1 ANALISIS PENGARUH MARINE GROWTH TERHADAP INTEGRITAS
JACKET STRUCTURE
Anom Wijaya Daru 1 , Murdjito 2 , Handayanu 3
1 Mahasiswa Teknik Kelautan ITS, 2,3 Staf pengajar Teknik Kelautan ITS
Abstrak
Analisis pengaruh marine growth terhadap integritas jacket ini menggunakan data struktur APN A dan data lingkungan di Laut Jawa, daerah sekitar jacket struktur tersebut beroperasi. Pada analisis ini, kedalaman divariasi 25%, 50%, 75%, dan 100% kedalaman menurut keberadaan marine growth untuk mengetahui ketebalan yang memiliki pengaruh signifikan terhadap integritas struktur. Sedangkan variasi ketebalan marine growth adalah saat kondisi tidak ada marine growth, kondisi marine growth aktual, dan kondisi ketebalan marine growth di atas kriteria desain (1,496 in) dengan kelipatan 20% sampai struktur tersebut mengalami kegagalan atau fail.Analisis menggunakan GT Strudl versi 27.0.Berdasarkan hasil analisa, diketahui ketebalan marine growth yang menyebabkan struktur mengalami kegagalan jika ketebalan marine growth 2,76 inch atau 80% di atas kriteria desain marine growth. Saat ketebalan 2,76 inch tersebut, member 662 memiliki UC 1,008 pada kondisi badai dan 1,002 pada kondisi operasi. Sedangkan pada ketebalan marine growth 3,89 inch, didapat UC joint punching shear jacket terbesar pada joint 385 yaitu 0,977 saat kondisi operasi dan 1,012 saat kondisi badai.
Variasi ketebalan marine growth terhadap kedalaman tidak berpengaruh signifikan terhadap UC member stress maupun UC punching shear.
Kata kunci: Marine growth, jacket structure, analisa statis 1. PENDAHULUAN
Dimulai dengan instalasi struktur lepas pantai di Teluk Meksiko pada tahun 1947, teknologi eksplorasi semakin berkembang dengan instalasi struktur lepas pantai pada kondisi lingkungan yang ekstrim di Laut Utara sekitar tahun 1960. Saat ini beragam jenis struktur yang digunakan untuk mengeksplorasi minyak dan gas, diantaranya fix jacket structure, jack-up drilling rig, semisubmersible, gravity structure, dan lain sebagainya.
Setiap struktur selalu dikenai beban. Namun beban yang diberlakukan terhadap struktur tidak sama, tergantung pada kondisi lingkungan dan kondisi struktur tersebut. Menurut Sudjono (1999), beban yang harus dipertimbangkan saat perancangan struktur lepas pantai adalah beban mati (dead load), beban hidup (live load), beban akibat kecelakaan (accidental load), dan beban lingkungan (enviromental load).
Marine growth merupakan beban yang bekerja pada sebuah struktur dan termasuk dalam beban lingkungan. Beban marine growth apabila di luar batas toleransi, akan berakibat pada perubahan hasil perhitungan yang telah pada proses perancangan sehingga memengaruhi pengoperasian struktur lepas pantai secara keseluruhan.
Gambar 1. Struktur jacket APN A
(sumber: http://oilrigphotos.com.s3.amazonaws.com) Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis pengaruh marine growth pada struktur APN A (gambar 1) yang berlokasi di Laut Jawa.
Analisis tersebut dilakukan dengan memvariasikan ketebalan marine growth dan kedalaman, sehingga diharapkan bisa memberikan pemahaman mengenai dampak yang ditimbulkan marine growtkh terhadap kekuatan struktur jacket.
Gambar 2. Marine growth yang tumbuh di kaki jacket
(sumber:http://www.foundocean.com/webpac_conten
t/oil-and-gas/what-we-do/marine-growth-control/)
2 2. DASAR TEORI
2.1 Beban gelombang
Penerapan teori untuk beban gelombang berdasarkan rasio diameter member (D) dan panjang gelombang () adalah sebagai berikut;
