eISSN: 2721-5717; pISSN: 2747-2124
https://journal.unhas.ac.id/index.php/zonalaut

## ZONA LAUT

## JURNAL INOVASI SAINS DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
-spasi -Times New Roman 11 Italic- -spasi -Times New Roman 11 Italic-
ANALISIS PENGARUH POSISI FAIRLEAD TERHADAP RASIO KERUSAKAN AKIBAT KELELAHAN PADA STRUKTUR TALI TAMBAT TIPE CATENARY FPSO AOKA MIZU
-spasi-Times New Roman 11 Italic- -spasi-Times New Roman 11 Italic-
Nur Indah dan Fuad Mahfud Assidiq Departemen Teknik Kelautan, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Indonesia *nrindh180802@gmail.com
-spasi-Times New Roman 11 Italic- -spasi-Times New Roman 11 Italic-

## Abstrak
Penelitian ini membahas pengaruh posisi fairlead  terhadap rasio kerusakan akibat kelelahan atau fatigue damage ratio pada struktur catenary Floating Production Storage and Offloading (FPSO) Aoka Mizu selama kondisi tertambat. FPSO ini  tentunya  tunduk  pada  pengaruh  gelombang  laut,  arus  laut,  dan  angin  yang  dapat  menyebabkan  pergerakan  yang signifikan,  membahayakan  sistem  tambat  catenary,  serta  mengganggu  proses  produksi.  Penelitian  ini  menggunakan metode  numerik  berasis  Boundary  Element  Method  serta  menggunakan  data  lingkungan  dari  Blok  Masela,  yang mencakup  data  gelombang,  angin,  dan  arus.  Tiga  variasi  posisi  fairlead  (0.3T,  0.5T,  dan  0.9T)  yang  masing-masing merujuk pada jarak fairlead dari sarat ke keel kapal, diuji dengan panjang tali 3100 m dan kedalaman laut 1000 m. Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  posisi  fairlead  0.3T  menghasilkan  tegangan  dan  tingkat  kerusakan  yang  rendah, sementara  posisi  fairlead  0.5T  dan  0.9T  menghasilkan  tegangan  dan  kerusakan  yang  lebih  tinggi.  Posisi  fairlead berperan  penting  dalam  menentukan  stabilitas  dan  kinerja  struktur  catenary  FPSO.  Posisi  fairlead  0.3T  tampaknya menjadi  pilihan  yang  paling  menguntungkan  untuk  mengurangi  risiko  kerusakan  dan  tegangan  pada  sistem  tambat catenary FPSO Aoka Mizu selama kondisi tertambat.
Kata Kunci: Catenary, Fairlead, Fatigue Damage Ratio, FPSO, Kelelahan, Tegangan -spasi-Times New Roman 11 Italic- -spasi-Times New Roman 11 Italic-

