Abstrak- Kebutuhan dunia akan minyak saat ini sangat besar. Minyak sebagai salah satu sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan manusia saat ini. Dengan begitu maka perkembangan offshore di dunia saat ini juga akan semakin berkembang. Untuk itu kebutuhan penunjang sebagai pembantu industry offshore semakin berkembang pula. Beberapa penunjang kegiatan offshore adalah; kapalFPSO,KapalUV,platform,dsb. Pada sebuah kapal UV terdapat beberapa peralatan penunjang untuk membantu operasional kapal,yang diantaranya adalah peralatan crane. Crane digunakan untuk mengangkut barang-barang yang berat dari kapal menuju rig,atau sebaliknya. Pada Tugas Akhir(TA) ini akan dipilih crane dengan jenis telescopic crane. Kemudian akan dilakukan desain untuk merancang konstruksi pada komponen crane(monorail crane) sehingga gerakan crane dapat berjalan ke depan dan belakang secara optimal. Metode yang digunakan dalam melakukan analisa tegangan pada monorail ini menggunakan Finite element methode (metode elemen hingga). Factor keamanan dari material memenuhi karena nilai tegangan geser maksimal dari monorail sebesar 38,27N/mm2 (MPa) masih di bawah yield strength dari material yaitu sebesar 100 N/mm2(Mpa).
Kata kunci :Kapal UV, monorail, metode elemen hingga
I. PENDAHULUAN
Semakin bertambahnya kebutuhan minyak dunia akan semakin membuka pekerjaan di bidang pengeboran minyak. Di akhir-akhir ini proses pengeboran dilakukan tidak hanya di darat saja,namun juga pada laut. Mulai dari laut yang dangkal hingga yang dalam.Untuk itu akan semakin banyak perusahaan perminyakan yang mencari sumber minyak di berbagai wilayah,terutama di lautan. Jika telah ditemukan letak sumur minyak,maka akan dilakukan proses pengeboran. Sehingga akan semakin banyaknya bangunan lepas pantai yang beroperasi serta alat penunjang lainnya.
Pada proses pembuatan sebuah rig/bangunan lepas pantai akan dibutuhkan beberapa peralatan penunjang untuk membantu proses tersebut. Diantaranya adalah kapal UV (Utility Vessel). Kapal ini akan membantu dalam proses pengangkutan barang-barang yang dibutuhkan sebagai penunjang rig yang terletak jauh dari darat. Kapal UV ini akan membawa berbagai jenis barang yang dibutuhkan menuju rig.
Dalam kapal UV sendiri terdiri dari beberapa sistem yang mendukung kinerja kapal tersebut. Dan yang paling utama adalah system bongkar muat kapal. Untuk kapal UV 48 m ini Sistem bongka rmuatnya akan menggunakan sebuah crane. Dan crane yang dipilih adalah jenis telescopic crane dengan swl sebesar 2 ton. Untuk selanjutnya dalam mempermudah penamaan dari jenis crane ini akan disebutkan sebagai sliding crane. Karena crane ini dapat bergerak maju mundur serta menggunakan sebuah jalur monorail untuk bergerak.
Dalam melakukan pembuatan sebuah desain sistem akan diperlukan beberapa pertimbangan-pertimbngan yang dapat membuat desain tersebut dapat diterima dengan baik. Untuk itu dalam proses pembuatan desain letak sliding crane ini akan mempertimbangkan beberapa aspek. Aspek-aspek tersebut diantaranya adalah:
1. Aspek kekuatan pada kapal baik secara melintang dan membujur.
2. Peletakan rel yang tepat agar sliding crane dapat menjangkau obyek yang akan dibongkar muat. 3. Jenis crane yang sesuai kebutuhan
4. Bentuk lintasan rel yang dapat memudahkan sliding crane berjalan.
Setiap aspek memiliki peranan penting dalam proses pembuatan sebuah desain agar sesuai dengan yang diharapkan. Pada desain sliding crane ini akan memperhatikan pada aspek ukuran crane,panjang rel crane dan kekuatan dari rel yang mampu menahan beban dan gaya yang terjadi pada crane.
