Jurnal Tugas Akhir - digilib.its.ac.id · Jurnal Tugas Akhir 3 Mwv rentang tegangan dengan...

Jurnal Tugas Akhir

1

KEANDALAN SCANTLING STRUKTUR GELADAK DAN DASAR PADA KONVERSI TANKER

MENJADI FPSO TERHADAP BEBAN KELELAHAN

M. Teguh Widodo 1)

, Eko Budi Djatmiko 2)

, Rudi Walujo Prastianto 3)

1) Mahasiswa Teknik Kelautan, ITS Surabaya

2) dan 3) Dosen Teknik Kelautan, ITS Surabaya

Abstrak

Salah satu kriteria perancangan konversi struktur tanker menjadi FPSO adalah kekuatan terhadap beban

kelelahan. Perhitungan umur kelelahan dalam tugas akhir ini menggunakan metode deterministik dan

divalidasikan dengan hasil running software Poseidon untuk mendapatkan tegangan struktur, kemudian

dijadikan data dalam perhitungan umur kelelahan. Selanjutnya, pada tugas akhir ini telah dianalisa

keandalan scantling struktur geladak dan dasar pada konversi tanker menjadi FPSO terhadap beban

kelelahan. Umur kelelahan dihitung saat kondisi tanker dan ditinjau ulang setelah dikonversi menjadi

FPSO. Dengan mengacu pada umur kelelahan yang didapatkan, maka keandalan struktur dapat

ditentukan. Keandalan dihitung dengan menentukan moda kegagalan sistem, yaitu jika umur kelelahan

dikurangi dengan umur desain lebih kecil dari 0, maka struktur dinyatakan gagal. Dalam analisa

keandalan ini digunakan Monte Carlo Simulation yang mampu memberikan prediksi probability of

failure dengan cukup akurat, oleh karena banyaknya trial yang dapat dilakukan. Peluang kegagalan

dianggap sebagai ukuran rasional untuk menentukan keamanan struktur. Berdasarkan analisa perhitungan

dengan hanya memperhitungkan vertical bending moment yang diakibatkan oleh gelombang, maka umur

kelelahan tanker sebelum dikonversi adalah 21,93 tahun pada geladak dan 34,66 tahun pada dasar. Hal ini

divalidasi oleh hasil running Poseidon yang memberikan umur kelelahan sebesar 22 tahun pada geladak

dan 34 tahun pada dasar. Untuk proses modifikasi FPSO di mana pada struktur tanker ditambahkan

topside module sebesar 5000 ton, maka umur kelelahan pada geladak turun menjadi 20,3 tahun dan pada

dasar 30,1 tahun. Setelah dilakukan penguatan scantling dengan penambahan 15 buah stiffener, maka

umur kelelahan untuk geladak meningkat menjadi 30,11 tahun. Keandalan struktur geladak dianalisa

dengan Simulasi Monte Carlo berdasarkan pada moda kegagalan dengan iterasi sebanyak 10.000 kali.

Sebelum diberikan penguatan, keandalan struktur terhadap kelelahan hanya sebesar 0,58. Namun, setelah

diberikan penguatan keandalannya mencapai 1,0, yakni mencapai kondisi aman.

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang Masalah

Kebutuhan dunia terhadap minyak (reservoir)

sebagai salah satu sumber energy yang utama

mengakibatkan banyak pihak berlomba-lomba

untuk dapat menghasilkan minyak dalam jumlah

yang besar. Oleh karena itu, kegiatan eksploitasi

reservoir pun marak dilakukan yang berujung

pada makin meningkatnya kebutuhan akan

sarana penunjang eksploitasi tersebut, salah

satunya adalah kebutuhan terhadap FPSO.

Sebagian besar FPSO dibuat dengan cara

mengkonversi, yaitu 70 % dari 70 lebih FPSO

yang beroperasi di seluruh dunia merupakan

hasil konversi dari tanker (Potthurst, 2003).

Waktu pembuatan secara konversi yang lebih

singkat sekitar 1-2 tahun daripada pembuatan

baru menjadi salah satu alasannya. Keuntungan

lain yang didapatkan dalam proses secara

konversi adalah antisipasi pada umur reservoir

yang pendek hingga menengah (5-15 tahun) dan

jadwal proses operasi FPSO lebih cepat (Leick,

2000).

Pada penelitian sebelumnya (Setyawan, 2009)

telah disebutkan bahwa salah satu kriteria

pemilihan struktur tanker untuk dikonversi

adalah sisa umur kelelahan struktur. Umur

kelelahan dihitung saat kondisi tanker dan

ditinjau ulang saat kondisi struktur telah

beroperasi sebagai FPSO. Perhitungan umur

kelelahan dilakukan dengan menggunakan teori

balok sederhana (simplified). Perhitungan ini

bertujuan untuk mendapatkan tegangan struktur

tersebut. Tegangan yang terjadi pada struktur

dijadikan data perhitungan umur kelelahan.

