ANALISIS SLOSHING PADA INDEPENDENT SUPPORTING TANK TIPE C LNG CARRIER SECARA MELINTANG AKIBAT GERAKAN SWAYING, HEAVING, DAN ROLLING KAPAL DENGAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

15 TUGAS AKHIR

• – MN141581

  

ANALISIS SLOSHING PADA INDEPENDENT SUPPORTING

TANK TIPE C LNG CARRIER SECARA MELINTANG AKIBAT

GERAKAN SWAYING, HEAVING, DAN ROLLING KAPAL

DENGAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS RICKY FADHILLA SHALEH NRP. 4110 100 092 Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc., Ph.D.

  Dr. Ir. Ketut Suastika JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2015

  FINAL PROJECT – MN141581

TRANSVERSAL SLOSHING ANALYSIS FOR INDEPENDENT

SUPPORTING TANK TYPE C LNG CARRIER DUE TO SHIPS

SWAYING, HEAVING, AND ROLLING MOTION USING

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS METHOD RICKY FADHILLA SHALEH NRP. 4110 100 092 Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc., Ph.D.

  Dr. Ir. Ketut Suastika DEPARTMENT OF NAVAL ARCHITECTURE & SHIPBUILDING ENGINEERING Faculty of Marine Technology Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2015

  

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS SLOSHING PADA INDEPENDENT SUPPORTING

TANK TIPE C LNG CARRIER SECARA MELINTANG AKIBAT

GERAKAN SWAYING, HEAVING, DAN ROLLING DENGAN

METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Guna Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

pada

Bidang Keahlian Rekayasa Perkapalan – Hidrodinamika

  

Program S1 Jurusan Teknik Perkapalan

Fakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

  

RICKY FADHILLA SHALEH

NRP. 4110 100 092

Disetujui oleh Dosen Pembimbing Tugas Akhir: Dosen Pembimbing I

  Dosen Pembimbing II Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc., Ph.D.

  Dr. Ir. Ketut Suastika

NIP. 19710320 199512 1 002 NIP. 19691231 200604 1 178

SURABAYA, JANUARI 2015

  

LEMBAR REVISI

ANALISIS SLOSHING PADA INDEPENDENT SUPPORTING

TANK TIPE C LNG CARRIER SECARA MELINTANG AKIBAT

GERAKAN SWAYING, HEAVING, DAN ROLLING DENGAN

METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

TUGAS AKHIR

  

Telah direvisi sesuai dengan hasil Ujian Tugas Akhir

Tanggal 08 Januari 2015

Bidang Keahlian Rekayasa Perkapalan – Hidrodinamika

Program S1 Jurusan Teknik Perkapalan

  

Fakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

  

RICKY FADHILLA SHALEH

NRP. 4110 100 092

Disetujui oleh Tim Penguji Ujian Tugas Akhir:

1. Prof. Ir. I K.A.P. Utama, M.Sc., Ph.D. ……..………………..…………………..

2. Dony Setyawan, ST., M.Eng. ……..………………..…………………..

  Disetujui oleh Dosen Pembimbing Tugas Akhir:

1. Aries Sulisetyono, ST., M.ASc., Ph.D. ……..………………..…………………..

2. Dr. Ir. Ketut Suastika ……..………………..…………………..

  

SURABAYA, JANUARI 2015

  

ANALISIS SLOSHING PADA INDEPENDENT SUPPORTING

TANK TIPE C LNG CARRIER SECARA MELINTANG AKIBAT

GERAKAN SWAYING, HEAVING, DAN ROLLING DENGAN

METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

  Nama Penulis : Ricky Fadhilla Shaleh NRP : 4110 100 092 Jurusan / Fakultas : Teknik Perkapalan / Teknologi Kelautan Dosen pembimbing : 1. Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc.,Ph.D.

  : 2. Dr. Ir. Ketut Suastika ABSTRAK

  

Sloshing merupakan perpindahan dari suatu cairan akibat eksitasi tangki oleh gaya luar yang

dipengaruhi oleh permukaan bebasnya. Berdasarkan IGC Code, dalam perencanaan tangki

pada kapal dengan muatan liquid gases, salah satu parameter yang dipertimbangkan adalah

beban akibat sloshing. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui besarnya pressure yang terjadi

pada dinding tangki LNG jenis Independent Self Supporting Tank dengan bentuk Bilobe, yang

diakibatkan oleh spektra respons Sway, Heave, dan Roll pada daerah pelayaran Bontang -

