Analisa Kekuatan Struktur Ruangan Kompresor Pada Kapal Konversi General Cargo Menggunakan Software
Solidwork 2013
Yogantara *, Sapto Wiratno Satoto*, Nidia Yuniarsih
Politeknik Negeri Batam
Mechanical Engineering study Program, Ship Building concentration Ahmad Yani Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: [email protected]
Abstrak
Konversi kapal adalah suatu proses perubahan baik pada konstruksi maupun pada sistem yang digunakan sebagai penyesuaian kebutuhan kapal dari perencanaan awal menjadi tipe kapal lain sesuai ketentuan yang berlaku.
Konversi kapal cement carrier dari general cargo merupakan salah satu cara mengalih fungsikan kapal tanpa harus membangun ulang kapal dari awal. Dalam pembahasan kali terdapat masalah konstruksi yang akan diubah.
Bentuk kapal cement carrier memerlukan instalasi sistem fluida semen di atas deck dan dibutuhkan kompresor dan generator pada sistemnya. Hal ini yang menjadi permasalahan proses konversi kapal dari kapal sebelumnya yaitu general cargo. Pada general cargo bentuk dari bagian atas deck terdapat hatch setinggi 3 m dan hatch cover setinggi 2.12 m . Adanya konstruksi hatch pada kapal sebelum konversi mengharuskan pembuatan deck tambahan diatas hatch serta adanya tambahan konstruksi setinggi 5.12 m dari top deck sebelumnya untuk menopang ruangan kompresor. Untuk memastikan konstruksi penopang ruangan kompresor itu aman dalam segi kekuatan maka dilakukan analisa kekuatan, dengan cara melakukan pemodelan ulang dengan software solidworks dan menhitung total beban yang ditumpu konstruksi ruangan kompresor dengan material ASTM A36 yang memiliki yield strength 250 N/mm2. Force dari kompresor sebesar 83.385 N dan force dari air drier sebesar 13.930 N menghaslikan total tegangan maksimum sebesar 40,78 N/mm2 dengan safety of factor 6.13 dan total deformasi maksimum sebesar 1.21 mm. Analisa kekuatan pada konstruksi ruangan kompresor ini menghasilkan tegangan maksimum yang masih jauh dari batas maksimum material ASTM A36 dan dinyatakan aman untuk di aplikasikan di lapangan.
Kata kunci: Analisa, Struktur, General Cargo, Cement Carrier , Solidworks 2013 Abstract
Ship conversion is process about how to changes existing ship with new construction ship or new system to make use ship necessary from first plan to another ship type with valid clause. Cement carrier conversion ship from general cargo is one of way to cange the function of ship without rebuilding the ship from beginning. This cause is able to economize the cost of development and not to as much as cost of rebuildiing from beginning. In this report, that have construction problem want to be canges. Cement carrier shape is need fluid cement system instalation at top deck and need compressor and generator's system. This cause bring into being problem ship conversion process from before ship. General cargo shape is have hatch approx 3 meters and hatch cover approx 2.12 meters from top deck. Hatch construction existence at the ship before conversion have to bulid a new deck above hatch cover and new construction approx 5.12 meters from before deck for underset compressor room. For enactive underset structure compressor room is safe in aspect strenght and able to retain the force then make strengt analysis, make remodeling with solidwork 2013 software and encode for processing the equipment in compressor room with calcualting load total of compressor room is support by H beam profile structure that underset compressor room.
Keywords : Analysis, Structure, Compressor Room, General Cargo, Cement Carrier, Solidwork 2013
1. Pendahuluan
Adanya kebutuhan pembangunan dalam segi pertambangan mendorong banyaknya struktur bangunan lepas pantai dan pelabuhan-pelabuhan yang harus dibangun. Hal ini yang mendorong alat transportasi laut pengangkut semen untuk membuat bangunan atau struktur yang dibutuhkan. Cement Carrier adalah kapal yang berfungsi mengangkut muatan curah berupa semen yang nantinya akan di distribusikan ke beberapa tempat yang sedang melakukan pembangunan di lepas pantai yang membutuhkan semen.