Akan tetapi, pada penelitian tersebut tidak

mengikut sertakan perhitungan analisa pada

scantling (hanya pelat saja) padahal dalam

kondisi riil scantling memiliki peran yang

penting.

Menurut Lotsberg, 2005 proses perhitungan

kelelahan tanker dilakukan berdasarkan codes:

ABS, DNV dan LR. Pada penelitian yang sama,

Jurnal Tugas Akhir

2

code Germanischer Lloyd (GL) hanya digunakan

untuk perhitungan kelelahan bulk carriers ship.

Kemudian pada penelitian ini proses perhitungan

kelelahan akan dilakukan dengan menggunakan

prosedur pada Germanischer Lloyd.

Tugas akhir ini menyajikan hasil penelitian

tentang analisis kelelahan dengan cara

perhitungan balok sederhana dan umur kelelahan

secara deterministik. Analisis kelelahan dihitung

akibat beban gelombang siklis yang terjadi

selama operasi. Berdasarkan analisa kelelahan

akan didapatkan nilai keandalan sebagai

penilaian hasil konversi tanker ke FPSO.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah dari tugas akhir ini adalah:

1. Berapakah fatigue life dari scantling

struktur geladak dan dasar pada tanker

(sebelum konversi menjadi FPSO) ?

2. Berapakah fatigue life dari scantling

struktur geladak dan dasar setelah tanker

dikonversi menjadi FPSO ?

3. Berapakah keandalan struktur FPSO

tersebut terhadap beban kelelahan ?

2. Tinjauan Pustaka

Berdasarkan aturan Germanischer Lloyd,

untuk perhitungan beban struktur akibat

gelombang dapat menggunakan persamaan

berikut:

Vertical Wave Bending Moment:

Vertical bending moment merupakan

penyebab beban akibat gelombang yang

paling dominan terhadap struktur terapung.

Berdasarkan GL Rules, 2008, perhitungan

beban gelombang vertikal dapat digunakan

persamaan sebagai berikut:

MWV = L2 B c0 c1 cL cM [kNm] (1)

dengan:

L panjang kapal, m

B lebar kapal, m

c0 koefisien gelombang

for 150 m ≤ L ≤ 300 m

c1 kondisi hogging atau sagging

c1H 0,19 Cb

kondisi hogging

c1S -0,11 (Cb +0,7) kondisi

sagging

Cb block coefficient

cL koefisien panjang

cM faktor distribusi, gambar 2.1.

Gambar 2.1. Distribution factor for cM and

influence factor cv (GL Rules, 2008)

Vertical Wave Shear Force

Sebagaimana dengan vertical bending moment,

vertical shear force juga merupakan penyebab

utama tegangan geser pada struktur kapal.

Berdasarkan GL Rules, 2008, perhitungan beban

dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

QWV = LBc0 cLcQ (Cb+0,7)[kN] (2)

dengan:

L panjang kapal, m

B lebar kapal, m

c0 koefisien gelombang

for 150 m ≤ L ≤ 300 m

cL koefisien panjang

Cb block coefficient

CQ faktor distribusi, gambar 2.2.

Gambar 2.2. Faktor distribusi CQ (GL Rules,

2008)

Perhitungan rentang tegangan yang digunakan

dalam perhitungan umur kelelahan closed form

fatigue equation merupakan rentang tegangan

dengan probabilitas kejadian 10-4

. Berdasarkan

Jurisic, 2007, untuk perhitungan rentang

tegangan dapat dihitung berdasarkan teori balok

sebagai berikut:

Sri = Mwv / Zv N/mm2 (3)

dengan:

Sri rentang tegangan dengan

probabilitas kejadian 10-4

, N/mm2

Jurnal Tugas Akhir

3

Mwv rentang tegangan dengan

probabilitas kejadian 10-8

, N/mm2

= (momen hogging – momen

sagging) / 2

Zv section modulus, m3

Berdasarkan Jurisic, 2007, perhitungan umur

kelelahan secara langsung dengan metode

simplified, analisa keandalan umur kelelahan

juga harus dilakukan untuk memprediksi peluang

kegagalan akibat ketidakpastian ketahanan

struktur dan beban. Perhitungan jumlah

kerusakan akibat rentang tegangan selama

operasi berdasarkan pada tegangan nominal dan

kurva S-N dapat dilakukan dengan persamaan

berikut, CSR for Double Hull Oil Tanker, 2008:

(4)

dengan:

αi proportion of ship life

NL jumlah siklus untuk umur rancangan

yang diarapkan.

=

f0 0.85,

U umur desain (detik)

SRi Moment range / Section modulus

ξ parameter bentuk weibull

= fweibull (1.1 – 0.35 (L-100)/300)

fweibull area dependent modification

factor, gambar 2.3.

Gambar 2.3. fweibull distribution (CSR for

Double Hull Oil Tanker, 2008)

Γ(1+m/ξ) gamma function

= 0,0076 exp(1,6x) + 1,26

Umur kelelahan adalah umur desain kelelahan

dibandingkan dengan cummulative damage

ratio. Umur desain kelelahan adalah umur

operasi bangunan laut dikalikan dengan faktor

keamanan (2 sampai dengan 10), sehingga

didapatkan rancangan umur desain kelelahan

yang jauh dari umur operasi struktur tersebut.

