudinal dengan web frame
M2
Sambungan antara side longitudinal dengan web frame
M3
Sambungan antara longitudinal bulkhead stiffner dengan web frame
M4
Sambungan antara side longitudinal dengan transverse bulkhead
M5
Sambungan antara bottom longitudinal dengan web frame
Frame Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 68 Frame 62 Frame 54 Frame 65 Frame 58 Frame 51
Detil
Titik Berat terhadap dasar (Z1) = S2 / S1 = 15696621479.871 / 1983047.15 = 7915.405 mm 7.915405 m Titik Berat terhadap deck (Z2) = H - Z1 = 9424.59
mm
9.424595 m
Ixx = S3 + S4 = 221241926480917.000 + 562694812702.01 =
2.22E+14
mm
4
INA = Ixx - ( Z1 )2 . S1 = 221804621293619.000 - [(7915.41^2) x 1983047.148] =
Modulus penampang thd bottom ( Wbot ) =
Modulus penampang thd deck ( Wdeck ) =
Pengecekan Tegangan Kondisi Air Tenang Pengecekan Modulus Pengecekan Momen Inersia Total Conclusion
9.76E+13
mm4
INA / Z1 = 97559503814491.700 / 7915.41 3 = 1.23E+10 mm INA / Z2 = 97559503814491.700 / 9424.59 3 = 1.04E+10 mm σdeck 144.708 Wbottom 1.23E+10 INA 9.76E+13
σbottom σp max 121.535 190 Wdeck Wmin 1.04E+10 1.02E+10 I v-min 5.06E+13 Accepted
Ket. < Teg. Max Ket. > Wmin Ket. > I v-min
Kesimpulan Accepted Kesimpulan Accepted Kesimpulan Accepted
Stress range kondisi 95% Kondisi
FC
BC
Stress range kondisi 90%
Load Case
M1
M2
M3
M4
M5
1&2 3&4 5A & 5B 6A & 6B 1&2 3&4 5A & 5B 6A & 6B
122 122 122 122 106 106 106 106
68 68 68 68 93 93 93 93
101 101 101 101 93 93 93 93
65 65 65 65 91 91 91 91
122 122 122 122 105 105 105 105
Kondisi
FC
BC
Load Case
M1
M2
M3
M4
M5
1&2 3&4 5A & 5B 6A & 6B 1&2 3&4 5A & 5B 6A & 6B
130 130 130 130 113 113 113 113
71 71 71 71 98 98 98 98
107 107 107 107 99 99 99 99
68 68 68 68 96 96 96 96
129 129 129 129 112 112 112 112
Stress range kondisi 85% Kondisi
FC
BC
Load Case
M1
M2
M3
M4
M5
1&2 3&4 5A & 5B 6A & 6B 1&2 3&4 5A & 5B 6A & 6B
127 127 127 127 108 108 108 108
72 72 72 72 96 95 96 96
103 103 103 103 93 93 93 93
69 69 69 69 93 93 93 93
126 126 126 126 107 107 107 107
Review
kompartemen 1
F U L L L O A C
BOTTOM BULKHEAD SIDE kompartemen 2 BOTTOM BULKHEAD SIDE kompartemen 3 BOTTOM BULKHEAD SIDE
LC 1
LC 2
LC 3
LC 4
C C C
T C T
C C T
C C C
LC 1
LC 2
LC 3
LC 4
C T C
T T T
T T C
C C C
LC 1
LC 2
LC 3
LC 4
C C C
T C T
C C T
C C C
kompartemen 1 BOTTOM BULKHEAD SIDE B A L L A S T
kompartemen 2 BOTTOM BULKHEAD SIDE kompartemen 3 BOTTOM BULKHEAD SIDE
KIRI T T T
LC 5a+5b KANAN T C T
LC 6a+6b KIRI KANAN T T C C T T
KIRI T C T
LC 5a+5b KANAN T C T
LC 6a+6b KIRI KANAN T T T C T C
KIRI T T T
LC 5a+5b KANAN T C T
LC 6a+6b KIRI KANAN T T C C T T
LC 1
LC 2
LC 3
LC 4
C T C
T C T
T C C
C C C
LC 1
LC 2
LC 3
LC 4
C C C
T C T
C C T
C C C
LC 1
LC 2
LC 3
LC 4
C T C
T C T
T C C
C C C
KIRI T C T
LC 5a+5b KANAN T C T
LC 6a+6b KIRI KANAN T T C T T C
KIRI T C T
LC 5a+5b KANAN T C T
LC 6a+6b KIRI KANAN T T T C T T
LC 5a+5b KIRI KANAN T T C C T T
LC 6a+6b KIRI KANAN T T C T T C
Local connection M1 kondisi 90% S1
S2
total stress range
s mean
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
s tensile
s compression
Sri
D
15
-35
130
-10
55
-75
99.56
0.290795
-15 41
-25 25
130 130
-20 33
45 98
-85 -32
95.71 116.76
0.251403 0.513943
30
20
130
25
90
-40
113.57
0.466358
20
-26
113
-3
53
-59
89.11
0.192358
8
-25
113
-8
48
-65
86.90
0.174777
22
27
113
24
81
-32
100.08
0.296374
15
32
113
24
80
-33
99.77
0.292969
Local connection M2 kondisi 95% S1
N/mm 17 17 30 21 20 -20 28 22
total stress range
S2
2
N/mm -35 -19 26 19 -22 -20 23 -43
2
N/mm 68 68 68 68 93 93 93 93
2
s mean
N/mm -9 -1 28 20 -1 -20 25 -11
2
s tensile
s compression
Sri
25 33 62 54 46 27 72 36
-43 -35 -6 -14 -48 -66 -21 -57
50.937 53.7719 65.8459 62.7129 74.2385 66.3276 84.9754 70.5682
D 0.0301 0.03865 0.09475 0.0768 0.15634 0.09774 0.26743 0.12687
REVIEW
Perkiraaan umur konstruksi kondisi 95% pada tahun 2008
Lokasi
DM
fatigue life [tahun]
Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 62 Frame 54 Frame 48 Frame 65 Frame 58 Frame 51
1.956 2.271 2.100 0.889 1.098 1.035 1.243 1.541 1.062 0.906 1.031 0.949 2.937 3.229 3.120
12.8 11.0 11.9 28.1 22.8 24.2 20.1 16.2 23.5 27.6 24.2 26.4 8.5 7.7 8.0
