analisis keandalan scantling support …xa.yimg.com/kq/groups/21706671/129317091/name/laporan tugas...

TUGAS AKHIR – MO 091336

ANALISIS KEANDALAN SCANTLING

SUPPORT STRUCTURE SYSTEM GAS

PROCESSING MODULE FPSO BELANAK

TERHADAP BEBAN EKSTREM

FAHMY ARDHIANSYAH

NRP. 4306 100 037

Dosen Pembimbing

Ir. Handayanu, M.Sc., Ph.D.

Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK KELAUTAN

Fakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2010

iii

FINAL PROJECT – MO 091336

RELIABILITY ANALYSIS OF SCANTLING

SUPPORT STRUCTURE SYSTEM GAS

PROCESSING MODULE BELANAK FPSO DUE

TO EXTREM LOAD

FAHMY ARDHIANSYAH

NRP. 4306 100 037

Supervisors

Ir. Handayanu, M.Sc., Ph.D.


OCEAN ENGINEERING DEPARTMENT

Faculty of Marine Technology

Sepuluh Nopember Institute of Technology

Surabaya 2010

v

ANALISIS KEANDALAN SCANTLING SUPPORT

STRUCTURE SYSTEM GAS PROCESSING MODULE FPSO

BELANAK TERHADAP BEBAN EKSTREM

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh G elar Sarjana Teknik

pada

Progran Studi S-1 Jurusan Teknik Kelautan

Fakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

FAHMY ARDHIANSYAH

NRP. 4306 100 037

Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir :

1. Ir. Handayanu, M.Sc., Ph.D. (Pembimbing 1)

2. Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc., Ph.D. (Pembimbing 2)

SURABAYA, AGUSTUS 2010

vii

ANALISIS KEANDALAN SCANTLING SUPPORT

STRUCTURE SYSTEM GAS PROCESSING MODULE FPSO

BELANAK TERHADAP BEBAN EKSTREM

Nama Mahasiswa : Fahmy Ardhiansyah

NRP : 4306 100 037

Jurusan : Teknik Kelautan FTK – ITS

Dosen Pembimbing : Ir. Handayanu, M.Sc., Ph.D.


ABSTRAK

FPSO (Floating Production Storage and Offloading) dalam operasinya

mendapatkan pengaruh signifikan dari beban lingkungan dan operasionalnya. Hal

demikian juga akan mempengaruhi komponen-komponen struktur yang ada di

atasnya, termasuk struktur module dan supportnya yang berfungsi sebagai

pemrosesan minyak dan gas. Konstruksi support module beserta scantlingnya

yang tersambung ke geladak FPSO haruslah kuat menahan beban-beban yang

terjadi sampai dengan pada kondisi ekstrem. Sehubungan dengan ini kita harus

dapat menentukan kekuatan puncak atau ultimate strength dari scantling support

module sehingga dapat memprediksi kegagalan akhirnya atau ultimate failure.

Dalam penelitian ini kekuatan puncak scantling support module telah dikaji

dengan metode deterministik dan metode probabilistik atau keandalan. Pada

pengkajian dengan metode deterministik digunakan perangkat lunak ANSYS,

sedangkan pengkajian keandalan menggunakan simulasi Monte Carlo. Pemodelan

beban dinamis FPSO akibat gelombang diselesaikan dengan perangkat lunak

MOSES. Penelitian dilakukan pada scantling support structure system gas

processing module pada FPSO Belanak yang mempunyai massa 2361 ton, dan

terbuat dari baja berkekuatan puncak UTS=400 MPa. Beban ekstrem yang

dikenakan adalah merupakan efek dari gelombang Hs=5.3 m, angin Vavg=2.51

m/s, dan beban operasional 2361 ton. Dari hasil analisa deterministik didapat nilai

tegangan maksimum yang timbul akibat kombinasi ketiga beban ekstrem tersebut

adalah 96 MPa. Dengan simulasi Monte Carlo pada kondisi ini ternyata diperoleh

keandalan struktur sebesar K=1.0. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa

struktur akan tetap aman dalam kondisi ekstrem di lokasi operasinya. Untuk

memperoleh indikasi kegagalan akhir beban ekstrem dinaikkan secara gradual

sampai dengan batas kriteria basic utilization factor dari ABS sebesar 0.8UTS

(=320 MPa) serta sampai dengan 1.0UTS (=400 MPa). Hasil masing-masing

menunjukkan keandalan scantling pada daerah kritis K=0.3057 dengan peluang

kegagalan Pf=0.6943, dan K=0.0064 dengan Pf=0.9936. Khusus pada daerah

global, mengacu pada kriteria ABS, keandalan sebesar K=1.0.

Kata kunci: scantling support module, FPSO, kekuatan puncak, keandalan

ix

RELIABILITY ANALYSIS OF SCANTLING SUPPORT

STRUCTURE SYSTEM GAS PROCESSING MODULE

BELANAK FPSO DUE TO EXTREM LOAD

Nama Mahasiswa : Fahmy Ardhiansyah

NRP : 4306 100 037

Jurusan : Teknik Kelautan FTK – ITS

Dosen Pembimbing : Ir. Handayanu, M.Sc., Ph.D.


ABSTRACT

FPSO (Floating Production Storage and Offloading) in its operation is signi¬fi-

cantly affected by the environmental as well as operational loads. Similarly this

would also affect the structural components onboard of the FPSO, including the

module and its aupoorts structures which are preserved as oil and gas processing.

The support structure module together with the scantlings that extend to the FPSO

hulls should be sufficiently strong to endure the loads up onto the extreme

conditions. In this regards one should be able to determine the ultimate strength of

the scantling support module and in turn to predict the level of its ulti-mate

failure. In this investigation the ultimate strength of scantling support module has

been evaluated through the implementation of deterministic and probablistic or

reliability methods. The deterministic evaluation is performed by utilizing

ANSYS software, whereas the reliability evaluation is accomplished by means of

Monte Carlo simulation. The modelling of dynamic loads due to waves on the

FPSO was accomplished by using the MOSES software. Investigation has been

carried out on the scantling support structure system gas processing module

attached to the Belanak FPSO having a total mass of 2361 tons, and fabricated out

of a high strength steel of UTS=400 MPa. The extreme loads are considered due

to the wave of Hs=5.3 m, wind of Vavg=2.51 m/s, and operational load 2361 tons.

From the deterministic analysis it is found that the combination of those extreme

loads yield a peculiar maximum stress of 96 MPa on the structure. By way of

Monte Carlo simulation this condition eventually exhibits the reliability level of

K=1.0. Therefore it could be concluded that the structure would be safe under any

predicted extreme condition in its operational site. In order to obtain a specific

indication of the ultimate failure the load has been gradually increased up to the

ABS criteria of basic utilization factor in the order of 0.8UTS (=320 MPa) and

further as high as 1.0UTS (=400 MPa). Respectively, the simulation shows the

critical structure reliability decreases to K=0.3057 or the corresponding

probability of failure Pf=0.6943, and K=0.0064 or Pf=0.9936. In particular to the

global area, referring to the ABS criteria, the reliability can only be attained as

much as K=1.0.

Keywords: scantling support module, FPSO, ultimate strength, reliability

xi

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala

limpahan rahmat, hidayah dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan dengan baik dan lancar. Tugas Akhir ini

berjudul “Analisis Keandalan Scantling Support Structure System Gas

Processing Module FPSO Belanak Terhadap Beban Ekstrem”.

Tugas Akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Studi

Kesarjanaan (S-1) di Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan

(FTK), Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya (ITS). Tugas Akhir ini

menitikberatkan pada keandalan scantling support structure module terhadap

beban ekstrem.

Kami menyadari dalam penulisan laporan ini masih banyak kekurangan, oleh

karena itu saran dan kritik sangat penulis harapkan sebagai bahan penyempurnaan

laporan selanjutnya. Penulis berharap semoga laporan ini bermanfaat bagi

perkembangan teknologi di bidang rekayasa kelautan, bagi pembaca umumnya

dan penulis pada khususnya.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surabaya, Juli 2010

Fahmy Ardhiansyah

xiii

UCAPAN TERIMA KASIH

Alhamdullilah, dalam pengerjaan Tugas Akhir ini kami tidak terlepas dari bantuan

serta dorongan moral maupun material dari banyak pihak baik yang secara

langsung maupun tidak langsung. Kami sangat bersyukur dan berterima kasih

kepada semua pihak yang telah membantu. Perbuatan baik pasti akan menuai

kebaikan pula, semoga Allah membalas segala kebaikan setiap hamba-Nya.

Sehingga pada kesempatan kali ini kami ingin mengucapkan terima kasih serta

penghormatan kepada :

1. Keluarga terindah; bapak, ibuk, serta adik yang selalu mendoakan dan

memberikan dukungan. Terima kasih atas segala kasih dan sayang yang

engkau curahkan. Terima kasih untuk segalanya.

2. Ir. Handayanu, M.Sc., Ph.D. dan Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc., Ph.D.

selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. Terima kasih atas ilmu dan

bimbingan yang Bapak berikan.

3. Bpk. Murdjito dan Bpk Mustain selaku kajur dan sekjur T. Kelautan serta

keluarga besar dosen dan karyawan T.Kelautan. Terima kasih atas bimbingan

selama masa perkuliahan.

4. Bpk. Sujantoko selaku dosen wali. Terima kasih atas bimbingan serta nasehat-

nasehat yang telah diberikan.

5. Rekan-rekan seperjuangan TA di flum, opres, dinstruk, hidro, labkom. Terima

kasih telah berbagi cerita, pengalaman, dan keceriaan.

6. Teman-teman sak topik TA, yang membuat TA tersasa lebih dimudahkan

karena kalian; andri, adit, similikiti.

7. Keluarga besar D’Admiral 2006, kakak senior yang telah rela berbagi ilmu,

pengalaman, dan banyak hal lainnya.

8. Pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.

Semoga seluruh bimbingan, arahan, bantuan dan dukungan yang telah diberikan

kepada penulis mendapat balasan yang lebih baik dari Allah SWT. Amiin.

-Penulis-

xv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

COVER .................................................................................................................. iii

LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... v

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ........................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................... xi

UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................ xiii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xvii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xix

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1. LATAR BELAKANG ............................................................................ 1

1.2. PERUMUSAN MASALAH ................................................................... 7

1.3. TUJUAN ................................................................................................. 7

1.4. MANFAAT ............................................................................................. 7

1.5. BATASAN MASALAH ......................................................................... 8

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN ............................................................... 9

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ...................................... 11

2.1. UMUM .................................................................................................. 11

2.2. FPSO ..................................................................................................... 12

2.3. SCANTLING SUPPORT STRUCTURE SYSTEM ............................ 13

2.4. PEMBEBANAN ................................................................................... 15

2.4.1. Beban Gelombang ......................................................................... 17

2.4.2. Beban Angin.................................................................................. 21

2.4.3. Beban Operasional ........................................................................ 24

2.5. RESPONS STRUKTUR (FPSO) .......................................................... 25

2.6. ULTIMATE STRENGTH .................................................................... 26

2.6.1. Local Plastic Deformation............................................................. 30

2.6.2. Bifurcation Buckling ..................................................................... 30

2.6.3. Fracture Statis................................................................................ 30

xvi

2.6.4. Analisa Ultimate Strength (ABS, 2004) ........................................ 30

2.7. KEANDALAN STRUKTUR ................................................................ 32

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................................................. 37

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ......................................................... 43

4.1. DATA .................................................................................................... 43

4.1.1. Data Struktur.................................................................................. 43

4.1.2. Data Mooring ................................................................................. 45

4.1.3. Data Lingkungan ........................................................................... 46

4.1.4. Data Gerakan FPSO....................................................................... 47

4.1.5. Data Material ................................................................................. 48

4.2. PEMODELAN....................................................................................... 48

4.2.1. Pemodelan Menggunakan CAD .................................................... 48

4.2.2. Pemodelan Menggunakan Maxsurf ............................................... 49

4.2.3. Pemodelan Menggunakan MOSES ............................................... 49

4.2.4. Pemodelan Menggunakan ANSYS ............................................... 50

4.3. PERHITUNGAN ................................................................................... 53

4.3.1. Perhitungan Beban Gelombang (LTWA) ...................................... 53

4.3.2. Perhitungan Motion FPSO............................................................. 57

4.3.3. Perhitungan Gaya Inersia............................................................... 62

4.3.4. Perhitungan Beban Angin .............................................................. 68

Untuk mengetahui beban angin yang bekerja pada struktur penyangga

module, maka dilakukan perhitungan kecepatan angin, gaya angin, dan

momen angin. ................................................................................................ 68

4.3.5. Perhitungan Beban Operasional .................................................... 80

4.3.6. Perhitungan Ultimate Strength ...................................................... 81

4.3.7. Perhitungan Keandalan .................................................................. 86

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 89

5.1. KESIMPULAN ..................................................................................... 89

5.2. SARAN .................................................................................................. 89

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 91

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Ukuran Utama FPSO Belanak .............................................................. 13

Tabel 2.2 Periode Ulang Gelombang Perairan Natuna (Conoco Phlips, 2002) .... 17

Tabel 2.3 Nilai Koefisien Bentuk Efektif (DnV,2007) ......................................... 23

Tabel 2.4 Shielding Factor (DnV,2007) ................................................................ 23

Tabel 2.5 Height Coefficient (ABS, 2001) ........................................................... 24

Tabel 2.6 Shape Coefficient (ABS,2001) ............................................................. 24

Tabel 4.1 Data Module FPSO Belanak (PT. McDermott, 2002) .......................... 44

Tabel 4.2 Data Gelombang Return Period (Conoco, 2002).................................. 46

Tabel 4.3 Intensitas Kejadian Angin Tahun 2006 & 2007 (Wahyudi, 2009) ....... 46

Tabel 4.4 Data Gelombang Metocean (Wahyudi, 2009) ...................................... 47

Tabel 4.5 Data Percepatan Gerakan FPSO pada Kondisi Badai (Conoco, 2002) . 47

Tabel 4.6 Data Material Properties (Conoco, 2002) ............................................. 48

Tabel 4.7 MSA ...................................................................................................... 52

Tabel 4.8 Distribusi Gelombang ........................................................................... 54

Tabel 4.9 Perhitungan Periode Ulang ................................................................... 55

Tabel 4.10 Periode Ulang (Conoco, 2002)............................................................ 56

Tabel 4.11 Periode Ulang (Wahyudi, 2009) ......................................................... 56

Tabel 4.12 Validasi ............................................................................................... 57

Tabel 4.13 Output Maximum Single Amplitude Accelerations w/ mooring ........ 58

Tabel 4.14 Perbandingan Percepatan FPSO.......................................................... 58

Tabel 4.15 Gaya Inersia Akibat Gerakan Translasi .............................................. 63

Tabel 4.16 Gaya Inersia Akibat Gerakan Rotasional ............................................ 65

Tabel 4.17 Perbandingan Perhitungan COG FPSO dan COG module ................. 65

Tabel 4.18 Beban Pada Sturktur Penyangga ......................................................... 66

Tabel 4.19 Intensitas Kejadian Angin 2 Tahun ..................................................... 68

Tabel 4.20 Kecepatan Angin pada Tiap Elevasi ................................................... 70

Tabel 4.21 Nilai q Pada Tiap Elevasi .................................................................... 72

Tabel 4.22 Nilai Re pada Tiap Elevasi.................................................................. 72

Tabel 4.23 Nilai Koefisien Bentuk Untuk Efektif Tiap Elevasi ........................... 73

Tabel 4.24 Luas Area Terkena Beban Angin ........................................................ 73

xviii

Tabel 4.25 Besarnya Gaya Angin Untuk Tiap Elevasi .......................................... 74

Tabel 4.26 Nilai Ch pada Tiap Elevasi .................................................................. 77

Tabel 4.27 Nilai Cs pada Tiap Elevasi .................................................................. 77

Tabel 4.28 Luasan pada Tiap Elevasi .................................................................... 78

Tabel 4.29 Beban Angin pada Tiap Elevasi .......................................................... 78

Tabel 4.30 Basic Utilization Factors (ABS, 2005) ............................................... 81

Tabel 4.31 Load Factor ......................................................................................... 82

Tabel 4.32 Parameter Ketidakpastian Pemodelan FEM ........................................ 87

Tabel 4.33 Nilai Keandalan ................................................................................... 87

xix

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1 FPSO .................................................................................................... 1

Gambar I.2 Topside Module .................................................................................... 2

Gambar I.3. Module Support ................................................................................... 3

Gambar I.4 Collapse Akibat Badai pada Topside Bangunan Lepas Pantai ............ 4

Gambar I.5. Lokasi Operasi FPSO Belanak............................................................ 5

Gambar I.6. FPSO Belanak dan Penempatan Topside Module ............................... 6

Gambar 2.1 FPSO Belanak ................................................................................... 12

Gambar 2.2 Topside Hull Interface FPSO Belanak .............................................. 14

Gambar 2.3 Kecepatan dan Koordinat Sistem ...................................................... 19

Gambar 2.4 Ilustrasi Beban Module Pada FPSO .................................................. 20

Gambar 2.5 Six Degree Of Freedom (SDOF) pada FPSO .................................... 21

Gambar 2.6 Beban Operasional ............................................................................ 25

Gambar 2.7 Struktur Dikenai Beban Aksial ......................................................... 27

Gambar 2.8 Struktur Terkena Torsi ...................................................................... 28

Gambar 2.9 Beban Merata Pada Balok Tumpuan Sederhana ............................... 28

Gambar 2.10 Kurva Strees-Strain Untuk Spesimen Tarik dari Structural Steel ... 28

Gambar 2.11 Necking Pada Spesimen Uji Tarik .................................................. 29

Gambar 2.12 Moda Kegagalan Stiffened Pada Geladak ....................................... 32

Gambar 2.13 Fungsi Kerapatan Peluang (fkp) dari Kapasitas X dan Tuntutan Y 35

Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian ................................................. 38

Gambar 3.2 Pemodelan ACAD ............................................................................. 39

Gambar 3.3 Pemodelan Maxurf ............................................................................ 40

Gambar 3.4 Pemodelan Moses .............................................................................. 40

Gambar 3.5 Pemodelan ANSYS ........................................................................... 41

Gambar 4.1 Drawing FPSO Belanak .................................................................... 43

Gambar 4.2 Detail Drawing Scantling Module Support ....................................... 45

Gambar 4.3 Pemodelan Lines Plan FPSO Belanak dengan AutoCAD ................ 48

Gambar 4.4 Pemodelan FPSO Belanak dengan Maxsurf ..................................... 49

Gambar 4.5 Pemodelan FPSO dengan MOSES Tampak Depan, Samping, dan

Atas ............................................................................................................... 50

xx

Gambar 4.6 Pemodelan FPSO dengan MOSES dengan Mooring......................... 50

Gambar 4.7 Model Module Support dengan Geladak FPSO ................................ 51

Gambar 4.8 Grafik MSA ....................................................................................... 52

Gambar 4.9 Penentuan Syarat Batas...................................................................... 53

Gambar 4.10 Weibull Distribution ........................................................................ 54

Gambar 4.11 Perbandingan Peridoe Ulang ........................................................... 56

Gambar 4.12 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Surge ...................................... 59

Gambar 4.13 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Sway ...................................... 60

Gambar 4.14 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Heave ..................................... 60

Gambar 4.15 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Roll ........................................ 61

Gambar 4.16 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Pitch ....................................... 61

Gambar 4.17 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Yaw ....................................... 62

Gambar 4.18 Posisi Module dari COG FPSO ....................................................... 64

Gambar 4.19 Konfigurasi Struktur Penyangga...................................................... 66

Gambar 4.20 Beban Pada Sturktur Penyangga ...................................................... 67

Gambar 4.21 Wind Rose Perairan Natuna............................................................. 69

Gambar 4.22 Posisi FPSO Belanak Terhadap Mata Angin ................................... 69

Gambar 4.23 Beban Operasional ........................................................................... 80

Gambar 4.24 Grafik Pushover ............................................................................... 82

Gambar 4.25 Hasil Running ANSYS11 ................................................................ 83

Gambar 4.26 Lokasi Tegangan Maksimum Saat Beban Ultimate ........................ 84

Gambar 4.27 Lokasi Tegangan Maksimum Saat Beban Ekstrem ......................... 84

Gambar 4.28 Deformasi Plastis ............................................................................. 85

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Floating Production Storage and Offloading (FPSO) pada dasarnya adalah kapal

dengan lambung tunggal yang difungsikan sebagai wahana untuk mengakomodasi

fasilitas di atas geladak guna memproses produk migas dan sekaligus

menyimpannya di dalam tangki-tangki pada lambungnya sebelum produk tersebut

ditransfer ke kapal-kapal tangki pengangkut untuk didistribusikan ke pasaran.

Gambar 1.1 FPSO (Murdjito, 2009)

Pada Gambar 1.1 ditunjukkan beberapa jenis FPSO yang sudah beroperasi di

lepas pantai maupun FPSO dalam masa docking di tempat fabrikasi. FPSO dipilih

karena memiliki kapasitas penyimpanan dengan jumlah besar dan juga

mempunyai area bangunan atas yang cukup luas.

Di atas geladak FPSO terdapat berbagai jenis bangunan atas sesuai dengan

fungsinya masing-masing. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1.2, terdapat topside

module berada di yard untuk difabrikasi dan selanjutnya akan dipasang di atas

2

FPSO. Beberapa contoh bagunan atas untuk mendukung proses produksi misalnya

gas processing module dan flare boom digunakan untuk pembungan gas-gas yang

berbahaya. Berat dari topside module tersebut sangat mempengaruhi dari kekuatan

geladak yang menyangga pada FPSO. Sehingga topside module tersebut harus

disangga dengan support yang kuat sehingga dapat mencegah terjadinya failure

pada geladak FPSO.

Gambar 1.2 Topside Module (McDermott, 2004)

Dalam suatu module bisa terdapat peralatan yang meletak pada module tersebut.

Ketika FPSO beroperasi dan proses produksi minyak dan gas juga berlangsung,

maka beban yang diterima module sangatlah besar. Pada fasilitas produksi

biasanya terletak pada production deck dan pada umumnya diposisikan 2,5 m di

atas main deck. (UKOOA, 2002). Hal ini bertujuan untuk meminimalisir efek dari

green water dan meminimalisir terjadi ledakan atau api yang mengenai module

tidak banyak mempengaruhi lambung.