Metode Monte Carlo merupakan salah satu

metode yang digunakan untuk medapatkan nilai

keandalan suatu struktur. Perhitungan keandalan

berdasarkan umur kelelahan juga bisa dilakukan

dengan mengguanakan metode tersebut. Nilai

keandalan didapatkan dengan cara sebagai

berikut:

β = 1- Pof (5)

dengan:

indeks keandalan

Pof peluang kegagalan

3. Metodologi

1. Pengumpulan data

Rincian data yang digunakan dalam penelitian

ini adalah :

a) Data struktur :

Karakteristik Tanker :

Tabel 3.1 Data Utama Tanker

Length betw.

Perpendiculars Lpp 173 m

Length water line at T L 180 m

Breadth B 30,5 m

Depth H 15,6 m

Draught T 9,0 m

Coefficient block Cb 0,8

Deadweight DWT 30.770 ton

Profil Operasional :

- Kecepatan

Properti dan Bentuk Hull :

section modulus, perhitungan dilakukan

dengan pengurangan ketebalan pelat struktur

sebesar 2 mm. Pengurangan ketebalan

tersebut sebagai asumsi dari degradasi

struktur.

b) Data lingkungan.

Data lingkungan North Atlantic

Data lingkungan North Atlantic digunakan

untuk perhitungan umur kelelahan pada

kondisi tanker. Tinggi gelombang yang

digunakan sebesar 16,5 m sampai dengan 18

m untuk panjang kapal lebih dari 200 m.

Mengacu pada aturan tersebut, dengan

panjang kapal 173 m digunakan tinggi

gelombang sebesar 14,3 m.

Data lingkungan Sepanjang

2. Analisa proses degradasi struktur

Proses analisa degradasi struktur diperlukan

karena struktur merupakan hasil konversi

dari struktur yang telah digunakan (existing

structure).

3. Pemodelan struktur secara global

Jurnal Tugas Akhir

4

Pemodelan struktur dengan

menggunakan software poseidon.

Software poseidon adalah software untuk

memodelkan lambung kapal. Hasil yang

didapatkan dari pemodelan ini adalah

umur kelelahan setiap elemen struktur

kapal beserta tegangan yang terjadi.

4. Perhitungan tegangan nominal kondisi

tanker

Perhitungan tegangan nominal dilakukan

secara global. Pada saat kondisi tanker,

beban disebabkan karena gelombang

dengan data gelombang North Atlantic.

Perhitungan tegangan nominal hanya

memperhitungkan tegangan akibat beban

gelombang vertikal.

5. Perhitungan umur kelelahan (kondisi tanker)

Perhitungan kelelahan dengan cara

closed form fatigue equation. Nilai

section modulus yang didapatkan

digunakan untuk menghitung rentang

tegangan yang digunakan dalam

persamaan perhitungan kelelahan.

6. Proses Konversi FPSO dari tanker

Proses konversi FPSO dari tanker

dilakukan dengan penambahan struktur

topside module pada pelat geladak utama.

Penambahan topside module dengan

berat masing-masing 500 ton sejumlah 10

topside module (total 5000 ton).

7. Perhitungan tegangan nominal kondisi

FPSO

Perhitungan tegangan nominal dilakukan

secara global. Pada saat kondisi FPSO,

beban disebabkan karena gelombang

dengan data gelombang Sepanjang.

Tegangan nominal dilakukan dengan 6

kondisi pembebanan, antara lain:

i. Kasus pembebanan 1

Struktur dianalisa dalam kondisi laut

tenang. Beban yang berkerja hanya berat

struktur sendiri atau beban statis (still

water bending moment)

ii. Kasus pembebanan 2

Struktur dianalisa dalam kondisi beban

statis dan pengaruh beban gelombang

dengan pemodelan gelombang dua

puncak tertinggi pada masing-masing

ujung struktur. Bagian tengah struktur,

posisi gelombang pada puncak terendah.

iii. Kasus pembebanan 3

Struktur dianalisa dalam kondisi beban statis dan

pengaruh beban gelombang dengan pemodelan

gelombang satu puncak tertinggi pada bagian

tengah struktur. Bagian kedua ujung struktur ,

posisi gelombang pada puncak terendah.

Tiga kasus pembabanan dilakukan pada kondisi

FPSO muatan penuh dan muatan 45 %. Semua

hasil perhitungan digunakan sebagai referensi

perhitungan tegangan yang terjadi pada geladak

utama struktur.

8. Perhitungan umur kelelahan (kondisi FPSO)

Perhitungan kelelahan dengan cara

closed form fatigue equation.

Perhitungan umur kelelahan dilakukan

Nilai umur kelelahan diiterasi dengan

merubah section modulus, yaitu dengan

menambah stiffener pada geladak utama

hingga didapatkan umur kelelahan yang

direncanakan (20 tahun, 10 tahun umur

operasi dengan faktor keamanan 3).