## Abstract
This research discusses the effect of fairlead position on the fatigue damage ratio of the Aoka Mizu Floating Production Storage and Offloading (FPSO)  catenary structure during moored conditions. The FPSO is subject to the influence of ocean waves, ocean currents, and wind that can cause significant movement, jeopardize the catenary mooring system, and disrupt the production process. This study utilizes a numerical method based on the Boundary Element Method and uses  environmental  data  from  the  Masela  Block,  which  includes  wave,  wind,  and  current  data.  Three  variations  of fairlead position (0.3T, 0.5T, and 0.9T), each referring to the fairlead distance from the laden to the ship's keel, were tested  with  a  rope  length  of  3100  m  and  a  sea  depth  of  1000  m.  The  results  showed  that  a  fairlead  position  of  0.3T resulted  in  low  stress  and  damage  levels,  while  fairlead  positions  of  0.5T  and  0.9T  resulted  in  higher  stress  and damage.  The  fairlead  position  plays  an  important  role  in  determining  the  stability  and  performance  of  the  FPSO catenary structure. A fairlead position of 0.3T appears to be the most favorable option to reduce the risk of damage and stress to the FPSO Aoka Mizu catenary mooring system during moored conditions. -
Keyword: Catenary, Fairlead, Fatigue Damage Ratio, FPSO, Fatigue, Stress -spasi-Times New Roman 11 Italic- -spasi-Times New Roman 11 Italic-
1. PENDAHULAN
Selama fase produksi minyak dan gas di laut, Floating Production Storage and Offloading (FPSO) tentu tidak akan  terlepas  dari  pengaruh  gelombang  laut,  arus  laut,  dan  angin.  Variabel  lingkungan  ini  dapat  memicu
gerakan  yang  berfluktuasi  dan  memberikan  tekanan  dinamis  pada  sistem  tambat,  yang  mengakibatkan akumulasi  kerusakan  akibat  kelelahan  secara  bertahap.  Permasalahan  ini  telah  mendapatkan  perhatian  yang cukup  besar  belakangan  ini,  dengan  meningkatnya  kasus-kasus  yang  tercatat  mengenai  kerusakan  yang berhubungan dengan kelelahan dalam proyek-proyek nyata.
Gelombang dan  kecepatan arus yang tinggi dapat berakibat pada jarak offset FPSO yang tertambat menjadi cukup  besar  sehingga  menimbulkan  respon  tegangan  yang  tinggi  pada  sistem  tambat,  hal  ini  juga  dapat mengganggu  proses  produksi  bahkan  dapat  merusak  struktur  dan  faktor  beban  operasional  lainnya  [1]. Tegangan  pada  tali  tambat  dapat  mempengaruhi  keamanan  dan  stabilitas  kapal,  serta  dapat  mempengaruhi umur  pakai  tali  tambat  itu  sendiri  [2].  Dalam  perancangan  sistem  tambat  kapal,  analisis  tegangan  pada  tali tambat sangat penting untuk memastikan bahwa tali tambat tidak mengalami kerusakan akibat kelelahan [3]. Keberhasilan  pengoperasian  kapal  FPSO  sangat  bergantung  pada  desain  dan  analisis  sistem  tambatan  yang cermat.  Penelitian  ini  akan  membahas  bagaimana  pengaruh  dari  posisi  fairlead  terhadap  rasio  kerusakan akibat kelelahan pada struktur catenary FPSO Aoka Mizu saat kondisi tertambat.

## 2. METODE
Penelitian  ini  dilakukan dengan  metode studi  literatur yaitu berdasarkan data dukung  yang telah  diperoleh seperti yang ditunjukan pada Tabel 1, Tabel 2, Tabel 3 dan Tabel 4. dengan memakai data lingkungan dari Blok Masela (09 07’ 51” S / 130 28’ 00” E) yang meliputi data gelombang, data angin dan data arus. FPSO disimulasikan  dengan  tiga  variasi  posisi fairlead yaitu:  0.3T,  0.5T  dan  0.9T  dari  sarat  air  kemudian membandingkan  bagaimana  pengaruhnya  terhadap  rasio  kerusakan  akibat  kelelahan  pada  sistem  tambat. Karena  sistem  tambat  didesain  secara  simetris  maka  dalam  analisa  perhitungan  tegangan  dan fatigue damage ini  digunakan mooring line 1, 5, dan 6, sebagai sampel mooring line pada bagian fore FPSO dan mooring line 4, 11 dan 12 sebagai sampel untuk bagian aft FPSO. Panjang tali yang digunakan dalam simulasi untuk masing-masing mooring line adalah 3.100 meter dengan kedalaman laut 1.000 meter, sudut mooring line dalam desain ini yaitu 34 ᵒ , 45 ᵒ , dan 56 ᵒ . Pola tambat yang dipakai adalah pola 4x3 dengan radius mooring 3.000  meter, penomoran setiap mooring line dapat dilihat pada  Gbr.  1,  properti  dari  tali  tambat  [4]  lebih  jelasnya  ditujukan  pada  Tabel.2,  serta  dimensi  utama  dari kapal FPSO Aoka Mizu dapat dilihat pada Tabel 1.