FPSO sebagai salah satu bangunan apung yang memiliki ukuran besar,

mendapatkan pengaruh signifikan dari beban gelombang dan beban angin. Seperti

penelitian Barltrop dan Okan (2000) yang menggunakan struktur FPSO

Schiehallion sebagai objek, pada haluan FPSO rentan kerusakan akibat oleh

gelombang curam.

3

Gambar 1.3. Module Support (McDermott, 2004)

Struktur penyangga topside module, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3. Pada

struktur penyangga terdapat komponen-komponen yang disebut scantling.

Scantling antara lain meliputi plat, gading-gading, penegar, bracket, dan lain-lain.

Scantling harus mampu menahan beban akibat module dan beban lingkunagan

selama FPSO beroperasi.

Pada bangunan lepas pantai baik yang terpancang maupun terapung analisa

ultimate strength penting untuk dipertimbangkan. Ha et al (1991) menyebutkan

desain tubular joint pada bangunan lepas pantai, fatigue strength dan ultimate

strength capacity telah lama dikenal. Sementara itu, Ueda (1995) menyatakan

pengembangan hugungan interaksi dari buckling dan ultimate strength dalam

bentuk persamaan atau grafik untuk plat dan penguat plat sangat menarik

perhatian internasional dalam waktu lama.

Struktur akan mengalami platis collapse jika mendapatkan beban ekstrem, seperti

ditunjukkan pada Gambar 1.4. Salah satu penyebab terjadinya ultimate strength

failure pada suatu struktur kapal umumnya adalah disebabkan oleh beban ekstrem

dan/atau kurangnya daya tahan struktur terhadap degradasi material. misalnya,

korosi yang terjadi secara menerus akan mengurangi dimensi scantling, sehingga

girder penopang pada lambung kapal akan rawan mengalami buckling ataupun

retak ketika ditimpa beban ekstrem. Untuk itu, perlu suatu pertimbangan jangka

4

panjang untuk mengantisipasi adanya degradasi material ketika mendesain sebuah

struktur. (Ayyub, 2001). Untuk menghindari terjadinya ultimate strength failure

maka desain stiffener haruslah mampu menahan ultimate load yang bekerja pada

sturktur. Bonello (1993) menyebutkan bahwa dibutuhkan syarat yang lebih pada

stiffener agar tegangan yang terjadi tidak melebihi tegangan yield, mungkin

mengakibatkan failure akibat ultimate load pada stiffener.

Gambar 1.4 Collapse Akibat Badai pada Topside Bangunan Lepas Pantai

(http://noladishu.blogspot.com/2007/06/mars-oil-and-engineering.html)

FPSO sebagai salah satu bangunan apung yang memiliki ukuran besar,

mendapatkan pengaruh yang sangat signifikan dari beban gelombang dan angin

(Djatmiko, 2003). Beban signifikan dari angin dan gelombang yang bekerja pada

struktur dapat menyebabkan kegagalan pada struktur tersebut. Pada analisis beban

ekstrem, beban lingkungan yang ditinjau adalah beban kondisi ekstrem 100

tahunan. Berat topside module itu sendiri juga harus diperhitungkan dalam

melakukan analisis tersebut.

Keandalan dari struktur scantling penyangga bangunan atas dapat dipengaruhi

beberapa variabel ketidakpastian, di antaranya beban dari bangunan atas itu

sendiri dan beban lingkungan selama struktur tersebut beroperasi. Rosyid (2007)

menyatakan bahwa dalam suatu sistem rekayasa, sesungguhnya tidak ada

parameter perancangan dan kinerja operasi yang dapat diketahui secara pasti. Hal

http://noladishu.blogspot.com/2007/06/mars-oil-and-engineering.html

5

ini karena tidak seorangpun mampu memprediksi kepastian atau ketidakpastian

atas suatu kejadian tertentu. Secara garis besar, ketidakpastian dapat

dikelompokkan menjadi tiga: a) variabilitas fisik, yaitu fenomena alami yang

sifatnya acak atau bervariasi, b) ketidakpastian statistik dalam perkiraan nilai

suatu parameter atau pemilihan distribusi, dan c) ketidakpastian dalam pemodelan

didasarkan pada idealisasi atau pengambilan asumsi (Ang dan Tang, 1975). Oleh

karena itu, perancangan atau analisis atas suatu sistem rekayasa selalu

mengandung ketidakpastian, yang pada gilirannya, menyebabkan ketidakandalan

dalam tingkat tertentu.

Ketidakpastian – ketidakpastian tersebut menyebabkan adanya peluang kegagalan

(disamping itu, tentu saja, peluang keberhasilan). Persoalan ketidakpastian telah

diakomodasi melalui konsep Angka Keamanan (Safety Factor) yang secara

prinsip biasanya hanya memperhatikan harga rata-rata besaran desain. Pendekatan

Angka Keamanan, walaupun sejauh ini cukup memadai, tidak secara eksplisit

memperhitungkan faktor ketidakpastian atau variabilitas pada besaran-besaran

desain. Pertimbangan-pertimbangan dalam kerangka rekayasa keandalan

memberikan basis yang lebih rasional untuk mengakomodasi ketidakpastian ini

(Rosyid, 2007)

Gambar 1.5. Lokasi Operasi FPSO Belanak (McDermott, 2004)

Tugas akhir ini mengambil studi kasus FPSO Belanak yang beroperasi di perairan

Natuna Indonesia tepatnya berada di Eastern Area of Conoco Blok B seperti

106°E 108°E 104°E 110°E

Natuna Sea

4°N

6°N

50 Miles0

LOCATION MAP

MALAYSIA

S I NGAP ORE

GULF KAKAPBLOCK

Anambas

NatunaSelatan

Natuna

DAlpha

Bintan

KALIMANT AN

28 INCH PIPELINETO SINGAPORE

IH-13/OCT/98/IHZ-1

CONOCOBLOCK B

(EAST)

CONOCOSOUTH

SOKANG

Sembilang

Belida

Buntal

Tembang

Bawal

Belanak

Kerisi

Hiu

Belut

Kakap Field

Anoa Field

CONOCOBLOCK B(WEST)

UNASSIGNEDANAMBAS

BLOCK

UNASSIGNEDTAREMPA

BLOCK

CONOCOTOBONGBLOCK

PREMIERBLOCK A

TOTALWEST NATUNA

BLOCK

LASMOCUMI CUMI

BLOCK

CONOCO NWNATUNA II

BLOCK

PREMIER NWNATUNA I

BLOCK

6

ditunjukkan pada Gambar 1.5. Floating Production Storage and Offloading

(FPSO) Belanak merupakan FPSO milik Conoco Philips. FPSO Belanak dibangun

di Dalian, Republik Rakyat China (RRC), sedangkan topside-nya dibangun di

galangan PT. McDermott Indonesia di Batam. Berat dari FPSO tersebut yaitu

255.000 ton dengan panjang 285 m. memilki kapasitas penyimpanan minyak

sebesar 1,0 juta barrel. Badan FPSO Belanak dibangun dengan bentuk double

side. Konfigurasi single bottom tanpa self propulsion. FPSO Belanak didesain 30

tahun tanpa dry docking.

Gambar 1.6. FPSO Belanak dan Penempatan Topside Module (McDermott, 2004)

Pada Gambar 1.6 ditunjukkan gambaran umum dari FPSO Belanak berserta

perletakan dari tiap topside module-nya. McDermott (2004) menyatakan total

jumlah topside module FPSO Belanak adalah 23 dengan berat total 26801 MT.

Dari 23 topside module tersebut Gas Processing Train “A” memiliki berat paling

besar yaitu 2361. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini sistem struktur penyangga

yang dianalisa keandalannya adalah sistem struktur penyangga pada topside

module Gas Processing Train “A”. Analisa keandalan berdasarkan beban ekstrem

yang bekerja pada sistem penyangga topside module di Gas Processing Train “A”.

Keandalan struktur secara umum dapat dihitung dengan metode Monte Carlo.

Pada metode tersebut, keandalan struktur dinilai berdasarkan indeks keandalan

yang didapatkan dari peluang terjadinya kegagalan. Peluang kegagalan dianggap

7

sebagai ukuran yang rasional untuk menentukan keamanan struktur. Berdasarkan

analisis keandalan, perhitungan ultimate strength dapat dianalisis untuk hasil

penelitian yang lebih akurat.

Berdasarkan uraian di atas, tugas akhir ini akan dilakukan analisis ultimate

strength dengan metode pushover dengan memperhatikan acuan pada ABS 2005

Buckling and Ultimste Strength Assessemnt for Offshore Structure. Sedangkan

analisis keandalan struktur menggunakan metode Monte Carlo.

1.2. PERUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah :

1. Bagaimana respon dan keandalan pada scantling support structure system gas

processing module FPSO Belanak akibat kondisi ekstrem?

2. Berapakah keandalan scantling support structure system gas processing

module FPSO Belanak terhadap ultimate load?

3. Bagaimana mekanisme dan moda keruntuhan scantling support structure

system gas processing module FPSO Belanak?

4. Berapakah ultimate failure akibat respon ekstrem pada scantling support

structure system gas processing module FPSO Belanak?

1.3. TUJUAN

Tujuan dari tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui respon scantling support structure system gas processing module

FPSO Belanak terhadap beban kondisi ekstrem.

2. Mengetahui keandalan scantling support structure system gas processing

module FPSO Belanak terhadap ultimate load.

3. Memahami mekanisme dan moda kegagalan puncak/keruntuhan scantling

support structure system gas processing module FPSO Belanak.

4. Mengetahui ultimate failure akibat respon ekstrem pada pada scantling

support structure system gas processing module FPSO Belanak.

1.4. MANFAAT

Manfaat yang ingin dicapai pada tugas akhir ini antara lain:

8

1. Memahami mekanisme dan mode keruntuhan, khususnya pada scantling

support structure system gas processing module.

2. Memberikan pemahaman tentang prosedur perhitungan beban ultimate

strength untuk bisa dijadikan kegiatan preinspection.

3. Memberikan pemahaman prosedur dan analisis perhitungan untuk dijadikan

dasar dalam merancang support structure system gas processing module

dengan pertimbangan beban-beban ekstrem yang berpengaruh.

4. Memberikan pemahaman tentang pengkajian keandalan struktur berdasarkan

ultimate strength.

1.5. BATASAN MASALAH

1. Scantling support structure system gas processing module yang ditinjau

dalam tugas akhir ini adalah scantling support structure system gas

processing module Train ”A” pada FPSO Belanak yang dioperasikan di

perairan Natuna.

2. Pemodelan lokal dilakukan sebatas scantling support structure system gas

processing module serta geladak yang menyangga.

3. Analisis struktur global menggunakan software MOSES untuk mendapatkan

beban lingkungan, sedangkan analisis struktur lokal menggunakan software

ANSYS 11 untuk mendapatkan respon struktur.

4. Riser dan bangunan atas pada FPSO Belanak tidak ikut dimodelkan pada

MOSES.

5. Pada pemodelan FEM, jenis pengelasan sambungan diabaikan dan

diasumsikan tidak terjadi cacat las.

6. Beban lingkungan yang ditinjau adalah beban ekstrem 100 tahunan yang

meliputi beban angin dan beban gelombang.

7. Tidak dilakukan analisa pada beban akibat kecelakaan.

8. Perhitungan ultimate strength dilakukan dengan metode pushover dengan

memperimbangkan rules Buckling and Ultimste Strength Assessemnt for

Offshore Structure pada ABS tahun 2005.

9. Analisis keandalan struktur menggunakan metode Monte Carlo Simmulation.

9

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

Pada bab pendahuluan, diterangkan berbagai hal mengenai penelitian yang

dilakukan dalam tugas akhir. Antara lain; latar belakang sehingga penelitian ini

penting untuk dilakukan, masalah dan perlu diselesaikan, tujuan yang digunakan

untuk menjawab permasalahan yang diangkat, manfaat yang didapat dari

dilakukannya penelitian tugas akhir, batasan dari penelitian tugas akhir, dan

penjelasan dari sistematika laporan yang digunakan dalam tugas akhir.

Bab tinjauan pustaka berisi tinjauan pustaka apa saja yang menjadi acuan dari

penelitian tugas akhir ini. Sehingga dasar-dasar teori, rumus-rumus, codes yang

digunakan dalam penelitian tugas akhir ini dicantumkan dalam bab ini.

Bab metodologi penelitian menerangkan tentang metodologi yang digunakan

untuk mengerjakan tugas akhir.

Analisis dan pembahasan berisi data yang digunakan dalam tugas akhir,

penjelasan pemodelan yang dilakukan dalam penelitian tugas akhir, analisis,

pengolahan, dan pembahasan data hasil dari output pemodelan harus dilakukan

pada bab ini.

Bab kesimpulan dan saran berisi kesimpulan dari tugas akhir, hasil dari analisis,

pembahasan yang dilakukan serta saran-saran yang perlu diberikan untuk

penelitian lebih lanjut.

11

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1. UMUM

Konsep FPSO (Floating Production Storage and Offloading) pada dasarnya

diperkenalkan untuk menggantikan sistem kombinasi anjungan produksi dengan

fasilitas penyimpanan terapung atau Floating Storage Offloading (FSO). Perlu

dicatat, untuk perairan dangkal anjungan produksi dapat berupa jacket atau

jackup, sedangkan di perairan dalam dapat berupa Semisubmersible atau TLP.

FSO sendiri adalah wahana yang berfungsi sebagai terminal, didekasikan untuk

melayani penyimpanan migas hasil olahan dari anjungan produksi di ladang

operasinya, dan mentransfernya ke kapal-kapal tanki pengangkut yang secara

periodik mendatanginya.

Berikut adalah sejumlah persyaratan fungsional yang harus dipenuhi FPSO dalam

melakukan operasinya, yaitu :

1. Sistem harus tetap mampu berproduksi dan beroperasi normal pada kondisi

operasional 1tahunan.

2. Mampu menahan efek beban maksimum akibat badai 100tahunan.

3. Harus mempunyai fleksibilitas untuk operasi pemuatan dan pengeluaran

produk migas, inpeksi dan perawatan dari tanki-tanki tanpa mengganggu

proses produksi.

4. Setiap saat harus mampu menjaga kondisi mengapung rata (even keel) baik

untuk mode trim ataupun oleng, dengan toleransi tidak lebih dari ±0,25°.

5. Gerakan roll dan pitch maksimum tidak lebih dari 1,75° untuk selama 99%

periode operasi.

6. Sistem penambatan harus mampu menjaga FPSO tetap di posisinya pada

saat badai 100tahunan dengan satu tali penambat putus dan perubahan posisi

maksimum tidak melebihi 20% kedalaman perairan.

12

Dalam ISOSC 2006, disebutkan bahwa Yanagihara et al (2002) mengembangkan

sebuah metode sederhana untuk menghitung ultimate strength dari stiffened plates

berdasarkan perilaku kolaps struktur dengan menggunakan finite element method.

2.2. FPSO

Dalam tugas akhir ini, obyek yang digunakan adalah Floating Production Storage

and Offloading (FPSO) milik Conoco Philips yang bernama Belanak seperti

ditunjukkan Gambar 2.1. FPSO Belanak dibangun di Dalian, Republik Rakyat

China (RRC), sedangkan topside-nya dibangun di galangan PT. McDermott

Indonesia di Batam. FPSO Belanak ditempatkan di blok Natuna. Berat dari FPSO

tersebut yaitu 255.000ton dengan panjang 285m. memilki kapasitas penyimpanan

minyak sebesar 1,0juta barrel.

Gambar 2.1 FPSO Belanak (http://www.jrayMcDermott.com/projects/Belanak-

FPSO__90.asp)

Badan FPSO Belanak dibangun dengan bentuk double side. Konfigurasi single

bottom tanpa self propulsion. FPSO Belanak didesain 30tahun tanpa dry docking.

Ukuran utama FPSO terdapat pada Tabel 2.1.

http://www.jraymcdermott.com/projects/Belanak-FPSO__90.asp


13

Tabel 2.1 Ukuran Utama FPSO Belanak

1. LOA 285 m

2. Depth 26 m

3. Beam 58 m

4. Vessel Draft Full 16.2 m

5. Vessel Draft Medium 14.6 m

6. Vessel Draft Light 13.9 m

7. Displacement 255,000 ton

8. Service Life 30 years

2.3. SCANTLING SUPPORT STRUCTURE SYSTEM

Di atas geladak FPSO terdapat topside facilities yang disangga oleh support.

Bunce (1977) menyatakan satu atau dua perusahaan akan mempertimbangkan

desain deck, perusahaan lain mungkin mendesain struktur bawah laut dan

mungkin juga perusahaan ke empat menghadapi dengan fasilitas topside dan

module. Pada umumnya topside tidak hanya terpadat di atas FPSO, namun juga

pada bangunan lepas pantai lainnya seperti jacket maupun jack up. O'Brein (1993)

menyebutkan topside pada drilling rig, tidak banyak menghabiskan area.

Dikarenakan layout dari struktur dan peralatan pengeboran, penempatan pada

deck sedikit membingungkan meskipun di bawah kondisi terbaik.

Keberadaan module di atas geladak FPSO akan menimbulkan resiko kecelakaan

yang diakibatkan oleh kemungkinan – kemungkinan yang bias terjadi. Resiko

kecelakaan terbesar bergantung pada jumlah dari keutamaan platform seperti tipe

proses, volume dari inventaris, layout topside, jumlah personel, dll. Dan ini sangat

sulit untuk memberikan standar sistem keselamatan dan prosedur dari setiap

instalasi. (Shetty, 1998).

Untuk mengurangi resiko kecelakaan yang mungkin terjadi, penempatan module

harus diperhatikan sebisa mungkin. Palmer (1997) menyebutkan topside pada

platform antara level 87 ft dan 107 mempunyai empat module. Penelitian yang

dilakuakan oleh Windergen (1994) pada offshore module dengan peralatan proses,

14

lidah api yang timbul akibat ledakan mungkin memiliki kecepatan hingga ratusan

meter per detik.

Al Obaid (1994) juga menjelaskan beban kejut akibat objek jatuh dapat

mengakibatkan pengaruh buruk pada integritas dari offshore platforms. Beberapa

bagian struktur seperti striger, girder, dan kolom utama dapat terjadi kerusakan.

Pemilihan desain beban kejut didasarkan pada hasil survei dari peralatan

pengeboran yang disangga pada platform dan seperti peralatan yang kemungkinan

terjatuh di pada topside platform. Dalam suatu module bisa terdapat peralatan

yang meletak pada module tersebut. Ketika FPSO beroperasi dan proses produksi

minyak dan gas juga berlangsung, maka beban yang diterima module sangatlah

besar. Pada fasilitas produksi biasanya terletak pada production deck dan pada

umumnya terletak 2,5m di atas main deck. (UKOOA, 2002). Hal ini bertujuan

untuk meminimalisir efek dari green water dan meminimalisir terjadi ledakan atau

api yang mengenai module.

Scantling pada kapal merupakan masalah utama bagi pendesain. Bangunan apung

sungguh komplek, umumnya terdiri dari plat penguat, plat dek, plat dasar, dan

kadang-kadang dek intermediate, frame, bulkhead, dan lain-lain. (Nguyen, 2009).

Beban-beban yang bekerja di atas geladak FPSO berupa peralatan dan berat

struktur meliputi module supports, perpipaan, elektrik, kontrol, dan instrumentasi..

Sedangkan posisi setiap module ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Topside Hull Interface FPSO Belanak (McDermott, 2004)

Stiffeners memanjang memperkuat plat, menjaga agar tetap stabil sehingga dapat

menerima beban in-plane. Pada stiffeners memanjang juga terdapat supports

sesuai keperluan sehingga mampu menerima beban lateral. (Cameron et all, 1997)

15

ABS (2004) menyatakan perencanaan suatu kapal haruslah menunjukkan

scantling, rencana awal dan detail daripada geladak suatu kapal sebelum

perencanaan tersebut disetujui untuk dikerjakan. Perencanaan tersebut harus

menunjukkan scantlings, sambungan, dan las-lasan dengan jelas, atau metode

penyambungan lainnya.

2.4. PEMBEBANAN

Dalam proses perancangan struktur lepas pantai (offshore structure), penentuan

kemampuan kerja struktur dipengaruhi oleh beban yang bekerja pada struktur

tersebut. Perancang harus menentukan akurasi beban yang akan dipakai dalam

perancangan offshore structure terlebih dahulu. Beban-beban yang harus

dipertimbangkan oleh perancang dalam perancangan offshore structure adalah

sebagai berikut:

a. Beban mati (dead load).

Beban mati adalah beban dari semua komponen kering serta peralatan,

perlengkapan dan permesinan yang tidak berubah dari mode operasi pada suatu

struktur, meliputi : berat struktur, berat peralatan dan berat permesinan yang

digunakan dalam proses pengeboran ketika sedang tidak dioperasikan. Pada gas

processing module, yang termasuk beban mati adalah beban struktur topside itu

sendiri, beban-beban equipment pada topside.

b. Beban hidup (live load).

Beban hidup adalah beban yang terjadi pada struktur selama dipakai/berfungsi dan

berubah dari mode operasi satu ke mode operasi yang lain. Contoh beban yang

termasuk kedalam beban hidup ini adalah beban yang diakibatkan oleh

pengoperasian mesin atau peralatan lainnya pada suatu struktur. Contoh beban

hidup pada gas processing module adalah beban perpipaan yang berubah setiap

mode operasi.

c. Beban akibat kecelakaan (accidental load).

Beban kecelakaan merupakan beban yang tidak dapat diduga sebelumnya yang

terjadi pada struktur, misalnya tabrakan dengan kapal pemandu operasi, putusnya

tali tambat (mooring) dan kebakaran. Pada gas processing module, yang termasuk

16

beban kecelakaan yang mungkin terjadi adalah kebakaran pada module, module

tertimpa benda dari atas (misalnya dari crane atau struktur lain yang menimpa

modul). Namun pada kajian tugas akhir ini, tidak dilakukan analisa terhadap

beban kecelakaan.

d. Beban lingkungan (environmental load).

Beban lingkungan adalah beban yang terjadi karena dipengaruhi oleh lingkungan

dimana suatu struktur lepas pantai dioperasikan atau bekerja. Beban lingkungan

yang digunakan dalam perancangan adalah beban angin, arus dan gelombang.