9. Perhitungan Keandalan (Monte Carlo)

Perhitungan nilai keandalan dengan

metode monte carlo dengan sebuah

variabel acak (rentang tegangan)

Penentuan moda kegagalan:

Umur kelelahan – Umur desain < 0,

maka gagal

4. Hasil dan Analisa

Rasio bentuk struktur kapal tanker memenuhi

syarat rasio bentuk untuk struktur FPSO. Rasio

bentuk struktur terdapat pada tabel 4.2.

Tabel 4.1. Rasio bentuk struktur

L/B B/D

Actual 5,67 1,95

Ideal (ISODC, FPSO) 4,5 – 6,0 1,7 – 2,3

Ideal (UKOOA, FPSO) 5,0 – 6,5 1,6 – 2,0

(sumber: ISODC, 2006 and UKOOA, 2002)

Pada tabel 4.1, perbandingan rasio bentuk

dilakukan dengan struktur FPSO. Hal ini

disebabkan karena tujuan dari tugas akhir adalah

untuk mendesain FPSO dari tanker.

Data spesifik gelombang untuk operasi FPSO

digunakan data gelombang Sepanjang. Untuk

struktur FPSO minimal data gelombang yang

digunakan adalah tinggi gelombang 100 tahunan.

Spektrum gelombang daerah Sepanjang terdapat

pada gambar 4.1.

Jurnal Tugas Akhir

5

Gambar 4.1 Spektrum gelombang Sepanjang

(FSO Mutiara, 2006)

Gambar 4.1. menunjukkan spektrum gelombang

sepanjang. Data gelombang terkumpul pada

periode 3 detik dengan perbandingn 36 % dari

semua data dan pada ketinggian 0,5 meter

dengan perbandingan 52 % dari semua jumlah

data. Prediksi tinggi gelombang tahunan

menggunakan distribusi weibull. Prediksi tinggi

gelombang untuk 100 tahun adalah 7,52 m.

Hasil perhitungan rentang tegangan akibat

gelombang terdapat pada tabel berikut:

Tabel 4.2 Vertical wave bending moment

Rules Hogging

[MNm]

Sagging

[MNm]

Stress

Range

[MNm]

GL

Rules 1980,32 -2149,69 4130,01

CSR

fatigue 990,16 -1074,85 2065,01

Perhitungan kelelahan pada kondisi tanker harus

mempertimbangan faktor degradasi struktur.

Untuk perhitungan kelelahan, degradasi struktur

dapat diasumsikan dengan pengurangan 50 %

ketebalan lapisan korosi (-2 mm dari tebal pelat

data struktur). Berdasarkan asumsi tersebut,

rentang tegangan yang terjadi pada geladak

utama, pelat dasar (base plate) dan pelat

lambung (side cell) teradapat pada tabel 4.3

berikut ini:

Tabel 4.3 Rentang tegangan struktur tanker

Elemen

struktur

Section

Modulus

[m3]

Rentang

tegangan

[N/mm2]

Main Deck 8,98 229,91

Base plate 9,68 213,27

Side cell 9,27 222,84

Berdasarkan pada hasil perhitungan pada tabel

4.3, didapatkan bahwa nilai rentang tegangan

yang terbesar adalah rentang tegangan pada

geladak utama (main deck). Mengacu pada hasil

perhitungan dan batasan masalah tugas akhir,

maka perhitungan sisa umur kelelahan hanya

dilakukan pada struktur geladak utama dan base

plate.

m = 3 , S-N curve exponent

K2 = 0,63 . 1012

, S-N curve

coefficient

Perhitungan kelelahan berdasarkan pada kurva

S-N, terdapat faktor perbedaan ketebalan.

Ketebalan pelat yang digunakan dalam

percobaan untuk mendapatkan kurva S-N adalah

22 mm, sedangkan tebal pelat struktur tanker

yang dianalisa adalah 15 mm.

Data perhituangan dan hasil perhitungan terdapat

pada tabel 4.4. dari hasil tabel tersebut,

perhituangan perkiraan umur kelelahan adalah

21,93 tahun, dimana nilai ini berada jauh

dibawah target minimal umur kelelahan 25

tahun.

Tabel 4.4. Data perhitungan dan hasil fatigue life

tanker untuk struktur geladak

NL α ξ K2

7,48.107 1 1,015 0,84 . 10

12

SRi

[N/mm2]

DMi Fatigue Life

229,91 1,14 21,93

Tabel 4.5 Data perhitungan dan hasil fatigue life

untuk struktur dasar

NL α ξ K2

7,48.107 1 1,015 1,06 . 10

12

SRi

[N/mm2]

DMi Fatigue Life

213,27 0,72 34,66

Nilai 21,93 tahun adalah umur kelelahan untuk

struktur geladak utama tanker dan 34,66 tahun

adalah umur kelelahan pada struktur dasar. Umur

kelelahan diambil dengan asumsi tebal pelat

berkurang 2 mm (50% tebal lapisan pelat) dari

tebal pelat 17 mm. Dari hasil tersebut diketahui

bahwa struktur geladak memiliki umur kelelahan

di bawah umur desain yang diharapkan tetapi hal

ini tidak terjadi pada struktur dasar karena umur

kelelahannya masih jauh di atas umur desain.

