ANALISA PERILAKU DINAMIS FPSO DENGAN SISTEM INTERNAL TURRET MOORING

(1)

ANALISA PERILAKU DINAMIS FPSO DENGAN SISTEM INTERNAL

TURRET MOORING

Hadi Luqman Hakim(1)_{, Eko Budi Djatmiko}(2)_{, Murdjito}(3) 1_{Mahasiswa Teknik Kelautan,}2,3_{Staf Pengajar Teknik Kelautan}

Floating Production Storage and Offloading (FPSO) adalah sebuah fasilitas terapung berbentuk kapal yang dioperasikan di suatu ladang minyak dan gas bumi lepas pantai. Beban-beban lingkungan yang bekerja menyebabkan FPSO berperilaku dinamis, utamanya pada aspek gerakannya. Untuk mengurangi gerakan yang terjadi dan untuk menjaga FPSO tetap berada pada posisinya maka harus digunakan sistem tambat, dengan konfigurasi sistem tambat yang salah satunya bisa berupa sistem internal turret. Tugas akhir ini membahas bagaimana karakteristik gerakan FPSO dengan sistem tambat internal turret, yakni dari segi tension maksimum pada mooring lines dan excursion yang dialami FPSO dalam 6-derajat kebebasan. Analisis dilakukan dengan menggunakan software MOSES dan Orcaflex. Analisa diawali dengan software MOSES untuk mendapatkan RAO struktur FPSO. RAO ini kemudian digunakan sebagai input software Orcaflex untuk mendapatkan tension mooring dan excursion FPSO. Dari hasil pengkajian didapatkan respon gerakan maksimum FPSO akibat pembebanan gelombang, angin dan arus 100-tahunan, surge sebesar 0.84 m untuk arah gelombang 1350_{, sway} sebesar 3.74 m untuk arah gelombang 900_{, heave sebesar 7.19 m untuk arah gelombang 90}0_{, roll sebesar 17.37}0 untuk arah gelombang 900_{, pitch sebesar 2.89}0_{untuk arah gelombang 45}0_{dan yaw sebesar 1.87}0_{untuk arah} gelombang 1350_{. Tension maksimum pada mooring lines diperoleh sebesar 7005 kN, sehingga didapatkan harga} Safety Factor (SF) sebesar 1.07 atau dengan kata lain masih ada marjin keselamatan sebesar 7 % dari breaking strength yakni 7553 kN. Akan tetapi harga SF yang didapatkan masih dibawah SF minimum yang diijinkan oleh API RP 2 SK, yakni 1.67 untuk kondisi Ultimate Limit State (ULS). Excursion maksimum FPSO adalah sebesar 570 m pada arah memanjang (sb-x) dan 146 m pada arah melintang (sb-y).

Kata-kata kunci : FPSO, internal turret, respon dinamis, tension, excursion

1. PENDAHULUAN

Kemajuan peradaban manusia saat ini diikuti pula dengan kebutuhan terhadap energi termasuk kebutuhan terhadap minyak dan gas bumi. Di Indonesia khususnya, produksi minyak dan gas bumi di daratan (onshore) dan di perairan dangkal (sekitar selat Madura, selat Sunda dan perairan Pantai Utara) diperkirakan makin menurun, sehingga usaha pencarian sumber baru mulai diarahkan ke perairan yang lebih dalam, seperti perairan di Kepulauan Natuna (melalui "Proyek Natuna") dan perairan Makassar. (Prastianto, 2003).

Konsekuensi dari kecenderungan tersebut adalah kebutuhan akan jenis struktur anjungan lepas pantai, sebagai anjungan pembor atau produksi, yang sesuai untuk perairan dalam. Salah satu jenis struktur yang bisa menjadi alternatif adalah Floating Production Storage

and Offloading (FPSO). FPSO adalah sebuah fasilitas terapung berbentuk sebuah kapal (bangunan baru atau dari modifikasi kapal tanker yang dialihfungsikan) yang secara permanen ditambatkan di tempatnya

beroperasi. Konfigurasi sistem tambatnya bisa berupa jenis tambat menyebar (spread mooring

type) dan sistem tambat titik tunggal (single point mooring/SPM). Salah satu jenis SPM

adalah sistem tambat turret (turret mooring) (Prastianto, 2006).Sistem tambat turret (turret

mooring) merupakan salah satu tipe Single Point Mooring (SPM) yang banyak dipakai

pada FPSO. Sistem tambat turret terdiri atas

bearings yang menyebabkan kapal bisa

berputar di sekitar kaki jangkar. Sistem turret ini memberikan kemampuan weathervaning kepada FPSO sehingga didapatkan sebuah posisi dimana beban-beban lingkungan seperti arus, gelombang dan angin yang bekerja di sekitar mooring menjadi kecil (API RP 2SK,1996).

