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

## ZONA LAUT
JURNAL INOVASI SAINS DAN TEKNOLOGI KELAUTAN

## ANALISA PERUBAHAN ALIRAN PADA MODEL SPAR (4VP)
Nurhikma, dan Fuad Mahfud Assidiq
Departemen Teknik Kelautan, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin, Indonesia nurhikman20d@student.unhas.ac.id

## Abstrak
Penelitian mengenai aliran di sekitar model SPAR dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui seberapa besar efek aliran terhadap struktur SPAR yang di gunakan pada offshore wind turbine . SPAR merupakan jenis floating structure biasanya dapat digunakan di laut dalam dan menjadi struktur yang efektif dan dapat diandalkan dari segi konstruksi. Spar memiliki keunggulan yang mana letak titik buoyancy (KB) berada di atas titik gravitasi (KG) sehingga memberikan stabilitas yang baik. Namun penggunaan struktur SPAR di laut dalam juga masih terdapat kendala terkhusus Ketika kondisi lingkungan yang ekstrim, yang mana struktur SPAR yang belum mampu meredam arus pada tingkat kecepatan tertentu. Kemudian pada penelitian ini bermaksud untuk menguji model SPAR dengan sistem konfigurasi empat pelat vertical (4VP) yang kemudian dimodelkan dengan pemodelan numerik berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD) yang bertujuan untuk menginfestigasi aliran sekitar SPAR yang ditinjau dari kecepatan aliran. Terutama pada tingkat kecepatan aliran tertentu, kecepatan  dipilih  dengan  cermat  disetiap  tingkatannya  mulai  dari  :  V1  =  0.611m/s,  V2  =  6.114,  V3  =  61,144,  V4  = 611,438. Penambahan pelat vertikal pada konstruksi bawah SPAR memiliki peran dalam meredam aliran dan juga efek turbulen akibat hantaman arus.
Kata Kunci: CFD, Fluida, Offshore wind turbine, SPAR, Turbulensi.

## Abstract
Research on the flow around the SPAR model was carried out with the aim of finding out how much effect the flow has on the SPAR structure used in offshore wind turbines. SPAR is a type of floating structure that can usually be used in deep seas and is an effective and reliable structure in terms of construction. Spar has the advantage that the buoyancy point (KB) is above the gravity point (KG), thus providing good stability. However, there are still obstacles to the use of SPAR structures in the deep sea, especially when environmental conditions are extreme, where SPAR structures are not able to reduce currents at a certain speed level. Then, this research aims to test the SPAR model with a four vertical plate (4VP) configuration system which is then modeled using Computational Fluid Dynamics (CFD) based numerical modeling which aims to investigate the flow around the SPAR in terms of flow velocity. Especially at certain flow velocity levels, the velocity is chosen carefully at each level starting from: V1 = 0.611m/s, V2 = 6.114, V3 = 61.144, V4 = 611.438. The addition of vertical plates to the bottom construction of the SPAR has a role in dampening the flow and also turbulent effects due to current impacts.
Keyword: CFD, Fluida, Offshore wind turbine, SPAR, Turbulensi.