Samarinda. Pemodelan tangki dilakukan secara 2D dengan ukuran lebar separuh tangki 6,65

m dan tinggi 6,9 m dengan software GAMBIT. Simulasi sloshing dilakukan menggunakan

software FLUENT dengan filling level 10%, 50%, dan 90% dari ketinggian tangki. Pengaruh

efek sloshing yang terjadi pada tangki observasi merupakan kombinasi dari nilai input spektra

respons sway, heave, dan roll. Kombinasi tersebut memiliki nilai maksimum pada rentang

  2

frekuensi antara 0.8 - 1.2 [rad/s] yaitu masing – masing sebesar 0.763 [m (rad/s)], 1.005

  2

  2

[m (rad/s)], serta 20.197 [deg (rad/s)]. Spektra respons tersebut menghasilkan pengaruh beban

sloshing terbesar pada dinding tangki long. bulkhead untuk kondisi filling level 50% yaitu

sebesar 6.89% atau 253.8503 [Pa] dari total pressure pada kondisi filling level yang sama yang

bernilai 3684.823 [Pa]. Nilai tersebut lebih besar daripada presentase pengaruh nilai dynamic

pressure maksimum untuk kondisi filling level 90% yang terjadi pada long. bulkhead yaitu

sebesar 1.95% atau sebesar 319.2278 [Pa] dari nilai total pressure pada kondisi filling level

tersebut yaitu 16349.56 [Pa]. Sedangkan pengaruh filling level terhadap peningkatan beban

sloshing yang signifikan adalah pada dinding tangki long. bulkhead untuk tiap variasi filling

level 10%, 50%, dan 90% yaitu berturut turut sebesar 1.222938 [Pa], 253.8503 [Pa], dan

319.2278 [Pa]. Peningkatan nilai tersebut memliki nilai yang lebih signifikan dibandingkan

dengan kenaikan beban sloshing pada dinding tangki tank wall pada kondisi filling level 10%,

50% dan 90% yaitu sebesar 80.12007 [Pa], 162.1433 [Pa], dan 240.1272 [Pa].

  

Kata Kunci : Bilobe, Bontang – Samarinda, FLUENT, Heaving, LNG, Rolling, Sloshing,

Spektra Respons , Swaying, 2D.

  

TRANSVERSAL SLOSHING ANALYSIS FOR INDEPENDENT

SUPPORTING TANK TYPE C LNG CARRIER DUE TO SHIPS

SWAYING, HEAVING, AND ROLLING MOTION USING

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

  Author : Ricky Fadhilla Shaleh

  ID No. : 4110 100 092 Department/Faculty : Naval Architecture & Shipbuilding Engineering / Marine Technology Supervisors : 1. Aries Sulisetyono, ST., MA.Sc.,Ph.D. : 2. Dr. Ir. Ketut Suastika

  ABSTRACT

Sloshing are displacement of fluid due to tank excitation by external force influenced by free

surface of the tank. Based on the IGC Code, one of the parameters considered on structure

analysis of ship liquid gases cargo tank are determined by sloshing loads. This analysis aims

to determine the amount of pressure (static, dynamic and total) which can occured in the

independent self supporting bilobe tank, that caused by Sway, Heave, and Roll of ship motion

at Bontang - Samarinda. Tank modeller are applied in 2D according to the geometry of the

tank, with half width is 6.65 m and 6.9 m of height using GAMBIT. Filling level at 10%, 50%,

and 90% are used as variations on FLUENT simulations. Sloshing effect’s on that observed

tank based on combination of sway, heave and roll spectra respons with maximum value are

  2

  2

  2

0.763 [m (rad/s)], 1.005 [m (rad/s)], and 20.197 [deg (rad/s)] on 0.8 – 1.2 [rad/s] range of

frequency. That’s caused significant increasing sloshing loads on longitudinal bulkhead for

50% filling level’s condition with 6.89% or 253.8503 [Pa] of the total pressure on same

boundary condition and filling level, that is 3684.823 [Pa]. That value’s more than maximum

sloshing loads that occurred on longitudinal bulkhead at 90% filling level condition by 1.95%

of percentage or 319.2278 [Pa] of the total pressure at that condition, that is 16349.56 [Pa].

  

Even though, filling level variations that caused significant increasing effect on sloshing load

is occurred on longitudinal bulkhead by condition 10%, 50% and 90% there are 1.222938 [Pa],

253.8503 [Pa], dan 319.2278 [Pa]. That values are more increased significantly than sloshing

load on tank wall’s boundary condition by 80.12007 [Pa], 162.1433 [Pa], dan 240.1272 [Pa]

with 10%, 50% and 90% filling level condition.