Untuk anjungan tipe ini yang utama adalah mobilitas dan kemampuannya mengantisipasi gerakan akibat gelombang dan arus laut (Djatmiko, 2003). Menurut Yilmaz dan Incecik (1994), dengan menghitung beban-beban lingkungan secara komprehensif akan

(2)

diketahui respon dinamis FPSO. Tujuan perhitungan respon dinamis struktur adalah untuk mendapatkan respon ekstrem dari sistem (gerakan ekstrem, offset mooring ekstrem,

tension mooring ekstrem). Salah satu cara

untuk melakukan analisa adalah dengan menganalisa respon struktur untuk satu desain data lingkungan misalnya gelombang signifikan 100 tahun, kecepatan angin 100 tahun dan arus 100 tahun.

Gambar 1.1 FPSO dengan Internal Turret Mooring

Pada penelitian ini akan dianalisa karakteristik perilaku gerakan dinamis FPSO yang menggunakan sistem internal turret mooring, tension mooring dan excursion FPSO.

2. DASAR TEORI

Pada suatu proses perancangan bangunan lepas pantai, untuk menentukan kemampuan kerja suatu struktur akan dipengaruhi oleh beban yang terjadi pada bangunan tersebut, terutama beban-beban lingkungan, yaitu :

2.1 Gerak Kapal Akibat Eksitasi Gelombang

Gerakan kapal dalam enam derajat kebebasan dapat dijelaskan dengan gambar 3.2. Dengan memakai konversi sumbu tangan kanan tiga gerakan translasi pada arah sumbu x,y dan z, adalah masing-masing surge (ζ1), sway (ζ2) dan heave (ζ3), sedangkan untuk gerakan rotasi terhadap ketiga sumbu adalah roll (ζ4), pitch (ζ5) dan yaw (ζ6).

Gambar 2.1 Tanda untuk Displacement Gerakan Translasi dan Rotasi

Dengan asumsi bahwa gerakan-gerakan osilasi tersebut adalah linier dan harmonik, maka enam persamaan diferensial gerakan kopel dapat dituliskan sebagai berikut :

(

)

[

]

,

1

6 1

=

+

∑

=

j

e

F

C

B

A

M

iwt j n k jk k jk k jk jk

ξ

....(2.7) dimana :

Mjk = komponen matriks massa kapal

Ajk, Bjk = matriks koefisien massa tambah dan redaman

Cjk = koefisien-koefisien gaya hidrostatik pengembali

Fj = amplitudo gaya eksitasi dalam

besaran kompleks

Dengan menyelesaikan persamaan gerak ini didapatkan hasil berupa karakteristik gerakan kapal. Informasi ini pada umumnya disajikan dalam bentuk grafik, di mana perbandingan gerakan pada mode tertentu ζj dengan parameter tinggi (atau amplitudo gelombang,

ζa) diberikan sebagai fungsi frekuensi encounter ωe dari sumber eksitasi. Informasi gerakan ini dinamakan Response Amplitudo

Operator (RAO).

G

x

y

z

O

_X

Y

Z

ζ

(3)

W

Aw

m

W

2.2 Periode Alami Bangunan Lepas Pantai

z

x

L

Gambar 2.2 Analisa Periode Bangunan Apung

Bila bangunan apung ditekan ke bawah dengan simpangan z maka akan timbul gaya pengembali dari air. Dan bila bangunan apung diangkat sejauh z maka berat benda akan menjadi lebih besar dari gaya apung sebesar ρ

g Aw z. Massa sistem gerakan terdiri atas

massa benda (m) dan massa fluida yang mengalami percepatan akibat gerakan benda (mA /massa tambah). Persamaan gerakan bebas benda apung adalah :

(

ρ

∇

+

m

_A

)

Z

&&

+

ρ

gAwZ

=

0

...(2.9)

gAw

k

=

ρ

...(2.10) ¾ Periode alamiah gerakan heave

A w nZ _m gA m k + ∇ = = ρ ρ ω ...(2.11) T = 2π /ω maka : w A nZ _gA m k m T ρ ρ π π = ∇+ =2 2 ...(2.12)