Pemodelan tanker pada poseidon dilakukan pada

rentang frame 55 sampai dengan 88 dengan

Jurnal Tugas Akhir

6

panjang 96 m dari 180 m panjang total. Hasil

pemodelan struktur tanker terdapat pada gambar

4.2 berikut ini:

Gambar 4.2 Pemodelan tanker frame 55 sampai

dengan 88

Berdasarkan hasil running pada poseidon

didapatkan umur kelelahan struktur geladak

utama tanker adalah 22 tahun. Umur kelelahan

struktur tanker pada mid-ship terdapat pada

gambar 4.7 berikut ini:

Gambar 4.7 Umur kelelahan elemen pelat pada

model tanker.

Berdasarkan hasil perhitungan dengan poseidon

didapatkan umur kelelahan 22 tahun pada dek

dan 34 tahun pada dasar. Perhitungan umur

kelelahan sebelumnya didapatkan hasil umur

kelelahan yang hampir sama yaitu 21,93 tahun

dan 34,66 tahun. Hasil kedua perhitungan untuk

struktur dek didapatkan umur kelelahan yang

kurang dari umur kelelahan yang dirancang

untuk operasi FPSO.

Perhitungan keandalan struktur tanker dengan

metode Monte Carlo dengan dua variabel acak

yaitu tegangan pada struktur dek dan faktor

kurva S-N. Simulasi dilakukan hingga 10.000

kali guna mendapatkan hasil yang lebih akurat.

Didapatkan hasil perhitungan keandalan struktur

= 0,58. Perhitungan keandalan terdapat pada

tabel 4.6 di bawah ini:

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan keandalan

Jumlah

Percobaan Pof Keandalan

500 0,406 0,594

1000 0,388 0,612

2000 0,399 0,601

4000 0,408 0,592

6000 0,421 0,579

8000 0,418 0,582

10000 0,420 0,580

a) FPSO muatan penuh

Total beban yang terjadi pada model FPSO

muatan penuh terdapat pada tabel 4.13 dibawah

ini:

Tabel 4.7 FPSO displacement muatan penuh Massa Volume

Topside

module 5000000 Kg 4878,05 m

3

Explosion

strengthening 551310 Kg 537,86 m

3

Tank

compartment 31578090 Kg 30807,89 m

3

Light FPSO 4395244 Kg 4288,04 m3

Total 41524644 Kg 40511,85 m3

Draft (T) 9,6 m

Berdasarkan tabel 4.7, struktur mengalami

perubahan displacement sebesar 2584,6 ton dari

38940 ton saat tanker dan 41524,6 ton setelah

konversi. Akibat dari perubahan displacement

struktur maka nilai sarat perlu ditinjau ulang.

Tinggi sarat struktur setelah dikonversi adalah

9,6 meter. Gaya angkat kapal (buoyancy) untuk

struktur dengan muatan penuh adalah 2353,86

kN/m.

b) FPSO muatan 45%

Total beban yang terjadi pada model FPSO

muatan 45% terdapat pada tabel 4.7 dibawah ini:

Tabel 4.7 FPSO displacement muatan 45% Massa Volume

Topside

module 5000000 Kg 4878,05 m

3

Explosion

strengthening 551310 Kg 537,86 m

3

Tank

compartment 14210140,5 Kg 13863,55 m

3

Light FPSO 4395244 Kg 4288,04 m3

Total 24156694,12 Kg 23567,51 m3

Draft (T) 5,6 m

Berdasarkan tabel 4.14, sarat struktur yang baru

adalah 5,6 m. Berdasarkan sarat struktur yang

baru maka gaya buoyancy untuk FPSO dengan

muatan 45 % adalah 1369,34 kN/m. Berdasarkan

ISODC report, 2004, pembebanan global untuk

Jurnal Tugas Akhir

7

struktur kapal adalah seluruh beban vertikal yang

terjadi pada kapal termasuk berat kapal kosong,

berat peralatan, berat isi muatan dan gaya angkat

kapal. Berat dan lokasi distribusi beban pada

FPSO terdapat pada gambar dibawah ini:


Data distribusi beban sepanjang struktur kondisi

muatan penuh terdapat pada:

Gambar 4.8 Distribusi baban pada FPSO muatan

penuh

Gambar 4.8, menunjukkan bahwa beban yang

bekerja pada FPSO adalah beban merata. Garis

biru merupakan beban yang bekerja diatas

struktur dengan arah pembebanan kebawah.

Pada garis biru atau beban diatas FPSO terjadi

kenaikan dengan nilai puncak 4033,4 kN/m

panjang struktur, hal ini menunjukkan bahwa

terdapat beban yang lebih akibat beban

peralatan, beban ledakan dan beban muatan.