## Tabel 1. Dimensi FPSO Aoka Mizu
Barge Hull Gas FPSO Length 206.75 m Breadth 38.4 m Height 30.08 m Draft 21.75 m Tabel 2. Properti tali tambat FPSO Aoka Mizu Mooring Properties Description Studdles R4 Diameter (m) 0.1588 Wet Weight (kg/m) 438.90 Maximum Breaking Load, MBL (kN) 19,563.30 Axial Stiffness, EA (kN) 1,842,397.80 Tabel 3. Data angin dan arus Blok Masela Parameter Kecepatan (m/s) Angin 16.91 Arus 0.50
Tabel 4. Data sebaran gelombang Blok Masela
Hs (m) Total 0.1 - 1 1.1 - 2 2.1 - 3 3.1 - 4 4.1 - 5 Tp (s) 0.1 - 2 0 0 0 0 0 0 2.1 - 4 0.58 0 0 0 0 0.58 4.1 - 6 9.51 4.43 0 0 0 13.94 6.1 - 8 5.12 6.9 4.74 0.03 0 16.79 8.1 - 10 8.2 3.5 5.6 0.78 0.04 18.12 10.1 - 12 10.8 20.8 0.15 0.01 0.01 31.77 12.1 - 14 9.3 2.68 0.02 0 0 12 14.1 - 16 2.93 2.46 0.04 0 0 5.43 16.1 - 18 0.42 0.77 0.03 0 0 1.22 18.1 - 20 0.05 0.096 0 0 0 0.146 Total 46.91 41.636 10.58 0.82 0.05 100 Kumulatif 46.9 88.5 99.1 99.9 100
Berdasarkan Tabel 3. di atas, diinput kecepatan angin dan arus masing-masing sebesar 16.91 m/s dan 0.5 m/s pada software Ansys  AQWA, dan dari Tabel 4. probabilitas gelombang (Pi)  yang digunakan adalah yang  tertinggi,  yaitu  20.8  dengan  tinggi  gelombang  signifikan  (Hs)  adalah  2  meter  dan  periode gelombang (Tp) yaitu 12 detik.
Gambar 1. Pola tambat FPSO Aoka Mizu
(a)
(b)
(c)
Gambar 2. Variasi posisi fairlead : (a) 0.3T, (b) 0.5T, (c) 0.9T
Tabel 5. Variasi posisi fairlead FPSO Aoka Mizu Posisi Fairlead from FPSO keel from Draft 0.3 T = 6.525 m -15.225 m 0.5 T = 10.875 m -10.875 m 0.9 T = 19.575 m -2.175 m
Posisi fairlead yang  pertama  adalah  0.3T  (Gbr  2.a)  dimana fairlead dipasang  pada  jarak  15.225  meter yang  dihitung  dari  sarat  ke keel kapal,  variasi  kedua  yaitu  posisi fairlead bearada  pada  0.5T  (Gbr  2.b) dengan jarak 10.875 meter dari sarat ke keel kapal, sedangkan untuk variasi ketiga 0.9T (Gbr 2.c) posisi fairlead berada pada jarak 2.175 dari sarat ke keel kapal.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hydrostatic