¾ Periode alamiah gerakan rolling

Dari teori stabilitas statis, benda apung yang dikenai gangguan dalam bentuk kemiringan transversal dari posisi tegaknya maka benda apung tersebut akan mendapatkan momen pengembali sebesar ρg∇GM_T . Untuk olengan dengan sudut kecil maka lengan moment pengembali adalah : φ φ _T T T GM GM GZ = sin = ...(2.13) Dengan analogi persamaan bebas vertikal (3.33), maka persamaan bebas rotasi transversal (rolling) dapat ditulis sebagai berikut :

0 )

(

I

_φ

+

I

_φ_Δ

φ

&&

+

ρ

g

∇

GM

_T

φ

=

...(2.14)

Iφ = momen inersia massa terhadap sumbu memanjang benda apung (o-x) yang melalui titik berat

IφΔ = momen inersia massa tambah terhadap sumbu yang sama

Mengambil analogi (3.32b) merupakan gerak rolling adalah :

T

GM g

k=

ρ

∇ ...(2.15) Sehingga periode alami gerakan rolling benda apung diperoleh sebagai berikut :

T n GM g I I k m T ∇ + = = Δ ρ π π φ φ φ 2 2 ...(2.16) atau frekuaesi alami rolling adalah :

Δ + ∇ = = φ φ φ π π ρ ω I I GM g m k T n 2 2 ...(2.17)

¾ Periode alamiah gerakan pitching

Sebagaimana halnya dengan rolling, persamaan gerak rotasi bebas pitching dapat ditulis :

0 )

(

I

_θ

+

I

_θ_Δ

θ

&&

+

ρ

g

∇

GM

_L

θ

=

...(2.18)

Iq + IqD = momen inersia massa dan massa tambah benda apung terhadap sumbu melintangnya melalui titik berat (o-y)

L

GM = tinggi metasentra memanjang benda apung

Periode alami gerakan pitching adalah :

L n GM g I I T ∇ + = Δ ρ π θ θ θ 2 ...(2.19)

atau frekuensi alami gerakan pitching : Δ + ∇ = θ θ θ π ρ ω I I GM g L n 2 ...(

2.20)

2.3 Response Amplitude Operators (RAO) Response Amplitude Operator (RAO) atau

sering disebut sebagai Transfer Function adalah fungsi response yang terjadi akibat gelombang dalam rentang frekuensi yang mengenai struktur offshore. RAO disebut sebagai Transfer Function karena RAO

(4)

merupakan alat untuk mentransfer beban luar (gelombang) dalam bentuk response pada suatu struktur. Menurut Chakrabarti (1987), persamaan RAO dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :

( )

_{( )}

( )

ω

η

ω

X

p

RAO

=

...(2.8) Dimana :

( )

ω

p X = amplitudo struktur

( )

ω

η

= amplitudo gelombang

2.4 Wave Drift Force

Menurut Indiyono (2003) beban gelombang merupakan beban terbesar yang ditimbulkan oleh beban lingkungan pada bangunan lepas pantai (offshore structure). Perhitungan beban gelombang dapat direpresentasikan dengan perhitungan gaya gelombang. Teori perhitungan gaya gelombang yang tepat untuk analisa mooring pada FPSO adalah teori difraksi. Dalam teori ini bilamana suatu struktur mempunyai ukuran yang relatif besar, yakni memiliki ukuran yang kurang lebih sama dengan panjang gelombang, maka keberadaan struktur ini akan mempengaruhi timbulnya perubahan arah pada medan gelombang disekitarnya. Dalam hal ini difraksi gelombang dari permukaan struktur harus diperhitungkan dalam evaluasi gaya gelombang.

Untuk gaya gelombang time series dapat dibangkitkan dari spektrum gelombang. Gaya gelombang first order :

( )

_{( )}

( )

_{( )}

_[

_]

i i i N i i wv wv t F a F =

∑

ω ω +ε = cos 1 1 1 ...(2.1) dimana : ( )

_{( )}

_t Fwv

1 _{= gaya gelombang first order}

tergantung waktu. ( )1

_{( )}

_ω

wv

F = gaya exciting gelombang first order

per unit amplitudo gelombang tergantung waktu

i

ε

= sudut fase komponen gelombang

first order

i

a

= amplitudo komponen gelombang

first order

2 S

( )

ω

d

ω

( )

ω

S

= fungsi kepadatan spektra gelombang.