## 1. PENDAHULAN
Spar merupakan jenis floating structure yang dapat digunakan di laut dalam dan menjadi struktur yang efektif dan dapat diandalkan dari segi konstruksi. Spar memiliki ciri khas dengan letak titik buoyancy (KB) berada di atas titik gravitasi (KG) sehingga memberikan stabilitas yang baik. Spar memiliki kelemahan yaitu rendahnya damping  dan  natural  period  sehingga  perlu  adanya  penambahan  heave  plate  pada  spar  platform[1].  Konsep strurktur spar memungkinkan pemasangan di kedalaman air lebih dari 100 m. Bagian atas struktur lebih ringan dibandingkan  bagian  bawah,  sehingga  menaikkan  pusat  daya  apung.  Untuk  mencapai  stabilitas  statis,  ia
menggunakan pemberat pemberat yang ditempatkan rendah di pelampung, sehingga pusat gravitasinya lebih rendah daripada pusat apung. Oleh karena itu, ia memberikan ketahanan yang tinggi terhadap gerakan rotasi pitch  and  roll[2].  Berbeda  dengan  semi-submersible  dan  TLP,  substruktur  SPAR  sering  dipilih  karena desainnya yang sederhana dan stabilitas yang sangat baik. Selain itu, ia memiliki area bidang air yang kecil, aliran udara yang dalam akan berkurangbeban gelombang, dan manfaat tambahan periode alami. Meskipun  kelayakan  komersialnya  semakin  cepat,  anjungan  terapung  memiliki  fluktuasi  tinggi  dalam pembebanan  arus.  Interaksi  bangunan  strukturnya  sebagian  besar  rumit,  yang  dapat  menyebabkan  kesulitan SPAR dalam meredam hantaman arus dan juga pada bagian pasca hantaman berdampak pada perubahan aliran turbulen. Perbedaan fase ini selanjutnya akan menyesuaikan perilaku substruktur karena daya yang dihasilkan berfluktuasi[3].
Beberapa  modifikasi  pada  substruktur  yang  ada  seperti  SPAR  berundak,  cakram  penyeimbang,  dan  pelat vertikal  ditawarkan  sebagai  alternatif.  Awalnya,  model  SPAR  berundak  menunjukkan  banyak  keunggulan dibandingkan  model  dasar  SPAR,  termasuk  kinerja  hidrodinamik  yang  dapat  diterima  berdasarkan  turbulen angin,  penggunaan  pola  tambatan  4  x  1  sebagai  pitch  aktif  redaman,  dan  kemungkinan  untuk  diterapkan  di perairan sedang untuk potensi penghematan. Juga, dibandingkan tanpa penggunaan cakram, teknologi cakram penyeimbang benar-benar dapat menambah  massa, redaman, dan tambahanpenurunan  gerak hentakan. Pelat heave, sama seperti teknologi sebelumnya, merupakan perbaikan cepat untuk meningkatkan redaman vertikal namun  sangat  cocok  untuk  FPSO  atau  struktur  kolom  mono.  Semuanya  hampir  tidak  mungkin  untuk mengurangi  gerakan  gelombang  besar  secara  tidak  memadai.  Berdasarkan  keahlian  terbaik  penulis,  pelat vertikal adalah solusi redaman SPAR paling canggih. Hal ini disebabkan fakta bahwa redaman gerakan pitch lebih penting daripada redaman gerakan heave. Dimungkinkan untuk merealisasikan pengurangan gerak nada yang  cukup  melalui  penggunaan  empat  pelat  vertikal  sebagai  pengganti  pelat  heave,  seperti  yang  sangat disarankan dalam penyelidikan mereka[4]. Namun, jika empat pelat vertikal tidak disamakan dengan jumlah pelat  vertikal  lainnya,  maka  fungsinya  menjadi  ambigu.  Atas  dasar  tersebut,  penelitian  ini  bertujuan  untuk mempelajari kondisi aliran sekitar SPAR dalam pertimbangan kecepatan dan tekanan fluida.

## 2. METODE PENELITIAN
Model  yang  digunakan  ialah  spar  dengan  sistem  konfigurasi  empat  pelat  vertical  (4VP)  yang  kemudian dimodelkan dengan pemodelan numerik berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD) yang bertujuan untuk menginfestigasi  aliran  sekitar  SPAR  yang  ditinjau  dari  kecepatan  aliran.  Terutama  pada  tingkat  kecepatan aliran tertentu, kecepatan dipilih dengan cermat disetiap tingkatannya mulai dari : V1 = 0.611m/s, V2 = 6.114, V3 = 61,144, V4 = 611,438. Dengan viscous model menggunakan Detached Eddy Simulation (DES), RANS model SST k_omega dengan jenis turbulen Shielding Function IDDES dengan rasio intensitas turbulen 5%. Kemudian untuk solusi untuk pengujian model menggunakan skema SIMPLE dengan diskritasi spasial gradien Leats Square Cell Based, Tekanan Second Order, Momentum Bounded Central Differencing , Turbulen Energi Kinetik Sceond Order Upwind , Tingkat Disipasi Second Order Upwin. Kemudian untuk selanjutnya dilakukan pengujian dengan meninjau hasil dari kalkulasi perhitungan ANSYS Fluid Flow (Fluent).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Pemodelan SPAR
Pemodelan SPAR pada penelitian ini menggunakan ANSYS Fluid Flow ( Fluent ) yang dimulai dengan imput geometry yang sebelumnya sudah direkayasa mengguanaka AUTOCAD .
Gambar 1. Geometri dan domain pengujian model.
Setelah input geometry, selanjutnya memasukkan nilai domain sebagai wadah pengujian model SPAR dengan nilai antara lain; X+ = 100 m, X- = 50m, Y+ = 30m, Y- = 30m, Z+ = 1, Z- = 90. Kemudian masuk ke setup untuk mengimput koefisian dalam pengujian SPAR.
Gambar 2. Models Viscous
Gambar 3 . Input material yang digunakan
Untuk  Model  mengguakan  ” Detached  Eddy Simulation ”  kemudian  untuk RANS  Model menggunakan  “SST  k-omega”  dengan  Sheilding
Functions “IDDES”
Dengan material menggunakan “ Water-Liquid ” Gambar 4. Velocity inlet
Gambar 5. Solution methods
Kemudian  untuk  Boundary  Condotions  mengimput velocity magnitude yang dengan variasi nilai yang telah  ditentukan  sebelumnya  sebagai  bahan pengujian, mulai dari V1 = 0,611, V2 = 6,114, V3 = 61,144, V4= 661,438.
Untuk metode sendiri dalam ANSYS Fluend Fluid Flow (Fluent) menggunkan skema “ Simple ” dengan instalasi metode Hibryd Initialization.
Gambar 6. Run calculation Gambar 7. Hasil iterasi
Masuk kedalam Run Calculation dengan “ Max
Iterations/Time Step ” menggunakan interval 100. Sehingga  menghasilkan  grafik  iterasi  dengan interval 100, kemudian pengujian sama akan dilakukan untuk mendapat iterasi dengan variasi kecepatan yang berbeda-beda.

