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

## ZONA LAUT

## JURNAL INOVASI SAINS DAN TEKNOLOGI KELAUTAN

## ANALISIS KONDISI ALIRAN FLUIDA DAN TEKANAN DI SEKITAR SPAR DENGAN SISTEM REDAMAN LIMA PLAT VERTIKAL
Dimas Fitrawan , and Fuad Mahfud Assidiq Departemen Teknik Kelautan, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Indonesia *dimasfitrawan30@gmail.com

## Abstrak
Floating  Turbine  wind  tipe  SPAR  merupakan  structure  terapung  yang  memanfaatkan  kecepatan  angin  laut untukmenggerakan  turbine  yang  dapat  menghasilkan  energi  listrik  .SPAR  merupakan  strukture  terapung berbentuk  selinder  yang  memiliki  draft  yang  dalam  dan  handal  beroperasi  di  laut  dalam  dengan  waktu  yang lama.pada  penelitian  ini  menggunakan  model  SPAR  dengan  sistem  redaman  lima  plat  vertikal  yang  berada bagian bawah structure SPAR dimana pada penelitian ini dilakukan analisis menegenai kondisi aliran fluida dan tekanan  yang  berada  di  sekitar  SPAR.penelitian  ini  dilakukan  dengan  perhitungan  numerik  berbaisis  CFD ( Computational  Fluid  Dynamics) dengan  empat  variasi  kecepatan  aliran  fluida  yang  digunakan  untuk mengamati  perubahan  kondisi  aliran  fluida  dan  tekanan  di  sekitar  SPAR.penilitian  ini  bertujuan  untuk mengamati  kondisi  dan  pengaruh  di  sekitar structure  floating  turbine  wind tipe  SPAR  yang  di harapkan  bisa menjadi solusi untuk permasalahan energi di dunia.
Kata Kunci : CFD, FLUIDA, SPAR

## Abstract
Spar type Floating wind Turbine is a floating structure that utilizes the speed of the sea wind to drive a turbine that can generate electrical energy .SPAR is a cylindrical floating structure that has a deep draft and is reliable in  operating in  the  deep  sea for  a long  time.in  this  study  using  a  SPAR  model  with  a damping system  of  five vertical  plates  located  at  the  bottom  of  the SPAR  structure  where  in  this  study  the  analysis  about  fluid  flow conditions  and  pressures  that  are  around  the  SPAR.this  study  was  conducted by calculation  numerical based CFD  (Computational  Fluid Dynamics)  with  four variations  of  fluid  flow  velocity  used  to  observe  changes  in fluid  flow  conditions  and  pressure  around  the  SPAR.this  study  aims  to  observe  the  conditions  and  influences around the SPAR type floating wind turbine structure which is expected to be a solution to energy problems in the world.
Keyword : CFD, FLUIDA, SPAR

