PENGUJIAN MODEL GUNA MEMPREDIKSI BESARAN SUBJECTIVE MOTION PADA FLOATING PRODUCTION UNIT

(1)

PENGUJIAN MODEL GUNA MEMPREDIKSI BESARAN

SUBJECTIVE MOTION PADA FLOATING PRODUCTION UNIT

Arifin PTRIM – BPPT e-mail : [email protected]

Abstrak: Suatu Floating Production Unit (FPU) sangat diperlukan guna menunjang kegiatan eksplorasi migas di perairan lepas pantai yang direncanakan. Kinerja FPU ketika beroperasi sangat dipengaruhi oleh perencanaan bentuk badan kapal (FPU) dan kondisi lingkungan operasional FPU tersebut, yang berupa angin, gelombang dan arus laut. Kualitas beban lingkungan akan menentukan besarnya respon gerakan pada FPU, yang juga akan mempengaruhi kinerja Anak Buah Kapal (ABK). Subjective Motion Value sebagai satu indikator, digunakan untuk mengetahui tingkat ketahanan ABK yang dipengaruhi oleh percepatan respon gerakan yang terjadi pada FPU. Pengujian model merupakan salah satu metode yang cukup valid untuk memprediksi besarnya respon kapal pada kondisi gelombang laut tertentu. Pengujian model dilakukan di tangki uji Manoeuvring Ocean Engineering Basin (MOB) dengan menggunakan skala model 1:40 dengan variasi tinggi dan frekuensi gelombang serta arah gelombang datang. Selanjutnya, hasil pengujian yang berupa percepatan gerakan kapal dibandingkan kriteria Subjective Motion.

Kata kunci: Eksplorasi Migas, Floating Production Unit (FPU), Respon Gerakan, Subjective Motion

Abstract: A Floating Production Unit (FPU) is necessary to support oil and gas exploration activities in a planned offshore waters area. The performance of the FPU when it operates is strongly influenced by the designed of the ship's hullform (FPU) and the operational environmental conditions of the FPU, which are wind, wave and ocean currents. The quality of the environmental load will determine the magnitude of motion response of the FPU, which will also affect the performance of FPU’s crews. Subjective Motion Value as an indicator, is used to determine the level of crews performance that is influenced by the acceleration of motion response that occurs in FPU. Testing the model as a common method that is valid enough to predict the magnitude of the ship's response for a certain sea environment. The model test was performed in Manoeuvring Ocean Engineering Basin (MOB), using 1:40 model scale with variation of wave height and frequency as well as direction of incident wave. Furthermore, the test results in the form of acceleration of ship motion compared to Subjective Motion criteria.

Keywords: Oil and Gas Exploration, Floating Production Unit (FPU), Motion Response, Subjective Motion

PENDAHULUAN

Dalam pembangunan kapal baru, faktor manusia merupakan salah pertimbangan perencanaan guna menjamin adanya interaksi yang optimal antara teknologi dan manusia untuk mencapai efektifitas pengoperasian kapal yang optimal. Apabila semua faktor perencanaan telah

(2)

Seiring dengan perkembangan perencanaan diperlukan adanya penekanan yang lebih besar pada faktor manusia untuk memaksimalkan faktor keselamatan dan efisiensi selama kondisi operasional rutin maupun pada kondisi darurat. Pada kondisi laut yang lebih berat (cuaca buruk), gerakan kapal yang berlebihan akan membatasi kemampuan anak buah kapal dalam menjalankan tugasnya. Hal ini memunculkan pertanyaan mendasar mengenai seakeeping dan seaworthiness dalam perencanaan kapal baru, apakah kondisi darurat akan terjadi.

Kegiatan fisik yang dilakukan di atas bangunan apung (kapal) yang bergerak juga dapat menyebabkan kelelahan dan penurunan mental, yang pada akhirnya dapat mengakibatkan penurunan kinerja dan bahkan berpotensi terjadinya kecelakaan kerja. Mabuk laut (Seasickness) adalah merupakan salah satu contoh yang paling umum dari fenomena mabuk yang disebabkan oleh gerakan kapal.

Seaworthiness meliputi semua aspek perencanaan kapal yang mempengaruhi kemampuannya untuk bertahan di laut pada segala kondisi dalam menjalankam misinya. [Brown, 1985] telah mengulas pentingnya perencanaan kapal dengan tingkat seaworthiness yang tinggi, dan bila tidak demikian maka biaya tinggi diperlukan sebagai ganti hilangnya efektivitas operasional kapal.