  Keywords : Bilobe, Bontang – Samarinda, FLUENT, Heaving, LNG, Rolling, Sloshing, Spektra Respons , Swaying, 2D.

KATA PENGANTAR

  Segala puji dan syukur kepada Allah SWT yang memberikan rahmat dan hidayahnya

serta atas segala nikmat, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang

berjudul : “Analisis Sloshing pada Independent Supporting Tank Tipe C LNG Carrier

secara Melintang akibat Gerakan Swaying, Heaving, dan Rolling dengan Metode

Computational Fluid Dynamics ”.

  Pada kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu penyelesaian Tugas Akhir ini, yaitu :

  1. Bapak Aries Sulisetyono, ST. MA.Sc., Ph.D., dan Bapak Dr. Ir. Ketut Suastika selaku dosen pembimbing yang dengan sabar telah memberikan bimbingan, ilmu dan arahan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Bapak Prof. Dr. Ir. I Ketut Aria Pria Utama, M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik Perkapalan FTK - ITS.

  3. Bapak Ir. Budie Santosa, MT., selaku dosen wali penulis semasa menempuh pendidikan di Teknik Perkapalan FTK – ITS.

  4. Bapak Drs. H. Suwandi dan Dra. Hj. Ibu Dyah Eko Yuliani sebagai orang tua penulis yang telah memberikan dukungan dan doa untuk penulis.

  5. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Perkapalan FTK – ITS.

  6. Rekan-rekan mahasiswa ITS pada umumnya, dan mahasiswa Teknik Perkapalan FTK – ITS pada khususnya terutama teman-teman CAPTAIN P50.

  7. Ucapan terima kasih yang spesial penulis persembahkan kepada kekasih tercinta “Sekar Purtiantari”.

  8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

  Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan jauh

dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun

demi kesempurnaan penulisan selanjutnya. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan

manfaat bagi semua pihak.

  Surabaya, Januari 2015 Penulis

  

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................................... iii

LEMBAR REVISI .................................................................................................................... iv

HALAMAN PERUNTUKAN ................................................................................................... v

KATA PENGANTAR .............................................................................................................. vi

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

ABSTRACT ............................................................................................................................ viii

x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................................... xvi

  2.2 Kapal sebagai Moda Transportasi Liquified Natural Gas (LNG) ............................... 7

  2.5.2 Sway ................................................................................................................... 17

  2.5.1 Olah Gerak Kapal dalam 6-Derajat Kebebasan ................................................. 15

  2.5 Respon Gerakan Kapal di Gelombang ...................................................................... 15

  2.4.2 Gelombang Sinusoidal ....................................................................................... 14

  2.4.1 Formulasi Gerak Harmonis Sederhana .............................................................. 12

  2.4 Teori Gelombang....................................................................................................... 12

  2.3.1 Independent Tanks Type C ................................................................................. 11

  2.3 Klasifikasi Kapal LNG ................................................................................................ 9

  2.1.2 Filling Level ......................................................................................................... 6

  

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

  2.1.1 Viskositas ............................................................................................................. 6

  2.1 Karakteristik LNG ....................................................................................................... 5

  

BAB II STUDI LITERATUR .................................................................................................... 5

  1.6 Hipotesis ...................................................................................................................... 4

  1.5 Manfaat........................................................................................................................ 4

  1.4 Tujuan.......................................................................................................................... 3

  1.3 Batasan Masalah .......................................................................................................... 3

  1.2 Perumusan Masalah..................................................................................................... 2

  1.1 Latar Belakang Masalah .............................................................................................. 1

  2.5.3 Heave ................................................................................................................. 18

  2.5.5 Arah Gelombang ................................................................................................ 20

  2.8.5 Pemodelan Aliran Turbulen ............................................................................... 40

  3.2.3 Data Response Amplitude Operator (RAO) ...................................................... 54

  3.2.2 Data Gelombang ................................................................................................ 53

  3.2.1 Data Spesifikasi Tangki LNG ............................................................................ 52

  3.2 Pengumpulan Data .................................................................................................... 52

  3.1 Diagram Alir ............................................................................................................. 51

  

BAB III METODOLOGI ......................................................................................................... 51

  2.11 Teori Analisis Tingkat Kesalahan Meshing .............................................................. 47

  2.10 Grid Independence .................................................................................................... 46