Gaya gelombang second order :

( )_{( )} _cos

[

₍ ₎ ₍ ₎

]

1 1 1 j i j i N j ij j i N i wv t aaD t F =

∑

ω−ω +ε −ε = = ...(2.2) dimana : ij

D = drift force per unit amplitudo gelombang

2.5 Beban Angin

Formula untuk gaya angin time series dapat dibangkitkan dari spektrum gelombang menurut API RP 2 T adalah memakai rumus sebagai berikut :

( )

t C Ax V x

(

V x FWD = ρa S a C −& C−& 2 1

₎

_...(2.3) dimana: Fw = gaya angin (N) CS = koefisien bentuk a

ρ

= massa jenis udara (kg/ m3₎

x&

= kecepatan dari platform (m/s) a

x

= aerodinamic amittance A = luas area vertikal yang terkena angin (m2₎

VC = kecepatan partikel air (m/s) Sedangkan kecepatan angin dirumuskan sebagai berikut : x W V y V ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = 10 10 _...(2.4) dimana :

Vw = kecepatan angin, knots (m/s) V10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 m, knots (m/s)

y = ketinggian dimana kecepatan angin dihitung, (m)

x = faktor eksponen

2.6 Beban Arus

Kecepatan arus tersebut dirumuskan dalam formulasi matematis berikut :

UT = UOT (y/h)1/7 ...(2.5a) UW = UOW (y/h) ...(2.5b) dimana :

UT : kecepatan arus pasang surut (m/detik)

UOT : kecepatan arus pasang surut di permukaan (m/detik)

UW : kecepatan arus akibat angin (m/detik)

UOW : kecepatan arus akibat angin di permukaan (m/detik)

y : jarak dari dasar laut (meter) h : kedalaman laut (meter)

(5)

Gaya arus yang bekerja pada struktur dapat dirumuskan sebagai berikut :

Fcx = Ccx S V2_{c ...(2.6a)} Fcy = Ccy S V2_{c ...(2.6b)} Dimana :

Fcx : Gaya arus pada bow Fcy : Gaya arus pada beam

Ccx : Koefisient gaya arus pada bow = 0.016 lb/ft2 (2.89 Nsec2/m4) Ccy : Koefisient gaya arus pada bow

= 0.4 lb/ft2 (72.37 Nsec2/m4) S : Luas penampang pada lambung

kapal yang terendam (m2) Vc : Kecepatan arus desain (m/sec)

2.7 Spektrum Gelombang

Spektrum gelombang yang dipakai dalam tugas akhir ini adalah spektrum JONSWAP. Persamaan spektrum JONSWAP merupakan modifikasi dari persamaan spektrum Pierson-Morkowitz yang disesuaikan dengan kondisi laut yang ada. Persamaan spektrum JONSWAP dapat ditulis sebagai berikut :

( ) ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡− − − − ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = 2 0 2 2 0 2 4 0 5 2 ₁_,₂₅ τω ω ω γ ω ω ω α ω g EXP EXP S ...(2.44) Dimana :

γ

= parameter puncak (peakedness parameter)

τ

= parameter bentuk (shape parameter) untuk ω≤ω₀ = 0,07 dan ω≥ω0= 0,09

α

= 0,0076 (X0)-0,22, untuk X0 tidak diketahui

α

= 0,0081 ( )0,33 0 0 2 − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = X U g ω π ω ω U X g X0 = 2.8 Respon Struktur

Spektrum respons didefinisikan sebagai respons kerapatan energi pada struktur akibat gelombang. Spektrum respons merupakan perkalian antara spektrum gelombang dengan RAO kuadrat, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

( )

[

RAO

ω

]

S

( )

ω

SR 2 = ...(2.48) Dimana : = spektrum respons (m R

S

2_-sec)

( )

ω

S

= spektrum gelombang (m2_-sec)

( )

ω

RAO

= transfer function

ω

= ferkuensi gelombang (rad/sec)

2.9 Gerak Kapal di Atas Gelombang Acak

Gerakan kapal di atas gelombang acak dapat dilakukan dengan mentransformasikan spektrum gelombang menjadi spektrum gerakan kapal. Hal ini dapat dilakukan dengan memperkalikan harga pangkat dua dari

response amplitude operator (RAO) dan mode

gerakan tertentu dengan ordinat spektrum gelombang, pada frekuensi yang sama.

Spektrum gerak kapal merupakan hasil perkalian antara RAO dengan spektrum gelombang. Persamaan spektrum gerakannya (contoh untuk heave) adalah :

( )

2 2 1 1

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

ξ

ω

ξ ξ

S

...(2.14) Dalam analisa gerakan kapal di atas gelombang acak, setelah spektrum gerakan diperoleh dengan prosedur di atas, maka besaran-besaran seperti amplitudo signifikan gerakan, kecepatan dan percepatan dapat ditentukan dengan menghitung momen-momen spektrum.