Getaran badan kapal secara keseluruhan dapat mempengaruhi kenyamanan, efisiensi kerja dan bahkan kesehatan dan keselamatan anak buah kapal serta penumpang. Ada banyak metode untuk mengelompokkan tingkat keganasan dan mendefinisikan batas-batas getaran badan kapal, meski belum diterima secara umum. Pekerjaan pengelompokkan frekuensi getaran ke dalam batas 0.1-1.0 Hz dilakukan oleh [Allen, 1974]. Adapun metode lainnya adalah dengan menggunakan metode pembobotan untuk memprediksi percepatan, menentukan pengaruh percepatan angular respon seseorang terhadap getaran dengan menggunakan ukuran intensitas subjective [Shoenberger, 1976].

Meskipun permasalahan utama adalah getaran badan kapal secara keseluruhan, namun getaran tersebut akan diteruskan ke tubuh seseorang dengan berbagai cara. Pertama, getaran akan diteruskan secara secara keseluruhan. Kedua, getaran tersebut akan diteruskan menuju bagian-bagian tubuh seperti kaki. Akan tetapi, getaran dapat mempengaruhi kinerja seseorang secara tidak langsung dengan mempengaruhi stabilitas objek dalam penglihatan seseorang. Hal tersebut dapat menyebabkan pandangan menjadi kabur dan kesulitas interpretasi.

Getaran badan kapal dapat diklasifikasikan menjadi:

- Gerakan frekuensi rendah yang disebabkan oleh kondisi laut di sekeliling kapal.

- Getaran frekuensi tinggi yang ditimbulkan oleh permesinan, poros baling-baling dan sebagian besar permesinan geladak.

Pada umumnya, getaran kapal dalam rentang frekuensi 2-12 Hz bisa mempengaruhi kinerja manusia. (Von Gierke et al., 1991). Bahkan pada frekuensi dibawah rentang frekuensi 0.02-0.2 Hz dapat terjadi masalah dalam kontrol [Colwell, 1989]. Pengaruh getaran badan kapal bisa bermacam-macam, diantaranya adalah penurunan kinerja, kelelahan, kerawanan terjadinya kecelakaan dan bahkan membahayakan keselamatan.

METODE PENELITIAN

Serangkaian pengujian Seakeeping dilakukan dengan menggunakan model berbentuk barge di kolam Manoeuvring Ocean Engineering Basin (MOB) milik BPPT, yang merupakan kolam uji bangunan lepas pantai terbesar di Asa Tenggara (lihat gambar 1).

(3)

Gambar 1. Kolam Uji MOB

Dalam pelaksanaan pengujian seakeeping, model diletakkan di bagian tengah kolam dan ditambat dengan sistem tambat yang telah direncanakan sebelumnya. Setelah itu, pada model dikenakan gaya eksitasi beban lingkungan yang berupa angin dan gelombang. Selanjutnya dilakukan pengukuran besarnya gerakan model dan gaya-gaya pada sistem tambat dengan menggunakan peralatan ukur yang sudah dipasang. Sebagai tahapan akhir dari pengujian model adalah data hasil pengukuran dianalisa guna mengetahui/memperkirakan besaran-besaran dan fenomena-fenomena yang terjadi pada kapal dalam kondisi yang sebenarnya.

PENGUJIAN MODEL

Pengujian model FPU barge dilakukan di kolam uji Manoeuvring Ocean engineering Basin (MOB) dengan jalan memberikan beban lingkungan yang berupa gelombang pada model kapal yang ditambat.

Model FPU Barge

Model kapal yang diuji dibuat dari bahan kayu dengan laminasi dari bahan multipleks dengan skala model yang digunakan 1:40. Model kapal tersebut juga dilengkapi dengan bilge keel untuk mensimulasikan kondisi aliran di sekitar badan kapal sesuai kondisi sebenarnya. Bentuk geometri badan kapal ditunjukkan oleh Gambar 1.

(4)

Gambar 1. Lines Plan Kapal

Titik berat dan jari-jari girasi model kapal ditimbang secara statis dan dinamis dengan oscillation table untuk mendapatkan distribusi massa yang tepat dalam tiga arah sumbu, agar mendekati kondisi kapal sebenarnya.

Peralatan Ukur

Beberapa alat ukur yang digunakan dalam pengujian ini terdiri atas:

• AQUALISYS

Peralatan Aqualisys memiliki kemampuan untuk melakukan perekaman data gerakan kapal dalam 6 derajat kebebasan (6 DoF)

• Load Cell

Load Cell digunakan untuk mengukur tegangan yang terjadi pada tali tambat. Load Cell yang digunakan memiliki kapasitas ukur hingga 5 kg (skala model).

• Peralatan data akuisisi yang terdiri atas amplifier, signal conditioners, filtering unit dan Analog Digital Converter (ADC).

Peralatan ini digunakan pada proses pembacaan data pengukuran sehingga diperoleh data yang memadai.