Index
M1
M2
M3
M4
M5
M1
M2
Perkiraaan umur konstruksi kondisi 90% pada tahun 2008
Index
M1
M2
M3
M4
M5
M3
Lokasi Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 62 Frame 54 Frame 48 Frame 65 Frame 58 Frame 51
M4
DM
fatigue life [tahun]
2.479 2.713 2.647 1.229 1.331 1.157 1.572 1.897 1.483 0.936 1.302 1.177 3.677 3.890 3.820
10.1 9.2 9.4 20.3 18.8 21.6 15.9 13.2 16.9 26.7 19.2 21.2 6.8 6.4 6.5
M5
Perkiraaan umur konstruksi kondisi 85% pada tahun 2008
Index M1
M2
M3
M4
M5
Lokasi Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 65 Frame 58 Frame 51 Frame 62 Frame 54 Frame 48 Frame 65 Frame 58 Frame 51
DM 2.199 2.445 2.365 1.093 1.259 1.147 1.281 1.525 1.201 0.960 1.318 1.201 3.271 3.507 3.426
fatigue life [tahun] 11.4 10.2 10.6 22.9 19.9 21.8 19.5 16.4 20.8 26.0 19.0 20.8 7.6 7.1 7.3
Berdasarkan table diatas bisa disimpulkan bahwa fatigue life sambungan M5 paling rendah, yang paling tinggi diantara ke lima titik yang dianalisa yaitu pada sambungan M4. Sambungan M4 terletak di daerah side shell lokasinya dibawah D/2 yang memiliki nilai laju korosi yang kecil 0.03 mm/year. Selain itu letaknya paling dekat dengan netral axis sumbu horizontal. Meskipun bila ditinjau dari netral axis vertical paling jauh, berdasarkan perhitungan stress range nilai netral axis terhadap sumbu horizontal lebih besar dari pada netral axis vertical. Stress range pada tiap sambungan lokasi dipengaruhi oleh korespondensi stress yang diakibatkan oleh global dan local load. Global load dipengaruhi oleh vertikal bending moment, horizontal bending momen. Sedangkan local load dipengaruhi oleh beban lokal yang diakibatkan internal dan eksternal pressure. Kapal 37.087 DWT ini dibangun berdasarkan rule scantling yang lama, oleh sebab itu hasil penelitian pada struktur kapal ini tidak memenuhi regulasi fatigue life CSR 25 tahun.
Akpan, U.O., Koko, T.S., Ayyub, B., & Dunbar, T.E. (2002). Risk assesment of aging ship hull structures in the presence of corrotion and fatigue. Elsevier Science Ltd., 211–231. American Bureau of Shipping, Det Norske Veritas, & Lloyd’s Register. (2005). Structural Defect Experience for Tankers. American Bureau of Shipping, Det Norske Veritas, & Lloyd’s Register. (2006). Common Structural Rules for Double Hull Oil Tankers. Bach-Gansmo, O., Carlesen, C.A. (1989): Fatigue assessment of hull girder for ship type floating production vessel, Proceedings of the Mobile Offshore Structures, L.R. Elsevier Science Ltd., 297-319. Det Norske Veritas . (2005). Basic Hull Strength. Dipetik Desember 28, 2013, dari http://www.slideshare.net/ismelkov/dnv-hull-structure-course International Association of Classification Societies. (2006). Common Structural Rules for Bulk Carriers. London : IACS Council. International Association of Classification Societies. (2010). Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker. London : IACS Council. Kurnianto, P. (2012). Perkiraan Umur Konstruksi FPSO Konversi Dari Tanker Dengan Analisis Fatigue. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Septiana, D. (2012). Perkiraan Fatigue Life pada Bracket Kapal Tanker Berdasarkan Common Structural Rules. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Soegiri, P. (2004). Peraturan Maritim Internasional CAS, CAP, ESP. Jakarta: Buletin Marine Engineer., 1920. Tomasevic, S., Parunov, J., & Senjanovic, I. (2000). Fatigue Strength Assessment of FPSO Deck Longitudinals, Trans. FAMENA., 35-44. Wicaksono, A.K. (2010). Analisis Keandalan Scantling Support Structure System Gas Processing Module FPSO Belanak Terhadap Beban Kelelahan. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Widodo, M.T. (2010). Kendalan Scantling Struktur Geladak Dan Dasar Pada Konversi Tanker Menjadi FPSO Terhadap Beban Kelelahan. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Zakky, A. (2012). Analisa Fatigue Pada Floating Storage Dengan Metode Simplified Fatigue Damage Cumulative Pada Perairan Widuri: Studi Kasus Pada FSO 109.000 DWT. Surabaya : Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