1. Jika D/ < 0.2, Persamaan Morison dapat diaplikasikan.
2. Jika D/ ≥ 0.2, Teori Difraksi diaplikasikan.
Persamaan Morison mengasumsikan bahwa gaya gelombang merupakan gabungan dari komponen gaya inersia dan gaya hambatan (drag) yang dijumlahkan secara linier. Koefisien kedua gaya tersebut diperoleh dari hasil eksperimen. Persamaan Morison tepat jika diterapkan pada kasus struktur dimana gaya hambatan signifikan, yakni ketika pada ukuran diameter (D) member jacket relatif kecil jika dibandingkan dengan panjang gelombang () atau bernilai kurang dari 0,2. Persamaan Morison yang digunakan untuk mendapatkan gaya gelombang per unit panjang adalah (Indiyono P., 2004):
F = ½ ρ C
DD |u| u + ρ C
I(π D
2) / 4 a
z(1) dengan:
ρ : massa jenis air laut (kg/m
3) C
D: koefisien drag
C
I: koefisien inersia u : kecepatan (m/s) a
z: percepatan (m/s
2) 2.2 Beban arus
Arus laut memiliki harga yang bervariasi untuk kedalaman perairan tertentu. Hal ini menyebabkan distribusi beban yang ada pada struktur akibat arus juga tidak sama. Kecepatan arus tersebut dirumuskan dalam formulasi matematis berikut (Dawson 1983):
U
T= U
OT(y/h)
1/7(2)
U
W= U
OW(y/h) (3)
dengan:
U
T: kecepatan arus pasang surut (m/s) U
OT: kecepatan arus pasang surut di permukaan (m/s)
U
W: kecepatan arus akibat angin (m/s) U
OW: kecepatan arus akibat angin di permukaan (m/s)
y : jarak dari dasar laut (m) h : kedalaman laut (m)
Berdasarkan hasil analisa Swamidas (1997) yang telah dikutip oleh Suyuthi (2002), gaya arus yang bekerja pada suatu struktur dirumuskan sebagai berikut:
z C U z U z D dz F
d
C C D
C
0
_ _
2 1 (4)
dengan:
: massa jenis air (kg/m
3)
z U
C_
: kecepatan arus pada ketinggian z di atas dasar laut (m/s
2)
C
D: koefisien drag D : diameter struktur (m) 2.3 Koefisien hidrodinamis
Penelitian di laboratorium yang dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara Cd, Cm dan Cl dengan Reynold Number (Re) dan Keulegan- Carpenter Number. Hasil percobaan itu menunjukkan Cd dan Cm pada silinder halus adalah fungsi Re dan KC (Sarpkaya, 1976).
Cd atau koefisen drag merupakan bilangan yang menunjukkan besar kecilnya tahanan fluida yang diterima oleh suatu benda. Harga koefisien drag yang kecil menunjukkan hambatan fluida yang diterima benda saat berjalan adalah kecil, dan begitu juga sebaliknya. Nilai Cd efektif didapat dari perhitungan berikut:
OD
2Cd
model= Cd OD
2model(5)
Sedangkan nilai koefien inersia efektif didapat dari perhitungan berikut:
OD Cm
model= Cm OD
model(6) dengan:
OD : diameter jacket leg sebelum ada marine growth
OD
model: diameter jacket leg ditambah dengan tebal marine growth (ft)
Cd : koefisien drag sebelum ada marine growth
Cd
model: koefisien drag setelah ada marine growth
Cm : koefisien inersia sebelum ada marine Growth
Cm
model: koefisien drag setelah ada marine growth
2.4 Gaya drag
Gaya drag merupakan salah satu gaya aerodinamika yang arah gayanya berlawanan dara arah gaya thrust (gaya dorong) sehingga berpengaruh untuk menghambat gerak. Drag merupakan suatu gaya mekanis yang disebabkan oleh interaksi dan kontak dari solid body dengan fluida.
dF
d= (0,5 Cd ρ D u u ) ds (7)
3 ρ : massa jenis air laut (kg/m
3)
C
D: koefisien drag u : kecepatan (m/s) D : Diameter silinder (m) 2.5 Gaya inersia
Konsep gaya inersia adalah bahwa partikel air dalam gelombang membawa suatu intensitas momentum. Partikel air yang melewati silinder akan mengalami percepatan dan perlambatan.