## Gambar 3. FPSO Aoka Mizu
Data hasil analisis hidrostatik dapat dilihat pada Tabel 6. Dimana letak center of gravity FPSO berada di titik (0,0,0) dalam koordinat XYZ. Sementara itu, pergerakan heave (Z) FPSO adalah sebesar 75,339,152 N/m,  yang  mencerminkan response FPSO  terhadap  perubahan  ketinggian  gelombang  laut.  Kemudian, data  roll  (RX)  dan  pitch  (RY)  menggambarkan  rotasi  FPSO  dalam  respons  terhadap  gelombang  laut dengan masing-masing nilai -1.20237e 8 N.m/° dan 3.99811e 9 N.m/°.
Tabel 6. Data hydrostatic dari software Ansys AQWA Item Aqwa Hydrostatic Results Center of Gravity Position X: 0. m Y: 0. m Z: 0. m Heave (Z): 75339152 N/m Roll (RX): -1.20237e8 N.m/° Pitch (RY): 3.99811e9 N.m/°
Actual Volumetric Displacement: 150587.77 m³ Equivalent Volumetric Displacement: 150586.34 m³ Centre of Buoyancy Position: X: -3.6413188 m Y: -8.8326e-5 m Z: -10.41728 m Cut Water Plane Area: 7495.0781 m² C.O.G. to C.O.B.(BG): 10.41728 m Metacentric Heights: GMX: -4.5512137 m GMY: 149.88493 m COB to Metacentre: BMX: 5.8660665 m BMY: 160.30222 m Restoring Moments: MX: -2098534.8 N.m/° MY: 69110960 N.m/°

## 3.2 Response Amplitude Operator
Dengan  memperoleh Response  Amplitude  Operator (RAO)  menggunakan software Ansys  maka  kita dapat  melihat  karakteristik  gerakan  pada  FPSO.  Kondisi  moorring  yang  digunakan  untuk  perhitungan karakteristik  gerakan  struktur  ini  adalah  pada  kondisi full  load .  Dimana  kondisi full  load struktur  yaitu berada  pada  sarat  maksismum  21.75  m  dengan  kedalaman  laut  1000  m.  Berikut  ini  adalah  grafik  dari RAO  pada  FPSO  yang  dibedakan  dalam  lima  arah  pembebanan  gelombang,  yaitu  pembebanan gelombang pada sudut 0 ᵒ , 45 ᵒ , 90 ᵒ , 135 ᵒ dan 180 ᵒ untuk gerakan surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw.
(a)
(b)
(c)
(e) (f)
Gambar 4 . Grafik RAO gerakan pada FPSO saat mooring dengan heading pembebanan 0 ᵒ , 45 ᵒ , 90 ᵒ , 135 ᵒ dan 180 ᵒ ; a) gerakan surge, b) gerakan sway, c) gerakan heave, d) gerakan roll, e) gerakan pitch, f) gerakan yaw.
Tabel 7. Nilai maksimum RAO FPSO Aoka Mizu
Gerakan Satuan RAO Maximum Max 0 deg 45 deg 90 deg 135 deg 180 deg Surge m/m 1.716565  1.567544  1.402151  1.567817  1.716904  1.716904 Sway m/m 0.000025  0.830290  1.175307  0.830294  0.000026  1.175307 Heave m/m 0.997777  0.998895  2.166739  1.145228  0.997814  2.166739 Roll ᵒ/m 0.000022  0.302473  0.418748  0.307806  0.000022  0.418748 Pitch ᵒ/m 1.201371  1.759610  0.748979  1.203069  1.203069  1.759610 Yaw ᵒ/m 0.000017  0.380306  0.045448  0.377453  0.000022  0.380306
Tabel  7.  menunjukan  bahwa  gerakan  translasi,  surge  yang  tertinggi  yaitu  1.716904  (m/m)  pada heading 0 ᵒ ,  sway  tertinggi  yaitu  1.175307  (m/m)  pada heading 90 ᵒ ,  sedangkan  untuk  heavy  tertinggi  yaitu 2.166739  (m/m)  pada heading 90 ᵒ .  Untuk  gerakan  rotasi,  roll  yang  tertinggi  yaitu  0.418748  ( ᵒ /m)  pada heading 90 ᵒ ,  pitch  tertinggi  yaitu  1.759610  ( ᵒ /m)  pada heading 45 ᵒ ,  dan  yaw  tertinggi  yaitu  0.380306 ( ᵒ /m) pada heading 45 ᵒ .