## 1. PENDAHULAN
Peningkatan  kebutuhan  energi  menyebabkan  meningkatnya  konsumsi  akan  hidrokarbon  sebagai  bahan baku  penghasil  energi.  Karena  eksplorasi  dan  eksploitasi  hidrokarbon  khususnya  di  daerah  laut  dangkal semakin  menipis,  maka  eksplorasi  dan  eksploitasi  hidrokarbon  mengarah  ke  laut  dalam.  Dengan beralihnya  eksplorasi  dan  eksploitasi  dilaut  dalam,  maka  diperlukan  struktur  anjungan  yang  mampu bertahan pada kondisi lingkungan di laut dalam. Anjungan lepas pantai merupakan struktur atau bangunan yang  di  bangun  di  lepas  pantai.  Menurut  jenis  strukturnya,  anjungan  lepas  pantai  dibagi  dalam  tiga kelompok  yaitu,  struktur  terpancang (fixed  structure) atau  disebut  juga  sebagai  pile-supported  platform, struktur  terapung (floating  structure) dan  struktur  lentur (compliant  structure). SPAR  adalah  jenis anjungan lepas Pantai berupa suatu unit produksi terapung (floating structure) berbentuk silinder vertikal (kolom tunggal)  dengan ciri sarat air (draft) cukup dalam, Silinder vertikal tersebut utamanya berfungsi sebagai penopang geladak (deck) [1]. SPAR merupakan bangunan apung yang handal untuk beroperasi di tengah laut dalam waktu yang lama dengan kondisi lingkungan ekstrim. Karena akan beroperasi di perairan dalam (deep  water) dengan  jangka  waktu  yang  lama  maka  perlu  dilakukan  berbagai  analisis  dalam perancangannya [2]
Floating  wind  turbin  tipe  spar  merupakan  contoh  sumber  penghasil  energi  terbarukan  yang memanfaatkan kecepatan angin laut untuk menggerakkan turbine yang dapat menghasilkan  energi listrik. Floating  turbine  wind tipe  SPAR  ini  berupa  struktur  terpung  yang  memanfaatkan  daya  apung  untuk mendukung fasilitas di Deck untuk melakukan produksi energi terbarukan yang memanfaatkan kecepatan angin laut. Desain vertikal pada  SPAR dengan draf yang sangat besar dapat meningatkan stabilitas yang dapat  mengurangi  kemungkinan floating  turbine  wind tipe  SPAR  terbalik  dan  desain  spar  juga  sangat efisien dikarenakan dapat ditempatkan di perairan yang dalam[3]. Namun, desain SPAR untuk turbin angin lepas  pantai  juga  memiliki  beberapa  kelamahan  salah  satunya  biaya  konstruksi  dan  pemeliharaan  yang mahal dikarenakan desainnya yang cukup rumit sehingga dibutuhkan peralatan dan keahlian khusus dalam pembuatanya.
Pada  penelitian  ini  berfokus  pada  kondisi  aliran  dan  tekanan  yang  terjadi  di  sekitar  SPAR.  Meskipun kelayakan  komersialnya  semakin  cepat,  anjungan  lepas  Pantai  memiliki  fluktuasi  tinggi  dalam pembebanan arus. Interaksi bangunan  structure yang rumit dapat menyebabkan kesulitan pada SPAR dalam meredam hantaman arus dan juga pada bagian pasca hantaman berdampak pada perubahan aliran turbelensi. Perbedaan  fase  ini  akan  menyusuaikan  prilaku  substruktur  karna  daya  yang  dihasilkan  berfluktuasi[4]. Pengaruh kecepatan aliran fluida dapat menciptakan aliran turbelensi dan memberikan tekanan dinamis pada struktur  SPAR.  Beberapa  modifikasi  pada  substruktur  yang  ada  seperti  SPAR  berundak,cakram penyeimbang dan pelat heave ditawarkan sebagai alternatif. Awalnya, model SPAR berundak menunjukkan banyak keunggulan dibandingkan model dasar SPAR, termasuk kinerja hidrodinamik yang dapat diterima berdasarkan  turbulen  angin.  Pelat  vertikal  adalah  solusi  system  redaman  SPAR  paling  canggih.  Ini disebabkan oleh fakta bahwa redaman gerakan pitch lebih penting daripada redaman gerakan heave, Hal ini dimungkinkan  untuk  mewujudkan  pengurangan  gerakan  nada  yang  cukup  melalui  penggunaanlima  pelat vertikal sebagai pengganti pelat heave[5]. Sehingga Analisa mengenai kondisi aliran fluida dan tekanan di sekitar  SPAR  ini  sangat  di  pengaruhi  dari  variasi  kecepatan,  disain  struktur  dan  system  peredam  5  plat vertikal yang terletak di bagian bawah struktur spar. Pada Analisa ini nantinya akan menghasilkan parameter seperti bentuk aliran dan tekanan disekitar spar berdasarkan pengaruh dari empat variasi kecepatan.