Sliding crane untuk fleksibelitas operasi bongkar muat
kapal UV. 48m
Akhmad Khusnu Zul Khilmi
(1),
Ir. Agoes Santoso, M.Sc, M.Phil.
(2), dan
Ir. Amiadji, M.M., M.Sc.
(3)(1)
Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan ITS,
(2),(3)Staff Pengajar Teknik Sistem Perkapalan ITS,
Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
2. URAIAN MATERI
2.1. Kapal UV (Utility Vessel)
Dalam kapal Utility vessel ini memiliki banyak sistem yang bekerja. Dan yang paling utama adalah system loading unloading kapal. Pada proses loading dan unloading ini menggunakan sliding crane. Berikut adalah gambar kapal yang akan dibuat desain dari sliding crane sebagai penunjang proses bongkar muat.
Kapal tersebut memiliki Principal Dimension sebagai berikut:
Length Over All (LOA) : 48.20 m Length Water Line (LWL) : 46.80 m Length of Perpendicular : 45.67 m Breadth (Total) : 11.20 m Height (to Main Deck) : 3.7 m Height Total (incl. Antenna) : 18.22 m
Draft (maks.) : 2.75 m
Displacement : 994.2 tons
Speed (maks.) : 12 knots
2.2 Sliding crane
Crane bekerja berdasarkan hukum Pascal dimana crane dapat mengangkat beban yang berat dengan menggunakan penggerak (actuator) yang kecil dengan media Oli hidrolik yang bertekanan tinggi.
Tabel 1. Data crane
Merk Heila
Type Telescopic crane
kapasitas angkat 2 ton
gerak boom 27 s
power electrohydraulic 12 HP
berat 850 kg
Panjang lengan 5,35 m
2.3. Finite Element Methode (FEM)
FEM adalah suatu metode yang secara keseluruhan didasari atas pendekatan dengan menggunakan analisa numerik. Dalam metode ini, struktur yang akan dianalisa, didiskritisasi menjadi elemen-elemen yang kecil (elemen hingga) yang satu sama lainnya dihubungkan dengan titik noda (titik diskrit). Elemen hingga tersebut yang pada umumnya berbentuk sederhana dibandingkan struktur sebenarnya dan mempunyai ukuran yang berhingga, harus mewakili sifat-sifat dari struktur sebenarnya.
Gambar1. Analisa tegangan dalam 3D
2.4. Software SolidWorks
SolidWorks adalah software CAD 3D yang dikembangkan oleh SolidWorks Coorporation. SolidWorks merupakan salah satu 3D CAD yang sangat populer saat ini. di Indonesia sudah banyak sekali perusahhan manufacturing yang mengimplementasikan software SolidWorks.
Perhitungan/ komputasi aljabar untuk memecahkan persamaan – persamaan diferensial parsial ini ada beberapa metode (metode diskritisasi), diantaranya adalah :
Metode beda hingga (finite difference method). Metode elemen hingga (finite elements method). Metode volume hingga (finite volume method). Metode elemen batas (boundary elements
method).
Metode skema resolusi tinggi (high resolution scheme method).
Metode diskritisasi yang dipilih umumnya menentukan kestabilan dari program numeric yang dibuat atau program software yang ada. Oleh karenanya diperlukan proses dalam cara mendiskritkan model.
3. ANALISA DATA & PEMBAHASAN
3.1. Perhitungan desain monorail
Dan didapatkan total massa dari semua komponen crane yaitu sebesar 468,82 kg. Dan memiliki total berat sebesar 4594,517 kgf. Untuk selanjutnya adalah menghitung tegangan geser yang terjadi pada monorail dengan mengalikan nilai koefisien statis sebesar 0,74.
Fs = µs x N
= 0,74 x 4594,517 = 3399,94 Newton
Setelah itu menghitung daya motor yang dibutuhkan untuk menggerakkan crane dengan rumus:
Untuk kecepatan angkat crane sebesar 0,3 m/s. =
= 10 HP
diasumsikan sebesar 0,8 yang akan menghasilkan daya motor sebesar 10 HP. Kemudian mencari momen gaya yang terjadi pada motor dengan rumus:
Dengan nilai n adalah 500 rpm dan Nratednya sebesar 10 HP.