Garis merah adalah beban dorong keatas

struktur. Gaya buoyancy konstan sepanjang

FPSO dengan nilai sebesar 2353,86 kN/m

panjang struktur.

b) FPSO muatan 45 %

Data distribusi beban sepanjang struktur kondisi

muatan 45% terdapat pada:

Gambar 4.9 Distribusi baban pada FPSO muatan

45 %

Gambar 4.9, garis merah atau beban diatas FPSO

terjadi kenaikan dengan nilai puncak 2277,5

kN/m panjang struktur. Gaya buoyancy konstan

sepanjang FPSO dengan nilai sebesar 1369,34

kN/m panjang struktur.

1. Kasus pembebanan 1

Kasus pembebanan 1 adalah struktur dengan

kondisi laut tenang (tanpa gelombang). Beban

utama pada struktur adalah akibat beban vertikal

dan gaya angkat struktur. Berdasarkan hasil

perhitungan, distribusi gaya struktur pada

gambar dibawah ini:


Gambar 4.10 Resultan beban kondisi 1a

Gambar 4.10, menunjukkan distribusi gaya

resultan yang bekerja pada struktur. Garis biru

merupakan gaya angkat (buoyancy) dan garis

hijau adalah beban vertikal diatas struktur.

Gambar 4.11 Gaya geser kondisi 1a

Gambar 4.11, nilai tertinggi gaya geser adalah

83,5 MN pada posisi 42 m dari AP. Untuk nilai

terendah dari gaya geser adalah -81,5 MN pada

posisi 138 m dari AP.

Gambar 4.12 Momen bending kondisi 1a

Gambar 4.12, terdapat satu puncak momen

bending dengan posisi simetris dengan posisi

dimana gaya geser bernilai 0, yaitu 89 m dari

AP. Nilai tertinggi dari momen bending adalah

3541,37 MNm.

b) FPSO muatan 45 %

Jurnal Tugas Akhir

8

Gambar 4.13 Reultan beban kondisi 1b

Gambar 4.13, menunjukkan distribusi gaya

resultan yang bekerja pada struktur. Garis biru

merupakan gaya angkat (buoyancy) dan garis

merah adalah beban vertikal diatas struktur.

Gambar 4.14 Gaya geser kondisi 1b

Gambar 4.14, menunjukkan gaya geser yang

terjadi pada FPSO kondisi still water dan muatan

45 %. Nilai terendah gaya geser adalah -45 MN

pada posisi 42 m dari AP. Untuk nilai tertinggi

dari gaya geser adalah 44 MN pada posisi 138 m

dari AP.

Gambar 4.15 Momen bending kondisi still water

1b

Gambar 4.15, terdapat satu puncak momen

bending dengan posisi simetris dengan posisi

dimana gaya geser bernilai 0, yaitu 89 m dari

AP. Nilai tertinggi dari momen bending adalah

1927,85 MNm.

2. Kasus Pembebanan 2


kondisi terdapat dua puncak gelombang pada

kedua ujung struktur. Tinggi gelombang yang

digunakan adalah 7,25 m yang merupakan tinggi

gelombang 100 tahunan daerah Sepanjang.

Berdasarkan hasil perhitungan, distribusi gaya

struktur pada gambar dibawah ini:

Gambar 4.16 Posisi dua puncak gelombang pada

struktur

Gambar 4.16, menunjukkan distribusi

gelombang yang bekerja pada struktur. Terdapat

dua puncak gelombang dengan posisi masing-

masing pada kedua ujung struktur. Pada bagian

mid-ship struktur, posisi gelombang pada puncak

terendah.



Gambar 4.17, menunjukkan gaya geser yang

terjadi pada FPSO akibat beban vertikal dan

gaya gelombang dengan dua puncak pada kedua

ujung struktur. Nilai tertinggi gaya geser adalah


terendah dari gaya geser adalah – 97,4 MN pada



Gambar 4.18, nilai tertinggi momen bending

adalah 4547,26 MNm pada posisi 90 m dari AP.

Jurnal Tugas Akhir

9

b) FPSO muatan 45 %




terendah dari gaya geser adalah –60,9 MN pada


Gambar 4.20 Momen bending kondisi 2b



3. Kasus Pembebanan 3


kondisi terdapat satu puncak gelombang pada

mid-ship struktur. Tinggi gelombang yang

digunakan adalah 7,25 m yang merupakan tinggi

gelombang 100 tahunan daerah sepanjang.