## 3.3 Motion Trajectory
Motion  trajectory kapal  merupakan  representasi  visual  dari  jalur  yang  diikuti  oleh  kapal  dalam pergerakannya.  Mengetahui motion  trajectory kapal  dapat  membantu  dalam  memprediksi  posisi  kapal, memperkirakan  kecepatan  kapal,  dan  jarak  offset  dari  pada  saat mooring .  Selain  itu,  informasi  ini  juga dapat membantu dalam  merencanakan rute pelayaran yang lebih efisien dan aman. Berikut adalah grafik motion trajectory (Gbr.9.) dari FPSO Aoka Mizu selama kondisi tertambat.
(a) (b)

## (c)
Gambar 5 . Grafik motion trajectory pada FPSO saat mooring ; a) motion trajectory pada posisi fairlead 0.3T, b) motion trajectory pada posisi fairlead 0.5T, c) motion trajectory pada posisi fairlead 0.9T.
Tabel 8. Nilai maksimum gerakan surge dan sway pada posisi fairlead 0.3T, 0.5T, dan 0.9T Gerakan Posisi Fairlead 0.3T 0.5T 0.9T Surge (m) Sway (m) Surge (m) Sway (m) Surge (m) Sway (m) Offset max 2.8 0.0005 2.37 -0.013 1.5 -0.0004 Offset min 0.61 0.0003 0.27 -0.018 -0.5 -0.0021 Δ Offset 2.2 0.0002 2.1 0.005 2.0 0.002

## 3.4 Mooring Line Stress
Tegangan  pada  sistem  tali  tambat  atau mooring  line  stress perlu  diketahui  sebab  merupakan  salah  satu faktor  penting  yang  harus  dipertimbangkan  dalam  perancangan  sistem  tambat  kapal.  Hasil  analisis menujunkan bahwa mooring line stress terendah berada pada posisi fairlead 0.3T sedangkan mooring line tress tertinggi  terjadi  pada  posisi fairlead 0.5T  dan  0.9T.  Hasil  perhitungan  pada  mooring  line  stress  di hitung menggunakan persamaan berikut:
𝑯𝑺𝑺  = 𝑭 𝑨
Dimana: HSS = hotspot stress (N/m 2 ) F = gaya tegangan tali (N)
A = luas penampang mooring line (m 2 )
Fore Aft (a)
(d)
(b) (e)
(c) (f)
Gambar 6 . Grafik mooring line stres s; (a) Mooring line 1, (b) Mooring line 5, (c) Mooring line 6, (d) Mooring line 4, (e) Mooring line 11, (f) Mooring line 12
Tabel 9. Hasil perhitungan mooring line stress Mooring Line Letak HSS maks 0.3T 0.5T 0.6T #1 Fore 1.34E+09 2.16E+09 2.32E+09 #5 1.71E+09 1.80E+09 1.53E+10 #6 1.52E+09 3.05E+09 3.38E+09 #4 Aft 1.69E+09 2.20E+09 2.37E+09 #11 1.46E+09 1.75E+09 1.84E+09 #12 1.63E+09 3.09E+09 3.44E+09