## 2. METODE
Dalam  penilitian  model  SPAR  (5VP)  menggunakan  metode  pemodelan  3  D  dengan  menggunakan perhitungan numerik berupa CFD (computational fluid dynamics) dimana penelitian ini bertujuan unutuk menganalisis  kondisi  aliran  fluida  dan  tekan  di  sekitar  spar  berdasarkan  empat  variasi  kecepatan  aliran fluida  yaitu  V1=0.611  m/s,  V2=6.114  m/s,V3=61.144  m/s  dan  v4=611.438  m/s.  Selanjutnya  turbulensi yang  digunakan  adalah  DES-SST (Detached  Eddy  Simulation) dengan Shear-Stress Transport  k  omega dengan material yang digunakan dalam simulasi ini yaitu pada type solid digunakan material aluminium dan type fluid digunakan material water- liquid. Pada tahapan boundary condution digunakan zone inlet
sebagai arah masuknya aliran fluida  dengan insensitas turbelensy sebesar 5%, tahap solution digunakan pressure velocity scheme SIMPLE dengan turbelency kinetic dan specific Dissipation rate yaitu secondary order upwind , data solution controls yaitu pressure = 0.3, density =1, body forces =1, momentum=0,7 dan turbelency kinetic =0.8. Selanjutnya pada solution initialization menggunakan metode hybrid instalazation. Selanjutnya data yang telah di input kemudian di calculate dan hasil penelitian yang akan disajikan dalam bentuk  visualisasi  gambar  yang  menampilkan  perubahan  kecepatan,  tekanan,  dan  bentuk  aliran  fluida sekitar SPAR berdasarkan variasi kecepatan aliran fluida. Selanjutnya dilakukan analisis hasil pemodelan untuk  mengetahui  kondisi  perubahan  yang  terjadi  pada  aliran  fluida  dan  tekanan  disekitar  SPAR berdasarkan variasi kecepatan yang telah diujikan untuk memberikan kesimpulan pada penelitian ini.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada pemodelan SPAR 5VP ini dilakukan dengan simulasi CFD (computational fluid dynamics) melalui ANSYS  Fluid  Flow ( Fluent )  dimana  pada  model  SPAR  5VP  terdapat  5  plat  vertical  yang berfungsi sebagai  redaman  yang  mempengaruhi  kondisi  aliran  fluida  dan  tekanan  di  sekitar  SPAR  Berikut  ini adalah tahapan dalam simulasi pemodelan SPAR 5VP 1. pemodelan geometri Pada tahap ini model SPAR 5VP yang di modelkan di software CAD di impor ke ANSYS  Fluid  Flow ( Fluent )  pada  tahapan  ini  dilakukan  penentuan  batas  area  simulasi(Domain) dengan titik kordinat +x=100 m,-x=50 m,+y=30 m,-y=30 m,+z=1 m dan -z=90 m.
2. Tahap mesh dimana pada tahap di penentuan path conforming method dengan section inlate, outlate, wall, dan spar yang menjadi objek dalam simulasi nantinya
3. Tahap  Setup  dimulai  dengan  general  models  viscous  Detache  Eddy  Simulation(DES)  k-omega dengan  material  water-liquid,  pada  boundary  conditions  dengan  zone  inlate  tipe  velocity  dengan variasi  kecepatan  yaitu  V1=0.611  m/s,  V2=6.114  m/s,V3=61.144  m/s  dan  v4=611.438  m/s.pada solution  digunakan  schame  SIMPLE  dengan  turbelensi  kinetic  energy  dan  specific  dissipation  rate berupa  second  order  upwind  selanjutnya  di  lakukan  solution  hybrid  initialization  dan  run  calculate dengan 100 time stap/max iterations
4. Pada  tahap  results  dilakukan  penentuan  loksi  pemodelan  simulasi  untuk  mendapatkan  visualisasi kondisi aliran dan tekanan di sekitar SPAR berdasarkan 4 variasi kecepatan aliran fluida. Visualisasi ini nantinnya akan menggambarkan kondisi dan tekanan yang tampak dari atas dan samping.

## Hasil simulasi pemodelan SPAR 5VP
Kondisi Aliran Fluida di sekitar SPAR 5VP
 Hasil simulasi pada kecepatan V1=0.611 m/s
Tampak samping Tampak atas
Gambar 1 . Visualisasi kondisi aliran fluida di sekitar SPAR pada kecepatan v1=0.611 m/s.
 Hasil simulasi pada kecepatan V2=6.114 m/s
Tampak samping Tampak atas
Gambar 2 . Visualisasi kondisi aliran fluida di sekitar SPAR pada kecepatan v2=6.114 m/s.
 Hasil simulasi pada kecepatan V3=61.144 m/s
Tampak samping Tampak atas
Gambar 3 . Visualisasi kondisi aliran fluida di sekitar SPAR pada kecepatan v3=61.144 m/s.
 Hasil simulasi pada kecepatan V4=611.438 m/s
Tampak samping
Tampak atas
Gambar 4 . Visualisasi kondisi aliran fluida di sekitar SPAR pada kecepatan v4= 611.438
m/s.