Dalam perancangan kapal seringkali diperlukan informasi kondisi ekstrim yang akan terjadi bila kapal berjalan di atas gelombang. Untuk masalah ini, Ochi (1973) telah memperkenalkan formulasi stokastik harga ekstrim. Untuk kapal yang bergerak di atas gelombang yang mempunyai karakteristik tertentu (spektrumnya tetap), maka gerakan terbesar yang paling mungkin terjadi dapat dirumuskan sebagai berikut :

0 2 1 0 2 2 2 60 ln 2 m m m T n ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = π ξ ...(2.21)

Dimana n adalah jumlah observasi depresi gerakan. Harga n dapat dihitung dengan mempertimbangkan lamanya (waktu) kapal di atas gelombang tersebut (misalnya T jam). Bila diinginkan untuk menghitung harga ekstrim dengan faktor keselamatan tertentu, maka prosedur berikut harus diikuti. Sebagai contoh, bila diinginkan untuk menghitung

(6)

harga ekstrim di mana kemungkinan terjadinya hanya 1% (tingkat keyakinannya terlampaui adalah 99%). Harga 1 % tersebut dinamakan ekstrim kemudiàn dinamakan faktor keselamatan (α = 0,01). Harga ekstrim kemudian dapat dihitung dengan memasukkan faktor α ke dalam persamaan :

0 2 1 0 2 2 2 60 ln 2 m m m T n ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = πα ξ ...(2.22) 2.10 Excursion

Excursion atau Offset adalah perpindahan

posisi pada FPSO dengan jarak sejauh x meter setelah terkena gelombang dan merupakan salah satu bentuk respon dari FPSO pada saat mendapat beban lingkungan.

Offset maksimum dapat ditentukan dengan

prosedur di bawah ini: 1.

S

_lfmax

>

S

_wfmax, maka :

wfsig lfmax mean

max S S S

S = + + ...(2.49a)

2.

S

_wfmax

>

S

_lfmax, maka :

lfsig wfmax mean max S S S S = + + ...(2.49b) dimana:

Smean = mean vessel offset Smax = maximum vessel offset

Swfmax = maximum wave frequency motion Swfsig = significant wave frequency motion Slfmax = maximum low-frequency motion Slfsig = significant low-frequency motion Alternatif lain yang dapat digunakan dengan menggunakan time domain, frekuensi domain, kombinasi keduanya atau model testing. Mean

offset yang diijinkan adalah 2% sampai 4%

dari kedalaman perairan sedangkan untuk

maximum offset dipengaruhi oleh banyak

faktor seperti kedalaman perairan, lingkungan dan sistem riser. Tetapi pada umumnya pada range 8% sampai 12% dari kedalaman perairan.

2.11 Tension pada Mooring Line

Gerakan pada FPSO karena pengaruh dari gerakan vessel dan pengaruh lingkungan menyebabkan adanya tarikan pada mooring

line. Maximum tension dapat ditentukan

dengan prosedur di bawah ini : 1.

T

_lfmax

>

T

_wfmax, maka:

wfsig lfmax mean

max T T T

T = + + ...(2.50a)

2.

T

_wfmax

>

T

_lfmax, maka:

lfsig wfmax mean max T T T T = + + ...(2.50b) dimana:

Tmean = mean tension Tmax = maximum tension

Twfmax = maximum wave frequency tension Twfsig = significant wave frequency tension Tlfmax = maximum low-frequency tension Tlfsig = significant

low-frequency tension

2.12 Analisa Dinamis

Tujuan dari rangkaian analisa dinamis penelitian ini pertama adalah untuk mendapatkan frekuensi natural struktur tanpa redaman dan kemudian mencari respon struktur terhadap pembebanan dinamis yang dalam hal ini menggunakan beban gelombang. Analisa dinamis FPSO dapat dilakukan dengan analisa domain waktu (time domain) dan analisa domain frekuensi (frequency domain).

3. METODOLOGI PENELITIAN

Pengerjaan tugas akhir ini dimulai dengan proses pengumpulan data struktur data lingkungan yang meliputi data gelombang yang berupa data gelombang acak untuk tiap-tiap sea state. Kemudian dilakukan pemodelan struktur dengan menggunakan software MOSES 7.0 dengan memasukkan data geometri dari hull FPSO.

Analisa kemudian dilanjutkan dengan MOSES 6.0 yang menghasilkan RAO motion dan wave drift force struktur. Kemudian dilakukan analisa dinamis untuk arah surge, sway, heave,

roll, pitch dan yaw. Dengan analisa dinamis ini

akan didapatkan frekuensi natural dan perilaku gerakan FPSO untuk gelombang reguler dan gelombang acak.