=
= 1432,4kg.cm
Kemudian menghitung nilai tegangan izin yang diperbolehkan pada poros dimana nilai k merupakan faktor keamanan untuk pengangkat,dapat diambil nilainya sebesar 8. Dengan menggunakan rumus:
σ izin =
σ izin =
= 937,5 kg/cm2
Setelah itu menghitung tegangan puntir yang diizinkan dengan menggunakan rumus :
σ puntir = 0,7 x (σ izin) = 0,7 x (937,5) = 656,25 kg/cm2
Sehingga didaptkan tegangan puntir pada roda sebesar 656,25 kg/cm2. Setelah menghitung tegangan puntir yang terjadi maka kita dapat menghitung diameter poros untuk roda crane yaitu dengan rumus:
√
√
dp ≥ 2,71 cm
Dan didapatkan nilai diameter poros sebesar 2,71 cm. Pada desain akan diberikan diameter poros sebesar 3 cm yang lebih besar dari perhitungan batas minimal perhitungan poros. Perhitungan tegangan gesek pada monorail dapat menggunakan rumus :
σ = F/A
nilai A merupakan luas permukaan bagian roda yang bersentuhan dengan monorail. Untuk lebar permukaan roda adalah sebesar 0,085 m dan untuk roda yang bersentuhan dengan monorail sebesar 0,0025 m. Dan untuk luasan A didapatkan sebesar 0,0017 m2. Dengan rumus di atas
σ = F/A
= 4594,517/0,00017
= 27026574 N/mm2 (Pa) = 27,02 Mpa Jadi didapatkan tegangan gesek yang terjadi pada monorail akibat gaya dari crane yang bergerak sebesar 27,02 Mpa.
3.2. Penggambaran pemodelan monorail
Sebelum melakukan penggambaran model dari monorail ini kita harus mengetahui letak dari posisi monorail. Monorail ini akan diletakkan pada portside kapal dengan panjang lintasan monorail sepanjang 20 m. Monorail ini akan digerakkan operator yang berada di main deck kapal. Operator akan mengoperasikan gerakan dari crane untuk proses bongkar muat.
Gambar2.
Bentuk 3 dimensi monorail
3.3. Penggambaran pemodelan crane
Dalam melakukan penggambaran crane ini menggunakan project guide dari spesifikasi crane yang telah dipilih. Dalam melakukan penggambaran crane ini terdiri dari beberapa part yang harus dibuat terlebih dahulu. Bagian tersebut diantaranya adalah pondasi crane,tiang boom,piston crane dan baut penghubung antar komponen crane. Dalam melakukan assembly ini untuk dimensi tiap komponen harus sama agar sesuai dengan komponen lainnya. Berikut adalah gambar dari beberapa bagian crane.
Gambar 3. Bentuk crane
Kemudian crane tersebut akan dipasang pada pondasi crane yang akan menghubungkan dengan monorail. Untuk ukuran dari crane ini telah disesuaikan dengan spesifikasi dari crane yang telah dipilih sebelumnya. Dengan bentuk tersebut crane dapat bekerja sesuai fungsinya untuk melakukan proses bongkar muat.
3.4. Proses running
Setelah monorail yang telah didesain selesai,maka langkah selanjutnya adalah proses running pada bidang rel. Dalam proses running software solidwork ini akan sipilih tentang simulation express yang dapat memberikan gambaran kekuatan stress analisys pada monorail yang telah dibuat. Pada monorail ini akan ditentukan beberapa input data yang harus diberikan. Diantaranya adalah input gaya yang terjadi pada monorail. Dalam hal ini adalah monorail mendapatkan gaya dari atas yang diberikan oleh crane.
