Offshore Structural Launching; Eureka!

I don’t have structural nor marine installation engineering background, but I just have little bit physics background to try to understand how massive structural tower launched on the sea when they are floating and upending (not sinking). I am pretty sure that all the floating technology was based on the Archimedes famous word “Eureka” or “I have found it”. He was shouting when he stepped into a bath and noticed that the water level rose — he suddenly understood that the volume of water displaced must be equal to the volume of the part of his body he had submerged. Try to look the following link to capture what we are going to discuss: http://www.youtube.com/watch?v=EewtDT7xQ9M

First question is how they float and not sinking? then upending?

Coba anda bayangkan berat structural steel sekitar 20.000 tons. Tapi ingat structural ini bukan kapal. Karena kalau dibandingkan dengan kapal raksasa, maka structural steel ini tak ada apa-apanya. Kapal Induk kelas USS Enterprise berbobot sekitar 90.000 tons dan bisa mengapung di lautan. Sedangkan berat structural steel jaket di atas 20.000 tons sudah merupakan milestone baru di region ini. Bagaimana benda yang beratnya 20.000 tons tidak tenggelam? tentu karena ada gaya ke atas dari air laut yang menopangnya. Berapa besar gaya tersebut? sebesar berat volume air yang dipindahkan karena nyemplungnya benda tersebut. Mungkin metode praktikum sekolah menengah berikut dapat dijadikan sebagai bahan evaluasi:

Terdapat dua buah tabung tertutup sempurna hampa di dalamnya dengan volume (OD) yang sama yaitu 1 m^3 tetapi memiliki berat yang berbeda karena bahan material nya berbeda (note: tidak bisa melar). Tabung pertama seberat 200 kg, sedangkan tabung ke-dua seberat 2000 kg. Ketika dicelupkan ke-air dengan density Rho = 1000 kg/m3 apa yang terjadi pada tabung pertama dan ke dua:

A. Dua-duanya tenggelam

B. Tabung pertama mengapung, tabung ke dua tenggelam

C. Dua-duanya mengapung

Saya sudah lama tidak sekolah, tetapi logika saya mengatakan bahwa jawaban (B) yang benar. Tabung pertama mengapung, tabung ke dua tenggelam. Untuk menopang tabung pertama maka air memerlukan gaya angkat sebesar 200 kg. Dengan diketahui density air sebesar 1000 kg/m^3 maka untuk melawan gaya berat 200 kg diperlukan volume air 0.2 m^3 untuk dipindahkan, artinya diperlukan 1/5 bagian dari tabung yang tercelup dalam air, sedangkan 4/5 bagiannya masih di atas permukaan air. Artinya jelas tabung pertama mengapung. Tabung ke dua beratnya 2000 kg, artinya diperlukan gaya angkat ke atas sebesar 2000 kg untuk membuatnya mengambang. Tetapi berapa maksimum gaya angkat ke atas yang diberikan oleh air akibat dari volume yang dipindahkan oleh tabung ke-dua? Ketika tabung ke-dua dengan volume 1 m^3 semuanya tercelup oleh air maka air memberikan gaya angkat ke atas sebesar maksimum 1000 kg. Karena berat tabung ke-dua 2000 kg maka tabung ke-dua tenggelam.

Tabung ke-dua kemudian diisikan udara bertekanan sebesar 100.000 Pascals. Apakah akan membantu tabung menjadi mengapung? Abaikan berat udara yang sangat kecil. Tekanan udara di dalam tabung menekan dinding tabung ke segala arah sebesar 100.000 Pascal. Artinya terdapat gaya per satuan luas ke segala arah, dan artinya resultan gaya akibat tekanan udara di dalam tabung adalah nol. Sehingga tekanan udara tidak memberikan tambahan gaya angkat ke atas sedikitpun, kecuali jika tekanan udara tersebut dapat memperbesar volume tabung yang terbuat dari karet. Makin melar, makin besar gaya angkat ke atasnya dengan berat benda tetap ketika diexpansikan. Jadi gaya angkat ke atas (floating) satu-satunya ditentukan oleh volume air yang dipindahkan akibat volume benda tercelup di dalam air. Tabung ke-2 meskipun diisi dengan udara dengan tekanan berapapun tidak akan pernah mengapung.

Bagaimana structur tower atau jaket 20.000 tons bisa mengapung di laut?