Selanjutnya dilakukan pemodelan struktur dengan menggunakan sofware Orcaflex. RAO dan Wave drift force yang dihasilkan dari sofware MOSES 6.0 digunakan sebagai input beban untuk menganalisa tension yang terjadi pada mooring line dan excursion pada FPSO. Hasil dari analisa perilaku dinamis, tension dan excursion ini kemudian divalidasi dengan hasil perhitungan manual dan code.

(7)

3.1 Data

Tabel 3.1 Data FPSO

Description Unit Quantity

Vessel size kDWT 200 Lpp m 310 B m 47.2 H m 28 T m 18.9

∇

ton 240869 Cb 0.85 KG m 13.3 Xtur m 63.5 Turret diameter m 15.8

Tabel 3.2 Data Mooring lines

Jenis chain

Pretension kN 1424

Jumlah line 8

Sudut antar line deg 45

Panjang line m 2653

Diameter cm 9.52

Berat di udara N/m 1856

Berat di air N/m 1615

Stiffness, AE kN 912120

Mean breaking load kN 7553

Tabel 3.3 Data lingkungan 100 tahunan

3.2 Pemodelan Struktur

Dalam tugas akhir ini dilakukan pemodelan dua kali. Pemodelan pertama dilakukan dengan software MOSES, diawali dengan terlebih dahulu membuat surface sesuai geometri FPSO. Kemudian surface FPSO tersebut diberi sarat air, serta input heading, periode, jari-jari

girasi, dan center of gravity serta titik acuan RAO motion.

Gambar 4.1 Pemodelan surface hull FPSO menggunakan software MOSES

Pemodelan MOSES ini dilakukan untuk mendapatkan RAO motion gerak surge, heave,

sway, roll, pitch, dan yaw dalam arah 00_{, 45}0_, 900_{, 135}0_{, dan 180}0_{dan wave drift force dari} FPSO.

Pemodelan yang kedua menggunakan software Orcaflex untuk mendapatkan tension mooring lines dan excursion FPSO

.

Sebagai input data, kita masukkan data RAO motion arah 00_{, 45}0_, 900_{, 135}0_{, 180}0_,_{untuk gerak surge, heave,}

sway, roll, pitch, dan yaw hasil dari ourput

MOSES. Kemudian kita masukkan juga tipe spektra gelombang , kecepatan arus, kecepatan angin serta arah headingnya, kedalaman perairan, serta wave drift force.

Gambar 4.2 Model Geometri Hull FPSO dengan Software Orcaflex

Kedalaman m 1829

Gelombang – 100 tahunan (sea state 8)

Hs m 12.3

Tp sec 12

Hs m 8.03

Tp sec 12

Hs m 5.3

Tp sec 9

Spektrum Gelombang JONSWAP (γ = 2.5)

Angin

Kecepatan m/s 46.8 @ 10 m

Spektrum API RP 2A – WSD

Arus

(8)

4. PEMBAHASAN

Pada pemodelan dengan MOSES ini akan dihasilkan RAO motion dan wave drift dari struktur untuk arah 00_{, 45}0_{, 90}0_{, 135}0_{, 180}0 dalam gerak surge, heave, sway, roll, pitch, dan yaw. RAO motion ini menunjukkan perilaku gerakan FPSO di gelombang reguler. Grafik fungsi transfer (RAO motion) untuk masing – masing arah pembebanan (heading) dapat dilihat pada gambar 4.1 – 4.3.

Dari analisa grafik RAO FPSO dengan dan tanpa mooring diketahui bahwa secara umum karakteristik gerakannya tidak terlalu berbeda. Tetapi nilai RAO FPSO dengan mooring relatif lebih kecil daripada RAO FPSO tanpa

mooring. Hal ini dikarenakan pada FPSO

dengan mooring terdapat gaya pengembali

(restoring force) akibat mooring.

Sedangkan untuk karakteristik gerakan untuk masing-masing arah pembebanan (heading) dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Following seas (μ = 00_{) dan Head seas (μ} = 1800)

Following seas dan head seas mempunyai

karakteristik gerakan yang hampir sama. Gerakan translasi yang signifikan adalah surge dan heave. Pada frekuensi kecil (ω = 0.2 – 0.5) menunjukkan respon yang besar. Respon terus menurun seiring dengan bertambahnya frekuensi. Sedangkan untuk gerak rotasi yang signifikan adalah gerak pitch.

2. Beam seas (μ = 900)

Pada beam seas gerakan translasi signifikan adalah sway dan heave. Sedangkan gerak surge sangat kecil sekali. Untuk gerak roll, terjadi perbedaan frekuensi puncak RAO struktur dengan dan tanpa mooring. Frekuensi terjadinya puncak RAO bergeser dari ω = 0,46 rad/sec menjadi ω = 0,6 rad/sec.