Gregersen (1989) menyebutkan bangunan lepas pantai dipengaruhi oleh beban

lingkungan berkelanjutan yang diakibatkan oleh angin, gelombang dan arus. Pada

Zachharya (1998) juga menyebutkan pembebanan pada struktur diperkirakan

fungsi dari beberapa variabel, misalnya tinggi gelombang, periode gelombang,

kecepatan angin, arah angin dan arus. Akibat dari beban yang bekerja pada

struktur, maka struktur menghasilkan respon terhadap beban tersebut. Apabila

beban yang bekerja bersifat ekstrem, struktur juga mengalami respon ekstrem.

Hegenmeijer (1990) menyatakan respon ekstrem pada bangunan lepas pantai

didominasi oleh ketidaklinearan proses gaya fluida.

Beban lingkungan yang bekerja pada FPSO akan mempengaruhi pola gerakan

yang terjadi. Dalam hal ini beban gelombang merupakan beban yang paling

mempengaruhi pola gerakan FPSO. Model gelombang laut, ditetapkan pertama

pada tahun 1950-an, di mana permukaan air laut dideskripsikan dengan

superposisi dari jumlah yang sangat banyak dari gelombang sinusoidal, setiap

komponen mempunyai frekuensi, ampitudo, arah, dan phase tertentu. Model ini

telah digunakan oleh ahli bangunan kapal dalam menghadapi respon kapal dan

beban pada gelombang irregular. (Ewing, 1990). Selanjutnya pada Brynjoifsson

(1987) dikarenakan beban gelombang bersifat acak, lebih tepat untuk

menggunakan analisa frekuensi-domain untuk menentukan respon dari struktur

lepas pantai.

17

2.4.1. Beban Gelombang

Battacharyya (1978) menyatakan gelombang laut terbentuk karena permukaan

laut terkena hembusan angin terus menerus. Besarnya gelombang tergantung dari

intensitas, jangka waktu, dan jarak angin berhembus (fetch length). Gelombang

menyerap energi dari angin, dan sebaliknya mengeluarkan energi untuk

penyebaran. Nilai tinggi gelombang signifikan Hs dan periode gelombang

signifikan Ts ditunjukkan pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Periode Ulang Gelombang Perairan Natuna (Conoco Phlips, 2002)

Deskripsi

Gelombang

Hs ( m) Tp (s)

1tahunan 2.9 9.1

10tahunan 4.1 10.3

100tahunan 5.3 11.1

Dalam perhitungan beban gelombang, gelombang yang digunakan adalah

gelombang return period untuk 1tahunan, 10tahunan, dan 100tahunan. Periode

ulang gelombang atau gelombang return period dapat dicari dengan analisis

gelombang kurun waktu panjang [LTWA (long-term wave analysis)]. LTWA

adalah analisis yang dilakukan terhadap kumpulan data-data gelombang yang

telah diperoleh dalam kurun waktu tahunan (minimal 1tahun).

Distribusi gelombang dalam kurun waktu panjang dapat didekati dengan distribusi

kontinyu dari Weibull. Persamaan linier dari fungsi kepadatan peluang [PDF

(probability density function)] diberikan dalam bentuk sebagai berikut:

(2.1)

dengan:

P(H) = peluang terjadinya gelombang

= parameter bentuk dengan harga umum antara 0,75 s.d. 2,0;

sedangkan untuk gelombang laut umumnya berkisar antara 0,9 s.d.

1,1 (Naess: 0,7 s.d. 1,3)

18

= parameter skala yang harganya tergantung dari harga ekstrim

variabel x;

atau untuk gelombang laut adalah harga tinggi ekstremnya, yakni

yang terjadi sekali dalam kurun waktu panjang (m)

x = intensitas obyek/parameter yang ditinjau;

misalnya tinggi gelombang, sehingga x = H

Distribusi Weibull dapat diaproksimasi dengan kurva berbentuk garis lurus bila

variabel x pada ruas kanan persamaan di atas diganti dengan (H – a). Variabel a

disini adalah ukuran ambang tinggi gelombang (threshold wave height), yaitu

tinggi gelombang terkecil yang terjadi di suatu perairan. Untuk perairan tertutup a

dapat mempunyai harga sangat kecil (0), sedangkan untuk perairan terbuka dapat

mempunyai harga antara 0,5 s.d. 2,0m. Kurva distribusi Weibull akan mempunyai

bentuk garis lurus jika digambarkan pada grafik yang mengkorelasikan ln{ln[1/1-

P(H)]} sebagai ordinat dan ln(H –a) sebagai sebagai absisnya.

Tinggi gelombang yang digunakan adalah tinggi gelombang signifikan (HS), jika

gelombang yang diketahui adalah tinggi gelombang maksimum (Hmax), maka HS

dapat dicari dengan:

(2.2)

Faktor lain yang berpengaruh terhadap kekuatan scantling module support system

pada FPSO adalah gerakan dari FPSO. Gerakan FPSO mempengaruhi scantling

dalam bentuk beban inersia. Gerakan FPSO perlu ditransformasikan terhadap

gerakan dari scantling module. Dari transformasi gerakan maka akan didapatkan

percepatan yang terjadi, mengingat beban inersia diakibatkan oleh benda yang

mengalami percepatan.

Dikarenakan bangunan FPSO mengalami gerak kopel, maka peralatan-peralatan

di atas FPSO juga mengalami hal yang sama. Struktur module di atas FPSO juga

mengalami gaya inersia yang diakibatkan beban gelombang. Martins (2007)

menyatakan bahwa dengan menggunakan hukum Newton kedua, gaya luar yang

bekerja pada pusat gravitasi didapatkan persamaan:

(2.3)

19

Seperti tampak pada ilustrasi Gambar 2.4, jika FPSO bergerak translasi searah “a”

maka terjadi gaya inersia pada sambungan geladak dengan kaki modul akibat

beban gelombang. Bhattacharyya (1978) menyebutkan pada gerakan heaving,

gerakan dari kapal adalah linear oleh karena itu beban inersia dapat diberikan

pada persamaan berikut:

(2.4)

Gambar 2.3 Kecepatan dan Koordinat Sistem (Martins, 2007)

Beban inersia dipengaruhi oleh arah percepatan, bekerja pada arah vertikal ke atas

dan kebawah. Gambar 2.3 menunjukkan arah gerakan kecepatan yang bekerja

pada kapal. Pada gerakan rotasional, percepatan linear atau tangensial didapatkan

dengan persamaan:

(2.5)

(2.6)

Dengan r adalah jarak antara komponen ditinjau dengan COG bangunan apung.

Jari-jari girasi r ini digunakan sebagai tranformasi percepatan bangunan atas

terhadap percepatan bangunan apung.

Pada Gambar 2.4 dapat diketahui module yang berada di atas FPSO. Saat terjadi

gerakan translasi, baik surge, sway, maupun heave pada FPSO, module juga ikut

20

bergerak searah gerakan FPSO. Hal ini tentunya sangat mempengaruhi kekuatan

dari struktur penyangga module tersebut.

Mengingat pentingnya faktor pengaruh gerak FPSO terhadap timbulnya beban

inersia pada scantling, maka perlu dipahami terlebih dahulu karakteristik gerakan

FPSO.

Pada dasarnya benda yang mengapung mempunyai enam mode gerakan bebas

[SDOF (Six Degree Of Freedom)] yang terbagi menjadi dua jenis, yaitu tiga mode

gerakan translasional dan tiga mode gerakan rotasional (Battacharyya, 1978).

Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5. Berikut adalah keenam mode gerakan

tersebut:

i. Mode gerak translasional

- Surge, gerakan transversal arah sumbu x.

- Sway, gerakan transversal arah sumbu y.

- Heave, gerakan transversal arah sumbu z.

ii. Mode gerak rotasional.

- Roll, gerakan rotasional arah sumbu x.

- Pitch, gerakan rotasional arah sumbu y.

- Yaw, gerakan rotasional arah sumbu z.

Wmodule

a translasi a translasi

Deck

CL Gambar 2.4 Ilustrasi Beban Module Pada FPSO

21

Gambar II.5 Six Degree Of Freedom (SDOF) pada FPSO (Wahyudi, 2009)

2.4.2. Beban Angin

Untuk mendapatkan nilai ekstrem dilakukan perhitungan beban angin mengacu

pada DnV-RP-C205 dan ABS MODU. Kemudian dibandingkan hasil perhitungan

dari kedua acuan tersebut.

Pada DNV RP-C-205 (2007) gaya angin pada yang mengenai struktur dapat

dihitung dengan persamaan:

(2.7)

dengan:

Fw = gaya angin (N)

C = koefisien bentuk

q = tekanan angin

S = area yang terkena gaya angin

α = sudut antara arah angin dengan sumbu aksial dari member.

Jika beberapa bagian struktur terletak searah normal arah angin, seagai contoh

plane truss atau beberapa rangkaian kolom, maka solidification effect harus

dipertimbangkan. Maka beban angin dapat dihitung dengan persamaan:

(2.8)

dengan:

Ce = Koefisien bentuk efektif

q = tekanan angin

22

S = area yang terkena gaya angin

Φ = solidity ratio

α = sudut antara arah angin dengan sumbu aksial dari member.

Solidity ratio Φ adalah perbandingan antara luasan area solid yang terkena beban

angin dengan luasan frame searah dengan arah datangnya angin.

Dimana untuk tekanan angin q didapatkan dengan persamaan:

(2.9)

dengan:

ρa = massa jenis udara (1.226 kg/m3)

UT,Z = kecepatan angin pada ketinggian Z meter dari MWL (m/s)

Kecepatan angin tiap elevasi dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(2.10)

dengan:

Vh = kecepatan angin pada elevasi (m/s)

V10 = kecepatan angin pada elevasi 10m (m/s)

h10 = ketinggian referensi (10 m)

Nilai Reynolds Number Re didapatkan dengan persamaan:

(2.11)

dengan:

D = diameter (m)

UT,z = kecepatan angin pada elevasi z (m/s)

va = viskositas kinematis udara

23

Nilai koefisien bentuk efektif didapatkan dengan mengacu pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Nilai Koefisien Bentuk Efektif (DnV,2007)

Solidity

Ratio

Φ

Efficient shape coefficient Ce

Flat-side

members

Circular sections

Re < 4.2 x 105

Re ≥ 4.2 x 105

0.10 1.9 1.2 0.7

0.20 1.8 1.2 0.8

0.30 1.7 1.2 0.8

0.40 1.7 1.1 0.8

0.50 1.6 1.1 0.8

0.75 1.6 1.5 1.4

1.00 2.0 2.0 2.0

Jika dua atau lebih frame paralel satu sama lain berada dibelakang arah angin,

maka perlu diperhatikan nilai shielding effect. Beban angin pada shield frame

dapat dihitung dengan persamaan:

(2.12)

Nilai shielding factor η didapatkan dari Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Shielding Factor (DnV,2007)

Β

α

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

< 1.0 1.0 0.96 0.90 0.80 0.68 0.54 0.44 0.37

2.0 1.0 0.97 0.91 0.82 0.71 0.58 0.49 0.43

3.0 1.0 0.97 0.92 0.84 0.74 0.63 0.54 0.48

4.0 1.0 0.98 0.93 0.86 0.77 0.67 0.59 0.54

5.0 1.0 0.98 0.94 0.88 0.80 0.71 0.64 0.60

> 6.0 1.0 0.99 0.95 0.90 0.83 0.75 0.69 0.66

dengan,

α = spacing ratio, perbandingan antara jarak frame ke frame dengan

dimensi keseluruhan dari frame terakhir searah dengan arah angin.

β = aerodynamic solidity ratio, β = Φ x a

a = konstanta (1.6 untuk flat-sided member , 1.2 untuk circular

subcritical range, 0.6 untuk circular supercritical range)

Pada ABS MODU (2001) gaya angin pada yang mengenai struktur dapat dihitung

dengan persamaan:

24

F = 0.5 ρ Vk2 Ch Cs A (2.13)

dengan,

ρ = berat jenis udara (1.22 kg/m3)

Vk = kecepatan angin (m/s)

Ch = height coefficient

Cs = shape coefficient

A = Luas permukaan yang terkena beban angin

Nilai Ch untuk tiap cerobong didapatkan dengan menggunakan Tabel 2.5

Tabel 2.5 Height Coefficient (ABS, 2001)

Height (m) Height (ft) Ch

0-15.3 0-50 1.0

15.3-30.5 50-100 1.1

30.5-46.0 100-150 1.2

46.0-61.0 150-200 1.3

61.0-76.0 200-250 1.37

76.0-91.5 250-300 1.43

91.5-106.5 300-350 1.48

Nilai Cs untuk tiap cerobong didapatkan dengan menggunakan Tabel 2.6

Tabel 2.6 Shape Coefficient (ABS,2001)

Shape of Structure Cs

Spherical 0.4

Cylindrical Shapes (all sizes) used for crane pedestals, booms, helidecks, etc 0.5

Hull, based on block projected area 1.0

Deck houses 1.0

Clusters of deck houses and other structures, based on block projected area 1.1

Isolated structural shapes (e.g. cranes, angle chanel beams, etc) 1.5

Under deck areas (smooth) 1.0

Under deck surface (exposed beams and girders) 1.3

Rig derrick, each face, assuming fabricated from angle 1.25

2.4.3. Beban Operasional

Pada module terdapat equipment yang memiliki berat sendiri. Selain berat sendiri

dari tiap equipment serta berat konstruksi module, pada equipment terdapat berat

dari fluida-fluida yang mengalir di dalamnya. Pada Gambar 2.6 ditunjukkan

massa module beserta equipment di atasnya yang dipengaruhi oleh gravitasi

sehingga menyebabkan struktur penyangga module menerima beban dari atas.

25

Gambar 2.6 Beban Operasional

Dari data yang ada diketahui bahwa massa total dari gas processing module

adalah 2361MT. Untuk mendapatkan berat operasional digunakan persamaan

berikut:

W = m x g (2.14)

dengan,

m = massa module (MT)

g = gravitasi (m/s2)

2.5. RESPONS STRUKTUR (FPSO)

Respon pada struktur akibat gelombang reguler dalam setiap frekuensi, dapat

diketahui dengan menggunakan metode spectra. Nilai amplitudo pada suatu

response secara umum hampir sama dengan amplitudo gelombang. Bentuk

normal suatu response dari sistem linier tidak berbeda dengan bentuk amplitudo

gelombang dalam fungsi frekuensi.

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 merupakan alat untuk mentransfer beban luar (gelombang) dalam bentuk

response pada suatu struktur. Bentuk umum dari persamaan RAO dalam fungsi

frekuensi (Chakrabarti, 2005) adalah sebagai berikut:

Response (w) = (RAO) h(w) (2.15)

dengan:

h = amplitudo gelombang (m)

W = m x g

26

RAO merupakan fungsi respon gerakan dinamis struktur yang disebabkan akibat

gelombang dengan rentang frekuensi tertentu. RAO merupakan alat untuk

mentransfer gaya gelombang menjadi respon gerakan dinamis struktur. Menurut

Chakrabarti (2005), persamaan RAO dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:

ωη

ωXωRAO

p

(2.16)

dengan:

pX

= amplitudo struktur

= amplitudo gelombang

2.6. ULTIMATE STRENGTH

Hughes(1983) menyatakan kondisi limit state adalah di mana struktur atau bagian

dari struktur mengalami ketidaktepatan dalam menjalankan fungsinya akibat

beban atau efek beban. Ada dua jenis limit state, yaitu ultimate limit states dan

serviceability limit states. Ultimate limit states sering dijadikan acuan sebagai

eltimate strength dari struktur. Pada dasarnya ada tiga tipe kegagalan struktur;

plastic deformation, instability, dan fracture. Untuk struktur baja tiga tipe dasar

kegagalan struktur adalah:

1. Large local plasticity

2. Instability

a. Bifurcation

b. Nonbifurfaction

3. Fracture

a. Direct

b. Fatigue

c. Brittle

Pada prakteknya kegagalan struktur individu, dipengaruhi oleh kombinasi

kegagalan pertama dan kedua yaitu large local plasticity dan instability. Salah

satu penyebab terjadinya ultimate strength failure pada suatu struktur kapal

umumnya adalah disebabkan oleh beban ekstrem dan/atau kurangnya daya tahan

struktur terhadap degradasi material. misalnya, korosi yang terjadi secara menerus

akan mengurangi dimensi scantling, sehingga girder penopang pada lambung

27

kapal akan rawan mengalami buckling ataupun retak ketika ditimpa beban

ekstrem. Untuk itu, perlu suatu pertimbangan jangka panjang untuk

mengantisipasi adanya degradasi material ketika mendesain sebuah struktur.

(Ayyub, 2001)

Pada beberapa dekade terakhir desain ultimate strength merupakan pendekatan

yang dapat diandalkan untuk analisa struktur baru maupun dugaan untuk struktur

yang telah ada. (Rosati et all, 2007). Faktor keamanan merupakan hal yang sangat

penting pada suatu bangunan apung dalam melakukan operasi. Chakrabarti (2005)

menyatakan bahwa keamanan merupakan ketidakanaan dari kegagalan dan

kerusakan serta menjamin dalam memenuhi ketentuan untuk stabilitas

keseluruhan dan ultimate strength serta kegagalan fatigue akibat beban yang

berulang untuk menghindari kegagalan puncak seperti fatalitas, kerusakan

lingkungan atau kerusakan properti.

Pada dasar mekanika bahan, dipelajari struktur yang dikenai pembebanan aksial,

momen bending, dan gaya torsi. Formula sederhana untuk tegangan dan defleksi

dari struktur telah dikembangkan (Gere, 2001).

Gambar 2.7 Struktur Dikenai Beban Aksial (Boresi&Schmidt, 2003)

Pada pembebanan aksial seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 memiliki batasan –

batasan sebagai berikut:

1. Struktur harus bersifat prismatik.

2. Material struktur harus homogen.

3. Beban P harus searah arah aksial pada pusat aksis dari struktur.

4. Tegangan dan regangan pada daerah elastis.

28

Gambar 2.8 Struktur Terkena Torsi (Boresi&Schmidt, 2003)

Pada pembebanan torsi seperti Gambar 2.8 juga memiliki beberapa batasan:

1. Struktur harus bersifat prismatik.

2. Material struktur harus homogen.

3. Torsi terjadi pada ujung batang dan tidak ada torsi tambahan pada titik A

dan B.

4. Sudut puntir pada penampang melintang adalah kecil.

Brockenbrough&Merritt (1999) menyatakan bahwa balok yang diberi beban

lateral (Gambar 2.9 )akan meneyebabkan bending. Balok yang terbebani tersebut

menghasilkan gaya internal dan momen serta menyebabkan deformasi.

Gambar 2.9 Beban Merata Pada Balok Tumpuan Sederhana

(Brockenbrough&Merritt,1999)

Gambar 2.10 Kurva Strees-Strain Untuk Spesimen Tarik dari Structural Steel

(Boresi&Schmidt, 2003)

Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10, hubungan antara tegangan dan regangan

dari sebuah spesimen tarik. Jika material diberi beban sampai batas plastis maka

material baja tersebut akan kembali ke bentuk semula. Akan tetapi jika material

29

baja diberi beban melebihi batas elastis maka tidak bisa kembali ke bentuknya

semula, dengan kata lain material baja mengalami deformasi plastis.

Gambar 2.11 Necking Pada Spesimen Uji Tarik (Boresi&Schmidt, 2003)

Secara fisik, setelah mencapai tegangan ultimate, muncul necking pada spesimen

Gambar 2.11. Hal ini mengakibatkan pengurangan luas penampang melintang dari

specimen secara drastis di mana timbul kegagalan puncak.

Saat sebuah struktur dikenai beban, struktur tersebut memiliki respon yang tidak

hanya bergantung pada tipe material akan tetapi juga kondisi lingkungan dan

pembebanan pada struktur. (Boresi&Schmidt, 2003).

Secara terperinci moda kegagalan dari sebuah struktur adalah:

1. Kegagalan akibat defleksi berlebih

a. Defleksi elastis

b. Defleksi akibat rayapan

2. Kegagalan akibat tegangan yield (deformasi plastis)

3. Kegagalan akibat kepecahan

a. Kepecahan tiba-tiba dari material bersifat getas

b. Kepecahan dari crack atau cacat

c. Kepecahan progresip (fatigue)

4. Kegagalan akibat ketidakstabilan (buckling)

30

2.6.1. Local Plastic Deformation

Pertama kita memperhatikan struktur yang mudah terkena ketidakstabilan, salah

satunya semua beban kompresi aksial dianggap kecil serta struktur sangat kokoh

lengkap dengan brace dan penyangga. Deformasi plastis muncul secara progresif

pada daerah kurva elasto-plastis, kemudian menurun secara perlahan pada kurva

plastis. Beban kegagalan (atau beban collapse atau ultimate strength) diambil

pada beban saat permulaan dari kurva plastis.

2.6.2. Bifurcation Buckling

Ketidakstabilan atau buckling, dapat muncul pada member atau bagian dari

member yang dikenai beban aksial atau beban in-plane compressive. Ada dua

jenis buckling; bifurcation dan nonbifurcation. Contoh bifurcation buckling

adalah buckling pada kolom sederhana. Sebuah kolom diberi beban aksial secara

menerus maka akan mengakibatkan kolom mengalami defleksi lateral. Pada

pembebanan low level, efek beban diabaikan. Akan tetapi saat beban dinaikkan,

defleksi lateral meningkat dengan signifikan mengakibatkan terjadinya bending.

Hasilnya kekakuan kolom hilang secara cepat. Jika beban tidak turun, kekakuan

kolom menjadi nol. Defleksi meningkat ke nilai yang sangat besar,

mengakibatkan kolom mengalami collapse.

2.6.3. Fracture Statis

Istilah brile fracture mengacu pada fakta bahwa dibawah kondisi temperature

tertentu nilai ultimate tensile strength dari baja menurun drastis. Nilai transisi dari

temperature ini dipengaruhi oleh kandungan komposisi kimia baja dan proses

metalurgi saat baja dibuat. Untuk bangunan kapal baja kualitas terbaik sangat

dibutuhkan untuk menghindari brittle fracture. Pada kajian tugas akhir ini tidak

dilakukan analisa kegagalan struktur pada akibat fracture.