Besaran Yang Diukur

Beberapa besaran yang diukur dalam pengujian ini serta konvensi arah besaran diberikan oleh Tabel 1 berikut:

Tabel 1. Besaran Yang Diukur

BESARAN NOTASI POSITIF DIUKUR

JIKA DENGAN

Tegangan Tali F Tarik Load Cell

Gerakan;

- Heave Z Ke Atas Aqualisys

- Roll Mx Putar ke Kiri Aqualisys

(5)

Set-up Pengujian

Model FPU ditambatkan di kolam uji dengan menggunakan sistem mooring yang disimulasikan dengan menggunakan sling yang menghubungkan titik tambat di geladak model kapal dengan titik tambat pada dasar kolam uji. Akan tetapi, agar model uji bisa mewakili kondisi sebenarnya dari kapal yang tertambat, maka kekakuan dari sistem tambat juga perlu dimodelkan. Oleh karena itu, kekakuan sistem tambat dimodelkan dengan jalan menggunakan pegas yang telah dikalibrasi sedemikian rupa dan diberikan pre-tension sebesar 0.816 kg, sehingga memiliki kekakuan sebagaimana kondisi sebeanrnya.

Skenario Pengujian

Dalam rangka untuk mendapatkan data-data pengujian model yang dapat menggambarkan kondisi terjadinya mabuk laut yang dipengaruhi oleh percepatan gerakan kapal, maka perlu dilakukan serangkaian pengujian model dengan mengikuti variasi pengujian yang telah direncanakan sebagai berikut.

Kondisi Lingkungan Laut

Variasi kondisi lingkungan laut disimulasikan berdasarkan kondisi operasional FPU, sebagaimana diperlihatkan oleh Tabel 2 dan Tabel 3 berikut.

Tabel 2. Kondisi Laut Operasional Kapal

CURRENT

Type Hs (m) Tp (s) Speed (m/s)

1 _JONSWAP1 _3.07 _8.1 _0.63 _{1 year waves}

2 _JONSWAP1 _4.42 ₁₀ _0.63 _{10 year waves}

4 JONSWAP1 2.1 6 0.43 1 year waves

11 JONSWAP1 2.1 6.8 0.71 10 year waves

12 _JONSWAP1 _2.65 ₇ _0.71 _{100 year waves}

15 _{Regular waves}2 ₄ ₆ --16 Regular waves 4 8.5 --17 Regular waves 4 12 --No. WAVES REMARKS

(6)

Tabel 3. Skenario Pengujian Model

(7)

HASIL PENGUJIAN MODEL

Hasil-hasil pengukuran gerakan kapal yaitu gerakan heave, roll dan pitch yang ditampilkan dalam bentuk time history sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 4 berikut.

Tabel 4. Respon Gerakan Hasil Pengujian Model

ANALISIS DATA DAN DISKUSI

Sebagaimana diketahui bahwa percepatan vertikal gerakan heave merupakan turunan kedua dari gerakan heave. Percepatan gerakan heave inilah yang biasanya berhubungan dengan kriteria operasional dan efektifitas kerja Anak Buah Kapal (ABK) ataupun penumpang yang terkait dengan permasalahan kejadian mabuk laut.

Tingkatan percepatan merupakan faktor penting yang berhubungan dengan kemampuan

SIGNIFICANT DOUBLE AMPLITUDE RESPONSES OPERATIONAL CONDITION

Wave Heading H.sign HEAVE ROLL PITCH

(DEG) (M) (M) (DEG) (DEG)

11.1 180 3.07 0.37 0,570 1,470 11.2 180 4.42 0.85 0,640 3,660 11.3 180 6 2.05 0,750 5,300 11.4 180 6 2.23 0,740 5,380 Damage-cond.1 11.5 180 6 2.06 0,770 5,430 Damage-cond.2 11.5b 180 6 1.4 0,760 5,410 Damage-cond.3 11.6 135 2.1 0.39 0.77 0.75 11.7 135 2.77 0.69 1.27 1.86 11.8 135 3.38 0.99 1.72 2.42 11.9 135 3.38 1.08 1.8 2.44 Damage-cond.1 11.10 135 3.38 1.05 1.79 2.43 Damage-cond.2 11.10b 135 3.38 1.04 1.76 2.42 Damage-cond.3 11.11 90 1.5 0.56 2.74 0.13 11.12 90 2.1 1.03 5.51 0.26 11.13 90 2.57 1.94 0.21 0.17 11.14 90 2.57 2.1 10.07 0.65 Damage-cond.1 11.15 90 2.57 2.11 8.65 0.27 Damage-cond.2 11.15b 90 2.57 2.03 10.11 0.54 Damage-cond.3 11.16 270 1.5 0.56 2.74 0.13 11.17 270 2.1 1.01 5.51 0.26 11.18 270 2.57 1.88 0.21 0.17 11.23 90 6 3.67 13.28 1.09 Riser Installed 11.23a 90 6 3.6 11.520 0.700 11.33 90 2.57 2.39 9.66 0.8 Riser Installed

(8)

dilakukan, percepatan vertikal sangat berhubungan dengan efektifitas dan kenyamanan orang yang bekerja di kapal.