Panjang gelombang adalah sama dengan panjang

struktur yaitu 173 m. Berdasarkan hasil

perhitungan, distribusi gaya struktur pada

gambar dibawah ini:

Gambar 4.21 Posisi satu puncak gelombang pada

struktur

Gambar 4.21, menunjukkan distribusi

gelombang yang bekerja pada struktur. Terdapat

satu puncak gelombang dengan posisi tepat pada

mid-ship struktur. Pada bagian kedua ujung

struktur, posisi gelombang pada puncak

terendah.










b) FPSO muatan 45 %






Gambar 4.25 Momen bending kondisi 3b



Jurnal Tugas Akhir

10

Hasil tertinggi masing-masing kasus

pembebanan untuk nilai gaya geser, momen

bending terdapat pada tabel 4.17 dibawah ini:

Tabel 4.8 Nilai tertinggi dari semua kasus

pembebanan

Kasus

Pembebanan

Tegangan

geser

[MN]

Momen

bending

[MNm]

Tegangan

pada Deck

[N/mm2]

1 a 83,5 3541,37 140,12

b 45,0 1927,85 76,28

2 a 97,4 4547,26 179,92

b 60,9 2933,80 116,08

3 a 98,1 2449,40 96,92

b 61,3 835,90 33,07

Tabel 4.8, menunjukkan hasil tegangan yang

terjadi pada FPSO. Tegangan pada dek

didapatkan dari pembangian tegangan bending

tiap kasus pembebanan dengan section modulus

deck plate. Nilai tegangan terbesar pada deck

dengan nilai 179,92 N/mm2 pada kasus

pembebanan 2a dan nilai terendah pada base

plate dengan nilai 33,07 N/mm2 pada kasus

pembebanan 3b.

Data perhitungan dan hasil perhitungan terdapat

pada tabel 4.9.

Tabel 4.9. Data perhitungan dan hasil fatigue life

dengan kondisi FPSO untuk struktur

dasar

NL α ξ K2

0,8 . 108 1 1,015 0,57 . 10

12

SRi

[N/mm2]

DMi Fatigue Life

179,92 1,3 20,3

Umur kelelahan yang didapatkan merupakan

umur kelelahan tanker dengan kondisi

pembebanan setelah konversi menjadi FPSO.

Untuk mendapatkan umur kelelahan yang

memenuhi umur kelelahan rancangan, maka

diperlukan penguatan struktur. Struktur yang

perlu dilakukan penguatan adalah geladak karena

untuk struktur dasar umur kelelahan sebelum dan

sesudah kondisi konversi masih berada di atas

umur yang diharapkan.

Penguatan struktur dilakukan dengan

penambahan stiffener pada geladak utama

dengan span sepanjang 0,67 m. Penambahan ini

dilakukan dengan iterasi beberapa section

modulus. Perhitungan setelah penguatan dapat

dilihat pada table 4.10.

Tabel 4.10 Data perhitungan dan hasil fatigue

life kondisi FPSO setelah penguatan

untuk struktur geladak

NL α ξ K2

0,7 . 109 1 1,015 0,57 . 10

12

SRi

[N/mm2]

DMi Fatigue Life

102,81 0,99 30,11

Dari perhitungan di atas umur kelelahan struktur

dengan kondisi FPSO meningkat menjadi 30,1

tahun setelah dilakukan penguatan struktur.

Penguatan dilakukan dengan penambahan

stiffener sebanyak 15 buah. Sedangkan pada

struktur dasar tidak diperlukan penguatan

struktur karena setelah dilakukan perhitungan

pun hanya dengan penambahan 1 stiffener

struktur tersebut umur kelelahannya menjadi

53,8 tahun. Hal ini dapat dilihat pada table di

bawah ini

Tabel 4.11 Data perhitungan dan hasil fatigue

life kondisi FPSO setelah penguatan

untuk struktur dasar

NL α ξ K2

0,7 . 109 1 1,015 0,72 . 10

12

SRi

[N/mm2]

DMi Fatigue Life

156,42 0,40 50,46

5. Kesimpulan dan Saran

Berdasarkan hasil pembahasan, kesimpulan yang

dapat diambil sebagai jawaban atas tujuan tugas

akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Dengan menggunakan formulasi CSR dan

hanya memperhitungkan vertical bending

moment yang diakibatkan oleh gelombang,

maka umur kelelahan scantling tanker

sebelum konversi adalah 21,93 tahun untuk

struktur geladak dan 34,66 tahun untuk

struktur dasar. Sedangkan berdasarkan

perhitungan dengan software Poseidon 9.0

didapatkan umur kelelahan scantling tanker

sebelum konversi 22 tahun untuk struktur

geladak dan 34 tahun untuk struktur dasar.

Jurnal Tugas Akhir

11

Dengan demikian kedua pendekatan/algoritma

yang digunakan saling memvalidasi.

2. Pada konversi dari tanker menjadi FPSO

struktur mengalami degradasi di mana

ketebalan pelat pada struktur mengalami

penurunan 2 mm. Lebih lanjut struktur tanker

mendapatkan kondisi pembebanan modul

pemrosesan sebesar 5000 ton, sehinggga

fatigue life scantling struktur geladak turun

menjadi 20,3 tahun dan struktur dasar menjadi

30,1 tahun. Oleh karena struktur geladak tidak

memenuhi kriteria umur desain FPSO, maka

harus dilakukan penguatan struktur scantling

(dalam hal ini dengan penambahan stiffener).

Setelah dilakukan penguatan didapatkan umur

kelelahan struktur geladak meningkat menjadi

30,11 tahun, sehingga memenuhi kriteria

perancangan.