2.6.4. Analisa Ultimate Strength (ABS, 2004)

ABS Buckling and Ultimate Strength Assesment for Offshore Structure (2004)

menyediakan beberapa kriteria yang bisa digunakan untuk menghitung ultimate

strength, kriteria tersebut adalah:

31

a. Individual structural member.

b. Plates, stiffened panels and corrugated panels.

c. Stiffened cylindrical shells.

d. Tubular joints

Pada ABS juga terdapat tambahan pertimbangan untuk meninjau ulang analisa

menggunakan metode elemen hingga untuk menetapkan kapasitas buckling.

Pada tugas akhir ini digunakan kriteria individual structural member untuk

menganalisa ultimate strength pada module support. Sedangkan analisa ultimate

strength pada geladak yang menyangga serta penguat di bawah geladak digunakan

kriteria plates, stiffened panels and corrugated panels.

Moda kegagalan pada kriteria structural member menurut ABS (2004) adalah:

1. Flexural buckling. Bending pada daerah aksis pada resistan akhir.

2. Torsional buckling. Puntir pada lugitudinal aksis

3. Lateral-torsional buckling. Bersamaan bending dan puntir (twisting)

4. Local buckling. Buckling pada plat atau elemen shell pada daerah lokal

struktur.

Kriteria kekuatan buckling untuk plat dan stiffened berdasarkan pada asumsi dan

batas yang diijinkan dari desain stiffened, dimana ABS (2004) memberikan

ketetapan:

1. Kekuatan buckling setiap stiffeners umumnya lebih besar dari plat pada

supports.

2. Stiffeners dengan plat yang efektif harus mempunyai momen inersia tidak

kurang dari io

3. Plat dan flange dari girders dan stiffeners yang berpotongan sebaiknya

dihindari.

4. Webs dari girders dan stiffeners yang berpotongan sebaiknya didindari.

Gambar 2.12 menunjukkan moda kegagalan pada kriteria plates, stiffened panels

and corrugated panels yaitu:

32

1. Plate level.

2. Stiffened panel level.

3. Deep supporting member level.

Gambar 2.12 Moda Kegagalan Stiffened Pada Geladak (ABS, 2004)

Das dan Parmentier (2006) menyatakan bahwa pada papan stiffened plat,

stiffeners memanjang mempunyai fungsi utama untuk mendukung plat geladak

agar mampu menahan sesuai kekuatannya. Untuk mencapai tujuan ini, stiffeners

harus cukup kuat dan jarak antar stiffeners harus dipilih sesuai dengan

karakteristik dari plat geladak, ketebalan dan tegangan yield-nya. Kerampingan

dari plat harus di desain sesuai tegangan ultimate mendekati tegangan yield sebisa

mungkin.

2.7. KEANDALAN STRUKTUR

Menurut Karamchandan (1991) secara tradisional, fokus analisa keandalan telah

ditaksirkan pada keandalan akibat beban kelelahan maupun beban lingkungan

ekstrem. Hal itu diperkuat dengan pernyataan Olufsen (1989) yang menyatakan

keandalan struktur dari sebagian besar bangunan lepas pantai dikontrol dengan

ketidakpastian yang berhubungan dengan beban lingkungan. Pada kondisi ekstrem

Harland (1998) menyatakan dengan tujuan untuk melakukan analisa keandalan,

perkiraan dari ketidakpastian fisik pada beban gelombang ekstrem juga

diperlukan. Oleh karena itu dalam mendesain sebuah struktur perlu juga

dipertimbangkan keandalannya, menurut Sigbjornsson(1980) masalah utama pada

33

perhatian desain struktur yang pertama adalah kegagalan penyimpangan dan

syarat tradisional yaitu informasi yang memperhatikan karakteristik respon

ekstrem dan dalam pendekatan modern nilai distribusi ekstrem.

Keandalan sebuah komponen atau sistem adalah peluang komponen atau sistem

tersebut untuk memenuhi tugas yang telah ditetapkan tanpa mengalami kegagalan

selama kurun waktu tertentu apabila dioperasikan dengan benar dalam lingkungan

tertentu. Rosyid, D.M, (2007). Dalam konsep keandalan, suatu masalah akan

didefinisikan dalam hubungan permintaan dan penyediaan, yang keduanya

merupakan variabel-variabel acak. Peluang terjadinya kegagalan suatu

rancangan, dimana penyediaan (ketahanan atau kekuatan sistem) tidak dapat

memenuhi permintaan (beban yang bekerja pada sistem). Ang, H.S dan Tang,

W.H (1985).

Pemakaian konsep analisis keandalan yang didasarkan pada metode probabilistik

telah berkembang dan semakin penting peranannya terutama untuk memecahkan

masalah- masalah dalam perancangan praktis Baker dan Wyatt (1979).

Kecenderungan ini salah satunya dikarenakan adanya kerusakan yang terjadi pada

sistem rekayasa yang disebabkan oleh intraksi panas, beban statis maupun beban

dinamis dapat dijelaskan secara lebih baik dengan konsep ini.

Dalam konsep ini perancang dapat menggambarkan suatu sistem dengan segala

hal yang mempengaruhi atau mengakibatkan kerusakan pada sistem tersebut

misalnya kondisi pembebanan, ketahanan struktur, kondisi lingkungan yang lebih

mendekati keadaan yang sebenarnya karena melibatkan aspek ketidakpastian

dalam analisisnya. Dalam analisis keandalan sistem struktural maka perlu untuk

mendefinisikan ketidakpastian yang diterima oleh struktur. Ketidakpastian dalam

3 kelompok yaitu :

1. Ketidakpastian fisik, adalah ketidakpastian yang berhubungan dengan

keragaman (variability) fisik seperti : beban, sifat material, dan ukuran

material. Keragaman fisik ini hanya bisa dinyatakan dalam data sampel,

dengan pertimbangan praktis dan ekonomis.

34

2. Ketidakpastian statistical, adalah ketidakpastian yang berhubungan dengan

data yang dibuat untuk membuat model secara probabilistik dari berbagai

macam keragaman fisik diatas.

3. Ketidakpastian model, yaitu ketidakpastian yang berhubungan dengan

tanggapan dari jenis struktur yang dimodelkan secara matematis dalam bentuk

deterministik atau probabilistik. Ketidakpastian yang terjadi disini

merupakan hasil dari penyederhanaan dengan memakai bermacam-macam

asumsi, kondisi batas yang tidak diketahui, dan sebagai hasil dari pengaruh

interaksi ketidakpastian yang tidak tercakup dalam model.

Sistem dari keandalan pada dasarnya dapat ditunjukkan sebagai problematika

antara Demand (tuntutan atau beban) dan Capacity (kapasitas atau kekuatan).

Secara tradisional didasarkan atas safety factor (angka keamanan) yang

diperkenankan. Ukuran konvensional untuk angka keamanan adalah perbandingan

antara asumsi nilai nominal kapasitas, X*, dan beban, Y*, yang dirumuskan

sebagai berikut:

(2.17)

Mengingat nilai nominal dari kapasitas, x* dan beban, y* tidak dapat ditentukan

dengan pasti, fungsi-fungsi kapasitas dan beban perlu dinyatakan sebagai peluang

sebagimana ditunjukkan pada gambar di bawah. Dengan demikian, angka

keamanan dinyatakan dengan perbandingan Z = X / Y dari dua variabel acak X

dan Y.

Indeks keandalan β, didefinisikan sebagai perbandingan antara nilai rata-rata dan

nilai simpangan baku dari margin keselamatan, S, yaitu :

(2.18)

Jika menggunakan nilai kristis margin keselamatan, S = 0, dan jaraknya dengan

nilai rata-rata margin keamanan μs , maka indeks keandalan ini dapat

diinterprestasikan sebagai jumlah kelipatan simpangan baku σs pada jarak ini.

Artinya, jarak antara S = 0 dengan μs ini dapat dibagi menjadi beberapa

simpangan baku. Semakin panjangnya, relatif terhadap simpangan baku, maka

35

semakin besar indeks keandalannya. Selanjutnya, indeks keandalan juga

berbanding terbalik dengan koefisien variasi margin keselamatan, atau dapat

dituliskan β = 1/Vs .

Gambar 2.13 Fungsi Kerapatan Peluang (fkp) dari Kapasitas X dan Tuntutan Y

Menurut Rosyid (2007) keandalan sebuah komponen atau sistem adalah peluang

komponen atau sistem tersebut untuk memenuhi tugas yang telah ditetapkan

tanpa mengalami kegagalan selama kurun waktu tertentu apabila dioperasikan

dengan benar dalam kurun waktu tertentu. Sistem dari keandalan pada dasarnya

dapat ditunjukkan sebagai hubungan antara Demand (tuntutan atau beban) dan

Capacity (kapasitas atau kekuatan). Hubungan tersebut dapat digambarkan

melalui diagram inteferensi. Peluang kegagalan terdapat pada daerah perpotongan

antara Demand (x) dan Capacity (y). Metode Monte Carlo merupakan salah satu

metode yang digunakan untuk medapatka nilai keandalan suatu struktur.

Perhitungan keandalan berdasarkan ultimate strength juga bisa dilakukan dengan

mengguanakan metode tersebut. Nilai keandalan didapatkan dengan cara sebagai

berikut:

K = 1- Pf (2.19)

dengan:

K : keandalan

Pf : peluang kegagalan

36

Halaman Kosong

37

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi yang digunakan dalam tugas akhir ini dalam bentuk diagram alir

(flowchart) sebagai berikut:

Mulai

Studi literatur dan

pengumpulan data

Pemodelan geometri dengan

software AutoCAD

Mengkonversi model CAD

ke software Maxurf

Mengkonversi model

Maxurf ke software MOSES

Input data lingkungan

pada MOSES

Running MOSES untuk

mendapatkan respon FPSO

akibat beban lingkungan

Validasi

A

Tidak

Ya

Perhitungan gaya -gaya yang bekerja

pada module support

Validasi

Ya

Tidak

38

A

Menghitung keandalan

struktur

Selesai

Pemodelan scantling module support

system dengan software ANSYS11

Analisis ultimate strength

Kesimpulan

Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian

39

Tugas akhir ini berupa penelitian keandalan scantling support structure system

gas processing module terhadap beban ekstrem. Dilakukan ultimate strength

analysis untuk mendapatkan nilai ultimate strength. Nilai ultimate strength yang

didapatkan dianalisis berdasarkan nilai keandalannya. Adapun langkah-langkah

untuk pengerjaan tugas akhir ini sebagai berikut:

Studi literatur dan pengumpulan data meliputi mencari serta mempelajari

buku, diktat, jurnal, ataupun laporan tugas akhir terdahulu yang membahas

pokok permasalahan yang sama atau mirip dengan tugas akhir ini. Literatur

tersebut digunakan sebagai acuan ataupun referensi tugas akhir ini. Selain itu,

juga dilakukan pencarian mengenai data-data FPSO Belanak sebagai objek

tugas akhir.

Pemodelan FPSO dengan AutoCAD, berupa lines plan seperti ditunjukkan

pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Pemodelan ACAD

Untuk FPSO, yang dimodelkan adalah lines plan. Hal ini dilakukan untuk

mempermudah dalam penentuan koordinat, pengukuran dimensi dan lain-lain.

Pemodelan FPSO dengan Maxsurf untuk mendapatkan koordinat-koordinat

dari struktur FPSO seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3.

40

Gambar 3.3 Pemodelan Maxurf

Pemodelan dengan Maxsurf, memodelkan struktur FPSO secara lebih detail

dan spesifik.

Mengkonversi pemodelan yang dilakukan di Maxurf ke MOSES (Multi

Operational Structural Engineering Simulator) seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Pemodelan Moses

Selanjutnya FPSO Belanak dimodelkan dengan software MOSES (Multi

Operational Structural Engineering Simulator). Koordinat struktur dari FPSO

Belanak diambil dari Maxsurf

Validasi parameter hidorstatis pada MOSES dan Maxurf dengan data

hidrostatis dari Conoco Philips.

Running MOSES untuk mendapatkan beban inersia pada FPSO Belanak.

Validasi hasil running dengan data penelitian yang pernah dilakukan

sebelumnya.

41

Perhtiungan gaya-gaya yang bekerja akibat beban lingkungan dan beban

module itu sendiri pada module support.

Memodelkan secara lokal scantling module support system dengan ANSYS 11

untuk mendapatkan respon scantling module support system akibat beban

ekstrem seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Pemodelan ANSYS

Pemodelan dengan menggunakan ANSYS 11.0 seperti ditunjukkan pada

Gambar 3.5 pada struktur penyangga module, geladak FPSO serta struktur

penguat di bawah geladak yaitu stiffener dan bracket. Jenis pemodelan dan

perhitungan yang akan dilakukan adalah jenis structural.

Setelah mendapatkan beban keruntuhan scantling module support system

FPSO, maka dilakukan perhitungan capacity check (ultimate strength) dengan

metode pushover dengan memperhatikan rules pada ABS Buckling and

Ultimate Strength Assesent for Offshore Structure.

Perhitungan keandalan scantling support structure system gas processing

module terhadap beban ekstrem dengan metode simulasi Monte Carlo.

1

X

Y

Z

MODULE_SUPPORT

JUL 4 2010

03:42:56

ELEMENTS

42

Halaman Kosong

43

BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1. DATA

Data digunakan untuk mendukung analisa yang akan dilakukan dalam menghitung

nilai keandalan scantling gas processing module FPSO Belanak terhadap beban

ekstrem. Data yang dibutuhkkan antara lain data struktur, mooring, lingkungan,

gerakan FPSO, dan data material.

4.1.1. Data Struktur

Data struktur meliputi struktur FPSO, topside module, dan scantling gas

processing module.

4.1.1.1. Struktur FPSO

Dalam tugas akhir ini, obyek yang digunakan adalah Floating Production Storage

and Offloading (FPSO) milik Conoco Philips yang bernama Belanak. Berat dari

FPSO tersebut yaitu 255.000ton dengan panjang 285m seperti pada Gambar 4.1.

memilki kapasitas penyimpanan minyak sebesar 1,0juta barrel. Badan FPSO

Belanak dibangun dengan bentuk double side. Konfigurasi single bottom tanpa

self propulsion. FPSO Belanak didesain 30tahun tanpa dry docking.

Gambar 4.1 Drawing FPSO Belanak (Conoco, 2002)

44

4.1.1.2. Topside Module

Pada FPSO Belanak terdapat beberapa fasilitas topside structure yang biasanya

disebut module untuk membantu proses produksi hidrokarbon. Module yang

terdapat pada FPSO Belanak seperti ditunjukkan pada Tabel 4.1

Tabel 4.1 Data Module FPSO Belanak (PT. McDermott, 2002)

Dari data tiap module yang terdapat pada FPSO Belanak, dari berat terkecil yaitu

module R1 sebesar 181MT sampai module terberat yaitu module S4 sebesar

2361MT.

4.1.1.3. Scantling Gas Processing Module

Gas processing module FPSO Belanak terletak pada train P4 dan S4. Berat

module pada train P4 adalah 2285 MT, sedangkan pada train S4 adalah 2361 MT.

Oleh karena itu pada tugas akhir ini dilakukan analisa terhadap module terberat

yaitu 2361 MT.

MT

P1 Chemical Injection 773

S1 Gas Injection & Metering 942

P2 Export Compressors Train “B” 1515

S2 Export Compressors Train “A” 1448

P3 Gas Cooling & Treating 1913

S3 Gas Regeneration 1671

P4 Gas Processing Train ‘A’ 2285

S4 Gas Processing Train ‘B’ 2361

P5 Oil Separation 1690

S5 Oil Import/Export 1686

S6 Utility & Sea Water Lift 1403

P7 Main Power Gen. Train ‘A’ 1340

S7 Main Power Gen. Train ‘B’ 1964

C1 Piperack 832

C2 Piperack 892

C3 Piperack 697

C09 Power Control Bldg 951

CFR Flare Boom 268

R1 FWD Riser Porch 181

C08 Workshop 340

R2 Mid-ship Riser Porch 241

T6 Temporary 447

Mis-Misc. Items on Hull 964

TOTAL (including misc. modules): 26,801

Module

45

- Scantling

Scantling pada gas processing module terdiri dari support, stiffener, bracket, dan

geladak FPSO seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Detail Drawing Scantling Module Support (Conoco, 2002)

- Gas Processing Module

Gas processing module disangga oleh delapan struktur penyangga dengan

konfigurasi 2x4 pada bagian dasar module seperti ditunjukkan Gambar 4.2.

Module ini juga memiliki cerobong yang berbentuk silinder untuk membantu

proses produksi dengan elevasi yang cukup tinggi. Ada tiga buah cerobong

dengan masing-masing ketinggian adalah 38m, 50m, 53m. Cerobong berbentuk

silinder dengan diameter luar OD 7.5m.

4.1.2. Data Mooring

Sistem tambat FPSO Belanak digunakan sistem tambat spread mooring dengan

jumlah mooring line sebanyak 14. Masing – masing 4-4 at stern dan 3-3 at bow.

Dengan spesifikasi mooring sebagai berikut:

Type : 14 Suction Piled Anchor Chains

Size : 132 mm (5”) VGW R3 Chain

Total Installed Length : 10,750 m

Max Chain Line pull : 358 Te (398 Te 2 stall)

46

Fairlead to Chain Burial : 639 to 755 m

4.1.3. Data Lingkungan

FPSO Belanak ditempatkan di blok Natuna dengan kedalaman perairan sebesar

90m. Adapun data gelombang return period untuk 1tahun, 10tahun, dan 100tahun

seperti ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Data Gelombang Return Period (Conoco, 2002)

Dari Tabel 4.2 dapat diketahui bahwa besarnya Hs dan Tp cenderung naik dari

kondisi 1tahunan sampai 100tahunan.

Data intensitas kejadian angin pada daerah Natuna selama kurun waktu sepuluh

tahun, yaitu tahun 2006-2007 seperti ditunjukkan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Intensitas Kejadian Angin Tahun 2006 & 2007 (Wahyudi, 2009)

Kecepatan angin paling dominan adalah adalah dengan kecepatan calm atau

tenang sebesar 55.62%. Dari 8 arah mata angin, intensitas paling besar adalah dari

arah utara sebesar 13.70%. Sedangkan intensitas terkecil adalah arah angin dari

barat laut sebesar 0.96%.

Data gelombang metocean untuk wilayah Natuna adalah seperti ditunjukkan pada

Tabel 4.4.

Deskripsi

GelombangHs ( m) Tp (s)

1tahunan 2.9 9.1

10tahunan 4.1 10.3

100tahunan 5.3 11.1

CALM 1 - 3 4 - 6 7 - 9 10 - 12 13 - 15 >16

406 0 0 0 0 0 0 406 55.62%

N 0 0 8 30 37 20 5 100 13.70%

NW 0 0 1 5 1 0 0 7 0.96%

W 0 1 7 15 5 0 0 28 3.84%

SW 0 3 2 13 7 2 0 27 3.70%

S 0 0 7 26 19 3 1 56 7.67%

SE 0 0 3 10 3 0 0 16 2.19%

E 0 1 13 14 1 0 0 29 3.97%

NE 0 0 20 31 6 4 0 61 8.36%

406 5 61 144 79 29 6 730 100%

JumlahKECEPATAN ANGIN (knots) (nominal)

ARAH Persntase

47

Tabel 4.4 Data Gelombang Metocean (Wahyudi, 2009)

Dari data gelombang metocean dapat diketahui bahwa gelombang dengan Hmax

kecil mempunyai jumlah kejadian yang lebih sering dibandingkan dengan

gelombang dengan Hmax besar.

4.1.4. Data Gerakan FPSO

Data gerakan FPSO yang diketahui adalah data percepatan FPSO tanpa mooring

(free floating) pada kondisi badai. Pada kondisi badai, FPSO akan mendapatkan

pengaruh beban yang paling besar (maximum):

Tabel 4.5 Data Percepatan Gerakan FPSO pada Kondisi Badai (Conoco, 2002)

Percepatan gerakan FPSO pada kondisi badai yang terbesar adalah moda gerakan

roll sebesar 3.023 m/s2. Moda gerakan paling kecil terdapat pada gerakan yaw

sebesar 0.913 rad/s2.

Wave

ClassH max Th max

Surface

Current

Mid-Depth

Current

Near Bottom

Current

Number of

Cycles

(m) (s) (m/s) (m/s) (m/s)

1 0.50 5.25 0.5 0.3 0.3 93,350,538

2 1.00 6.25 0.5 0.3 0.3 71,519,354

3 1.50 7.37 0.5 0.3 0.3 31,774,805

4 2.00 8.64 0.5 0.3 0.3 13,717,908

5 2.50 9.57 0.6 0.4 0.4 6,707,238

6 3.00 10.18 0.6 0.4 0.4 3,461,658

7 4.00 10.79 0.6 0.4 0.4 2,802,540

8 5.00 11.31 0.6 0.4 0.4 772,997

9 6.00 11.69 0.7 0.5 0.5 197,245

10 7.00 11.97 0.7 0.5 0.5 45,165

11 8.00 12.23 0.7 0.5 0.5 9,160

12 9.00 12.47 0.7 0.5 0.5 1,643

13 10.25 12.67 0.8 0.6 0.6 281

Derajad Kebebasan

Max. Surge Acc 0.656 m/s2

Max. Sway Acc 2.180 m/s2

Max. Heave Acc 1.054 m/s2

Roll Acc 3.023 rad/s2

Pitch Acc 0.679 rad/s2

Yaw Acc 0.193 rad/s2

Percepatan

48

4.1.5. Data Material

Material yang digunakan adalah material rolled profile dengan properti seperti

ditunjukkan pada Tabel 4.6.

Tabel 4.6 Data Material Properties (Conoco, 2002)

Material Type 4

Steel Grade A36

Thickness Range (mm) <51

Minimum Yield Stress (N/mm2) 250

Minimum UTS (N/mm2) 400

Modulus Young (E) (N/mm2) 210,000

Shear Modulus (G) (N/mm2) 80,000

Poison’s Ratio (υ) 0.3

Density (ρ) (kg/m3) 7,850

Coef of Thermal Expansion (α) (/Co) 12 x 10-6

Material properties yang digunakan pada pemodelan lokal, diperlukan untuk

mengetahui perilaku material terhadap beban yang bekerja.

4.2. PEMODELAN

Pemodelan dilakukan dengan bantuan beberapa software, diantaranya adalah

AutoCAD, Maxurf, MOSES, dan ANSYS.