Dari data hasil pengujian model yang sudah diturunkan secara numerik sehingga diperoleh data percepatan vertikal gerakan kapal.

Harga Subjective Motion (SM) dapat dihitung dengan menggunakan rumusan yang diberikan oleh Shoenberger sebagai berikut.

SM = A [ Š30 / g ]1.43 dimana:

A : Parameter sebagai fungsi frekuensi g : Percepatan grafitasi

Š30 : Amplitudo signifikan percepatan gerakan

Dari perhitungan diperoleh besaran Subjective Motion (SM) sebagaimana diperlihatkan oleh Tabel 5 berikut.

Tabel 5. Subjective Motion Sebagai Fungsi Percepatan Gerakan

No. Test No. Wave Heading S" SM

(deg) (m/s^2) 1 11.1 180 1.29 3.459335 2 11.2 180 1.32 3.574951 3 11.3 180 1.38 3.809575 4 11.3c 180 1.39 3.849112 5 11.4 180 1.37 3.77016 6 11.5 135 1.43 4.008482 7 11.5b 135 1.47 4.16978 8 11.6 135 1.24 3.269207 9 11.7 135 1.31 3.536286 10 11.8 135 1.29 3.459335 11 11.8c 135 1.21 3.156694 12 11.9 135 1.33 3.613743 13 11.10 135 1.36 3.730869 14 11.10b 135 1.33 3.613743 15 11.11 90 1.3 3.497747 16 11.12 90 1.37 3.77016 17 11.13 90 1.47 4.16978 18 11.14 90 1.54 4.456604 19 11.15 90 1.55 4.498044 20 11.15b 90 1.52 4.37407 21 11.16 270 1.29 3.459335 22 11.17 270 1.37 3.77016 23 11.18 270 1.48 4.292002 24 11.19 270 2.29 7.859848 25 11.23 270 (with riser) 1.78 5.482138

26 11.23a 270 (no riser) 1.59 4.664953

(9)

Nilai Subjective Motion yang diperoleh di atas, selanjutnya dibandingkan dengan krtiteria Subjective Motion (SM) sebagaimana yang ditentukan oleh Shoenberger (1975), lihat gambar 2. Dari perbandingan tersebut akan dapat ditentukan tingkat kejadian Sea Sickness pada FPU yang beroperasi pada kondisi perairan tertentu. Dari hasil pengujian model diketahui bahwa frekuensi terburuk adalah 1.07 rad/s , dimana harga Subjective Motion (SM) yang terjadi SM=7.85 (test number 11.19).

Gambar 2. Percepatan Vertikal vs Subjective Motion (SM)

KESIMPULAN

Berdasarkan analisa data pengujian model Floating Production Unit (FPU) yang digunakan untuk mendukung kegiatan eksploitasi migas, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Percepatan gerakan FPU dapat diprediksi melalui pengujian model di kolam uji MOB. 2. Subjective Motion (SM) yang dihitung dari nilai percepatan gerakan vertikal (heave) yang

terjadi pada FPU, yaitu sebesar 7.85 (pada frekuensi 1.07 rad/s)  Kondisi Transit

3. Harga SM dapat digunakan untuk memprediksi tingkat mabuk laut yang mempengaruhi kinerja ABK.

DAFTAR PUSTAKA

Brown, D. K., 1985, “The value of reducing ship motions”, Naval Engineers Journal, March,. Allen G., 1974, “Proposed limits for exposure to whole-body vibration”, In: von Gierke (ed.),

Vibration and combined stress in advanced systems, paper presented at the Aerospace Medical Panel Specialists, Meeting, Oslo, Norway.

Shoenberger R. W, 1976, “Comparison of the subjective intensity of sinusoidal, Multifrequency,

and random whole-body vibration”, Aviation, Space and Environmental Medicine, 47(8):

856-862.

Subjective Magnitude and Vertical Acceleration at 1.07 rad/sec 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6

Significant Vertical Acceleration (m/sec^2)

S M . Moderate Serious Severe Hazardous

(10)

Hill, J.. 1936, “The care of the sea-sick”. The British Medical Journal; II: 802-807. Chinn, H. I., 1951, “Motion sickness in the military service”. ;108:20-29.

Pethybridge, R. J., 1982, “Sea sickness incidence in Royal Navy ships”. INM Report 37/82, Institute of Naval Medicine, Gosport, England.

Griffin, M. J. , 1990, “Handbook of Human Vibration”. Academic Press, London. 1990. Wertheim, A, H. , 1998, “Mental workload is not affected in a moving environment”.