Pengaruh Kedalaman Air terhadap Beban Gelombang pada Tali Tambat Terminal Tanker Floating Storage Offloading (FSO)

(1)

Pengaruh Kedalaman Air terhadap Beban Gelombang pada

Tali Tambat Terminal Tanker Floating Storage Offloading

(FSO)

Wibowo HN

Marine Structural Monitoring / Hydroelasticity Group 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

Abstrak

Paper ini merupakan kajian experimental dari pengaruh kedalaman air terhadap beban gelombang yang terjadi pada sistem tali tambat kapal tanker FSO. Uji model dilakukan dengan memberikan gelombang air tak beraturan pada model kapal tanker FSO di Tangki Tarik (TT) untuk simulasi laut dalam dan Tangki Gelombang (MOB) untuk kondisi perairan dangkal. Karakteristik gelombang yaitu tinggi gelombang signifikan (Hs) dan periodenya (Ts) untuk kedua kondisi adalah sama. Sistem tali tambat untuk tanker FSO ini terdiri 14 tali dengan 2 material yang berbeda dimana sisi portside terdiri dari 6 tali mendatar yang memodelkan 6 rantai jangkar dan sisi starboard terdiri dari 8 tali yang memodelkan tali super line polyester yang dihubungkan ke tiang pancang pengait (dolphin). Kekakuan sistem tambat ini juga dibuat sama pada kedalaman tangki yang berbeda. Beban gelombang adalah tak beraturan dan bekerja pada model kapal dengan delapan arah yakni Utara (U), Timur laut (TL), Timur (T), Tenggara (TG), Selatan (S), Barat Daya (BD), Barat (B), Barat Laut ( BL). Gaya tegangan di setiap tali diukur dengan menggunakan transduser satu komponen arah gaya arah. Hasil dari pengujian ini menunjukkan bahwa besarnya tegangan tali yang terjadi tergantung dari datangnya gelombang ke sistem tambat dimana nilai maksimum terjadi pada arah pembebanan gelombang 900 dan 2700 . Hasil pengujian ini juga menunjukkan bahwa nilai tegangan tali yang diperoleh di kedalaman air dangkal bisa mencapai hinggga dua kali nilai tegangan di perairan dalam. Temuan ini merupakan informasi penting bagi seorang insinyur / peneliti teknologi kelautan untuk menentukan garis tengah, jenis material dan umur dari sistem tambat dari suatu struktur apung di laut.

Kata kunci: tali tambat, rantai jangkar, tali polyester, tegangan tali, beban gelombang , tanker FSO

(2)

Abstract

In this papers the influence of the sea water depth on tension of the mooring lines of the tanker FSO induced by wave loads is experimentally described. A ship model testing was conducted by generating irregular waves in Towing Tank (TT) and Manouvring Ocean Engineering Basin (MOB) to simulate deep and shallow water condition respectively. In generating the waves their characteristics such as significant height (Hs) and period (Ts) were the same. The mooring lines on the shipmodel consisted of 14 lines with 2 different materials. The portside consisted of 6 horizontal lines that represent the 6 anchor chains. The starboard side consisted of 8 lines that represent super line polyester ropes connected to the dolphin. In these two tanks stiffness of the mooring system were also the same. The wave loads are irregular and acting on the shipmodel for 8 weather directions i.e. North (N), North East ( NE) East(E) South East ( SE) South (S), South West (SW), West ( W), and North West ( NW). The tension-induced wave in each line was measured using a single component force transducer. Results from this experiment show that (1) the maximum tension loads occurred at wave direction of 900 and 2700 (2) tension loads of the mooring lines at shallow water can be two times from their counterparts at deepwater. Those results above can be an importat information to an ocen engineers/scientist to determine a diameter, material and lifetime of a mooring line of a floating structure.