4.2.1. Pemodelan Menggunakan CAD

Untuk memudahkan pemodelan FPSO digambarkan dengan bantuan software

ACAD seperti disajikan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pemodelan Lines Plan FPSO Belanak dengan AutoCAD

49

Untuk FPSO, yang dimodelkan adalah lines plan. Hal ini dilakukan untuk

mempermudah dalam penentuan koordinat, pengukuran dimensi dan lain-lain.

Pemodelan dengan AutoCAD juga mempermudah untuk memahami bentuk dari

struktur secara visual.

4.2.2. Pemodelan Menggunakan Maxsurf

Pemodelan dengan Maxsurf, memodelkan struktur FPSO secara lebih detail dan

spesifik. Dimensi-dimensi utama yang didapat dari gambar lines plan pada

AutoCAD di-generate ke dalam Maxsurf. Kemudian pada Maxsurf, didetailkan

section, buttock, serta waterline dari FPSO Belanak. Serta, dimensi FPSO Belanak

untuk tiap section di masukkan, karena dimensi-dimensi per-section tersebut yang

akan dikonversi ke software MOSES seperti disajikan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Pemodelan FPSO Belanak dengan Maxsurf

Pada Gambar 4.4 FPSO dimodelkan tampak depan, samping, atas, dan tampak

isometric.

4.2.3. Pemodelan Menggunakan MOSES

Selanjutnya FPSO Belanak dimodelkan dengan software MOSES (Multi

Operational Structural Engineering Simulator). Koordinat struktur dari FPSO

Belanak diambil dari Maxsurf. Untuk pemodelan dan perhitungan hidrostatis,

dilakukan dengan MOSES 7.0 seperti pada Gambar 4.5, sedangkan untuk

perhitungan hidrodinamis, digunakan MOSES 6.0. Hasil pemodelan dari MOSES

7.0 ditunjukkan pada Gambar 4.6.

50

Gambar 4.5 Pemodelan FPSO dengan MOSES Tampak Depan, Samping, dan Atas

Pemodelan FPSO dilakukan pada MOSES dengan memasukkan dimensi utama

dari data yang ada, dengan memasukkan koordinat yang telah didapatkan

sebelumnya dari Maxurf. Selanjutnya pemodelan hidrodinamis FPSO, dilakukan

pemodelan dengan mooring line agar mendekati keadaan sebenarnya yaitu pada

saat FPSO mengalami kondisi ekstrem (badai).

Gambar 4.6 Pemodelan FPSO dengan MOSES dengan Mooring

4.2.4. Pemodelan Menggunakan ANSYS

Pemodelan dengan menggunakan ANSYS 11.0 seperti ditunjukkan pada Gambar

4.7 pada struktur penyangga module, geladak FPSO serta struktur penguat di

51

bawah geladak yaitu stiffener dan bracket. Jenis pemodelan dan perhitungan yang

akan dilakukan adalah jenis structural.

Pada pemodelan ANSYS material properties yang digunakan adalah SHELL93

dengan pertimbangan jenis material ini memiliki 6 DoF. Selain itu jenis material

ini juga lebih ringan pada saat dilakukan running model.

Gambar 4.7 Model Module Support dengan Geladak FPSO

Untuk penentuan ukuran meshing dalam pemodelan ANSYS, terlebih dahulu

dilakukan mesh sensitivity analysis. Ukuran meshing divariasikan hingga

didapatkan nilai respon struktur cenderung konstan. Sedangkan nilai beban

sebagai input adalah nilai yang tetap. Hasil dari mesh sensitivity analysis dapat

dilihat pada Tabel 4.7 dan Gambar 4.8.

Pada Tabel 4.7 dan Gambar 4.8 dapat diketahui bahwa jumlah node 9704 nilai

tegangan maksimal adalah 1.67 MPa, kemudian jumlah node diperbanyak dari

9722 sampai dengan 9944. Nilai tegangan maksimum yang terjadi masih belum

konstan, sehingga perlu jumlah node ditambahkan kembali. Pada jumlah node

24237, nilai tegangan maksimum yang terjadi cenderung konstan pada nilai 1.8

MPa.

1

X

Y

Z

MODULE_SUPPORT

JUL 4 2010

03:42:56

ELEMENTS

52

Tabel 4.7 MSA

Gambar 4.8 Grafik MSA

Langkah selanjutnya setelah meshing model adalah penentuan syarat batas. Pada

pemodelan ini, syarat batas dipilih on line dengan pertimbangan geladak tidak

mengalami deformasi pada 6 moda gerakan. Penentuan syarat dapat dilihat pada

Gambar 4.9.

Setelah penentuan syarat batas, maka dilakukan input pembebanan pada model.

Nilai input yang dimasukkan adalah dari hasil perhitungan beban gelombang,

angin, dan beban operasional. Input dimasukkan per node, artinya nilai yang kita

dapatkan dari hasil perhitungan dibagi dengan jumlah node di mana beban

tersebut bekerja.

Jumlah node

9704 1.67 MPa

9722 1.65 MPa

9944 1.84 MPa

10056 1.8 MPa

12568 1.72 MPa

13134 1.78 MPa

16282 1.8 MPa

24237 1.81 MPa

σmax

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1.7

1.9

2.1

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

σm

ax (

MP

a)

Jumlah Node

Mesh Sensitivity Analysis

53

Gambar 4.9 Penentuan Syarat Batas

4.3. PERHITUNGAN

Perhitungan yang akan dilakukan adalah perhitungan beban yang akan

mengakibatkan keruntuhan pada scantling support structure gas processing

module. Beban-beban yang ditinjau adalah beban gelombang, beban angin, dan

beban operasional gas processing module.

4.3.1. Perhitungan Beban Gelombang (LTWA)

Dalam perhitungan beban gelombang, gelombang yang digunakan adalah

gelombang return period untuk 1tahunan, 10tahunan dan 100tahunan. Periode

ulang gelombang atau gelombang return period dapat dicari dengan analisis

gelombang kurun waktu panjang [LTWA (long-term wave analysis)]. LTWA

adalah analisis yang dilakukan terhadap kumpulan data-data gelombang yang

telah diperoleh dalam kurun waktu tahunan (minimal 1tahun). Distribusi

gelombang dalam kurun waktu panjang dapat didekati dengan distribusi kontinyu

dari Weibull pada Persamaan 2.1. Sedangkan Hs dari Hmax digunakan Persamaan

2.2.

Untuk perhitungan P(HS), jumlah gelombang total yang terjadi sebesar

224.360.532 kali ditambahkan dengan 0,5kali kejadian gelombang. Nilai 0,5

1

X

Y

Z

MODULE_SUPPORT

JUL 9 2010

13:04:27

AREAS

TYPE NUM

U

ROT

54

jumlah gelombang adalah untuk mengantisipasi ketaktentuan karena kemungkinan

adanya gelombang dengan intensitas di atas Hmax terbesar dari data yang ada. Nilai

P(HS) didapat dari pembagian antara kumulatif dari kejadian gelombang dibagi

dengan jumlah total kejadian gelombang.

Hasil yang didapat dari perhitungan untuk mencari nilai dari semua P(Hs), ln(H-

a), dan ln[ln(1- P(Hs))-1

] seperti ditunjukkan pada Tabel 4.8

Tabel 4.8 Distribusi Gelombang

Dari tabulasi perhitungan jumlah gelombang dapat diketahui bahwa jumlah

kejadian gelombang sebanyak 224,360,532.5 kali. Gelombang dengan nilai Hmax

kecil lebih sering muncul dari pada gelombang dengan Hmax besar.

Dari hasil Tabel 4.8 di atas, didapat grafik distribusi seperti ditunjukkan pada

Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Weibull Distribution

Dari grafik di atas, didapat persamaan trend line yang diperkirakan sesuai dengan

sebaran data, yaitu:

H max HS Number of Cycles Cumulative P(HS) ln(HS-a) ln[ln(1-P(HS))-1]

(m) (m) Σ

1 0.5 0.268817204 93350538 93350538 0.416073794 -1.313723668 -0.61993266

2 1 0.537634409 71519354 164869892 0.734843558 -0.620576488 0.28324872

3 1.5 0.806451613 31774805 196644697 0.87646742 -0.21511138 0.73776214

4 2 1.075268817 13717908 210362605 0.937609671 0.072570693 1.020414682

5 2.5 1.344086022 6707238 217069843 0.967504581 0.295714244 1.231584904

6 3 1.612903226 3461658 220531501 0.982933578 0.478035801 1.40380082

7 4 2.150537634 2802540 223334041 0.995424813 0.765717873 1.684008618

8 5 2.688172043 772997 224107038 0.998870147 0.988861425 1.914812657

9 6 3.225806452 197245 224304283 0.99974929 1.171182982 2.115196208

10 7 3.76344086 45165 224349448 0.999950595 1.325333661 2.294095339

11 8 4.301075269 9160 224358608 0.999991422 1.458865054 2.456708061

12 9 4.838709677 1643 224360251 0.999998745 1.57664809 2.609233589

13 10.25 5.510752688 281 224360532 0.999999998 1.706701218 2.991820231

Σ= 224360532.5

Wave Class

55

8956,0102,1 xy (4.1)

Persamaan trend line tersebut digunakan untuk mencari nilai ln(H-a) pada saat

mencari periode ulang gelombang. Nilai P(Hs) dihitung dengan memasukan

durasi terjadinya badai yang menyebabkan timbulnya gelombang. Durasi

terjadinya badai yang menyebabkan timbulnya gelombang diasumsikan kurang

lebih 3jam. Jadi peluang terjadinya gelombang ekstrem kurun waktu panjang atau

PLT(H) adalah sama artinya dengan menghitung peluang terjadinya semua

gelombang yang mempunyai intensitas lebih kecil dari gelombang ekstrem

tersebut. Hal ini dilakukan dengan mengurangi peluang pasti terjadi, yaitu 1.0,

dengan harga perbandingan antara durasi badai Tbadai dan kurun waktu panjang

TLT terhadap H, seperti dalam Persamaan 4.2.

)(24)(365)(

)(1)(

jamharitahunT

jamTHHPHP

LT

badaiLTLT

(4.2)

Contoh perhitungan untuk mengetahui peluang terjadinya gelombang 100tahunan

P100(H), adalah:

58996999.024365100

31)( 100100

HHPHP

533.299999658.01

1lnln

)(1

1lnln

HP

Jika P(HS) sudah didapat, maka dengan persamaan 4.1, didapat nilai ln(H-a). Nilai

HS diperoleh dengan meng-inverse nilai dari ln(H-a). Hasil perhitungan dapat

dilihat pada Tabel 4.9.

Tabel 4.9 Perhitungan Periode Ulang

Dari hasil perhtiungan periode ulang gelombang didapatkan nilai Hs untuk

1tahunan, 10 tahunan, dan 100 tahunan. Nilai Hs semakin naik dari 1tahunan

sampai 100tahunan.

Return Period P(HS) ln[ln(1-P(Hs))-1] ln(Hs-a) HS

year(s) (m)

1 0.999658 2.076855563 1.074414148 2.93

10 0.999966 2.330387401 1.304897637 3.69

100 0.999997 2.532466620 1.488606018 4.43

56

Hasil perhitungan beban gelombang kemudian dibandingkan dengan nilai periode

ulang yang sudah ada sebelumnya, yaitu dari data Conoco Philips dan kajian

Tugas Akhir sebelumnya. Nilai periode ulang dapat ditunjukkan seperti pada

Tabel 4.10 dan Tabel 4.11.

Tabel 4.10 Periode Ulang (Conoco, 2002)

Tabel 4.11 Periode Ulang (Wahyudi, 2009)

Gambar 4.11 Perbandingan Peridoe Ulang

Hasil perhitungan dan data yang ada sebelumnya kemudian dibandingkan, dan

apabila diplot pada grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.11 dapat dilihat

bahwa terjadi selisih antara data periode ulang Conoco Philips dengan

perhitungan dan kajian Tugas Akhir sebelumnya. Untuk kajian Tugas Akhir ini,

data periode ulang gelombang yang digunakan untuk analisa selanjutnya

Return Period Hs Tp

year(s) (m) (s)

1 2.9 9.1

10 4.1 10.3

100 5.3 11.1

Return Period Hs

year(s) (m)

1 2.919

10 3.674

100 4.413

57

digunakan data periode ulang dari Conoco Philips. Dengan tujuan kesesuaian data

di mana struktur tersebut dioperasikan.

4.3.2. Perhitungan Motion FPSO

Perhitungan beban gelombang dilakukan untuk mendapatkan, single amplitude

accelerations, wave drift force, dan Response Amplitude Operator (RAO) motion

dari FPSO untuk lima arah heading gelombang, yaitu arah 0o, 45

o, 90

o, 135

o dan

180o dalam gerak surge, heave, sway, roll, pitch dan yaw. Perhitungan dilakukan

pada kondisi Vessel Draft Light yaitu dengan draft 16m, dengan software MOSES

6.0. Kondisi gelombang yang digunakan adalah gelombang 100tahunan.

Untuk meyakinkan bahwa pemodelan yang kita lakukan sudah benar maka

dilakukan validasi beberapa parameter seperti pada Tabel 4.12.

Tabel 4.12 Validasi

Dari hasil validasi pemodelan dapat diketahui bahwa pemodelan sudah valid, hal

ini dapat dilihat dengan membandingkan nilai tiap parameter dari hasil pemodelan

sofware Maxurf dan MOSES dengan data asli dari Conoco Philips tidak ada

selisih yang besar.

Input data untuk perhitungan dengan MOSES 6.0. adalah:

- KG (keel to gravity)

- Jari-jari girasi

- kedalaman perairan di lokasi FPSO beroperasi

- tipe spektrum gelombang yang digunakan, yaitu spektrum JONSWAP

- arah datang gelombang (heading)

- tinggi gelombang

Parameter unit Conoco Phillips Maxsurf MOSES max-dat mos-dat

T m 16.2 16.2 16.2 0.000 0.000

KG m 12.96 12.96 12.96 0.000 0.000

Displacement ton 247000 246970.64 246247.39 0.012 0.305

VCB m 8.185 8.193 8.22 0.098 0.428

LCB m 142.499 142.585 142.57 0.060 0.050

LCF m 142.53 142.542 142.52 0.008 0.007

KMT m 25.581 25.543 25.63 0.149 0.192

KML m 386.395 385.211 387.89 0.306 0.387

Validasi % error

58

- periode gelombang

- kecepatan arus

Command input file dan output pada MOSES dapat dilihat pada Lampiran B dan

Lampiran C di bagian belakang laporan Tugas Akhir ini.

Hasil dari perhitungan maximum single amplitude accelerations dengan MOSES

6.0. disajikan pada Tabel 4.13

Tabel 4.13 Output Maximum Single Amplitude Accelerations w/ mooring

Percepatan maksimum FPSO dengan mooring terjadi pada gerakan rotasional roll

yaitu sebesar 2.782 rad/s2 dengan arah datang gelombang 90º. Sedangkan pada

gerakan translasi, percepatan terbesar pada gerakan heave sebesar 1.230 m/s2

dengan arah datang gelombang 90º.

Perbandingan data percepatan free floating dari Conoco Philips serta kajian Tugas

Akhir sebelumnya dalam Wahyudi (2009) dengan perhitungan di mana percepatan

pada kondisi mooringed disajikan dalam Tabel 4.14.

Tabel 4.14 Perbandingan Percepatan FPSO

Dapat diketahui nilai percepatan FPSO dengan mooring cenderung lebih kecil dari

pada kondisi FPSO free floating hampir pada setiap moda gerakan.

Surge Sway Heave Roll Pitch Yaw

0 0.216 0.000 0.232 0.000 0.430 0.000

45 0.257 0.250 0.431 0.596 0.572 0.271

90 0.000 0.779 1.230 2.455 0.005 0.002

135 0.257 0.249 0.426 0.597 0.575 0.271

180 0.215 0.000 0.231 0.000 0.430 0.000

Single Amplitude AccelerationHeading

59

Percepatan hasil perhitungan MOSES 6.0. di atas akan dijadikan input pada

ANSYS 11.0. sebagai inertia load.

Response Amplitude Operator (RAO) hasil dari MOSES 6.0. untuk gerakan

surge, sway, heave, roll, pitch dan yaw dapat dilihat pada Gambar 4.12 s/d

Gambar 4.17. Pada software MOSES, output yang dihasilkan sudah dalam bentuk

gerakan couple dari bangunan apung. Jadi RAO output sudah dalam bentuk

gerakan couple.

Gambar 4.12 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Surge

Gerakan surge cenderung besar untuk heading arah head seas (μ = 0°) dan

following seas (μ = 180°).Untuk atau quartering seas (μ = 45° dan 135°) nilai

amplitude respon menurun dibandingkan arah head seas. Sedangkan untuk arah

beam seas (μ = 90°) gerakan surge sangat kecil bahkan tidak terjadi sama sekali.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5

RA

O

frekwensi (ω)

RAO Surge

0 deg

45 deg

90 deg

135 deg

180 deg

60

Gambar 4.13 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Sway

Gerakan sway besar untuk heading arah beam seas. Sedangkan untuk arah

quartering seas gerakan sway juga terjadi namun tidak sebesar heading arah beam

seas. Dan gerakan sway hampir tidak terjadi untuk arah 0° dan 180°.

Gambar 4.14 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Heave

Gerakan heave cenderung tinggi untuk semua arah heading, pembebanan beam

seas mengakibatkan heave paling tinggi.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

RA

O

frekwensi (ω)

RAO Sway

0 deg

45 deg

90 deg

135 deg

180 deg

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

RA

O

frekwensi (ω)

RAO Heave

0 deg

45 deg

90 deg

135 deg

180 deg

61

Gambar 4.15 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Roll

Gerakan roll besar untuk heading arah beam seas 90º. Sedangkan untuk arah

quartering seas gerakan roll juga terjadi namun tidak sebesar heading arah beam

seas. Dan gerakan roll hampir tidak terjadi untuk arah 0° dan 180°.

Gambar 4.16 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Pitch

Gerakan picth cenderung besar untuk heading arah head seas (μ = 0°) dan

following seas (μ = 180°). Untuk atau quartering seas (μ = 45° dan 135°) nilai

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5

RA

O

frekwensi (ω)

RAO Roll

0 deg

45 deg

90 deg

135 deg

180 deg

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

RA

O

frekwensi (ω)

RAO Pitch

0 deg

45 deg

90 deg

135 deg

180 deg

62

amplitude respon menurun dibandingkan arah head seas. Sedangkan untuk arah

beam seas (μ = 90°) gerakan pitch sangat kecil bahkan tidak terjadi sama sekali.

Gambar 4.17 Grafik RAO Motion FPSO Belanak Yaw

Gerakan yaw besar untuk heading arah quartening seas 45º dan 135º. Dan yaw

sway hampir tidak terjadi untuk arah datang gelombang lainnya.

4.3.3. Perhitungan Gaya Inersia

FPSO yang terkena beban gelombang akan mengalami percepatan pada setiap

gerakannya. Fasilitas module yang terdapat di atas FPSO juga mengalami

percepatan akibat gerakan FPSO, maka sesuai hukum Newton benda yang

mengalami percepatan memiliki gaya. FPSO mengalami gerak translasi dan rotasi

akibat beban gelombang. Untuk gerakan translasi, gaya inersia didapatkan dengan

persamaan 2.3.

F = m x a (2.3)

Dengan m adalah massa module yaitu 2361 MT. Contoh perhitungan untuk

percepatan pada gerakan surge:

F = 2361 MT x 0.254 m/s2

= 599.694 KN

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.5 1 1.5 2 2.5

RA

O

frekwensi (ω)

RAO Yaw

0 deg

45 deg

90 deg

135 deg

180 deg

63

Untuk gerakan heave ada pengaruh dari gravitasi, maka gaya pada gerakan ini

didapatkan dengan menambahkan faktor gravitasi tersebut.

F = m (a+g) (4.3)

= 2361 MT (1.23 m/s2 + 9.81 m/s

2)

= 26065.44 KN

Maka didapatkan gaya untuk tiap gerakan translasi seperti ditunjukkan pada Tabel

4.15.

Tabel 4.15 Gaya Inersia Akibat Gerakan Translasi

Gaya inersia terbesar untuk gerakan translasi adalah untuk moda gerak heave

sebesar 26,065.44 KN, sedangkan gaya inersia terkecil terdapat pada moda gerak

surge sebesar 599.69 KN.

Sedangkan untuk gerakan rotasional, gaya inersia didapatkan dengan persamaan:

I = mr2 (4.4)

dengan,

I = Gaya Inersia (MT.m2)

m = Massa Module (MT)

r = Jari-jari girasi (m)

F = Iα (4.5)

dengan,

F = Momen Gaya (KN.m.rad)

I = Gaya Inersia (MT.m2)

r = Jari – jari girasi (m)

Jari-jari girasi r pada momen inersia digunakan untuk mentransformasi gerakan

rotasional FPSO terhadap module, r adalah jarak COG FPSO terhadap titik berat

module.

DoF

Surge 606.78 kN

Sway 1,839.22 kN

Heave 26,065.44 kN

Inertia Force

64

Gambar 4.18 digunakan untuk menentukan harga jari-jari girasi pada tiap moda

gerakan rotasional. Dengan mengetahui posisi COG dari FPSO dan COG module,

maka dapat ditentukan transformasi gaya dari COG FPSO ke COG module.

Dari Gambar 4.18, diketahui:

LCG = 142.5 m

VCG = 12.96 m

massa module = 2361 MT

x = 22.5 m

y = 16 m

z = 18.04 m

r roll = 24.61 m

r pitch = 29.26 m

r yaw = 27.61 m

Gambar 4.18 Posisi Module dari COG FPSO

z

Tampak Depan Tampak Atas

Tampak Samping

y

z r roll

r yaw

x

y

x

r pitch

CL

CL

65

Dengan menggunakan Persamaan 4.6 dan Persamaan 4.7, contoh perhitungan

untuk percepatan pada gerakan roll:

Gaya inersia I = mr2

= (2361/8) MT x 24.612

= 171,597.95 MT.m2

Momen Gaya F = Iα

= 171,597.95 MT.m2 x 2.782 rad/s

2

= 421,272.97 KN.m.rad

Maka nilai beban inersia untuk gerakan rotasional seperti pada Tabel 4.16.

Tabel 4.16 Gaya Inersia Akibat Gerakan Rotasional

Momen gaya terbesar untuk gerakan rotasional adalah untuk moda gerak roll

sebesar 3,979,091.86 KN.m.rad, sedangkan momen gaya terkecil terdapat pada

moda gerak yaw sebesar 601,090.53 KN.m.rad.