  2.9.5 Solver pada FLUENT ........................................................................................ 45

  2.9.4 Metode Diskritisasi FLUENT ............................................................................ 44

  2.9.3 Pengenalan ANSYS FLUENT ........................................................................... 44

  2.9.2 Persamaan Momentum....................................................................................... 43

  2.9.1 Persamaan Volume Fraction .............................................................................. 43

  2.9 Volume of Fluid ........................................................................................................ 42

  2.8.4 Pemodelan sloshing ........................................................................................... 38

  2.5.6 Frekuensi Gelombang Papasan .......................................................................... 22

  2.8.3 Eksitasi Sloshing ................................................................................................ 38

  2.8.2 Dinamika Sloshing ............................................................................................. 37

  2.8.1 Sloshing Load Assesment .................................................................................. 36

  2.8 Sloshing ..................................................................................................................... 35

  2.7 Persamaan Navier-Stokes .......................................................................................... 34

  2.6.7 Respons Kapal di Gelombang Acak .................................................................. 32

  2.6.6 Spektra JONSWAP ............................................................................................ 32

  2.6.5 Formulasi Spektrum Gelombang ....................................................................... 31

  2.6.4 Spektrum Energi Gelombang ............................................................................. 30

  2.6.3 Karakteristik Gelombang Acak.......................................................................... 29

  2.6.2 Klasifikasi Kondisi Laut .................................................................................... 28

  2.6.1 Pengukuran Gelombang Laut ............................................................................ 27

  2.6 Gelombang Acak ....................................................................................................... 26

  2.5.7 Response Amplitude Operator (RAO) ............................................................... 24

  3.2.4 Data Sudut Fase ................................................................................................. 56

  3.3 Perhitungan Spektra Gelombang ............................................................................... 58

  4.1.2 Hasil perhitungan Static Pressure, Filling Level 50% ....................................... 90

  5.1 Kesimpulan.............................................................................................................. 121

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................................ 121

  4.2.3 Perbandingan Total Pressure , Filling Level 10%, 50%, dan 90% .................. 110

  4.2.2 Perbandingan Dynamic Pressure , Filling Level 10%, 50%, dan 90% ............ 107

  4.2.1 Perbandingan Static Pressure, Filling Level 10%, 50%, dan 90% .................. 104

  4.2 PEMBAHASAN ..................................................................................................... 104

  4.1.9 Hasil perhitungan Total Pressure , Filling Level 90% .................................... 103

  4.1.8 Hasil perhitungan Total Pressure , Filling Level 50% .................................... 102

  4.1.7 Hasil perhitungan Total Pressure , Filling Level 10% .................................... 101

  4.1.6 Hasil perhitungan Dynamic Pressure , Filling Level 90% ................................ 99

  4.1.5 Hasil perhitungan Dynamic Pressure, Filling Level 50% ................................. 97

  4.1.4 Hasil perhitungan Dynamic Pressure, Filling Level 10% ................................. 95

  4.1.3 Hasil perhitungan Static Pressure, Filling Level 90% ...................................... 92

  4.1.1 Hasil perhitungan Static Pressure, Filling Level 10% ....................................... 87

  3.3.1 Spektra JONSWAP ............................................................................................ 58

  4.1 Hasil Perhitungan ...................................................................................................... 87

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................. 87

  3.8 Probability Exceeds ................................................................................................... 82

  3.7 Validasi...................................................................................................................... 80

  3.6.2 Analisis Tingkat Eror Meshing .......................................................................... 77

  3.6.1 Hasil Simulasi untuk Tahap Analisa Grid Independence .................................. 69

  3.6 Grid Independence .................................................................................................... 69

  3.5.3 Post-processing .................................................................................................. 68

  3.5.2 Solving................................................................................................................ 68

  3.5.1 Pre-processing ................................................................................................... 66

  3.5 Simulasi FLUENT..................................................................................................... 66

  3.4 Perhitungan Spektra Respons .................................................................................... 64

  3.3.2 Validasi Spektra JONSWAP.............................................................................. 61

  5.2 Saran ........................................................................................................................ 122

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 123

BIODATA PENULIS ............................................................................................................ 125

  

DAFTAR TABEL

Tabel 3.8 Variasi Meshing pada Tahap Grid Independence. ............................................. 69 Tabel 3.9Tabel 4.1 Prosentase Kenaikan Pressure pada Tangki Rectangular ............................... 117Tabel 3.14 Jenis Meshing untuk Tahap Variasi Filling Level.............................................. 80Tabel 3.13 Rangkuman Tahap Analisis Tingkat Eror Meshing. .......................................... 79

  Setting untuk Tahap Analisa Grid Independence, Grid D. ................................ 79