Keywords:mooring line ,anchor chain, polyester line, tension lnei, wave load , FSO tanker

1. Pendahuluan

Untuk menganalisa suatu sistem tambat, hal dasar yang diperlukan adalah penentuan posisi keseimbangan benda pada sistem tambat dibawah pengaruh gaya- gaya luar yang bekerja pada sistem tersebut. Kemudian perhitungan dilakukan untuk semua posisi benda, tegangan tali – tali tambat dan semua parameter yang menunjukkan perilaku dari masing – masing tali. Cara pertama dari evaluasi sistem tambat dan termudah adalah berdasarkan keseimbangan antara beban lingkungan rata – rata seperti angin, gelombang dan arus pada kapal dan gaya pengembali (restoring force) dari sistem tambat tersebut. Jika variasi frekuensi rendah juga diperhitungkan karena munculnya gaya hanyut gelombang frekuensi rendah yang ada pada grup gelombang, maka simulasi dalam domain waktu diperlukan. Biasanya tipe analisa ini berdasarkan pada karakteristik gaya pengembali statis yang dianggap sebagai pegas. Jika dinamika dari sistem tambat mempunyai pengaruh yang besar pada damping frekuensi rendah dari sistem tersebut dan dinamika tali tambat karena frekuensi gelombang memperbesar beban tali tambat tersebut, maka perhitungan perlu dilakukan untuk menentukan seberapa besar pengaruh tersebut. Dinamika tali tambat dapat diperkirakan dengan menggunakan gerakan yang berasal dari analisa quasi statis, tetapi ini merupakan pendekatan uncouple dimana dinamika dari sistem tambat dihitung terpisah dari dinamika dari benda apungnya. Untuk pendekatan yang lebih canggih lagi dalam analisa sistem tambat dilakukan kombinasi antara gelombang dan gerakan frekuensi rendah dari gerakan benda apungnya dalam domain waktu di couple dengan dinamika dari tali tambat. Pada Tabel 1 ditampilkan

(3)

menurut standart American Petroleum Institute (API), American Bureau of Shipping (ABS) dan Bureau Veritas (BV).

Tabel`1. Batas tegangan tali tambat yang diijinkan dan kesamaan faktor keamanannya yang

diperlukan untuk berbagai kondisi dan metoda analisa [ daftar pustaka 2 ]

Tension Limit S.F Tension Limit S.F Tension Limit S.F Intact Quasi- static 50% 2,00 50% 2,00 - -Intact Dynamics 60% 1,67 60% 1,67 57% 1,75 Damage Quasi- static 70% 1,43 70% 1,43 - -Damage Dynamics 80% 1,25 80% 1,25 80% 1,25 Transitional Quasi- static 85% 1,18 85% 1,18 - -Transitional Dynamics 95% 1,05 95% 1,05 n.a n.a

BV Condition Analytic Method

API ABS

Dari seluruh metoda yang dipakai untuk menganalisa dinamika tegangan tali tambat tampak faktor gelombang mempunyai peran yang besar dan bisa dikatakan dominan. Karena hal ini perusahaan pemilik fasilitas tanker FSO memberikan pekerjaan pengujian model sistem tambat mereka ke UPT BPPH. Penulisan ini akan membahas bagaimana uji model tersebut dilaksanakan dan menganalisa hasil dari tegangan tali karena beban gelombang berkaitan dengan penggunaan desain sistem tambat tersebut pada kedalaman perairan yang berbeda.

2. Metoda Pengujian [ daftar pustaka 1 & 3]

Ukuran utama dari kapal tanker ini adalah panjang kapal atau length between perpendicular ( Lpp) = 256 m, lebar kapal atau breadth (B) = 46.2 M, tinggi kapal atau depth (D) = 23.8 m dan sarat kapal atau draught (T) = 15.54 m. Dengan skala model 1:50 dapat dikatakan bahwa kolam dangkal (MOB) mewakili kedalaman air 22,5 m sedangkan dikolam dalam (TT) mewakili kedalaman air 250m. Konfigurasi dari sistem tambat yang diuji di tangki tarik (TT) dan tangki olah gerak (MOB) 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 (CH – 11 s/d 16). Perlu diketahui bahwa kekakuan pegas dan prategangannya merupakan komponen mendatar. Pada bagian starboard terdiri dari 8 tali yang mewakili tali superline polyester ( MD – 11 s/d 17) yang terhubungkan ke tiang pancang pengait (dolphin). Model kapal tanker FSO dibuat dari kayu dan sebelum uji model di tangki dilakukan 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. Pengujian sistem tambat ini dilakukan di Tangki Tarik (TT) dan Olah Gerak (MOB) dengan gelombang tak beraturan (irregular wave) pada tangki tarik ini, gelombang tersebut dibangkitkan dengan pembuat gelombang (wave maker) dengan melakukan berbagai gerakan translasi bolak – balik berdasarkan frekuensi yang diinginkan. Besarnya gerakan bolak – balik dan frekuensinya berhubungan dengan distribusi energi pada kondisi laut tak beraturan yang dihasilkan.