Pada pemodelan hidrodinamis dengan bantuan software MOSES selain dapat

dicari percepatan pada COG FPSO juga dapat dicari percepatan relatif dari COG

FPSO tersebut. Apabila dibandingkan antara hasil perhitungan percepatan pada

COG FPSO dan COG module didapatkan hasil dan selisih seperti pada Tabel

4.17.

Tabel 4.17 Perbandingan Perhitungan COG FPSO dan COG module

Dari hasil perhitungan antara COG FPSO dan COG module terdapat selisih antara

1% sampai dengan 9% pada gerakan rotasional.

DoF

Roll 171,597.95 MT.m2421,272.97 kN.m.rad

Pitch 245,452.98 MT.m2141,135.47 kN.m.rad

Yaw 224,959.03 MT.m260,963.90 kN.m.rad

Momen of ForceInertia Force

DoF cog fpso cog module % selisih

surge 606.78 547.75 9.73%

sway 1,839.22 1,690.48 8.09%

heave 26,065.44 26,379.45 1.20%

Inertia Force in Translasional Motion (kN)

66

Gambar 4.19 Konfigurasi Struktur Penyangga

Gas processing module FPSO Belanak memiliki 8 buah struktur penyangga

dengan konfigurasi seperti pada Gambar 4.19. Jarak stuktur penyangga paling

dekat dengan centre line FPSO adalah 5 m. Sedangkan ukuran dari gas processing

module sendiri adalah 22 x 30 m. Struktur penyangga terdapat pada frame 30 dan

33 dari FPSO.

Dengan jarak titik massa antara COG FPSO dengan titik massa tiap struktur

penyangga berbeda satu sama lain. Antara leg 1 sampai dengan leg 8 akan

mempunyai reaksi yang berbeda dalam menerima beban akibat gerakan FPSO itu

sendiri. Oleh karena itu dilakukan perhitungan respon beban pada tiap kaki untuk

mengetahui sturktur penyangga yang menerima beban paling kritis.

Tabel 4.18 Beban Pada Sturktur Penyangga

Gaya Aksial (kN)

Fz Fx Fy Mx My F resultan M resultan

leg1 21200.75 5421.57 21200.75 53001.87 13553.94 31840.33 54707.47

leg2 19045.12 5157.39 19045.12 47612.79 12893.47 28988.62 49327.68

leg3 15734.20 4710.30 15734.20 39335.50 11775.74 24644.24 41060.32

leg4 14810.96 4569.00 14810.96 37027.39 11422.50 23445.76 38749.21

leg5 21736.54 7101.60 21736.54 54341.34 17754.00 33348.01 57168.05

leg6 19649.86 6906.37 19649.86 49124.64 17265.92 30573.69 52070.55

leg7 16496.24 6616.57 16496.24 41240.60 16496.24 26397.88 44417.48

leg8 15636.78 6539.06 15636.78 39091.94 16347.65 25264.58 42372.46

Gaya Geser (kN) Momen Geser (kN.m) Resultan

67

Perhitungan nilai beban yang bekerja pada tiap struktur penyangga terdapat pada

Tabel 4.18. Perhitungan digunakan dengan bantuan software MOSES untuk

mendapatkan percepatan yang terjadi pada tiap struktur penyangga. Dari hasil

perhitungan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa struktur penyangga yang

menerima beban paling besar adalah pada leg 5 seperti pada Gambar 4.20.

Gambar 4.20 Beban Pada Sturktur Penyangga

Pada Gambar 4.20 diketahui nilai beban yang bekerja pada tiap struktur

penyangga akibat rotational motion dari FPSO. Respon akibat gerakan roll

memiliki pengaruh paling besar dari pada respon gerakan rotasional lainnya. Leg

5 memiliki respon paling besar dikarenakan memiliki jarak dari COG FPSO lebih

jauh dari pada leg yang lainnya. Pada respon gerakan translasi pada tiap struktur

penyangga mempunyai percepatan yang sama, sehingga respon beban juga

memiliki nilai yang identik.

Dikarenakan struktur penyangga pada leg 5 mempunyai respon beban paling kritis

diantara struktur penyangga yang lain maka analisa dilakukan pada struktur

penyangga terkritis tersebut. Dengan asumsi apabila struktur penyangga terkritis

sudah aman dari beban yang bekerja, maka struktur penyangga lainnya diangga

aman dari beban.

0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

leg1 leg2 leg3 leg4 leg5 leg6 leg7 leg8

Res

po

n B

eban

F resultan

M resultan

68

4.3.4. Perhitungan Beban Angin

Untuk mengetahui beban angin yang bekerja pada struktur penyangga module,

maka dilakukan perhitungan kecepatan angin, gaya angin, dan momen angin.

4.3.4.1. Kecepatan Angin

Data kecepatan angin yang diketahui yaitu data kecepatan angin awal (Vo) dari

16mata angin pada ketinggian 10m di wilayah Natuna untuk kondisi operasi dan

kondisi badai, yaitu kecepatan angin 1 tahunan dan 10 tahunan untuk kondisi

operasi, dan 100 tahunan untuk kondisi badai, serta intensitas kecepatan angin

selama sepuluh tahun untuk 8 mata angin pada elevasi 2 m.

Tabel 4.19 Intensitas Kejadian Angin 2 Tahun

Dari Tabel 4.19 di atas, didapatkan kecepatan angin rata-ratanya yaitu 2.15 m/s.

Angin dominan berhembus dari arah N dengan presentase sebesar 13.70%. Data

angin tersebut dapat digambarkan pada diagram mawar angin atau wind rose

seperti pada Gambar 4.21

Dari wind rose dapat diketahui bahwa arah angin dominan dari arah utara. Dan

apabila kita lihat posisi FPSO sebenarnya seperti ditunjukkan pada Gambar 4.22,

maka arah datangnya angin berada pada arah 45o FPSO.

CALM 1 - 3 4 - 6 7 - 9 10 - 12 13 - 15 >16

406 0 0 0 0 0 0 406 55.62%

N 0 0 8 30 37 20 5 100 13.70%

NW 0 0 1 5 1 0 0 7 0.96%

W 0 1 7 15 5 0 0 28 3.84%

SW 0 3 2 13 7 2 0 27 3.70%

S 0 0 7 26 19 3 1 56 7.67%

SE 0 0 3 10 3 0 0 16 2.19%

E 0 1 13 14 1 0 0 29 3.97%

NE 0 0 20 31 6 4 0 61 8.36%

406 5 61 144 79 29 6 730 100%

JumlahKECEPATAN ANGIN (knots) (nominal)

ARAH Persntase

69

Gambar 4.21 Wind Rose Perairan Natuna

Gambar 4.22 Posisi FPSO Belanak Terhadap Mata Angin

70

Kecepatan angin (V) pada elevasi y dihitung dengan persamaan:

71

1010

yVV

(4.6)

Karena data kecepatan angin awal (Vo) yang diketahui ialah kecepatan angin pada

elevasi 2 m, maka kecepatan angin pada elevasi 10 m dapat diketahui dengan

persamaan:

71

10

10

hh

VV h

(4.7)

Maka untuk menghitung nilsi kecepatan angin pada elevasi 10 m digunakan

Persamaan 4.9.

71

102

15.210V

V10 = 2.70 m/s

Kecepatan angin yang akan dicari adalah, kecepatan angin pada elevasi 38 m, 50

m, dan 53 m dari geladak pada kondisi Vessel Draft Light yaitu dengan draft 16.2

m dan freeboard 9.8 m.

Dengan menggunakan Persamaan 4.8, contoh perhitungan V pada elevasi 28.8 m

dari SWL:

smV

V

14.388.270.2

10

8.2870.2

71

71

Hasil yang didapat dari perhitungan kecepatan angin pada elevasi y seperti pada

Tabel 4.20

Tabel 4.20 Kecepatan Angin pada Tiap Elevasi

Nilai kecepatan angin berbanding lurus dengan ketinggian, semakin tinggi elevasi

maka kecepatan angin juga semakin besar. Dari hasil perhitungan didapatkan

28.80 34.80 36.30

3.14 3.23 3.25

velocity

Velocity on elevation (m/s)

Height (m)

71

kecepatan angin terbesar didapatkan pada cerobong dengan elevasi tertinggi.

Besarnya kecepatan angin pada elevasi 36.30 m adalah 3.25 m/s.

4.3.4.2. Gaya Angin

Setelah didapat kecepatan angin untuk semua arah untuk ketinggian yang

ditentukan, kemudian dilakukan perhitungan gaya angin. Perhitungan dilakukan

pada cerobong module dengan pertimbangan struktur tersebut memiliki ketinggian

lebih di mana menyebabkan gaya angin menjadi besar. Selain dilakukan

perhitungan pada cerobong, juga dilakukan perhitungan pada frame module yang

terdapat equipment di dalamnya. Perhitungan beban angin mengacu pada DnV-

RP-C205 dan ABS MODU.

1. Beban Angin Pada Cerobong Silinder (DnV, 2007)

Pada gass processing module terdapat tiga buah cerobong dengan ketinggian

masing-masing 38m, 50m, 53m. Perhitungan beban angin menggunakan

Persamaan 2.7

sinSqCFw (2.7)

dengan:

Fw = gaya angin (N)

C = koefisien bentuk

q = tekanan angin (kg/m2.s

2)

S = area yang terkena angin (m2)

α = sudut antara arah angin dengan sumbu aksial dari member. (deg)

Untuk mendapatkan tekanan angin q, digunakan Persamaan 2.9:

2

,2

1zTaUq (2.9)

Dengan menggunakan Persamaan 2.9, contoh perhitungan untuk nilai tekanan

angin q pada elevasi 28.8 m:

q = ½ x 1.226 kg/m3 x 3.14

2 m/s

2

= 6.06 kg/m2.s

2

Maka, nilai q pada tiap elevasi disajikan pada Tabel 4.21.

72

Tabel 4.21 Nilai q Pada Tiap Elevasi

Nilai tekanan angin “q” berbanding lurus dengan ketinggian, semakin tinggi

elevasi maka tekanan angin “q” juga semakin besar. Dari hasil perhitungan

didapatkan tekanan angin “q” terbesar didapatkan pada cerobong dengan elevasi

tertinggi. Besarnya tekanan angin pada elevasi 36.30 m adalah 6.47 kg/m2.s

2.

Untuk mendapatkan nilai koefisien bentuk, terlebih daahulu dilakukan

perhitungan nilai Reynold Number Re dengan Persamaan 2.8.

a

zT

e

DUR

,

(2.11)

Dengan:

D = diameter (m)

UTz = kecepatan angin (m/s)

va = viskositas kinematis udara (1.55 x 10-5

pada suhu 25o C)

Dengan menggunakan Persamaan 2.11, contoh perhitungan untuk nilai Reynold

Number Re pada elevasi 36.3 m:

smx

smmRe

/1055.1

/14.35.725

= 1.57 x 106

Maka, nilai Re pada tiap elevasi dengan diameter cerobong 7.5 m seperti pada

Tabel 4.22.

Tabel 4.22 Nilai Re pada Tiap Elevasi

Nilai Re berbanding lurus dengan ketinggian, semakin tinggi elevasi maka Re

juga semakin besar. Dari hasil perhitungan didapatkan kecepatan angin terbesar

didapatkan pada cerobong dengan elevasi tertinggi. Besarnya Re pada elevasi

36.30 m adalah 1.57 x 106.

28.80 34.80 36.30

6.06 6.39 6.47

q

nilai q

Height (m)

28.80 34.80 36.30

1.52E+06 1.56E+06 1.57E+06

Height (m)Re

nilai Re

73

DnV-RP-C205 memberikan nilai koefisien bentuk efektif berdasarkan nilai

Reynold Number seperti Tabel 2.3.

Pada gas processing module, nilai kerapatan (solidity ratio) dipilih 0.75 dengan

pertimbangan pada module tersebut terdapat banyak equipment sehingga angin

masih bisa melewati module.

Setelah didapatkan nilai Re dan solidity ratio, maka didapatkan nilai koefisien

bentuk pada tiap cerobong seperti pada Tabel 4.23.

Tabel 4.23 Nilai Koefisien Bentuk Untuk Efektif Tiap Elevasi

Nilai koefisien bentuk adalah sama yaitu 1.4, karena memiliki bentuk yang sama

dan nilai Re yang sama pula.

Ada 3 buah cerobong dengan elevasi berbeda. Besarnya area yang terkena angin

untuk tiap cerobong dapat digunakan Persamaan 4.10.

S = D x L (4.8)

dengan:

S = Luas area terkena angin (m2)

D = Diameter Silinder (m)

L = Tinggi Silinder (m)

Maka besarnya area tiap silinder seperti pada Tabel 4.24.

Tabel.24 Luas Area Terkena Beban Angin

Besarnya area yang terkena angin berbanding lurus dengan ketinggian, semakin

tinggi elevasi maka besarnya area yang terkena angin juga semakin besar. Dari

hasil perhitungan didapatkan besarnya area yang terkena angin terbesar

didapatkan pada cerobong dengan elevasi tertinggi. besarnya area yang terkena

angin pada elevasi 36.30 m adalah 322.5 m2.

28.80 34.80 36.30

1.4 1.4 1.4

Ce

nilai Ce

Height (m)

28.80 34.80 36.30

210 300 322.5

S

Luasan Terkena Beban Angin (m2)

Height (m)

74

Setelah didapat area dari masing-masing silinder yang terkena angin, dapat

dilakukan perhitungan gaya angin. Dengan sudut datang angin adalah 45o, maka

besarnya gaya angin untuk tiap elevasi seperti pada Tabel 4.25.

Tabel 4.25 Besarnya Gaya Angin Untuk Tiap Elevasi

Besarnya gaya angin berbanding lurus dengan ketinggian, semakin tinggi elevasi

maka besarnya gaya angin juga semakin besar. Dari hasil perhitungan didapatkan

besarnya gaya angin terbesar didapatkan pada cerobong dengan elevasi tertinggi.

Besarnya gaya angin pada elevasi 36.30 m adalah 2065.66 N.

2. Beban Angin Pada Frame Module (DnV, 2007)

Pada module frame dipengaruhi oleh solidification effect Φ, maka untuk mencari

gaya angin digunakan Persamaan 2.8.

dengan,

Fw,sol = Gaya angin (N)

Ce = Koefisien bentuk efektif

q = tekanan angin

S = area yang terkena gaya angin (m2)

Φ = solidity ratio

α = sudut antara arah angin dengan sumbu aksial dari member. (deg)

Dimensi gas processing module, diketahui:

L module = 22 m

B module = 30 m

H module = 10 m

Pengertian dari solidification effect Φ adalah perbandingan antara luasan area

solid yang terkena beban angin dengan luasan frame searah dengan arah

datangnya angin. Untuk mendapatkan beban ekstrem maka kerapatan equipment

pada module dianggap flat, sehingga nilai solidification effect Φ adalah:

28.80 34.80 36.30

1259.01 1898.51 2065.66

wind force

wind force on elevation (N)

Height (m)

75

A module = 22 x 10 = 220 m2

A equipment = 22 x 10 = 220 m2

maka,

Φ = 220/220

= 1

Dengan memasukkan nilai Φ pada Tabel 2.3 didapatkan nilai koefisien efektif Ce,

yaitu:

Ce = 2.0

Untuk mendapatkan tekanan angin q, digunakan Persamaan 2.9:

zTaUq ,2

1

(2.9)

Ketinggian module terdapat pada elevasi 14.8 dari SWL, dengan Persamaan 4.8

maka kecepatan angin pada elevasi tersebut adalah:

smV

V

86.248.170.2

10

8.1470.2

71

71

Maka nilai tekanan angin q adalah:

q = ½ x 1.226 kg/m3 x 2.86 m/s

2

= 5.01

Besarnya area yang terkena beban angin (S) adalah:

A = 22 x 10 = 220 m2

Maka besarnya beban angin pada module, dengan Persamaan 2.8 dan sudut datang

angin 45o adalah:

Fw,sol = 2.0 x 5.61 x 220 x 1 x sin 45o

= 2124.34 N

Hembusan angin dominan dari arah NE atau bagian depan FPSO. Gas Processing

Module terletak di dekat bagian tengah FPSO, dengan kata lain angin tidak

langsung mengenai frame module tersebut. Karena frame gas processing module

berada pada dua atau lebih frame paralel satu sama lain berada dibelakang arah

76

angin, maka perlu diperhakikan nilai shielding effect. Untuk mencari beban angin

digunakan Persamaan 2.12.

Nilai shielding factor η didapatkan dari Tabel 2.4

diketahui,

Φ = 0.75

centre-centre of frame = 15 m

frame dimension = 30 m

a = 1.6 (dianggap flat untuk mendapatkan beban ekstrem)

maka,

α = 15/30 = 0.5

β = Φ x β = 0.75 x 1.6 = 1.2

jadi nilai shielding factor η adalah:

η = 0.71

Jadi nilai beban angin yang bekerja pada Gas Processing Module dengan

mempertimbangkan shielding factor adalah:

Fw,SHI = 2124.34 x 0.71

= 1508.28 N

3. Beban Angin Pada Cerobong Silinder (ABS, 2001)

Pada gass processing module terdapat tiga buah cerobong dengan ketinggian

masing-masing 38m, 50m, 53m. Freeboard FPSO adalah 12.1m, maka elevasi tiap

cerobong dari SWL secara berurutan adalah 31.1m, 37.1m, 38.6m.

F = 0.5 ρ Vk2 Ch Cs A

dengan,

ρ = berat jenis udara (1.22 kg/m3)

Vk = kecepatan angin (m/s)

Ch = height coefficient

Cs = shape coefficient

A = Luas permukaan yang terkena beban angin (m2)

77

Nilai Ch untuk tiap cerobong didapatkan dengan menggunakan Tabel 2.5. Maka

didapatkan nilai Ch untuk tiap elevasi seperti pada Tabel 4.26.

Tabel 4.26 Nilai Ch pada Tiap Elevasi

Nilai Ch pada elevasi 28.80 adalah 1.3, sedangkan pada elevasi 34.80 dan 36.30

mempunyai nilai Ch yang sama yaitu 1.37 karena terdapat dalam satu range

ketinggian yang telah ditentukan oleh ABS (2001).

Nilai Cs untuk tiap cerobong didapatkan dengan menggunakan Tabel 2.6. Maka

didapatkan nilai Cs untuk tiap elevasi seperti pada Tabel 4.26

Tabel 4.27 Nilai Cs pada Tiap Elevasi

Nilai Cs pada tiap elevasi adalah sama karena memiliki bentuk yang sejenis pada

tiap cerobong.

Luasan permukaan terkena beban angin (A) didapatkan dengan:

A = D x L (4.9)

Untuk cerobong pada elevasi 28.8, panjang cerobong silinder yang terkena angin

didapatkan dengan Persamaan 4.12.

L = Hcyl – Hmodule (4.10)

= 38 – 10

= 28 m

Jadi dengan menggunakan Persamaan 4.11 didapatkan luas permukaan terkena

beban angin (A) untuk cerobong silinder elevasi 28.8 adalah:

A = 7.5 x 28

= 210 m2

Luasan untuk tiap elevasi seperti pada Tabel 4.28.

28.80 34.80 36.30

1.3 1.37 1.37

Ch

Ch

Height (m)

28.80 34.80 36.30

0.5 0.5 0.5

Cs

Cs

Height (m)

78

Tabel 4.28 Luasan pada Tiap Elevasi

Besarnya area yang terkena angin berbanding lurus dengan ketinggian, semakin

tinggi elevasi maka besarnya area yang terkena angin juga semakin besar. Dari

hasil perhitungan didapatkan besarnya area yang terkena angin terbesar

didapatkan pada cerobong dengan elevasi tertinggi. besarnya area yang terkena

angin pada elevasi 36.30 m dari SWL adalah 322.5 m2.

Jadi beban angin untuk tiap elevasi seperti pada Tabel 4.29.

Tabel 4.29 Beban Angin pada Tiap Elevasi

Besarnya gaya angin berbanding lurus dengan ketinggian, semakin tinggi elevasi

maka besarnya gaya angin juga semakin besar. Dari hasil perhitungan didapatkan

besarnya gaya angin terbesar didapatkan pada cerobong dengan elevasi tertinggi.

Besarnya gaya angin pada elevasi 36.30 m adalah 1422.30 N.

4. Beban Angin Pada Frame Module (ABS, 2001)

Beban angin didapatkan dengan menggunakan Persamaan (2.13)

F = 0.5 ρ Vk2 Ch Cs A

diketahui,

L module = 22 m

B module = 30 m

H module = 10 m

maka luasan terkena angin (A)

A = 220 m2

Elevasi module = (Hmodule / 2 )+ Freeboard FPSO

= 10/2 + 9.8

28.80 34.80 36.30

210.0 300.0 322.5

A

A

Height (m)

28.80 34.80 36.30

822.6 1307.3 1422.3

F

F

Height (m)

79

= 14.8 m

Kecepatan angin pada elevasi 14.8 m dari SWL adalah

smV

V

86.248.170.2

10

8.1470.2

71

71

Nilai Ch dan Cs dapat diperoleh dengan Tebel 2.5 dan 2.6

Ch = 1

Cs = 1

Jadi nilai beban angin pada module frame adalah:

F = 0.5 x 1.22 x 2.862 x 1 x 1 x 220

= 1494.79 N

5. Perbandingan Beban Angin DnV dan ABS

Dari hasil perhitungan diatas didapatkan hasil sebagai berikut:

DnV

Fw cyl = 2065.66 N

Fw module = 1508.28 N

ABS

F cyl = 1422.30 N

F module = 1494.79 N

Dari hasil perhitungan tersebut diketahui bahwa dengan menggunakan metode

yang diberikan oleh DnV didapatkan beban lebih besar dari pada ABS. Oleh

karena itu pada kajian Tugas Akhir ini digunakan hasil perhitungan menggunakan

metode DnV.

4.3.4.3. Momen Angin

Dari gaya angin dapat dicari momen yang terjadi pada sambungan module dengan

geladak akibat gaya angin. Momen dicari dengan cara mengalikan gaya dengan

panjang lengan. Panjang lengan adalah jarak antara titik pada elevasi tertentu yang

terkena gaya angin dengan titik pada module didekat sambungan dengan geladak

dimana dilakukan perhitungan.