Tabel 2. Keterangan material
Untuk monorail ini digunakan fixed geometry,karena pada bagian bawah monorail saja yang akan tetap melekat pada beam dan fixed tidak mengalami perubahan bentuk. . Gaya gravitasi diberikan senilai 9,8 m/s2. Force diberikan sebesar gaya yang terjadi pada monorail tersebut yaitu 4594,517 Newton. Setelah memasukkan input nilai force yang diberikan,maka selanjutnya adalah memilih bagian yang terkena gaya gesek dari crane. Dan dapat dipilih bagian head monorail dan bagian monorail yang terkena roda. Pada bagian tersebut terkena gaya yang nilainya sama sebesar gaya gesek yang terjadi. Kemudian ditambahkan nilai tegangan gesek yang terjadi pada monorail yaitu sebesar 27,02 Mpa nilai ini dimasukkan pada pressure yang diberikan seluas bidang gesek monorail dengan roda.
Property Value Unit
Elastic modulus in x 205000 N/mm2 Poisson’s ratio in xy 0,29 N/A Sheer modulus in xy 80000 N/mm2 Mass density 7850 Tensile strength in x 280 N/mm2 Compressive strength in x - N/mm2 Yield strength 100 N/mm2 Thermal expansion Coeff. In x 1.1e-0.005 /K Thermal conductivity in x 52 W/(m-K) Specific heat 486 J/(kg-K)
Untuk proses meshing benda dapat diatur ukuran dari mesh sesuai yang diinginkan. Besar kecilnya mesh akan berpengaruh pada keakuratan hasil analisa. Semakin kecil mesh yang diberikan maka hasil analisanya akan semakin mendekati kebenarannya,dan akan berlaku sebaliknya.
Hasil running ini berdasarkan dari proses input yang diberikan pada monorail yang telah ditentukan sebelumnya. Untuk output yang didapatkan dari hasil running ini terdiri dari beberapa macam. Diantaranya adalah stress von mises,displacement,strain dan safety factor. Untuk tugas akhir ini akan mengacu pada stress analisys yang telah dihasilkan pada hasil running. Stress analisys ini akan menunjukkan letak daerah yang terkena pembebanan paling besar dan terkecil.
Setelah dilakukan perhitungan gaya yang terjadi pada monorail yaitu sebesar 4594,517 Newton dan juga nilai tegangan gesek sebesar 27,02 Mpa. Dari data-data tersebut akan diolah pada software sebagai parameter input data. Sesuai dengan urutan proses input data yang di atas akan menghasilkan ouput data sebagai berikut :
Untuk nilai minimum dari stress diperoleh sebesar 0.00 N/mm2 (MPa). Dan nilai maksimumnya didapatkan sebesar 38,27 N/mm2 (MPa).
4. KESIMPULAN & SARAN
Berdasarkan perhitungan dan analisa data yang telah dilakukan dalam mendesain sliding crane dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Gaya yang terjadi pada monorail sebesar 4594,517 Newton.
2. Tegangan geser maksimal sebesar 38,27N/mm2 (MPa) terjadi pada daerah monorail yang bersentuhan dengan roda sliding crane.
3. Monorail mendapatkan nilai stress rata-rata sebesar 32,645N/mm2 (Mpa).
4. Factor keamanan dari material memenuhi karena nilai tegangan geser maksimal dari monorail masih di bawah yield strength dari material yaitu sebesar 100 N/mm2(Mpa). 5. Desain sliding crane yang menggunakan
monorail sebagai lintasannya lebih cepat dalam melakukan proses bongkar muat dibandingkan dengan peletakan crane secara konvensional. Untuk selanjutnya dapat dikembangkan dengan menggunakan model monorail lain yang lebih memperkecil luas tempat monorail. Agar dapat memperluas ruang muat pada kapal.
5.DAFTAR PUSTAKA
1. Popov,E P,1996,Mekanika teknik, edisi kedua, erlangga, Jakarta
2. Daryl L.Logan 1992,a first course in the finite element method,PWS publishing company,boston,USA.
3. OSHA,2011, Rigging Techniques, Procedures, and Applications.
4. GL rules, 2007, rules for classification and construction, industrial service,Hamburg 5. Dan B.Marghitu, 2001, mechanical engineer’s
handbook, academic press,USA. 6. http://www.nauticexpo.com/prod/triplex- as/ship-deck-cranes-rail-mounted-32373-252465.html 7. R.A.MacCrimmon,2009,second edition, ciscicca, Canada 8. www.solidworks.com