(4)

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

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

Dengan demikian kondisi laut yang acak yang terdapat pada lokasi sebenarnya dapat dibuat di kolam uji TT dan MOB. Dimana terdapat didalamnya untuk setiap saat batas penuh dari frekuensi dengan distribusi energi yang sesuai dengan spektrum gelombangnya. Kondisi dari gelombang tak beraturan yang diinginkan diatur sebelum uji model dilakukan. Hal ini berlangsung selama 30 menit jika dalam kondisi skala

(5)

alat pengukur gelombang tipe kawat tahanan ( resistance wire wave probes). Kondisi laut yang tak beraturan diatur agar distribusi kerapatan spektral sesuai dengan distribusi energi teoritis yang diinginkan. Spektrum gelombang yang dipakai pada uji model ini adalah gelombang spektrum Pierson-Moskowitz (PM) dengan Hs=2.63m, Tp=7.06 detik. 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 pembebanan gelombang terhadap model kapal sesuai dengan delapan arah penjuru mata angin yakni U, TL, T, TG, S, BD, B, BL yang 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 (1350 ) gelombang diperlihatkan pada Gambar 4 di tangki tarik (TT) sedangkan pada tangki olah gerak (MOB) diperlihatkan oleh Gambar 5. 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.

(6)

Gambar 4. Pembebanan 1350 gelombang di Tangki Tarik ( TT )

(7)

4. Analisa Hasil dan Kesimpulan

Hasil dari uji model sistem tambat kapal tanker FSO ini ditampilkan pada Gambar 6 hingga 13.

Nilai tegangan tali dari arah beban gelombang dengan heading 00 dan 1800, 450 dan 2250, 900 dan 2700, 2250 dan 3150 yang diwakili oleh Gambar 6 dan 10, Gambar 7 dan 11, Gambar 8 dan 12, Gambar 9 dan 13 menunjukkan hasil yang berbeda hal ini disebabkan oleh sistem tambat dari kapal Tanker FSO ini yang tidak simetris. Dalam artian pengaturan tali poliester pada posisi starboard berbeda dengan rantai baja pada sisi portside.

Sudut datang gelombang pada kapal tanker yang ditambat mempunyai pengaruh yang besar terhadap nilai tegangan tali tambat. Untuk kedua kedalaman tersebut nilai maksimum terjadi pada 90 derajat untuk tali polyester (MD12) sedangkan pada sisi rantai baja nilai maksimum terjadi pada sudut heading 270 derajat (CH13 dan CH14). Hal ini dapat dijelaskan dengan mengamati Gambar 1 dan 3. Pada posisi kedua heading di atas kapal tersebut dalam keadaan “beam sea” dimana dapat dipastikan kapal dalam kondisi pembebanan gelombang paling besar. Menarik untuk diamati pada heading 90 derajat tegangan tali terbesar tidak terjadi pada tali di posisi ”midship” yaitu MD 13, 14 dan 15 ini kemungkinan karena kapal mengalami gerakan ”yawing ” yang berlebih. Hal ini tak terjadi pada heading 270 derajat karena kondisi kekakuan yang berbeda.

Dari Gambar 6 hingga 13 perbandingan nilai tegangan tali di perairan dangkal terhadap dalam (Fw(MOB)/Fw(TT)) pada hampir semua kasus lebih dari satu Hal ini berarti tegangan tali karena beban gelombang di perairan dangkal untuk semua heading rata – rata mempunyai nilai yang lebih besar dari kondisi perairan dalam. Hal – hal berikut ini mungkin dapat menjelaskannya:

 Karakteristik gelombang datang pada laut dalam dan dangkal terjadi perbedaan , kecepatan partikel gelombang di perairan dangkal biasanya lebih tinggi dari yang di perairan dalam karena untuk waktu perioda yang sama lintasan orbit partikel gelombang di laut dangkal lebih panjang dari perairan dalam. Sehingga gaya eksitasi beban gelombang ke kapal pun akan berbeda di perairan dangkal akan berbeda dengan di perairan dalam.