Kapal barang atau general cargo adalah kapal yang mengangkut bermacam-macam muatan berupa barang (1). Muatan tersebut terdiri dari berbagai jenis barang yang dibungkus dalam peti dan karung. Pada kapal cargo terdapat crane yang berfungsi sebagai alat bongkar muat dan pada bagian decknya terdapat lubang palkah atau hatch yang dapat ditutup dan dibuka dan berfungsi sebagai tempat loading dan unloading barang yang diangkut.
Konversi kapal adalah suatu proses perubahan baik pada konstruksi maupun pada sistem yang digunakan sebagai penyesuaian kebutuhan kapal dari perencanaan awal menjadi tipe kapal lain sesuai ketentuan yang berlaku (2).Konversi kapal merupakan salah satu cara mengalih fungsikan kapal tanpa harus membangun ulang kapal dari awal. Konversi kapal ini dilakukan karena memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan dan waktu pembuatan lebih cepat dari kapal baru (3).
Kapal general cargo dikonversi dengan alasan keingingan owner kapal menurut kebutuhan dan segi keuntungan yang akan didapat. Pada pembahasan kali ini terdapat masalah konstruksi yang akan diubah. Bentuk kapal ini memerlukan instalasi sistem fluida semen di atas deck dan dibutuhkan kompresor serta generator pada sistemnya. Hal ini yang menjadi permasalahan proses konversi kapal dari kapal sebelumnya yaitu general cargo. Pada general cargo bentuk dari bagian atas deck terdapat hatch setinggi 3 m dan hatch cover setinggi 2.12 m. Owner kapal meminta agar meminimalisir pembuatan struktur tambahan pada bagian ruang muat untuk memaksimalkan ruang muat kapal. Pembuatan kapal konversi cement carrier ini dipermudah dengan adanya kapal sister yaitu kapal MV. Montok. Adanya konstruksi hatch pada kapal sebelum konversi mengharuskan pembuatan deck tambahan diatas hatch serta adanya tambahan konstruksi setinggi 5.12 m dari top deck sebelumnya untuk menopang ruangan kompresor. Berikut adalah gambar kapal sebelum konversi dan gambar kapal tujuan konversi.
(a)
(b)
Gambar 1: (a)General Cargo sebelum konversi (4) dan (b) Cement Carrier Sister ship (4).
Untuk memastikan konstruksi penopang ruangan kompresor itu aman dalam segi kekuatan dan mampu menahan beban yang diterima maka dilakukan analisa kekuatan pada bagian konstruksi dengan menggunakan software Solidwork yaitu dengan cara membuat model 3D (tiga dimensi).
Desain 3D ruangan kompresor yang akan dibuat mengacu pada ruangan kompresor yang ada di kapal sister MV. Montok.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memastikan desain konstruksi yang sesuai dengan standard keamanan atau besar beban yang dapat di tumpu oleh konstruksi untuk menahan ruangan kompresor pada kapal cargo yang akan dikonversi . Serta mendapatkan hasil distribusi tegangan dan perubahan bentuk yang terjadi pada konstruksi bila diberikan beban atau gaya menggunakan software Solidworks 2013. Dari hasil Analisa kita dapat mengantisipasi kesalahan agar tingkat resiko kecelakaan dapat dikurangi. Berikut adalah gambar ruangan kompresor yang akan di modeling ulang dan bagian struktur penopang yang akan dianalisa.
(a)
(b)
Gambar 2: (a) Ruangan kompresor model outside at sister ship(4) dan (b) Ruangan kompresor pada kapal konversi
(progress) (4)
Hasil analisa dapat menentukan apakah konstruksi tambahan yang dibuat untuk menopang ruangan kompresor tersebut mampu untuk menahan beban yang diterima atau tidak, sebelum kontruksi tersebut dibuat di lapangan.
2. Metodologi Penelitian
Gambar 3: Diagram alir analisa kekuatan(5)
Penelitian dilakukan dengan cara melakukan pemodelan ulang dengan software solidwork 2013.
Model didapat dari bentuk perencannaan desain ruangan kompresor yang didapatkan dari bentuk ruangan kompresor pada kapal sister MV.Montok.
Pemodelan ulang dengan solidwork bertujuan untuk menganalisa kekuatan struktur yang menopang ruangan kompresor dengan beban yang ditumpu adalah total dari berat peralatan yang ada didalam ruangan tersebut dan bentuk dari profil penopang adalaha profil H beam. Analisa kekuatan dilakukan dengan cara mendata barang-barang yang ada dalam ruangan kompresor dengan menhitung total beban serta estimasi total berat kulit ruangan kompresor yang ditumpu oleh struktur H Beam.