80

Pada gas processing module gaya angin bekerja pada dua bagian, yaitu cerobong

silinder dan frame module. Maka momen angin diidapatkan dengan menggunakan

Persamaan 4.13.

M = (F x l)cyl + (F x l)mod (4.11)

Untuk silinder panjang lengannya antara lain 38 m, 50 m, dan 53 m. Perhitungan

untuk momen pada lengan terpanjang yaitu 53 m dikarenakan memiliki momen

paling besar.

M = (2440.83 x 53) + (1240.33 x 10)

= 129363.75 + 12403.27

= 141767.02 N.m

Hasil yang didapat kemudian digunakan sebagai input untuk software ANSYS

11.0.

4.3.5. Perhitungan Beban Operasional

Dengan asumsi titik berat module tepat berada di tengah seperti ditunjukkan pada

Gambar 4.23, maka perhitungan beban operasional dapat dilakukan. Titik berat

diambil tepat ditengah karena keterbatasan data dari Gas Processing Module itu

sendiri.

Gambar 4.23 Beban Operasional

Massa total dari gas processing module adalah 2361MT. Untuk mendapatkan

berat operasional digunakan persamaan 2.14

W = m x g (2.12)

W = 2361 MT x 9.81 m/s2 = 23161.41 kN

W = m x g

81

4.3.6. Perhitungan Ultimate Strength

Untuk mengetahui kekuatan ultimate struktur terhadap beban yang bekerja maka

dilakukan analisa pushover yaitu pembebanan dinaikkan sampai struktur tersebut

mengalami tegangan melewati nilai UTS, yaitu 400 MPa.

ABS (2005) menyatakan nilai basic utilization factor untuk kondisi lingkungan

ekstrem 100 tahunan adalah 0.8. Seperti ditunjukkan pada Tabel 4.30.

Tabel 4.30 Basic Utilization Factors (ABS, 2005)

Load Conditions Enviromental Events Basic Utilization

Factors

Loadout Calm 0.60

Ocean Transit 10-year-return storm for the selected

route condition (Owner specified)

0.8

Field Transit 1-year-return storm for selected route

condition (Owner specified)

0.8

Deck Installation Calm 0.6

In-place Design Operating 1-year-return storm (minimum) 0.60

In-place Design Enviromental 100-year-return storm at specific site 0.8

In-place Damaged 1-year return storm 0.80

Oleh karena itu, struktur dianggap pada kondisi aman apabila tegangan yang

terjadi tidak melebihi 0.8 x UTS = 320 MPa.

Pada pembebanan ekstrem aktual combine load meliputi beban gelombang, angin,

dan operasional, didapatkan nilai tegangan maksimum yang terjadi adalah 96

MPa.

Pada saat beban dinaikkan 2 kali dari nilai ekstrem aktual combine load, tegangan

maksimum yang dialami struktur adalah 192 MPa atau dengan kata lain masih

belum mencapai nilai UTS. Tegangan maksimum baru melewati nilai UTS pada

saat pembebanan dinaikkan 7 kali dari ekstrem aktual combine load , nilai

tegangan maksimum yang terjadi adalah 424 MPa. Nilai peningkatan beban dan

tegangan maksimum yang terjadi dapat kita lihat pada Tabel 4.31.

82

Tabel 4.31 Load Factor

Gambar 4.24 Grafik Pushover

Dari Gambar 4.24 dapat dilihat pada kenaikan beban sampai 3.5 kali, tegangan

maksimum yang terjadi sudah melewati batas tegangan ijin. Tegangan maksimum

yang terjadi adalah 337 MPa. Jenis kegagalan yang terjadi adalah kegagalan

plastis, hal ini dapat diketahui dari sifat material baja A36 di mana material ini

memiliki σy 250 MPa. Ketidak linearan kurva menunjukkan sifat material yang

tidak linear.

increment σmax

factor (Mpa)

1 96

2 192

3 289

3.5 337

4 326

5 369

6 401

7 424

83

Gambar 4.25 Hasil Running ANSYS11

Hasil pemodelan dengan software ANSYS seperti pada Gambar 4.25, sebaran

tegangan terjadi pada sistem penyangga module. Tegangan terdistribusi pada

masing-masing bagian struktur, mulai dari geladak, stifner, bracket, sampai

struktur penyangga itu sendiri.

Diantara distribusi tegangan yang terjadi pada sistem penyangga module, terdapat

tegangan maksimum yang nilainya paling besar diantara tegangan lainnya. Dari

hasil pemodelan, diketahui bahwa lokasi tegangan maksimum pada saat kondisi

pembebanan ekstrem dan pada saat kondisi kegagalan puncak adalah berbeda

seperti ditunjukkan pada Gambar 4.26 dan Gambar 4.27.

1

MN

MX

X

Y

Z

MODULE_SUPPORT

102916.472E+08

.944E+08.142E+09

.189E+09.236E+09

.283E+09.330E+09

.377E+09.424E+09

JUN 27 2010

22:14:55

NODAL SOLUTION

STEP=1

SUB =9

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.010707

SMN =102916

SMX =.424E+09

84

Gambar 4.26 Lokasi Tegangan Maksimum Saat Beban Ultimate

Pada saat struktur diberi pembebanan puncak, tegangan maksimum yang terjadi

sebesar 424 MPa. Tegangan maksimum yang terjadi sudah melebihi nilai σult dari

material sebesar 400 MPa, maka struktur tersebut mengalami deformasi plastis.

Gambar 4.27 Lokasi Tegangan Maksimum Saat Beban Ekstrem

Tegangan yang terjadi pada struktur saat terjadi kondisi pembebanan ekstrem

adalah sebesar 96 MPa. Lokasi tegangan maksimum terjadi di tempat yang

1

MX

X

Y

Z

MODULE_SUPPORT

102916.472E+08

.944E+08.142E+09

.189E+09.236E+09

.283E+09.330E+09

.377E+09.424E+09

JUN 30 2010

13:05:00

NODAL SOLUTION

STEP=1

SUB =9

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.010707

SMN =102916

SMX =.424E+09

1

MX

X

Y

Z

MODULE_SUPPORT

25933.107E+08

.214E+08.321E+08

.427E+08.534E+08

.641E+08.748E+08

.854E+08.961E+08

JUL 5 2010

08:53:23

NODAL SOLUTION

STEP=1

SUB =1

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.705E-03

SMN =25933

SMX =.961E+08

85

berbeda pada saat terjadinya kegagalan ultimate. Perbedaan lokasi tegangan

maksimum yang terjadi diakibatkan oleh bentuk geometri dari struktur penyangga

serta material properties struktur tersebut.

Dengan mempertimbangkan nilai basic utilization factor yang diberikan oleh

ABS rules, maka dalam kondisi aman karena pada kondisi ekstrem tegangan yang

terjadi adalah 96 MPa. Sementara tegangan ijin adalah 0.8 x UTS = 320 MPa.

Dari hasil analisa pushover dan bantuan software ANSYS11 dapat diketahui

bahwa struktur mengalami kegagalan ultimate jenis plastis deformation akibat

beban ekstrem yang bekerja pada penegar di atas geladak FPSO seperti

ditunjukkan pada Gambar 4.28.

Gambar 4.28 Deformasi Plastis

Bentuk deformasi platis seperti ditunjukkan pada Gambar 4.28 terjadi deformasi

kearah samping dari FPSO. Apabila dilihat lebih seksama, desain dari sistem

struktur penyangga sudah tepat. Dapat dilihat bahwa struktur penyangga

diletakkan pada bulkhead sehingga dapat menambah kekakuan dari struktur

penyangga tersebut. Kemudian stiffner di atas geladak juaga diberi penguat

tambahan, hal ini dimaksudkan agar mampu menahan beban yang bekerja.

86

4.3.7. Perhitungan Keandalan

Analisa keandalan dilakukan dua kali, pertama dilakukan pada lokasi tegangan

ekstrem (lokal) dan yang kedua pada struktur sistem pondasi (global). Keandalan

pada kondisi ekstrem dihitung pada tiap increment beban pushover, sehingga akan

diketahui keandalan pada kondisi ultimate failure.

Perhitungan keandalan dilakukan dengan menggunakan metode simulasi monte

carlo dengan moda kegagalan:

MK = σult – σext (4.12)

dengan:

MK = Moda Kegagalan

σult = tegangan ultimate

σext = tegangan ekstrem

Struktur akan gagal jika nilai MK < 0, sebaliknya struktur dikatakan sukses

apabila MK > 0. Nilai L (Load) yang bekerja adalah tegangan ekstrem. Sedangkan

nilai R (Resistance) merupakan UTS dikalikan utilization factor yang diberikan

oleh ABS (2005).

Dalam konsep ini perancang dapat menggambarkan suatu sistem dengan segala

hal yang mempengaruhi atau mengakibatkan kerusakan pada sistem tersebut

misalnya kondisi pembebanan, ketahanan struktur, kondisi lingkungan yang lebih

mendekati keadaan yang sebenarnya karena melibatkan aspek ketidakpastian

dalam analisanya. Dalam analisa keandalan sistem struktural maka perlu untuk

mendefinisikan ketidakpastian yang diterima oleh struktur.

Pada analisa keandalan dalam studi kasus ini, ketidakpastian pemodelan perlu

dipertimbangkan. Pemodelan dilakukan dengan metode elemen hingga, oleh

karena itu parameter ketidakpastian yang dipertimbagkan antara lain area meshing

dan panjang meshing, hal ini mempengaruhi jarak node dari sumbu acuan seperti

ditunjukkan pada Tabel 4.32.

87

Tabel 4.32 Parameter Ketidakpastian Pemodelan FEM

Dengan mengetahui parameter ketidakpastian maka kita dapat menentukan

random variable pada persamaan moda kegagalan. Random variable yang

digunakan adalah nilai σmax dari output pemodelan.

Simulasi Monte Carlo dilakukan dengan tabulasi agar lebih mudah seperti

terdapat pada Lampiran E. Untuk memperoleh hasil yang akurat, maka simulasi

delakukan sebanyak 10,000 kali. Untuk menentukan akurasi dari jumlah simulasi,

maka dilakukan pencatatan nilai Pof pada setiap jumlah tertentu sehingga

didapatkan nilai keandalan yang cenderung konstan.

Setelah dilakukan simulasi monte carlo didapatkan nilai keandalan load increment

factor beban seperti pada Tabel 4.33. Pada kenaikan beban 2 kali nilai keandalan

adalah 1.0. Sedangkan pada kenaikan beban 3 kali ke atas, nilai keandalan

menurun, pada kenaikan beban 3 kali nilai keandalan 0.8482. Pada kenaikan

beban 7 kali, nilai keandalan mendekati nilai nol yaitu 0.0074.

Tabel 4.33 Nilai Keandalan

Dengan menggunakan metode yang sama keandalan pada sistem struktur

penyangga, dilakukan perhitungan keandalan. Dari 10,000 kali simulasi

didapatkan hasil sebagai berikut:

Σsucces = 10,000

Σfail = 0

parameter distribusi mean std dev cov

area lognormal 0.33708 0.17051 50.59

lines weibull 0.48144 0.30188 62.7

load σmax Pof K

factor (Mpa)

1 96 0 1

2 192 0 1

3 289 0.151 0.849

3.5 337 0.6943 0.3057

4 326 0.5617 0.4383

5 369 0.9131 0.0869

6 401 0.9795 0.0205

7 424 0.9936 0.0064

88

Pof = 0

K = 1

Jadi keandalan sistem pondasi (global) K = 1.0

89

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

Dari hasil analisa yang telah dilakukan terhadap scantling gas processing module

FPSO Belanak dengan berat module 2361 MT didapatkan kesimpulan:

1. Pada kondisi lingkungan ekstrem, yang dipengaruhi oleh beban angin,

gelombang, dan operasional respon maksimum pada struktur yang sebenarnya

terjadi adalah σmax = 96 MPa, artinya struktur tidak mengalami kegagalan.

Harga maksimal ini masih jauh di bawah kekuatan ultimate struktur yang

sebesar 400 MPa.

2. Sehubungan hasil pada butir 1), dan setelah dilakukan analisis keandalan

dengan metode Monte Carlo diperoleh keandalan scantling support structure

system FPSO Belanak terhadap beban ekstrem adalah K=1.0.

3. Untuk memperoleh indikasi tingkat kegagalan maka dilakukan analisis

pushover dengan peningkatan interval beban sampai dengan 0.8 x σult material

(kriteria ABS) yaitu 320 MPa. Kegagalan terjadi pada sekitar 3 kali

pembebanan kondisi ekstrem lingkungan. Dengan demikian kegagalan yang

terjadi adalah kegagalan plastis dengan keandalan K=0.8482. Oleh karena itu,

moda kegagalan yang terjadi pada struktur adalah deformasi plastis.

4. Untuk memperoleh indikasi tingkat kegagalan yang lebih tinggi lagi maka

dilanjutkan analisis pushover dengan peningkatan interval beban sampai

dengan σult material yaitu 400 MPa. Kegagalan terjadi pada sekitar 7 kali

pembebanan kondisi ektrem lingkungan, kegagalan yang terjadi adalah

kegagalan plastis dengan keandalan K=0.0074. Oleh karena itu, moda

kegagalan yang terjadi pada struktur adalah deformasi plastis.

5.2. SARAN

Saran yang dapat diberikan dari kajian Tugas Akhir ini adalah:

1. Daerah paling kritis pada kondisi ekstrem terdapat pada struktur penegar

support structure di atas geladak, sehingga daerah tersebut perlu mendapatkan

perhatian lebih pada saat inspeksi.

90

2. Untuk kajian tugas akhir selanjutnya, struktur module juga perlu dimodelkan

sehingga didapatkan hasil lebih akurat. Sehingga dapat dibandingkan hasil

dari pendekatan pemodelan secara lokal pada dengan pemodelan keseluruhan.

91

DAFTAR PUSTAKA

ABS Rules For Building And Classing Mobile Offshore Drilling Units. 2001.

Part 3 – Hull Construction & Equipment. Houston.

ABS. 2005. Commentary on the Guide – Buckling and Ultinmate Strength

Assessment for Offshore Structures. Houston.

ABS. 2004. Guide For - Buckling and Ultinmate Strength Assessment for Offshore

Structures. Houston

Al-Obaid, Y. F. 1994. Automated Analysis of Topside Platform Hatch Covers

Subject To Drill Collar Impact. PAAET. Kuwait.

Ang, H. S. dan Tang, W. H. 1985. Probability Concepts In Engineering Planning

And Design. New York : John Wiley.

Ayyub, B.M. dan Gilberto F.M.S. 2001. Reliability-Based Methodology for Life

Prediction of Ship Structures.

Baker M.J. dan Wyatt,T.A, 1979. ”Methods of Reliability Analysis for Jacket

Platform”. Journal of Behaviour of Offshore Structures. London.

Battacharyya, R. 1978. Dynamic of Marine Vehicles. John Wiley and Sons Inc.,

New York.

Barltrop, N. dan Okan, N., 200. FPSO Bow Damage in steep waves. John Wiley

and Sons Inc. New York.

Brockenbrough, R. L. dan Merrit, F.S. 1978. Structural Steel Designer’s

Handbook. McGraw-Hill Inc., Pennsylvania.

Brynjoifsson, S and Leonard, J. W. 1987. Response of Guyed Offshore Towers to

Stochastic Loads: Time Domain vs. Frequency Domain. Oregon State

University. USA

Bunce, J. W. 1977. Analysis of The Interaction Between The Module Structures

and The Deck of an Offshore Oil Production Platform.Pergamon Ltd., Great

Britain.

Cameron, J et all. 1997. Ultimate Strength Analysis of Inland Tank Barges. USCG

Marine Safety Center.

Chakrabarti S. K. 2005. Handbook of Offshore Engineering Volume I. Offshore

Structure Analysis Inc. Planfield, Illinois, USA.

92

Das I. A. Khan, P. K. and Parmentier G. 2006, Ultimate Strength and Reliability

Analysis of a VLCC, 3rd

International ASRANet Colloquium, Glasgow.

Djatmiko, E. B., 2003, Fatigue Analysis, Kursus Singkat Offshore Structure

Design And Modelling, Surabaya.

DnV Recommended Practice C205. 2007. Enviromental Loads and Enviromental

Conditions. Norway.

Ewing, J. A. 1990. Wind, Wave and Current Data for the Design of Ships and

Offshore Structures. Elsevier Science Publishers Ltd. England.

Gregersen, E. M and Hagen O. 1989. Uncertain in Data For The Offshore

Environment. A.S Veritas Research. Norway.

Hagemeijer, P.M. 1990. Estimation of Drag/Inertia Parameters Using Time-

Domain Simulations and The Prediction of Extreme Response. Shell

Exploratie en Produktie Labolatorium. Nehterlands.


http://www.jrayMcDermott.com/projects/Belanak-FPSO__90.asp

ISOSC. 2006. Ultimate strength. Nagasaki. Japan.

Martins, M.R. 2007. Inertial and hydrodynamic inertial loads on floating units.

University of Sao Paulo. Sao Paulo

McDermott, J. 2004. Belanak Natuna FPSO Technical Data. Jray McDermott.

Indonesia.

Murdjito, 2009. Presentasi Mata Kuliah Olah Gerak Bangunan Apung. Teknik

Kelautan ITS. Surabaya.

Naess, A., 1985, Fatigue Handbook Offshore Steel Structure, Trondheim.

Nguyen, T. D. 2009. Scantling Optimazition Ropax Ship. University of Liege.

O’Brein, D. P et all. 1993. Recent Developments in Offshore Rig/Platform

Evacuation. Memorial University of Newfoundland. Canada.

Palmer, A. C. 1997. Breakup of Firewall Between The B and C Modules of Piper

Alpha Platform-I. Analysis by Hand Calculation. University of Cambridge.

UK.

Philips, Conoco. 2002. Belanak Special Structures Module Supports Detail of

Support Type 1. Conoco Indonesia Inc. Ltd., Indonesia.



93

Rosati, L et all. 2007. Enchanced Solution Strategis for Ultimate Strength

Analysis of Composite Steel-Concentrate Sections Subject to Axial Force

and Biaxial Bending. University di Napoli Faderico II. Italy.

Rosyid, D.M. 2007. Pengantar Rekayasa Keandalan. Airlangga University Press.

Surabaya.

Shetty, N. K et all. 1998. Fire Safety Assessment and Optimal Design of Passive

Fire Protection for Offshore Structures. Elsevier Science Limited. Northern

Ireland.

UKOOA. 2002. Buckling and Ultinmate Strength Assessment for Offshore

Structures. Glasgow.

Wahyudi, Y. A. N., 2009, Analisis Fatigue dengan Spectral Analysis pada Crane

Pedestal Floating Production Storage and Offloading (FPSO) Belanak.

Jurusan Teknik Kelautan ITS. Surabaya.

Windergen, K V. 1994. Course and Strength of Accidental Explosions on

Offshore Installations. Christian Michelsen Research. Norway.

Zachary, S et all. 1998. Multivariance Extrapolation in the Offshore Environment.

Elsevier Science Ltd. England.

95

FPSO BELANAK

96

SCANTLING SUPPORT STRUCTURE SYSTEM

97

&dimen -save -dimen meters k-nts

&device -cecho y -mecho n -prim screen -secondary device

&title Belanak

$

&set demo = .false.

&MACRO CETAK NAMES

&SELEC :N -SEL %NAMES

&IF %DEMO &THEN

&DEVICE -PRIMARY SCREEN

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK ISOMETRI

&PICT ISO -parent :N

&LOCAL DUM = &GET(YES/NO )

&IF &STRING(MATCH %DUM% YES) &THEN

&ENDIF

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK ATAS

&PICT TOP



&ENDIF

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK DEPAN

&PICT BOW



&ENDIF

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK SAMPING

&PICT STARB



&ENDIF

&ELSE

&DEVICE -PRIMARY DEVICE

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK ISOMETRI

&PICT ISO -parent :N

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK ATAS

&PICT TOP

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK DEPAN

&PICT BOW

&SUBTITLE %SUBT TAMPAK SAMPING

&PICT STARB

&ENDIF

&ENDMACRO

$

&surface

&set lft = 1.

&set bft = 1.