Tabel 3.11 Setting untuk Tahap Analisa Grid Independence, Grid C. ................................ 75 Tabel 3.12Tabel 3.10 Setting untuk Tahap Analisa Grid Independence, Grid B. ................................ 74

  Setting untuk Tahap Analisa Grid Independence, Grid A. ................................ 73

Tabel 3.7 Tabel Perhitungan Spektra Respons. ................................................................. 64Tabel 2.1 Enam (6) Mode Derajat Kebebasan Gerakan Kapal. ......................................... 15

  Hasil Perhitungan JONSWAP’s Spectra , dengan Variasi , = 3 [m]. ....... 62

Tabel 3.5 Proses Perhitungan Spektra JONSWAP ............................................................ 59 Tabel 3.6Tabel 3.4 Koordinat Grafik Sudut Fase Kapal LNG (Romansyah, 2014). ........................ 57Tabel 3.3 Koordinat RAO Kapal LNG (Romansyah, 2014).............................................. 55Tabel 3.2 Input Data Gelombang Perairan Bontang – Samarinda. .................................... 53Tabel 3.1 Dimensi Utama Tangki. ..................................................................................... 52Tabel 2.2 Klasifikasi Sea State menurut WMO. ................................................................ 28Tabel 4.2 Prosentase Kenaikan Pressure pada Tangki Bilobe ......................................... 117

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ilustrasi LNG Plant Production oleh Shell Corp. ............................................ 5Gambar 2.2 Pola Alur Ditribusi LNG Dunia (Myung, 2013). ............................................. 7Gambar 2.3 Grafik Perkembangan Ukuran kapal LNG (Delpizzo, 2014). .......................... 9Gambar 2.4 Klasifikasi kapal LNG menurut IMO (Delpizzo, 2014). ............................... 10

  3 Gambar 2.5 Tangki Jenis Bilobe terbesar di dunia (9,686 m ) oleh Denmark’s Evergas

(Delpizzo, 2014). ..................................................................................................................... 11

Gambar 2.6 Ilustrasi Gerak Harmonis Sederhana. ............................................................. 12Gambar 2.7 Karakteristik pada Gerak Harmonis Sederhana. ............................................ 13Gambar 2.8 Representasi Gelombang Sinusoidal. ............................................................. 14Gambar 2.9 Notasi Umum dan Konvensi Simbol terhadap Deskripsi Olah Gerak Kapal (SNAME, 1950). ...................................................................................................................... 16Gambar 2.10 Grafik Perbandingan RAO Bangunan Apung Melaju (Djatmiko, 2012). ...... 18Gambar 2.11 Definisi Sudut Hadap Kapal terhadap Arah Gelombang. .............................. 21Gambar 2.12 Bangunan Laut Melaju di Gelombang dengan Arah . ................................. 22Gambar 2.13 Bentuk Umum Grafik Repons Gerakan Kapal. .............................................. 24Gambar 2.14 Klasifikasi Spektrum Gelombang Laut Berdasarkan Periode ........................ 26Gambar 2.15 Definisi Pengukuran Parameter Sampel Gelombang Acak............................ 29Gambar 2.16 Definisi Spektrum Energi Gelombang. .......................................................... 31Gambar 2.17 Transformasi Spektra Gelombang menjadi Spektra Respons. ....................... 33Gambar 2.18 Fenomena Sloshing pada Tangki Memanjang (Khezzar & Seibi, 2009). ...... 35Gambar 2.19 Ilustrasi Skema Sloshing. ............................................................................... 37Gambar 2.20 Skema Solver pada Volume of Fluid Multifase (Anwar, 2013). .................... 46Gambar 2.21 Empat (4) Variasi Meshing pada Tahap Grid Independence. ........................ 48Gambar 3.1 Penampang Melintang Kapal & Tangki Bilobe LNG. ................................... 52Gambar 3.2 Titik Berat Tangki LNG Tipe Independent Self Supporting Tank Jenis Bilobe, Ditunjukkan dengan Simbol (Senjanovic, Slapnicar, Mravak, Rudan, & Ljustina, 2008). 53Gambar 3.3 Grafik RAO untuk Gerakan Sway, Heave, dan Roll (Romansyah, 2014). ..... 54Gambar 3.4 Grafik Sudut Fase Kapal LNG (Romansyah, 2014). ..................................... 56Gambar 3.5 Grafik Spektra Gelombang & Spektra Gelombang Papasan Berdasarkan Formulasi Hasselmann dkk (1973). ......................................................................................... 60Gambar 3.6 Spektra JONSWAP. (a) dalam Fungsi Parameter Puncak , = 3[m]. (b)