Peralatan yang digunakan adalah 1 set komputer (memadai), Solidwork 2013, AutoCAD 2011.
Berikut adalah detail dari konstruksi Profil H beam yang disiapkan dari pihak shipyard dengan ukuran, 300 x 300 x 11 x 19 (mm). seperti pada gambar 3 berikut
Gambar 3: Dimensi profile H beam (5)
Konstruksi H beam (Tiang H) pada tiap koneksinya di bantu dengan bracket yang berfungsi untuk meneruskan beban yang diterima. Bracket yang digunakan adalah bracket segitiga dengan ukuran 300 x 300 x 9 (mm) seperti gambar 4 berikut.
Gambar 4: Dimensi profile Bracket (5)
Pada konstruksi ruangnan kompresor, diperkuat oleh frame dengan dimensi L 100x75x7 dengan jarak tiap frame adalah 600 mm, ukuran frame seperti pada gambar 5 berikut
5: Dimensi profile Frame (5)
Konstruksi tambahan yang berada diatas deck dan posisi konstruksi penopang ruangan kompresor digambarkan dalam bentuk 2D dengan software AutoCAD 2011 sebagaimana terlihat pada gambar berikut
(a)
(b)
Gambar 6: (a) Dimensi danStruktur ruangan kompresor tampak depan kiri kapal (6) dan (b) Dimensi dan struktur
ruangan kompresor tampak samping kiri kapal (6)
Sebelum berlanjut ke proses pemodelan ulang dan analisa, dibutuhkan daftar barang yang ada di dalam ruangan kompresor untuk mengetahui total beban yang diterima oleh struktur penopang ruangan. Yaitu sebagai berikut
2 unit kompresor ( 2 x 8500 kg)
2 unit air drier (2 x 1420 kg )
Masing-masing unit mempunyai beban yang akan dijadikan total pembebanan pada konstruksi penopang ruangan kompresor. Berikut adalah spesifikasi dari peralatan yang berada di ruang kompresor
(a)
(b)
Gambar 7: (a) Spesifikasi kompresor yang dipilih (7) dan (b) Spesifikasi Air Drier yang dipilih (8)
Setelah melakukan penggambaran bentuk dan dimensi 2D ruangan kompresor dan melakukan pendataan barang-barang yang terdapat didalam ruangan kompresor, selanjutnya membuat denah peletakkan masing-masing peralatan yang ada didalam ruangan dan dapat dibantu kembali oleh software AutoCAD 2011 seperti pada gambar 6.
Gambar 8: Arrangement Compressor Room (6) Peletakkan peralatan di dalam ruangan dapat dilakukan setelah spesifikasi dari masing-masing unit didapatkan. Dengan mendapatkan spesifikasi, ukuran tiap unit dapat diketahui dan dapat membantu dalam perencanaan letak dari unit.
Selanjutnya adalah pembuatan model 3D menggunakan software solidworks 2013 dengan membuat model ruangan kompresor dan model struktur penopang ruangan kompresor. Pemodelan dilakukan dengan sebaik mungkin untuk memastikan hasil analisa tidak salah dan tidak mengakibatkan kerugian bagi pihak manapun.
a. Proses pemodelan ulang
Proses pemodelan pertama dilakukan dengan membuat profil H sebagai tumpuan utama ruangan kompresor. Hasil pemodelan tahap pertama terlihat seperti pada gambar berikut.
Gambar 9 : pemodelan profil H (9)
Proses pemodelan selanjutnya yaitu membuat bagian lantai dari ruangan kompresor yang terdiri dari beberapa konstruksi, seperti pada gambar dibawah ini.
(a)
(b)
Gambar 10 : (a) dan (b) Pemodelan kostruksi lantai ruangan kompresor (9)
Selajutnya adalah membuat pelat alas lantai ruangan kompresor dengan ketebalan pelat 9 mm.
Pada pelat alas juga terdapat konstruksi seating atau dudukan dari kompresor dan air drier. Hasil pemodelan digambarkan sperti pada gambar berikut.