3. Quartering seas (μ = 450_{dan 135}0₎

Pada quartering seas hampir semua gerakan terjadi. Gerak surge dan sway memperlihatkan trend yang sama. Perbedaan yang paling signifikan dengan dan tanpa mooring terjadi pada gerak roll. Frekuensi terjadinya puncak RAO bergeser dari ω = 0,46 rad/sec menjadi ω = 0,6 rad/sec.

Dari hasil perhitungan didapatkan besarnya frekuensi natural dan periode natural struktur untuk gerak surge, sway, heave, roll, pitch dan

yaw seperti pada tabel 4.1.

Tabel 4. 1 Frekuensi dan Periode Natural FPSO Sebelum di mooring Setelah di Mooring Gerak ωn (rad/s) Tn (s) ωn (rad/s) Tn (s) Surge _{0 0 0.2}_31.5 Sway _{0 0 0.4}₁₂ Heave _{0.53 15.5 0.53 15.5} Roll _{0.46 13.5 0.6 10.5} Pitch _{0.57 11 0.59 11} Yaw _{0 0 0.4}₁₂

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa frekuensi natural struktur untuk semua gerakan hampir sama, kecuali untuk gerak surge, ωn kecil sekali. Hal ini disebabkan nilai kekakuannya sangat kecil. Sedangkan gerak roll memiliki ωn yang paling besar yaitu 0.6 rad/s. Pada gerak roll ini disebabkan oleh lengan momen pengembali yang semakin besar, sehingga nilai kekaukannya juga semakin besar. Sehingga dapat dikatakan bahwa perbedaan nilai ωn disebabkan oleh nilai kekakuan yang berbeda.

(9)

YAW 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring SURGE 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring HEAVE 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring PITCH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring SWAY 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENS Dengan Mooring Tanpa Mooring ) m / m

Gambar 4. 1 Grafik Fungsi Transfer Dengan dan Tanpa Mooring Akibat Gelombang Reguler μ = 00

I (rad/sec) RA O ( ROLL 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO Dengan Mooring Tanpa Mooring ) (de g/ m

(10)

SURGE 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring SWAY 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring HEAVE 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring YAW 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring PITCH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring ROLL 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring

(11)

HEAVE 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring SWAY 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring SURGE 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( m / m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring YAW 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RAO ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring PITCH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring ROLL 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 FREKUENSI (rad/sec) RA O ( de g/ m ) Dengan Mooring Tanpa Mooring

(12)

Grafik fungsi transfer dengan dan tanpa mooring akibat gelombang reguler untuk μ = 1350_{memiliki trend yang sama dengan μ =} 450_{, sedangkan untuk μ = 0}0_{memiliki trend} yang sama dengan μ = 1800_.

Gerakan kapal di atas gelombang acak dapat dilakukan dengan mentransformasikan spektrum gelombang menjadi spektrum gerakan kapal dengan mengalikan harga pangkat dua dari response amplitude operator (RAO) dengan ordinat spektrum gelombang, pada frekuensi yang sama. Dari statistik respon diatas didapatkan respon gerakan signifikan dan maksimum untuk gerak surge, sway,

heave, roll, pitch dan yaw seperti pada tabel

4.2.

Tabel 4.2 Respon Gerakan Signifikan dan Maksimum

Keterangan Surge _(m) Sway _(m) Heave _(m) _(deg)Roll Pitch _(deg) _(deg)Yaw 1 tahunan 0.15 0.8 1.54 5.24 0.4 0.15 10 tahunan 0.55 2.44 4.69 11.34 1.89 0.66 Respon signifikan _{100 tahunan} _0.84 _3.74 _7.19 _17.37 _2.89 _1.01 1 tahunan 0.28 1.48 2.87 10.49 0.74 0.28 10 tahunan 1.02 4.54 8.73 21.09 3.51 1.22 Respon maks 100 tahunan 1.56 6.95 13.37 25.31 5.37 1.87 Dari hasil dari running Orcaflex 8.4a7 didapatkan tension maksimum yang terjadi pada mooring lines dan excursion FPSO.