## Kondisi tekanan di sekitar SPAR 5VP
 Hasil simulasi pada kecepatan V1=0.611 m/s Tampak samping Tampak atas
Gambar 5 . Visualisasi Tekanan di sekitar SPAR pada kecepatan v1=0.611 m/s
 Hasil simulasi pada kecepatan V2=6.114 m/s
Tampak samping Tampak atas
Gambar 6 . Visualisasi Tekanan di sekitar SPAR pada kecepatan V2=6.114  m/s.
 Hasil simulasi pada kecepatan V3=61.114 m/s
Tampak samping Tampak atas
Gambar 7 . Visualisasi Tekanan di sekitar SPAR pada kecepatan V3=61.114  m/s.
 Hasil simulasi pada kecepatan V4=611.438 m/s Tampak samping
Tampak atas
Gambar 8 . Visualisasi Tekanan di sekitar SPAR pada kecepatan v4=611.438 m/s.
Dari hasil pengujian simulasi kondisi aliran fluida dan tekanan dapat dilihat  dari visualisasi di delapan gambar menunjukan bahwa kondisi aliran fluida dan tekanan di sekitar struktur SPAR sangat  di  pengaruhi  oleh  variasi  kecepatan,struktur  SPAR  dan  system  redaman  lima  plat pertikal yang terletak di bagian bawah struktur SPAR.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  data  hasil  simulasi  tekanan  aliran  fluida  sekitar  SPAR  dengan  variasi  kecepatan  yang berbeda, kita dapat membuat beberapa kesimpulan:
1. Hasil simulasi menunjukkan bahwa aliran fluida di sekitar SPAR sangat sensitif terhadap perubahan kecepatan  aliran.  Peningkatan  kecepatan  aliran  dapat  mengakibatkan  perubahan  yang  signifikan dalam parameter seperti tekanan dan kecepatan maksimum.
2. Data dari simulasi menunjukkan bahwa efek perubahan kecepatan dalam aliran fluida sekitar SPAR cenderung  bersifat  eksponensial.  Ini  mengindikasikan  bahwa  perubahan  kecil  dalam  kecepatan dapat menghasilkan perubahan besar dalam parameter aliran fluida.
3. Simulasi menunjukkan bahwa tekanan maksimum dalam aliran fluida sekitar SPAR dapat mencapai
level  yang  sangat  tinggi  ketika  kecepatan  aliran  mencapai  tingkat  yang  signifikan.  Hal  ini  dapat diamati pada simulasi V4 611.438 m/s, yang menunjukkan perubahan tekanan dan kecepatan aliran fluida  sekitar  SPAR  yang  meningkat  secara  signifikan  bila  dibandingkan  pada  3  simulasi sebelumnya.
Penelitian ini memiliki potensi aplikasi praktis dalam desain dan pengoperasian SPAR, khususnya dalam mengoptimalkan  kecepatan  aliran  fluida  untuk  mengelola  tekanan  yang  ada  dan  memastikan  kinerja yang  aman  dan  efisien.  Penelitian ini  masih terbatas pada  parameter  yang digunakan  serta kurangnya pemahaman dalam pengoperasian software ANSYS Fluent. Oleh karena itu, diperlukan penelitian yang lebih mendalam untuk memperoleh hasil yang lebih maksimal. Uji model dapat menjadi salah satu cara memperoleh  hasil  data  yang  lebih  valid  dengan  membandingkannya  dengan  hasil  pengujian  dengan metode numerik (CFD).

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Indiyono, P. 2004.’’ Hidrodinamika Bangunan Lepas Pantai’’. Surabaya: SIC.
[2] Matos,  V.  L.  Ribeiro,  E.  O.,  Simos,  A.  N.  2010.  2nd  Order’’Pitch  and  Roll  Motionsof  a  Semi- Submersible Platform’’ Wind Energy 6.3 (2003): 219- 240, 2003.
[3] Soedjono,  J.  J. 1998. ‘’Diktat  Mata Kuliah  Konstruksi  Bangunan Laut  II’’.
[4] Surabaya:Jurusan Teknik Kelautan ITS.
[5] Assidiq, Fuad M., et. Al.,’’infuence of vertical plate in the pitching motion of a SPAR Wind Floater inWaves’’. CCORE 2022, SPESS, PP,30-40,2023.
[6] Assidiq,  Fuad  M.,  et.  Al.,  Experimental  Investigation  on  the  Characteristics  of  Pitch  Motion  for  a Novel  SPAR  type  FOWT  in  Regular  Waves’’  .  Kapal:  Jurnal  Ilmu  Pengetahuan  dan  Teknologi Kelautan, 20 (2) (2023):163-174, 202