Hal ini terjadi jika ada kerja oleh gaya pada silinder untuk menaikkan momentum.
dFm = Cm ρ
πD42 ∂u∂tds (8) Fm : gaya inersia
ρ : massa jenis air laut (kg/m
3) C
m: koefisien inersia
u : kecepatan (m/s) D : Diameter silinder (m) 2.6 Teori gelombang
Penentuan teori gelombang yang dapat diaplikasikan dalam desain dapat mengacu pada grafik yang dikeluarkan oleh American Petroleum Institute (API), yaitu pada dokumen API RP2A (2000). Pemilihan teori gelombang didasarkan pada tiga parameter utama gelombang, yaitu kedalaman perairan (d), tinggi gelombang (H), dan periode gelombang (Tapp)
Gambar 3. Daerah penerapan fungsi Stream, Stokes orde 5, dan teori gelombang linear (API RP 2A WSD, 2000)
3. METODOLOGI
Pengerjaan tugas akhir ini dimulai dengan studi literatur tentang jurnal yang berhubungan dengan marine growth dan pengaruhnya terhadap struktur. Kemudian dilanjutkan dengan proses pengumpulan data, baik itu data struktur maupun data lingkungan. Data struktur dan lingkungan dapat ditunjukkan oleh tabel 1 dan 2.
Tabel 1. Data Struktur APN A Nama Struktur APN A Platform Block/ Kompleks APN Field
Lokasi Geografis Laut Jawa, Indonesia Orientasi Struktur 45
0Utara sebenarnya Jenis Struktur Well Platform Tahun Instalasi 2005
Jumlah Deck 3 (Main Deck, Well Deck, Heli Deck)
Tabel 2. Data Lingkungan Struktur APN A Mean Sea Level (MSL) 40, 95 m Tinggi Gelombang
Maksimum:
Operasi
Badai
3,5 m 5.5 m Periode Tinggi
Gelombang Maksimum:
Operasi
Badai
7 s 8.7 s Total Pasang Surut :
Operasi
Badai
1,04 m 1,04 m Kecepatan Arus
Operasi
Badai
Surface: 0,67 m/s Bottom: 0,29 m/s Surface: 1,09 m/s Bottom: 0,31 m/s Kecepatan Angin
Operasi
Badai
12,4 m/s 25,7 m/s Tipe Tanah Dominan Clay
Pemodelan struktur jacket dengan menggunakan
perangkat lunak GT STRUDL 27.0, kemudian
dilakukan validasi model berdasarkan berat
struktur yang ada. Dilanjutkan pemodelan dan
penghitungan beban lingkungan sebelum ada
marine growth yang menempel pada struktur.
Gambar 4. Redraw Solid APN A
Marine growth dan beban lingkungan yang laiinya dianalisis menggunakan
SELOS dengan 8 arah pembebanan yaitu; 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, dan 360 derajat. Bila ketebalan marine growth sudah melebihi ketebalan yang diijinkan, dilakukan removal karena dapat mengganggu integritas struktur tersebut.
Ketebalan marine growth tersebut divariasi menurut ketebalan dan kedalaman. Untuk ketebalan marine growth digunakan skenario 20%, 40%, 60%, dan seterusnya di atas ketebalan marine growth yang diijinkan samp struktur mengalami kegagalan.
skenario kedalaman meliputi 0%
kedalaman, 25%-50% kedalaman, 50%
kedalaman, 75%-100% kedalaman, dan 0%
100% kedalaman. Setelah tahap analisis tersebut, diambil kesimpulan dan saran dari proses analisis.
4. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Validasi struktur
Validasi dibutuhkan untuk membuktikan bahwa struktur yang dimodelkan sudah dapat mewakili struktur sesungguhnya. Dalam penelitian ini, validasi struktur mengacu pada berat struktur.
Tabel 3. Hasil perbandingan berat struktur PERBANDINGAN BERAT STRUKTUR PT Paramuda Jaya Output Model
STRUDL 2171,07 kN 2162,53 kN
4.2 Pengaruh marine growth koefisien hidrodinamis
Marine growth yang tumbuh menempel pada jacket akan menimbulkan perbedaan nilai koefisien drag. Perbedaan koefisien drag terhadap ketebalan marine growth
pada grafik di bawah ini.
Redraw Solid APN A
dan beban lingkungan yang laiinya dianalisis menggunakan software GT SELOS dengan 8 arah pembebanan yaitu; 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, marine growth tebalan yang diijinkan, karena dapat mengganggu
tersebut divariasi dan kedalaman. Untuk
digunakan skenario 20%, 40%, 60%, dan seterusnya di atas yang diijinkan sampai . Sedangkan skenario kedalaman meliputi 0%-25%
kedalaman, 50%-75%
100% kedalaman, dan 0%- lah tahap analisis tersebut, diambil kesimpulan dan saran dari
ANALISA DAN PEMBAHASAN
embuktikan bahwa struktur yang dimodelkan sudah dapat mewakili penelitian ini, validasi struktur mengacu pada berat struktur.
. Hasil perbandingan berat struktur BERAT STRUKTUR
SELISIH