Gambar 11 : Pemodelan alas dan Seating (9) Ruangan kompresor di model dengan batasan kostruksi alas pada ruangan, hal ini dikarekan proses analisa kekuatan mengacu pada konstruksi dibawah alas.
Setelah melakukan pemodelan bagian ruangan kompresor, pemodelan selanjutnya dilanjutkan hingga pelat deck kapal. Hasil pemodelan terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 12 : Hasil akhir pemodelan ruangan kompresor (9)
Setelah proses pemodelan ulang menggunakan solidwork selesai, langkah berikutnya yaitu memualai proses analisa kekuatan. Proses ini akan dilakukan menggunakan aplikasi solidwork simulation.
3. Analisa Data dan Pembahasan
Langkah awal untuk proses simulasi adalah menentukan material yang digunakan. Pada analisa kali ini bahan material yang digunakan adalah ASTM A36 yang memiliki nilai yield strength 250 N/mm2. Pada proses simulasi ini, dilakukan pembatasan masalah atau area yang akan di analisa.
Area yang menjadi topik analisa adalah hanya konstruksi ruangan kompresor yang diambil setengah bagian. Hal ini dikarenakan beban dan bentuk konstruksi yang sama pada ruangan kompresor. Pada bagian deck kapal atau geladak kapal dianggap sudah kuat sehingga peletakkan fix geometry di apply pada tiap permukaan konstruksi ruangan yang menempel pada geladak kapal.
Berikut adalah model konstruksi ruangan kompresor yang akan di analisa dengan material ASTM A36.
Gambar 13 : Compressor room model to analisys (9) Setelah menyiapkan model yang akan di analisa, selanjutnya adalah menentukan area fix geometry untuk membatasi area yang akan di analisa.
Penentuan area fix geometry juga diatur dalam segi tumpuannya. Penentuan area fix geometry dapat dilihat seperti pada gambar berikut.
Gambar 14 : Daerah fixed geometry (9)
Selanjutnya adalan menentukan area yang terkena beban static dari kompresor dan air drier, yaitu pada daerah seating dari masing-masing unit.
Penentuan area force juga disesuaikan dengan beban masing-masing unit. Adapun spesifikasi beban unit kompresor dan air drier adalah sebagai berikut :
Kompresor : 8.500 kg = 83.385 N
Air drier : 1.420 kg = 13.930 N Penentuan area yang terkena beban atau gaya dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 15 : Force area (9)
Setelah memasukkan nilai force pada masing- masing area force, selanjutnya adalah melakukan pengaturan mesh untuk menentukan besar area pembacaan dari analisa. Pada analisa kali ini, parameter mesh diatur sebesar 50 mm-200 mm, di ambil 100 mm.
Dalam melakukan mesh atau proses pembacaan sebelum running, sering terjadi kegagalan mesh.
Hal ini disebabkan karna bentuk detail yang dibuat pada saat pemodelan terlalu kecil sehingga ketika melakukan mesh, daerah tersebut tidak dapat terbaca. Untuk mengatasinya bisa dilakukan dengan cara melakukan pemeriksaan pada tiap part yang dibuat atau melakukan pemodelan ulang kembali.
Mesh and Running
Sebelum melakukan running atau proses analisa, di anjurkan agar tidak membuat bentuk profile yang terlalu kecil atau detail yang akan menyebabkan proses running gagal (mesh failed). Adapun hasil mesh yang telah dilakukan dengan parameter 100 mm adalah sebagai berikut .
Gambar 16 : Mesh process(9)
Setelah proses mesh, langkah selanjutnya adalah proses running untuk mengetahui hasil analisa.
Analisa ini membutuhkan waktu 5-10 menit.
Berikut adalah hasil analisa kekuatan menggunakan software solidworks.
Gambar 17 : Stress result analysis(9)
Dari hasil analisa diatas dapat diketahui bahwa tegangan maksimal yang diterima dengan beban static 83.385 N dan 13.930 N adalah senilai 40,8 N/mm2. Hal ini dapat disimpulkan bahwa tegangan yang diterima oleh konstruksi ruangan kompresor masih jauh dari nilai maksimum yield strength material ASTM A36 yaitu 250 N/mm2.