## 3.5 Fatigue Damage Ratio
Rasio  kerusakan  akibat  kelelahan  ( fatigue  damage  ratio )  memproyeksikan  kapabilitas  struktur  catenary FPSO  dalam  menahan  beban  dari  luar  tanpa  mengalami  kerusakan  yang  berarti.  Perhitungan  tingkat kerusakan kelelahan  merupakan  hal  yang sangat penting dalam  merancang struktur catenary FPSO agar dapat  memastikan  keamanan  dan  kinerja  optimal  selama  masa  penggunaannya.  Perhitungan fatigue damage dihitung dengan persamaan berikut:
𝑫 = 𝑷 𝒊 𝑵 𝒊 × 𝑻 𝒊
Dimana: D
= rasio kerusakan akibat kelelahan P i = probabilitas gelombang tertentu N i = jumlah kejadian gelombang setiap stress range T i = Periode gelombang (detik)
Fore
(a) (d) (b) (e) (c) (f)
Gambar 7. Rasio kerusakan akibat kelelahan ( fatigue damage ratio ); (a) Mooring line 1, (b) Mooring line 5, (c) Mooring line 6, (d) Mooring line 4, (e) Mooring line
11, (f) Mooring line 12
Tabel 10. Hasil perhitungan fatigue damage Mooring Line Letak D 0.3T 0.5T 0.6T #1 Fore 7.04E+10 7.66E+12 9.59E+12 #5 1.53E+10 3.80E+12 4.43E+12 #6 2.69E+10 2.18E+13 2.96E+13 #4 Aft 7.35E+10 8.16E+12 1.02E+13 #11 2.40E+10 4.09E+12 4.80E+12 #12 3.30E+10 2.25E+13 3.13E+13
Hasil  perhitungan fatigue  damage menunjukkan  bahwa  posisi fairlead 0.3T  menghasilkan  tingkat  rasio kerusakan  yang  rendah.  Sebaliknya,  posisi fairlead 0.5T  dan  0.9T  menghasilkan  ingkat  rasio  kerusakan yang lebih tinggi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Assidiq. F. M, dkk. Fatigue Analysis of Catenary Mooring System due to Harsh Environment in Head Seas. Ocean Engineering, Faculty of Engineering, Hasanuddin University, Hlm. 30-38, 2018.
[2] Weicheng Cui, Shixiao Fu, Zhiqiang Hu. Fatigue of Mooring Lines. Hlm. 527–533, 2022.
[3] Rafliansyah  Azhar  Puteraa,  Eko  Budi  Djatmikoa,  dan  Murdjitoa.  Local  Stress  Analysis  in  the  Chain Link  of  Mooring  Line  That  Had  Diameter  Degradation.  Department  of  Ocean  Engineering,  Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Hlm. 1-9, 2021.
[4] DNV OS E304. Offshore Mooring Steel Wire Ropes. Norway: Det Norske Veritas. Hlm. 26-27, 2015.
[5] Denny,  E.,  &  Lenggoro,  I.  Analisis  Posisi  Fairlead  Terhadap  Karakteristik  Dinamis  Sistem  Tali Tambat Pada FPSO. Jurnal Teknik Kelautan, 7(1), 45-54, (2020)
[6] Suparno,  A.,  &  Nugroho,  S.  Studi  Posisi  Optimal  Fairlead  Pada  Sistem  Tali  Tambat  Tipe  Catenary FPSO  Menggunakan  Metode  Simulasi  Dinamika  Fluida  Komputasional.  Jurnal  Rekayasa  Kelautan, 5(2), 87-95, (2018).
[7] Hidayatullah, A., & Wardhana, K. P. Pengaruh Perubahan Posisi Fairlead Terhadap Distribusi Beban Pada Tali Tambat FPSO. Jurnal Teknik Perkapalan, 5(2), 67-74, (2019).
[8] Nasution,  R.  A.,  &  Sinulingga,  A.  M.  Analisis  Pengaruh  Posisi  Fairlead  Terhadap  Ketegangan  Tali Tambat  Pada  FPSO  Aoka  Mizu  Menggunakan  Metode  Finite  Element  Analysis.  Jurnal  Teknik  Sipil dan Kelautan, 8(2), 101-110, (2021).
[9] Aditya,  B.,  &  Lestari,  D.  Analisis  Rasio  Kerusakan  Akibat  Kelelahan  pada  Struktur  Tali  Tambat FPSO Aoka Mizu Menggunakan Metode Simulasi Monte Carlo. Jurnal Teknologi Kelautan, 4(1), 23- 32, (2017).