 Koefisien hidrodinamika untuk kondisi perairan dangkal dan dalampun berbeda karena pada perairan dangkal terdapat pengaruh dari kedekatan pada dasar perairan.

 Pada perairan dalam aliran bisa diasumsikan hanya 2 dimensi dimana semua dianggap mengalir dibawah lunas kapal tetapi pada perairan dangkal pengaruh aliran tiga dimensi cukup besar karena fluida juga mengalir pada ujung – ujung kapal.

(8)

Tegangan Tali pada Heading 0 derajat 0 10 20 30 40 50 60 70 80 CH-11 CH-12 CH-13 CH-14 CH-15 CH-16 MD-1 1 MD-1 2 MD-1 3 MD-1 4AB MD-1 4CD MD-1 5 MD-1 6 MD-1 7

Nomor tali tambat

T e g a n g a n T a li ( T o n ) perairan dangkal(T/D=0,7)l perairan dalam(T/D=0,06)

Gambar 6. Nilai Tegangan Tali untuk Heading Kapal 00 di Perairan Dangkal dan Dalam

Tegangan Tali pada Heading 45 derajat

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 CH-11 CH-12 CH-13 CH-14 CH-15 CH-16 MD-11 MD-12 MD-13 MD-14A B MD-14CD MD-15 MD-16 MD-17

Nomor Tali tambat

T egan g an T ali ( to n ) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

Tegangan Tali Pada Heading 90 derajat

0 20 40 60 80 100 120 CH-11 CH-12 CH-13 CH-14 CH-15 CH-16 MD-11 MD-12 MD-13 MD-14A B MD-14CD MD-15 MD-16 MD-17

Nomor Tali Tambat

T egan g an T ali ( T o n ) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

0 20 40 60 80 100 120 CH -11 CH -12 CH -13 CH -14 CH -15 CH -16 M D-11 M D-12 M D-13 M D-14A B M D-14CD M D-15 M D-16 M D-17

nomor tali tambat

T e g a n g a n T a li ( T o n ) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 CH-11 CH-12 CH-13 CH-14 CH-15 CH-16 MD-11 MD-12 MD-13 MD-14A B MD-14C D MD-15 MD-16 MD-17

Te ga ng an Ta li (Ton) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 CH-1 1 CH-1 2 CH-1 3 CH-1 4 CH-1 5 CH-1 6 MD-1 1 MD-1 2 MD-1 3 MD-1 4AB MD-14CD MD-1 5 MD-1 6 MD-1 7

Te ga ng a n Ta li (T on ) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

(9)

Tegangan Tali pada Heading 270 derajat 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 CH-11 CH-12 CH-13 CH-14 CH-15 CH-16 MD-11 MD-12 MD-13 MD-14A B MD-14CD MD-15 MD-16 MD-17

T e g a n g a n T a li ( T o n ) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

Tegangan Tali pada heading 315 derajat

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 CH-11 CH-12 CH-13 CH-14 CH-15 CH-16 MD-11 MD-12 MD-13 MD-14AB MD-14CD MD-15 MD-16 MD-17

T egan g an T ali ( T o n ) perairan dangkal(T/D=0,7) perairan dalam(T/D=0,06)

Dari hasil uji model sistem tambat untuk kapal tanker FSO yang dilakukan di dua jenis kedalaman air diwakili dengan pengujian pada Tangki Tarik (perairan dalam) dan MOB ( perairan dangkal), diketahui bahwa kedalaman air mempunyai pengaruh pada tegangan tali tambat karena beban gelombang. Temuan ini merupakan informasi penting bagi seorang insinyur / peneliti teknologi kelautan untuk menentukan garis tengah, jenis material dan umur dari sistem tambat dari suatu struktur apung di laut.

Daftar Pustaka

[1].Report No :LHI/064/III/2004,” Model Test of Oil/Condensate FSO for Betara Field Development”.

[2].P. B. Ricardo, G. A. Marcio , L. Inga, “ Deepwater Mooring Systems Design and Analysis: A Practical Overview of Various Calculation Methods”,

([email protected]

[3].Wibowo H.N, O, Samudro,” On The Fatigue Analysis of Mooring Lines in Irregular Wave”, Published and Presented for 4th Regional Conference of Marine Technology 2004,on 7 & 8 September 2004 at Johor, Malaysia