Dari proses analisa kekuatan stress juga dapat di ketahui nilai maksimal displacement konstruksi ruangan kompresor. Hasil analisa displacement ini menunjukkan daerah atau area yang paling besar mengalami perubahan bentuk atau deformasi akibat gaya yang diterima pada area force. Area yang paling besar mengalami perubahan bentuk akan ditandai dengan perbedaan warna. Untuk hasil analisa displacement dapat dilihat pada gambar 18.
Gambar 18 : Displacement result analysis (9) Pada hasil analisa didapatkan deformasi maksimal sebesar 1.24 mm. Area yang berwarna merah merupakan area yang paling besar mengalami deformasi akibat beban static.
Pada anlisa kekuatan ini juga dapat diketahui besar strain atau regangan yang diterima oleh konstruksi.
Adapun gambar hasil analisa strain adalah sebgai berikut.
Gambar 19 : Strain result analysis (9)
Dari hasil analisa diatas juga dapat diketahui distribusi beban yang diterima oleh konstruksi ruangan kompresor.
Setelah melakukan ketiga analisa tersebut, langkah selanjutnya adalah analisa factor of safety. Hasil analisa ini didapatkan dengan cara memunculkan menu factor of safety pada menu result.. Berikut adalah hasil analisa factor of safety.
Gambar 20 : Safety of factor result analysis (9)
Factor of safety adalah factor yang digunakan untuk mengevaluasi agar perencanaan konstruksi terjamin keamanannya dengan dimensi yang minimum.
Dari semua analisa yang telah dilakukan maka didapatkan hasil analisa kekuatan ruangan kompresor sebagai berikut.
TABEL 1.
HASIL ANALISA (9)
Hasil Total (α Yield) Deformasi
FOS Ket.
α maks (N/mm²) mm
40.8 1.24 6.13 Aman
4. Kesimpulan
Dari hasil analisa kekuatan menggunakan software solidworks didapatkan parameter yaitu total tegangan maksimum dan total deformasi maksimum pada konstruksi ruangan kompresor yang menggunakan material ASTM A36 dengan yield strength 250 N/mm2. Hasil analisa inilah yang akan menjadi pertimbangan pihak galangan untuk membangun konstruksi ruangan kompresor dengan keamanan yang terjamin.
Dari hasil analisa yang dilakukan diketahui bahwa tegangan maksimal yang diterima dengan beban static 83.385 N dan 13.930 N adalah senilai 40,8 N/mm2 dan di dapatkan hasil factor of safety adalah 6.13, dimana hasil ini juga menyimpulkan bahwa konstruksi yang di buat sangat aman untuk menahan beban yang diterima.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Manik .P, Deddy .C, Niagara .G, 2014,
“Perancangan Kapal General Cargo 1500 DWT Rute Pelayaran Jakarta-Surabaya”, Semarang: Jurnal Teknik Perkapalan Universitas Diponegoro.
[2] Paraya Lutfi .P,. 2009. Analisa Ventilasi Udara Pada Ruang Muat Kapal General Cargo Yang Telah Dikonversi Menjadi Livestock Vessel.
Surabaya: Jurnal Jurusan Teknik Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh November.
[3] Wibowo Mukti .F, Aryawan Dwi W. 2009.
Studi Kelayakan Teknis dan Ekonomis Konversi Kapal Tanker MARLINA XV 29990 DWT Menjadi Bulk Carrier. Surabaya: Jurnal Jurusan Teknik Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh November.
[4] PT.Marine CadCam Indonesia.2016. MV.
Montok Survey Photo Picture No : 121251.
Batam: PT. Marine CadCam Indonesia.
(Private File PT. Marine CadCam Indonesia) [5] Steel Merton Ltd. 2009. HE European Wide
Flange Beam. London : United Kingdoms [6] PT.Marine CadCam Indonesia. 2017. GA
Compressor Room D321-02091. Batam:
PT.Marine CadCam Indonesia. (Private File PT.Marine CadCam Indonesia)
[7] Khaisan Zhejiang Compressor CO.Ltd., 2014.
Model JN 375W-66/8-II. Bejjing : Khaisan Zhejiang Compressor CO.Ltd.
[8] Khaisan Zhejiang Compressor CO.Ltd., 2014.
KSAD-70SW. Bejjing: Khaisan Zhejiang Compressor CO.Ltd.
[9] Yogantara. 2017. Solidworks Premium 2013.
Batam : solidwork simulation.