  

dalam Fungsi Tinggi Gelombang Signifikan , =3.3. ....................................................... 61

Gambar 3.7 Grafik Validasi Perhitungan Spektra Gelombang JONSWAP. ..................... 63Gambar 3.8 Grafik Spektra Respons untuk Mode Gerakan Sway. .................................... 65Gambar 3.9 Grafik Spektra Respons untuk Mode Gerakan Heave. .................................. 65Gambar 3.10 Grafik Spektra Respons untuk Mode Gerakan Roll. ...................................... 66Gambar 3.11 Pemodelan Numerik Tangki Bilobe dengan Variasi Filling Level adalah 10%, 50% dan 90% dari Tinggi Dinding Utama Tangki. ................................................................. 67Gambar 3.12 Pemilihan Tipe Output FLUENT. .................................................................. 68Gambar 3.13 Visualisasi Grid dengan Jumlah Elemen 34073. ........................................... 70Gambar 3.14 Visualisasi Grid dengan Jumlah Elemen 14676. ........................................... 70Gambar 3.15 Visualisasi Grid dengan Jumlah Elemen 9484. ............................................. 71Gambar 3.16 Visualisasi Grid dengan Jumlah Elemen 4513. ............................................. 71Gambar 3.17 Grafik Static Pressure dengan Grid A............................................................ 72Gambar 3.18 Grafik Static Pressure dengan Grid B. .......................................................... 73Gambar 3.19 Grafik Static Pressure dengan Grid C. .......................................................... 74Gambar 3.20 Grafik Static Pressure dengan Grid D. .......................................................... 76Gambar 3.21 Grafik Perbedaan Pressure, mean error dan root mean square error [%] pada

  

Long. Bulkhead. ....................................................................................................................... 77

Gambar 3.22 Grafik Perbedaan Pressure, mean error dan root mean square error [%] pada

  

Long. Bulkhead. ....................................................................................................................... 78

Gambar 3.23 Grafik Perbedaan Pressure, mean error dan root mean square error [%] pada

  

Long. Bulkhead. ....................................................................................................................... 79