Tabel 4.3 Tension Maksimum Mooring Lines Tension (kN) Nama Mooring ₀0 ₄₅0 ₉₀0 ₁₃₅0 ₁₈₀0 CAT 1 5788,12 6973,21 6102,24 3854,0 4479,29 CAT 2 6092,69 7004,59 6149,75 3845,5 4422,22 CAT 3 6579,14 5753,56 5929,95 3445,2 4074,14 CAT 4 6721,31 5210,62 5587,81 3227,5 3789,64 CAT 5 6440,10 4887,18 5215,48 3107,5 3568,78 CAT 6 6109,75 4811,94 5180,25 3586,3 3609,90 CAT 7 5974,54 5046,14 5425,72 3130,5 3908,34 CAT 8 5798,69 5573,69 5775,34 3600,3 4179,05

Tabel 4.4 Excursion FPSO

Posisi (m) Orientasi (Deg) Hea ding X Y Z 1 2 3 00 _{535,58 -54,62 0,29} _{0,48 -3,58 -136} 450 _{576,18 8,21 1,10 -2,59 3,10 176} 900 _{463,47 154,38 -8,62 1,62 -0,78 161} 1350 _{502,90 -1,63 7,57 1,43 0,32 173} 1800 _{548,03 71,32 0,91 -0,13 0,37 -169}

Dari tabel diatas didapatkan excursion maksimum sebesar 576 m arah X, 154 m arah Y untuk kondisi full load dan sebesar 570 m arah X dan 146 m arah Y untuk kondisi

ballast.

5. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan

Dari pengkajian yang telah dilakukan pada FPSO 200.000 DWT dengan panjang (Lpp) =310 m, lebar (B) = 47,2 m dan tinggi (H) = 28 m yang ditambat dengan sistem tambat

internal turret, dapat ditarik kesimpulan

sebagai berikut :

1. Frekuensi natural FPSO pada kondisi terapung bebas untuk gerakan heave, roll dan pitch masing-masing adalah sebesar 0,53 rad/s, 0,46 rad/s, dan 0,57 rad/s. Pada kondisi tertambat, frekuensi alami dimiliki sistem untuk semua gerakan, yakni untuk

surge sebesar 0,2 rad/s, sway sebesar 0,4

rad/s, heave sebesar 0,53 rad/s, roll sebesar 0,6 rad/s, pitch sebesar 0,59 rad/s, dan yaw sebesar 0,046 rad/s. Frekuensi natural untuk gerak surge, sway dan yaw relatif lebih kecil karena memiliki kekakuan yang kecil.

2. Respon gerakan siginifikan terbesar untuk gerak surge, sway, heave, roll, pitch dan

yaw akibat beban gelombang 100-tahunan

adalah sebesar 0.84 m, 3.74 m, 7.19 m, 17.370_{, 2.89}0 _{dan 0.28}0_{. Sedangkan respon} gerakan maksimum adalah sebesar 1.56 m, 6.95 m, 13.37 m, 25.310_{, 5.37}0_{dan 1.87}0 3. Pada pembebanan gelombang, arus dan

angin 100-tahunan, tension maksimum pada mooring lines diperoleh sebesar 7005 kN. Sehingga didapatkan harga Safety

Factor (SF) sebesar 1.07 atau dengan kata

lain masih ada marjin keselamatan sebesar 7 % dari breaking strength yakni 7553 kN. Akan tetapi harga SF yang didapatkan masih dibawah SF minimum yang diijinkan oleh API RP 2 SK, yakni 1.67 untuk kondisi Ultimate Limit State (ULS). 4. Excursion maksimum FPSO adalah

sebesar 576 m pada arah memanjang (sb-x) dan 146 m pada arah melintang (sb-y).

(13)

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian lebih lanjut adalah sebagai berikut :

1. Untuk mendapatkan tension mooring lines yang lebih kecil bisa dibuat variasi jenis dan konfigurasi mooringnya.

2. Analisa dinamis juga perlu dilakukan dengan risernya karena riser sangat mempengaruhi gerakan FPSO.

3. Sistem mooring merupakan bagian penting dalam operasi FPSO, sehingga untuk mendapatkan tingkat keamanan yang tinggi perlu dilakukan analisa fatigue life dan keandalan mooring linenya.

DAFTAR PUSTAKA

API RP 2SK., 1996, “Recommended Practice

for Design and Analysis of Station Keeping Systems for Floating Structures”,

Washington, DC.

API RP 2P., 1987, “Analysis of Spread

Mooring Systems for Floating Drilling Unit”s, Washington, DC.

Aryawan, I., 2005, “Hydrodynamics of

Floating Offshore Structures”, Lloyd's

Register EMEA – Aberdeen

Chakrabarti, S.K., 1987, “Hydrodynamics of

Offshore Structures”, Computational

Mechanics Publications Southampton. Boston, USA.