3. Keandalan struktur tanker terhadap beban

kelelahan dikomputasi dengan menggunakan

Simulasi Monte Carlo sebanyak 10.000 kali

iterasi. Dari simulasi tersebut diperoleh

keandalan struktur tanker sebelum

dimodifikasi adalah 0,58. Setelah proses

konversi dan dilakukan penguatan pada

scantling struktur geladak dengan

menambahkan 15 stiffener, keandalan struktur

bernilai 1,0. Sedangkan untuk struktur dasar

tanpa melalui penguatan (modifikasi struktur),

umur kelelahannya di atas 30 tahun dan

keandalannya 1,0. Dengan demikian, struktur

dasar secara prinsip akan aman.

Beberapa hal yang dapat disarankan pada akhir

dari penelitian ini adalah:

1. Diperlukan penelitian perhitungan umur

kelelahan tanker dengan memperhitungkan

semua penyebab terjadinya tegangan

termasuk data operasi tanker sebelum

konversi.

2. Perhitungan umur kelelahan secara global

sudah didapatkan, dibutuhkan analisa lokal

dengan metode elemen hingga untuk

didapatkan tahap perhitungan kelelahan

struktur secara menyeluruh.

3.Pada penelitian tugas akhir ini perlu dilakukan

analisa resiko guna mendapatkan desain

struktur yang lebih aman dan optimal.

4.Perhitungan umur kelelahan lebih dianjurkan

dengan metode full spectra dan disertai

pemodelan fisik dengan pengujian di

laboratorium untuk mengetahui keandalan

desain struktur dengan lebih akurat.

6. Daftar Pustaka

Assakkaf, A. I and Ayyub, M. B. 2002.

Reliability-based Design for Fatigue of Marine

Structures. University of Maryland. College Park

Chakrabarti, S. K. Hydrodinamics of Offshore

Structure. Computational Mechanics

Publications. 1987.

Djatmiko, E.B. 2003. Analisa Kelelahan Struktur

Bangunan Laut. Institut Teknologi Sepuluh

Nopember. Surabaya

Doormanweg, K. 2006. Gusto MSC, SBM

Offshore group. Enklave Parkway, Houston

Fagerberg, L et al. 2004. Report on Fagerdala

Tanker Hull System. ALFGAM Optimering.

Stockholm, Sweden

Germanischer Lloyd. 2005. Rules and

Guidelines 2005, Part 6 - Offshore

Installation.Hamburg

Germanischer Lloyd. 2008. Bottom Structures,

Decks – Part I.

Hsu. 1984. Spectral Analysis of Stokes Waves.

IACS. 2008. CSR for Double Hull Oil Tanker

ISODC. 2006. International Student Offshore

Design Competition.

Jurisic, P. 2007. Assessment of Aframax Tanker

Hull-Girder Fatigue Strength According to New

Common Structural Rules.

BRODOGRDNJA.Zagreb

Kaminski, M.L. 2007. Sensing and

Understanding Fatigue Lifetime of New and

Converted FPSOs. OTC 18913. Texas

Leick, R. 2000. Conversion and New Build,

FPSO Workshop Proceedings Presentations, 8

june , 2000.

Letterio, Tomasello. 2007. Shipspotting. Dubai.

Lloyd Register Guidance Notes. 2003.

Conversion of Tankers for Floating

Storage/Production Service.

Lotsberg, I. 2005. Assesment of Fatigue

Capacity in The New Bulk Carrier and Tanker

Rules, Journal of Marine Structure. Vol.19:83-

96

Marshall, R.W. et all. 2002. UKOOA FPSO

Design Guidances Notes for UKCS Service.

Britain, England

Paik, J. K. 2005. Ultimate Strength of Dented

Steel Plates Under Edge Shear Loads. Thin-

Walled Structures, Vol. 43.

Jurnal Tugas Akhir

12

Potthurst, R. 2003. Tanker Conversion to

FPSOs. OGP Marine Risks Workshop

Proceedings.

Rosyid, D.M. 2007. Pengantar Rekayasa

Keandalan. Airlangga University Press.

Surabaya

Shimamura, Y. 2002. FPSO/FSO: State of the

art. Journal of Marine Science and Technology.

Tokyo

Styawan, Denies. 2009. Analisis Kelelahan

Berbasis Keandalan Pada FPSO Konversi dari

Tanker. Surabaya.

Terpstra, T. et all. 2001. FPSO Design and

Conversion: A Designer's Approach, OTC

13210. Texas

Triatmodjo, Bambang. 1999. Teknik Pantai. Beta

Offset. Yogyakarta.

UKOOA. 2002. FPSO Design Guidance Notes.

Jurnal Tugas Akhir - digilib.its.ac.id · Jurnal Tugas Akhir 3 Mwv rentang tegangan dengan...

Documents

Transcript of Jurnal Tugas Akhir - digilib.its.ac.id · Jurnal Tugas Akhir 3 Mwv rentang tegangan dengan...