## 3.2. Kecepatan aliran sekitar SPAR
Kondisi aliran setelah menghantam model SPAR mengalami perubahan sepertihalnya dengan kecepatan aliran yang berubah setelah melewati model SPAR yang mana kecepatan yang digunakan V1,V2,V3,V4, berdasarkan hasil  dari  pengujian  kecepatan  menunjukan  bahwa  penambahan  pelat  vertikal  pada  struktur  bagian  bawah SPAR bisa dikatakan efisien dalam meredam kecepatan arus yang menghantam SPAR dengan melihat bentuk aliran setelah SPAR khususnya pada kecepatan aliran V4 = 611,438 m/s.

## 3.2.1. Kecepatan V1 = 0,611 m/s
Gambar 8. Hasil pengujian kecepatan V1. Max velocity = 1,64886 m/s

## 3.2.2. Kecepatan V2 = 6,114 m/s
Gambar 9. Hasil pengujian kecepatan V2. Max velocity = 10,9423 m/s
3.2.3. Kecepatan V3 = 61,144 m/s
Gambar 10. Hasil pengujian kecepatan V3. Max velocity = 107,541 m/s

## 3.2.4. Kecepatan V4 = 611,438 m/s
Gambar 11. Hasil pengujian kecepatan V4.Max velocity = 1065,15 m/s
Dari hasil pengujian  diatas menunjukan perubahan aliran yang signifikan terletak pada pengujian kecepatan aliran  V4  =  611,438  m/s  dengan max  velocity =  1065,15m/s,  hal  ini  menunjukan  bahwa  penambahan  pelat vertikal mampu menyesuaikan terhadap kecepatan aliran. Sehingga dari hasil simulasi diatas, diperoleh nilai kecepatan maksimum ( max velocity ) aliran fluida di sekitar SPAR sebagai berikut :
Tabel 1. Nilai kecepatan masksimum aliran fluida sekitar SPAR
Kecepatan arus (m/s) Kecepatan maksimum (m/s) V1 0,661 1,648 V2 6,114 10,942 V3 61,144 107,541 V4 611,438 1065,15

## 3.3. Tekanan aliran sekitar SPAR
Hasil dari pengujian tekanan pada model SPAR yang mana kita lihat respon SPAR terhadap kecepatan aliran menunjukan tingkat tekanan yang berbeda-beda di setiap variasi kecepatan. Letak tekanan dapat di lihat pada bagian atas ataupunn bagian tubular SPAR, berbeda pada bagian pelat vertikal yang menunjukan bahwa daerah tersebut mampu meredam tekanan, dengan kata lain daerah tersebut efek tekanan yang dihasilkan sedikit.

## 3.3.1. Tekanan pada kecepatan V1 = 0,611 m/s
Gambar 12.  Hasil pengujian tekanan pada kecepatan V1.

## 3.3.2. Tekanan pada kecepatan V2 = 6,114 m/s
Gambar 13. Hasil pengujian tekanan pada kecepatan V2.

## 3.3.3. Tekanan pada kecepatan V3 = 61,144 m/s
Gambar 14. Hasil pengujian tekanan pada kecepatan V3.
3.3.4. Tekanan pada kecepatan V4 = 611,438 m/s
Gambar 15. Hasil pengujian tekanan pada kecepatan V4.
Dari  hasil  pengujian  tekanan  diatas  dapat  kita  lihat  bahwa  tingkat  kecepatan  sangat  mempengaruhi  tekanan yang berdampak pada SPAR akibat hantaman arus.

## 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] Assidiq, Fuad M., et. all ., “ Experimental Investigation on the Characteristics of Pitch Motion for a Novel SPAR type FOWT in Regular Waves ”, Kapal: Juarnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Kelautan, 20(2), 163-174, 2023.
[2] Assidiq, Fuad M., et. al ., “ Influence of Vertical Plate on the Pitching Motion of a SPAR Wind Floater in Waves ”, CCORE 2022, SPESS, pp. 30-42, 2023.
[3] Shafiee, Mahmood. 2022. “ Failure analysis of spar buoy foating ofshore wind turbine systems ”. Innovative Infrastructure Solutions, 8-28.
[4] Vernanda, Adytia Z, 2018, “Analisis Respons Dinamis Floating Offshore Wind Turbine Tipe Semi-Sub Dengan Variasi Desain Wind Turbine 1,5MW, 2,5MW DAN 5 MW Untuk Perairan Natuna”, Institute Teknologi Sepuluh November, Surabaya.