Gambar 3.24 Karakteristik Tangki Validasi (Fuent Inc., 2005). ......................................... 81Gambar 3.25 Static Pressure pada Simulasi Validasi. ......................................................... 81Gambar 3.26 Aktivasi Panel Enable Command. .................................................................. 82Gambar 3.27 Simulasi Input Data pada Minitab. ................................................................. 83Gambar 3.28 Pengaktifan Panel Probability Plot. ............................................................... 83Gambar 3.29 Pemilihan Probability Plot. ............................................................................ 84Gambar 3.30 Pemilihan Input Data pada Tahap Analisis Sebaran Weibull 3 Parameter. ... 84Gambar 3.31 Grafik Output Analisis Sebaran Weibull 3 Parameter. .................................. 85Gambar 4.1 Grafik Static Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ...................... 87Gambar 4.2 Fenomena Sloshing pada Filling Level 10%. ................................................. 88Gambar 4.4 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Tank Wall. ........................... 89Gambar 4.5 Grafik Static Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ...................... 90Gambar 4.6 Fenomena Sloshing pada Filling Level 50%. ................................................. 91Gambar 4.7 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Long. Bulkhead. .................. 91Gambar 4.8 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Tank Wall. ........................... 92Gambar 4.9 Grafik Static Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ...................... 92Gambar 4.10 Fenomena Sloshing pada Filling Level 90%. ................................................. 93Gambar 4.11 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Long. Bulkhead. .................. 93Gambar 4.12 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Tank Wall. ........................... 94Gambar 4.13 Grafik Dyamic Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ................... 95Gambar 4.14 Fenomena Sloshing pada Filling Level 10%. ................................................. 95Gambar 4.15 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Long. Bulkhead. .................. 96Gambar 4.16 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Tank Wall. ........................... 96Gambar 4.17 Grafik Dyamic Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ................... 97Gambar 4.18 Fenomena Sloshing pada Filling Level 50%. ................................................. 98Gambar 4.19 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Long. Bulkhead. .................. 98Gambar 4.20 Grafik Dyamic Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ................... 99Gambar 4.21 Fenomena Sloshing pada Filling Level 90%. ............................................... 100Gambar 4.22 Grafik Probability Plot Ditribusi Weibull pada Long. Bulkhead. ................ 100Gambar 4.23 Grafik Total Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ..................... 101Gambar 4.24 Fenomena Sloshing pada Filling Level 10%. ............................................... 102Gambar 4.25 Grafik Total Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ..................... 102Gambar 4.26 Fenomena Sloshing pada Filling Level 50%. ............................................... 103Gambar 4.27 Grafik Total Pressure on Long. Bulkhead & Tank Wall [Pa]. ..................... 103Gambar 4.28 Fenomena Sloshing pada Filling Level 90%. ............................................... 104Gambar 4.29 Grafik Perbandingan Static Pressure pada Tank Wall [Pa]. ........................ 105Gambar 4.30 Diagram Perbandingan Static Pressure pada Tank Wall. ............................ 106Gambar 4.31 Grafik Perbandingan Static Pressure pada Long. Bulkhead [Pa]. ............... 106Gambar 4.32 Diagram Perbandingan Static Pressure pada Long. Bulkhead. .................... 107Gambar 4.33 Grafik Perbandingan Dynamic Pressure pada Tank Wall [Pa]. .................. 108Gambar 4.34 Diagram Perbandingan Dynamic Pressure pada Tank Wall. ....................... 109Gambar 4.35 Grafik Perbandingan Dynamic Pressure pada Longitudial Bulkhead [Pa]. 109Gambar 4.36 Diagram Perbandingan Dynamic Pressure pada Longitudinal Bulkhead. ... 110Gambar 4.38 Diagram Perbandingan Total Pressure pada Tank Wall. ............................. 111Gambar 4.39 Grafik Perbandingan Total Pressure pada Longitudinal Bulkhead [Pa]. .... 112Gambar 4.40 Diagram Perbandingan Total Pressure pada Long. Bulkhead. .................... 113Gambar 4.41 Diagram Perbandingan Left Wall dengan Long. Bulkhead [Pa]. .................. 114Gambar 4.42 Diagram Perbandingan Right Wall dengan Tank Wall [Pa]. ........................ 114Gambar 4.43 Diagram Perbandingan Left Wall dengan Long. Bulkhead [Pa]. .................. 115Gambar 4.44 Diagram Perbandingan Right Wall dengan Tank Wall [Pa]. ........................ 115Gambar 4.45 Diagram Perbandingan Left Wall dengan Long. Bulkhead [Pa]. .................. 116Gambar 4.46 Diagram Perbandingan Right Wall dengan Tank Wall [Pa]. ........................ 116Gambar 4.47 Grafik Perbandingan Dynamic Pressure pada Tiap Kondisi Batas [Pa]. ..... 118

BAB I PENDAHULUAN 1.

1.1 Latar Belakang Masalah

  Pada saat ini gas alam dikirim melalui laut dalam bentuk yang telah dicairkan dimana

bertujuan untuk mengurangi volume gas yang dibutuhkan dan memungkinkan proses pengiriman

lebih menguntungkan ditinjau dari segi ekonomi. Akibat jenis muatannya yang khusus maka

kapal jenis liquefied gas carriers memiliki karakteristik konstruksi khusus, serta bentuk tangki

ruang muat yang berbeda dari jenis kapal pada umumnya. Berdasarkan jenis muatannya, kapal

jenis ini dibagi kedalam dua kategori, yaitu Liquefied Natural Gas (LNG) dan Liquefied

Petroleum Gas (LPG) Carriers. LNG diinsulasi pada suhu cryogenic dan tekanan yang lebih

besar dari tekanan atmosfer. Sedangkan, LPG dikirim dalam kondisi seperti berikut : o

  Pendinginan sedikit diatas tekanan atmosfer. o Pendinginan, Tekanan dibawah suhu lingkungan dan diatas tekanan atmosfer. o Tekanan Tinggi pada suhu lingkungan.

  Muatan cargo cair berada pada keadaan didekat titik didih pada tekanan tertentu. Hasil

pemanasan gas petroleum dicairkan kembali dan dipindahkan ke dalam ruang muat. Sejak proses

pengangkutan gas dapat memberikan dampak bahaya, maka suatu peraturan dikeluarkan oleh

  

IMO yang tertuang pada IGC Code yang bertujuan untuk menanggulangi dampak bahaya yang

dapat ditimbulkan oleh muatan gas carriers.

  Pada umumnya, ada beberapa jenis tangki yang digunakan pada proses pengiriman

liquified gas, antara lain : integral tanks, membrane tanks, semi-membrane tanks and

independent tanks. Adapun karakteristik tangki yang diatur dalam peraturan klasifikasi antara

lain analisis terhadap bentuk dan jenis tangki, perencanaan tekanan terhadap muatan, serta

prosedur pendinginan juga mempengaruhi dasar perencanaan.