&set hft = 1.

block Belanak -location 0 0 0

PLANE 0.000*%lft% -cart 0.000*%bft% 27.000*%hft% \

4.750*%bft% 27.000*%hft% \

14.000*%bft% 26.619*%hft%


14.000*%bft% 18.000*%hft% \

18.603*%bft% 26.429*%hft%


14.000*%bft% 0.000*%hft% \

28.228*%bft% 26.032*%hft%


14.801*%bft% 0.000*%hft% \

29.000*%bft% 26.000*%hft%

PLANE 29.250*%lft% 75.000*%lft% 142.500*%lft% 210.000*%lft%

255.750*%lft% \

-cart 0.000*%bft% 0.000*%hft% \

26.470*%bft% 0.000*%hft% \

27.125*%bft% 0.086*%hft% \

27.735*%bft% 0.339*%hft% \

28.259*%bft% 0.741*%hft% \

28.661*%bft% 1.265*%hft% \

28.914*%bft% 1.875*%hft% \

29.000*%bft% 2.530*%hft% \

29.000*%bft% 26.000*%hft%


14.801*%bft% 0.000*%hft% \

29.000*%bft% 26.000*%hft%


98

14.000*%bft% 0.000*%hft% \

28.228*%bft% 26.032*%hft%


14.000*%bft% 18.000*%hft% \

18.603*%bft% 26.429*%hft%


4.750*%bft% 27.000*%hft% \

14.000*%bft% 26.619*%hft%

end

&set subt = Belanak

cetak Belanak

rename Belanak

emit Belanak -body Belanak

emit Belanak -piece ' -diftyp 3ddif'

&dimen -remember

end

&finish

$@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

@@@@@@$

$

$

$ Response Amplitude Operators (RAOs)

$

$

$

$@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

@@@@@@$

$*****************************************************************

*** set basic parameter

&DIMEN -DIMEN METERS M-TONS

&DEVICE -OECHO NO -QUERY NO -PRIMARY DEVICE -AUXIN

FPSO.Belanak.dat

&TITLE Response Amplitude Operators and Wave Drift Force

$

$*****************************************************************

*** Read model

$

&set arah = 180

&set iterasi = 1e3

$

INMODEL

$

$*****************************************************************

*** set initial condition

$

&INSTATE -CONDITION 16.2

$

$*****************************************************************

*** plot model

$

&PLTMODEL VESSEL

PIC ISO

PIC SIDE

PIC TOP

END

$

$*****************************************************************

*** compute weight for cond.

$

99

&WEIGHT -COMPUTE FPSO 12.96 0.32*38 0.29*285

0.29*285

$

$

&EQUI -iter_max %iterasi%

&status b_w hard

&status F_connect

&status force

&dcptime Time for Equilibrium

$

$********************************************* DEFINE MOORING

LINES

$

MEDIT

*MLA 270 29 27

*MLB 270 -29 27

*MLC 15 29 27

*MLD 15 -29 27

~CHAIN ALINE 90 -DEP 90 -LEN 770.0 -BUOY 0 -WTPL 0.237 -

B_TENSION 690.00

CONNECTOR 1 -ANC 45 50 ~CHAIN *MLA



CONNECTOR 4 -ANC -45 50 ~CHAIN *MLB



CONNECTOR 7 -ANC 105 50 ~CHAIN *MLC




CONNECTOR 11 -ANC -105 50 ~CHAIN *MLD




END

$

$********************************************* MOVE ANCHORS

$

&CONNECTOR @ -A_TENSION 690.00

&DCPTIME TIME TO CONNECT

$

$********************************************* MOORING TABLES

$

CONN_DESIGN

TABLE 1

REPORT

END

MOVE TKR -LINE 0.0

REPORT

VLIST

PLOT 1 5 -NO

REPORT

END

END

&DCPTIME TIME TO END MOORING DESIGN

$

$*****************************************************************

*** hydrodynamics menu

100

$

HYDRODYNAMICS

g_pressure FPSO -heading %arah%

V_MDRIFT

REPORT

END

$

&set gma = 2.5 $gamma

$

&env sea_100 -depth 90 -sea jonswap %arah% 5.30 11.10 %gma% \

-current 0.90 %arah% \

-wind 4.15 %arah%

$

end_&data

&set post_env = sea_100

$

$*****************************************************************

**** frequency respons

FREQ_RESP

RAO

$*****************************************************************

*** std post processing

&loop env %post_env

&describe body FPSO

FR_POINT &BODY(CG FPSO)

report

END

st_point %env

REPORT

END

&endloop

END_FREQ_RESP

$

$*****************************************************************

***** all done

$

&FINISH

101

Page 5 Licensee - My Company Rev 6.00.025 Ser562

***************************************************************************************************************

* *** MOSES *** *

* ---------------- June 9, 2010 *

* Response Amplitude Operators and Wave Drift Force *

* *

* Draft = 16.2 Meters Trim Angle = 0.00 Deg. GMT = 12.63 Meters *

* Roll Gy. Radius = 12.2 Meters Pitch Gy. Radius = 82.6 Meters Yaw Gy. Radius = 82.6 Meters *

* Heading = 90.00 Deg. Forward Speed = 0.00 Knots Linearization Based on 1/ 20 *

* *

***************************************************************************************************************

+++ M O T I O N R E S P O N S E O P E R A T O R S +++

=========================================================

Of Point X = 142.5 Y = 0.0 Z = 13.0 on Body FPSO

Process is DEFAULT: Units Are Degrees, Meters, and M-Tons Unless Specified

E N C O U N T E R Surge / Sway / Heave / Roll / Pitch / Yaw /

-------------------- Wave Ampl. Wave Ampl. Wave Ampl. Wave Ampl. Wave Ampl. Wave Ampl.

Frequency Period /--------------/ /--------------/ /--------------/ /--------------/ /--------------/ /--------------/

-(Rad/Sec)- -(Sec)- Ampl. Phase Ampl. Phase Ampl. Phase Ampl. Phase Ampl. Phase Ampl. Phase

0.2513 25.00 0.000 0. 1.178 91. 0.945 1. 0.503 91. 0.002 166. 0.019 -83.

0.3142 20.00 0.000 0. 1.000 91. 0.967 1. 0.649 90. 0.002 159. 0.007 -79.

0.3307 19.00 0.000 0. 0.967 91. 0.977 1. 0.694 90. 0.003 157. 0.006 -77.

0.3491 18.00 0.000 0. 0.932 91. 0.992 1. 0.747 90. 0.003 154. 0.005 -75.

0.3696 17.00 0.000 0. 0.896 92. 1.014 1. 0.810 90. 0.003 150. 0.004 -73.

0.3927 16.00 0.000 0. 0.858 92. 1.046 0. 0.885 90. 0.003 145. 0.003 -71.

0.4189 15.00 0.000 0. 0.815 92. 1.096 -1. 0.977 90. 0.004 138. 0.002 -68.

0.4333 14.50 0.000 0. 0.792 92. 1.130 -2. 1.030 90. 0.004 133. 0.002 -66.

0.4488 14.00 0.000 0. 0.767 93. 1.174 -4. 1.090 90. 0.005 126. 0.002 -65.

0.4654 13.50 0.000 0. 0.740 93. 1.227 -7. 1.159 90. 0.005 117. 0.002 -63.

0.4833 13.00 0.000 0. 0.711 93. 1.290 -11. 1.240 90. 0.006 104. 0.001 -61.

0.5027 12.50 0.000 0. 0.679 94. 1.355 -18. 1.336 90. 0.007 86. 0.001 -59.

0.5236 12.00 0.000 0. 0.645 94. 1.395 -28. 1.455 90. 0.007 63. 0.001 -56.

0.5464 11.50 0.000 0. 0.604 95. 1.355 -41. 1.594 87. 0.007 33. 0.001 -46.

0.5712 11.00 0.000 0. 0.558 95. 1.183 -55. 1.779 84. 0.006 1. 0.000 0.

0.5984 10.50 0.000 0. 0.504 96. 0.923 -68. 2.035 79. 0.004 -27. 0.000 0.

0.6283 10.00 0.000 0. 0.436 98. 0.668 -76. 2.386 70. 0.002 -46. 0.001 50.

0.6614 9.50 0.000 0. 0.349 104. 0.466 -79. 2.749 52. 0.001 -58. 0.001 46.

102

0.6981 9.00 0.000 0. 0.287 120. 0.320 -78. 2.830 22. 0.001 -63. 0.002 25.

0.7392 8.50 0.000 0. 0.308 136. 0.217 -73. 2.213 -17. 0.000 0. 0.001 -4.

0.7854 8.00 0.000 0. 0.299 139. 0.143 -66. 1.150 -37. 0.000 0. 0.001 -18.

0.8378 7.50 0.000 0. 0.256 147. 0.087 -55. 0.576 -33. 0.000 0. 0.001 -15.

0.8976 7.00 0.000 0. 0.211 158. 0.070 -38. 0.289 -23. 0.000 0. 0.000 0.

0.9666 6.50 0.000 0. 0.168 175. 0.039 -23. 0.125 -9. 0.000 0. 0.000 0.

1.0472 6.00 0.000 0. 0.117 -173. 0.022 3. 0.079 -169. 0.000 0. 0.000 0.

1.1424 5.50 0.000 0. 0.098 -127. 0.009 33. 0.037 44. 0.000 0. 0.000 0.

1.2566 5.00 0.000 0. 0.067 -87. 0.021 -119. 0.008 1. 0.000 0. 0.000 0.

1.3963 4.50 0.000 0. 0.040 -36. 0.004 143. 0.018 -16. 0.000 0. 0.000 0.

1.5708 4.00 0.000 0. 0.028 63. 0.001 76. 0.006 112. 0.000 0. 0.000 0.

2.0944 3.00 0.000 0. 0.011 63. 0.000 0. 0.001 52. 0.000 0. 0.000 0.


***************************************************************************************************************

* *** MOSES *** *

* ---------------- June 9, 2010 *


* *

* Draft = 16.2 Meters Trim Angle = 0.00 Deg. GMT = 12.63 Meters *

* Roll Gy. Radius = 12.2 Meters Pitch Gy. Radius = 82.6 Meters Yaw Gy. Radius = 82.6 Meters *

* JONSWAP Height = 5.3 Meters Period = 11.1 Sec. M. Heading = 90.0 Deg. *

* S. Coef.=200.0 Gamma = 2.50 *

* *

***************************************************************************************************************

+++ M O T I O N S T A T I S T I C S +++

===========================================

Of Point X = 142.5 Y = 0.0 Z = 13.0 on Body FPSO

Maximum Responses Based on a Multiplier of 3.720


Single Amplitude Motions

------------------------

Surge Sway Heave Roll Pitch Yaw Mag

----- ---- ----- ---- ----- --- ---

Root Mean Square 0.348 0.000 0.358 0.000 0.603 0.000 0.499

Ave of 1/3 Highest 0.695 0.000 0.717 0.000 1.207 0.000 0.999

103

Ave of 1/10 Highest 0.886 0.000 0.914 0.000 1.539 0.000 1.273

Maximum 1.293 0.000 1.333 0.000 2.245 0.000 1.857

Single Amplitude Velocities

---------------------------


----- ---- ----- ---- ----- --- ---

Root Mean Square 0.137 0.000 0.144 0.000 0.261 0.000 0.198

Ave of 1/3 Highest 0.274 0.000 0.287 0.000 0.523 0.000 0.397

Ave of 1/10 Highest 0.349 0.000 0.366 0.000 0.667 0.000 0.506

Maximum 0.509 0.000 0.534 0.000 0.972 0.000 0.738

Single Amplitude Accelerations

------------------------------


----- ---- ----- ---- ----- --- ---

Root Mean Square 0.058 0.000 0.062 0.000 0.116 0.000 0.085

Ave of 1/3 Highest 0.116 0.000 0.124 0.000 0.231 0.000 0.170

Ave of 1/10 Highest 0.148 0.000 0.158 0.000 0.295 0.000 0.217

Maximum 0.215 0.000 0.231 0.000 0.430 0.000 0.316


***************************************************************************************************************

* *** MOSES *** *

* ---------------- June 9, 2010 *


* *

* *

***************************************************************************************************************

+++ I N D E X O F O U T P U T +++

=====================================

PROPERTIES OF LINE 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

RESTORING FORCE VS EXCURSION OF FPSO . . . . . . . . . 2

MEAN WAVE DRIFT FORCES FOR FPSO . . . . . . . . . . . 4

MOTION RESPONSE OPERATORS . . . . . . . . . . . . . . 5

MOTION STATISTICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

104

INDEX OF OUTPUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Page 5 Licensee - Minimal MOSES Rev 7.00.044 Ser501

***************************************************************************************************************

* *** MOSES *** *

* ---------------- 4 June, 2010 *

* Hydrostatics of Belanak Natuna FPSO *

* ENGINEER : fahmy *

* *

***************************************************************************************************************

+++ H Y D R O S T A T I C P R O P E R T I E S +++

===================================================

For Body FPSO


/--- Condition ---//- Displac-/ /-- Center Of Buoyancy --// W.P. / /C. Flotation / /---- Metacentric Heights ----/

Draft Trim Roll ---X--- ---Y--- ---Z--- Area ---X--- ---Y--- -KMT- -KML- -BMT- -BML-

18.20 0.00 0.00 278343.44 142.50 0.00 9.24 15536. 142.50 0.00 24.77 352.69 15.53 343.46

18.30 0.00 0.00 279936.41 142.50 0.00 9.29 15542. 142.50 0.00 24.74 351.21 15.45 341.92

18.40 0.00 0.00 281530.13 142.50 0.00 9.34 15548. 142.50 0.00 24.71 349.74 15.37 340.40

18.50 0.00 0.00 283124.41 142.50 0.00 9.39 15555. 142.50 0.00 24.68 348.28 15.29 338.89

18.60 0.00 0.00 284719.50 142.50 0.00 9.44 15561. 142.50 0.00 24.65 346.85 15.21 337.40

18.70 0.00 0.00 286315.13 142.50 0.00 9.50 15567. 142.50 0.00 24.63 345.43 15.13 335.93

18.80 0.00 0.00 287911.44 142.50 0.00 9.55 15574. 142.50 0.00 24.60 344.02 15.05 334.47

18.90 0.00 0.00 289508.31 142.50 0.00 9.60 15580. 142.50 0.00 24.58 342.63 14.98 333.03

105

OUTPUT ANSYS PADA KONDISI EKSTREM LINGKUNGAN

PRINT S NODAL SOLUTION PER NODE

***** POST1 NODAL STRESS LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1

TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0

SHELL NODAL RESULTS ARE AT TOP

NODE S1 S2 S3 SINT SEQV

1 0.29327E+07-0.70496E+07-0.15805E+08 0.18738E+08 0.16239E+08

2 -0.82664E+06-0.19109E+07-0.14981E+08 0.14154E+08 0.13644E+08

4 0.20596E+07 0.19061E+06-0.90028E+07 0.11062E+08 0.10256E+08

6 0.22974E+07 98063. -0.71881E+07 0.94855E+07 0.85994E+07

8 0.20311E+07 -8250.7 -0.51197E+07 0.71509E+07 0.63805E+07

10 0.22508E+07-0.30713E+06-0.50824E+07 0.73332E+07 0.64468E+07

12 0.21151E+07-0.43690E+06-0.52780E+07 0.73930E+07 0.65041E+07

14 0.14472E+07-0.58584E+06-0.56562E+07 0.71034E+07 0.63364E+07

16 0.15747E+07-0.70469E+06-0.81653E+07 0.97401E+07 0.88240E+07

18 0.45976E+07 37091. -0.26492E+08 0.31089E+08 0.29078E+08

20 0.52961E+07 -6248.7 -0.25249E+08 0.30545E+08 0.28269E+08

22 0.53271E+07 16943. -0.24717E+08 0.30044E+08 0.27773E+08

24 0.54343E+07 6398.5 -0.25581E+08 0.31015E+08 0.28689E+08

26 0.48307E+07 10715. -0.28496E+08 0.33327E+08 0.31197E+08

28 0.34875E+07 2848.2 -0.34790E+08 0.38278E+08 0.36660E+08

30 36350. -0.41758E+06-0.25218E+08 0.25254E+08 0.25030E+08

32 0.37065E+07 16108. -0.26504E+08 0.30211E+08 0.28545E+08

106

34 0.13219E+07-0.12463E+06-0.26540E+08 0.27862E+08 0.27167E+08

36 0.13987E+06-0.18136E+07-0.26576E+08 0.26716E+08 0.25794E+08

38 50987. -0.36634E+07-0.26591E+08 0.26642E+08 0.24993E+08

40 26819. -0.39937E+07-0.26581E+08 0.26608E+08 0.24843E+08

42 25495. -0.29918E+07-0.26556E+08 0.26581E+08 0.25209E+08

44 33353. -0.15465E+07-0.26531E+08 0.26564E+08 0.25811E+08

47 0.28590E+06 -15711. -0.25350E+08 0.25636E+08 0.25487E+08

49 0.62385E+06 7892.6 -0.25725E+08 0.26349E+08 0.26047E+08

51 0.10462E+07 -2012.4 -0.26404E+08 0.27450E+08 0.26941E+08

53 0.10039E+07 2485.8 -0.27598E+08 0.28602E+08 0.28115E+08

55 0.34915E+06 -4687.9 -0.30149E+08 0.30499E+08 0.30323E+08

63 9022.2 -0.21275E+07-0.30656E+08 0.30665E+08 0.29655E+08





NODE S1 S2 S3 SINT SEQV

95 -6394.3 -0.35893E+07-0.26785E+08 0.26779E+08 0.25179E+08

97 -1407.5 -0.19506E+07-0.26181E+08 0.26180E+08 0.25261E+08

99 -4005.6 -0.15552E+07-0.25306E+08 0.25302E+08 0.24563E+08

101 5027.1 -0.18028E+07-0.25396E+08 0.25401E+08 0.24547E+08

103 -20005. -0.25021E+07-0.26213E+08 0.26193E+08 0.25044E+08

111 -5677.6 -0.33969E+07-0.26566E+08 0.26560E+08 0.25038E+08

113 -2337.6 -0.19858E+07-0.25845E+08 0.25843E+08 0.24910E+08

115 -4173.6 -0.16169E+07-0.25010E+08 0.25006E+08 0.24240E+08

107

117 6564.9 -0.16834E+07-0.25170E+08 0.25176E+08 0.24375E+08

119 -19470. -0.21710E+07-0.26089E+08 0.26069E+08 0.25063E+08

127 -5997.0 -0.32549E+07-0.27084E+08 0.27078E+08 0.25608E+08





NODE 1826 3078 9781 5707 5707

VALUE -0.10624E+08-0.38676E+08-0.98429E+08 35453. 30704.

MAXIMUM VALUES

NODE 9837 849 6216 9781 9781

VALUE 0.39247E+08 0.91478E+07 0.20054E+07 0.98429E+08 0.91362E+08

108

Halaman Kosong

109

Keandalan pada saat kondisi ekstrem lingkungan

Keandalan pada saat 2 kali kondisi ekstrem lingkungan

Σdata Σsucces Σfail Pof K

10 10 0 0.000 1.000

100 100 0 0.000 1.000

500 500 0 0.000 1.000

1000 1000 0 0.000 1.000

2000 2000 0 0.000 1.000

3000 3000 0 0.000 1.000

4000 4000 0 0.000 1.000

5000 5000 0 0.000 1.000

10000 9999 1 0.000 1.000


10 10 0 0.000 1.000

100 100 0 0.000 1.000

500 500 0 0.000 1.000

1000 1000 0 0.000 1.000

2000 2000 0 0.000 1.000

3000 3000 0 0.000 1.000

4000 4000 0 0.000 1.000

5000 5000 0 0.000 1.000

10000 9999 1 0.000 1.000

110


Keandalan pada saat 3.5 kali kondisi ekstrem lingkungan


10 8 2 0.200 0.800

100 83 17 0.170 0.830

500 425 75 0.150 0.850

1000 855 145 0.145 0.855

2000 1695 305 0.153 0.848

3000 2543 457 0.152 0.848

4000 3397 603 0.151 0.849

5000 4238 762 0.152 0.848

10000 8489 1511 0.151 0.849


10 4 6 0.600 0.400

100 30 70 0.700 0.300

500 148 352 0.704 0.296

1000 305 695 0.695 0.305

2000 613 1387 0.694 0.307

3000 908 2092 0.697 0.303

4000 1186 2814 0.704 0.297

5000 1518 3482 0.696 0.304

10000 3057 6943 0.694 0.306

111




10 6 4 0.400 0.600

100 48 52 0.520 0.480

500 230 270 0.540 0.460

1000 447 553 0.553 0.447

2000 861 1139 0.570 0.431

3000 1312 1688 0.563 0.437

4000 1743 2257 0.564 0.436

5000 2207 2793 0.559 0.441

10000 4383 5617 0.562 0.438


10 1 9 0.900 0.100

100 7 93 0.930 0.070

500 41 459 0.918 0.082

1000 80 920 0.920 0.080

2000 157 1843 0.922 0.079

3000 253 2747 0.916 0.084

4000 343 3657 0.914 0.086

5000 438 4562 0.912 0.088

10000 869 9131 0.913 0.087

112


Keandalan pada saaAt 7 kali kondisi ekstrem lingkungan


10 1 9 0.900 0.100

100 5 95 0.950 0.050

500 9 491 0.982 0.018

1000 16 984 0.984 0.016

2000 37 1963 0.982 0.019

3000 52 2948 0.983 0.017

4000 76 3924 0.981 0.019

5000 99 4901 0.980 0.020

10000 205 9795 0.980 0.021


10 0 10 1.000 0.000

100 0 100 1.000 0.000

500 4 496 0.992 0.008

1000 6 994 0.994 0.006

2000 14 1986 0.993 0.007

3000 19 2981 0.994 0.006

4000 24 3976 0.994 0.006

5000 30 4970 0.994 0.006

10000 64 9936 0.994 0.006

113

Keandalan tiap kenaikan beban

Keandalan sistem pada saat kondisi ekstrem lingkungan

load σmax Pof K

factor (Mpa)

1 96 0 1

2 192 0 1

3 289 0.151 0.849

3.5 337 0.6943 0.3057

4 326 0.5617 0.4383

5 369 0.9131 0.0869

6 401 0.9795 0.0205

7 424 0.9936 0.0064


10 10 0 0.000 1.000

100 100 0 0.000 1.000

500 500 0 0.000 1.000

1000 1000 0 0.000 1.000

2000 2000 0 0.000 1.000

3000 3000 0 0.000 1.000

4000 4000 0 0.000 1.000

5000 5000 0 0.000 1.000

10000 9999 1 0.000 1.000

115

BIODATA PENULIS

Fahmy Ardhiansyah dilahirkan di kota Ponorogo tepatnya

pada tanggal 22 Juni 1987. Anak pertama dari dua

bersaudara, dari pasangan Munardji dan Nur Aini. Penulis

menempuh pendidikan formal dari TK sampai SMA di

kota Ponorogo. Menyelesaikan pendidikan dasar di SDN

Mangkujayan 1 pada tahun 2000, kemudian melanjuktak

ke SMPN 1 Ponorogo (2000-2003), SMAN 2 Ponorogo

(2003-2006). Setelah lulus sekolah, penulis mendapatkan

kesempatan untuk melanjutkan studi di Jurusan Teknik

Kelautan FTK – ITS melalui jalur PMDK Reguler dan terdaftar dengan NRP.

4306100037. Selema kuliah penulis aktif dalam kegiatan kemahasiswaan,

seminar, penelitian bersama dosen. Organisasi kemahasiswaan seperti

HIMATEKLA, KAMMI 1011, BAHRUL ILMI, dan Legislatif Mahasiswa ITS

telah diikuti dalam rangka untuk pengembangan dirinya. Pada masa kuliah penulis

juga menjadi asisten dosen dalam mata kuliah Sistem dan Operasi Kelautan,

selain itu juga melakukan penelitian tentang aplikasi pemecah gelombang

terapung. Saat ini penulis penulis tengah menekuni salah satu bidang keahlian di

Jurusan Teknik Kelautan, yaitu bidang Hidrodinamika dan Struktur Bangunan

Lepas Pantai. Tugas Akhir dengan judul Analisis Keandalan Scantling Support

Structure System Gas Processing Module FPSO Belanak Terhadap Beban

Ekstrem dapat diselesaikan dalam waktu satu semester oleh penulis.

Contact Person:

Email: [email protected]

[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

analisis keandalan scantling support …xa.yimg.com/kq/groups/21706671/129317091/name/laporan tugas...

Documents