  Tangki muat dengan jenis independent cargo tanks merupakan struktur terpisah dan tidak

termasuk dalam perhitungan kekuatan memanjang kapal. Berdasarkan IMO, tangki jenis ini

dibagi dalam tipe A,B, dan C. Tangki tipe A dan B dirancang sebagai plane surfaces (gravity

tanks) dan desain tekanan uap kurang dari 0.7 bar. Sedangkan tangki jenis independent tanks tipe

C merupakan struktur kulit (masuk kedalam kategori pressure vessels) pada kriteria

perencanaannya, dioperasikan pada batas tekanan uap 20 bar (Lloyd’s Register Rulefinder,

2009).

  Dalam analisa gerak kapal, efek permukaan bebas dan sloshing didalam ruang muat

seringkali diabaikan, hal ini bertujuan untuk mengurangi kompleksitas proses tersebut. Namun,

banyak eksperimental dan studi numerik menunjukkan bahwa efek gerakan sloshing dan olah

gerak kapal memiliki nilai yang besar. Penanggulangan efek gerakan sloshing dari muatan

merupakan salah satu kriteria perencanaan bentuk dan jenis tangki pada kapal liquefied gas

tankers. Gerakan bebas muatan pada tangki yang bersifat cair (liquid) tentunya memiliki efek

besar terhadap konstruksi dari permukaan tangki yang bersinggungan secara langsung dengan

fluida.

  Perencanaan volume ruang muat pada umunya tidak lebih dari 98% dari volume total

tangki pada suhu tertentu berdasarkan jenis muatan yang diangkut. Sedangkan pada kondisi

kapal kosong, fluida didalam tangki harus disisakan pada level flammability range (dalam vol

% : 5% – 15%). Hal ini bertujuan sebagai salah satu komponen dalam sistem pendinginan tangki

saat kapal berada dalam kondisi tanpa muatan. Kedua kondisi volume muatan dalam tangki

tersebut akan menghasilkan efek gerakan sloshing pada pelayaran samudra. Olah gerak kapal

yang ditinjau pada penelitian kali ini adalah gerakan swaying, heaving dan rolling kapal pada

daerah pelayaran antara Bontang – Samarinda.

  Analisis terhadap gerakan sloshing yang dapat mengakibatkan kerusakan terhadap struktur

tangki pada jenis Bilobe Tanks perlu dilakukan guna mendapatkan karakteristik efek sloshing

yang berupa tegangan, deformasi, dan tekanan. Hal ini dapat dijadikan pertimbangan desain pada

perancangan independent tanks tipe C dengan jenis bilobe tanks.

1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang akan dikaji dalam Tugas Akhir ini adalah:

  

a. Bagaimana pengaruh gerakan swaying, heaving dan rolling kapal terhadap distribusi

tekanan cairan akibat efek sloshing pada dinding tangki observasi?

b. Bagaimanakah pengaruh efek sloshing terhadap peningkatan tekanan cairan pada dinding

tangki observasi?

c. Bagaimana pengaruh variasi filling level terhadap distribusi tekanan cairan pada dinding

tangki observasi?

1.3 Batasan Masalah

  Adapun batasan-batasan masalah yang pada penelitian ini adalah:

  

a. Pemodelan tangki dilakukan secara 2D terhadap tangki Independent tipe C dengan jenis

Bilobe Tanks.

  b. Ukuran Utama kapal : Lwl : 105 m B : 16,8 m H : 5 m T : 3,4 m

  

c. Analisa dilakukan dengan permodelan dibantu software GAMBIT dan dilakukan proses

simulasi sloshing dengan software Computational Fluid Dynamic (CFD) Ansys Fluent.

  

d. Gerakan sloshing yang dianalisis merupakan akibat dari gerakan Swaying, Heaving dan

Rolling kapal.

  e. Pemodelan turbulence menggunakan mode turbulensi k-epsilon.

  f. Analisa terhadap efek viskositas fluida diabaikan.

  

g. Variasi yang dilakukan adalah ketinggian cairan pada kondisi filling level sebesar 10%,

50% dan 90% dari ketinggian tangki.

  h. Daerah pelayaran yang ditinjau adalah pada perairan Bontang - Samarinda.

i. Analisa kontruksi tangki tidak ditinjau lebih dalam.

1.4 Tujuan

  Tujuan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

  

a. Melakukan analisis terhadap pengaruh gerakan swaying, heaving dan rolling kapal

terhadap distribusi tekanan cairan pada dinding tangki observasi.