“When an object is immersed in a fluid then the object experiences an upthrust equal to the weight of fluid displaced”

Density air laut adalah around 1020 kg/m^3 untuk memudahkan kita jadikan 1000 kg/m^3. Beban yang harus ditanggung air laut adalah 20.000 tons atau 20.000.000 kg. Agar structure mengapung maka harus mendapat gaya ke atas minimal  20.000.000 kg. Gaya ke atas ini sama dengan berat air laut yang harus dipindahkan yaitu 20.000.000 kg. Nah, berat air 20.000.000 kg ini setara volume air 20.000 m^3. Jadi agar jaket 20.000 tons mengapung maka harus ada volume 20.000 m^3 yang tidak bisa dimasuki oleh air sehingga the water displaced.

Jadi harus diciptakan ruang minimal 20.000 m^3 agar jaket bisa mengapung. Ruang ini tidak permanen karena jaket tidak didesain untuk mengapung permanen. Ruang juga harus bisa dikurangi volume kedap airnya agar jaket bisa diputar ke atas dan didirikan. Kalau mengapung terus nanti bukan jadi structural tower tetapi jadi tongkang buat mancing. Dari mana volume ruang tersebut diciptakan?

Volume diciptakan dengan membuat controllable kompartemen yang diisolate dengan katup (valves). Braces yang diweld permanen ke legs juga meciptakan ruang kecil/minor volume yang permanent. Major volume harus diciptakan dari main legs yang controllable ketika upending. Controllable bisa berarti man control  (manual/subsea ROV) atau automatic control (auto-electrically/hydraulically control system). Ketika volume yang diciptakan oleh main-legs tidak mencapai nilai 20.000 m^3 maka harus ditambahkan alat tambahan untuk mengapung. Apa itu?

Tambahan volume apung normalnya disebut sebagai Buoyancy Tank. Terbuat dari baja dengan bentuk tabung atau kombinasi tabung dengan volume yang besar yang dapat menghasilkan gaya upthrust di dalam air jauh melebihi berat buoyancy tank itu sendiri. Buoyancy Tank juga merupakan controllable volume yang dijalankan secara manual atau ROV atau dapat juga dilakukan dengan sistem auto- yang mengurangi peran manusia dalam prosesnya-.

Volume total: main leg compartments+buoyancy tank compartments+minor volume di braces harus lebih dari sama dengan 20.000 m^3. Syarat perlu agar bisa mengapung ketika dilaunch dari transportation barge.

Berapa tekanan udara yang harus dimasukkan ke dalam volume apung?

Kita sepakat bahwa tekanan udara tidak menyebabkan perubahan volume (ini bukan ban untuk berenang…sodara). Tidak adanya perubahan volume berarti tidak adanya perubahan gaya angkat ke atas. Sehingga kesimpulannya tekanan di dalam kompartemen (volume apung) tidak memberikan effect pada penambahan gaya angkat ke atas (gaya apung) dari structure ini. Asalkan air tidak bisa masuk ke dalam kompartemen apung berapapun tekanannya maka gaya apungnya berdasarkan volume air yang dipindahkan karena volume tersebut.

Nah, akan tetapi apakah ada hubungan antara tekanan di dalam kompartemen untuk kekuatan dari enclosure kompartemen tersebut dari hantaman gaya luar? Hmm…yaaa masuk akal meski saya tak yakin. Enclosure tersebut dengan ditambah udara bertekanan tentu akan mendapat tambahan gaya per luasannya untuk menerima hentakan dari luar. Nah, berapa gaya yang diperlukan per satuan luas? Ini saya tidak terlalu bisa berkontemplasi. Karena jujur menurut saya gaya yang di dapat dari tekanan ini gak terlalu penting. Kenapa? karena enclosurenya sendiri baja yang tidak perlu ditambah kekuatan udara hanya untuk melawan hentakan gaya air laut. Jadi pertimbangan tekanan udara menambah kekuatan enclosure kayaknya harus batal deh demi hukum logika. Coba kenapa kalau tau?

Jadi kesimpulan yang saya ambil, tekanan udara di dalam volume apung kompartemen hanyalah digunakan untuk memastikan bahwa kompartemen ter-sealed secara sempurna dan air tidak masuk. No matter how much the pressure. Dan volume yang ada udaranya tersebut akan memindahkan air sehingga menghasilkan gaya ke atas sebesar volume yang dipindahkan.

Bagaimana bisa upending (berdiri) sendiri tanpa ada crane yang mengangkat?

Makanya diaplikasikan Jacket Upending Control System yang pembahasannya ada di halaman lain blog ini.

Nova Kurniawan

Lulusan SMPN Kanor Bojonegoro Jawa Timur tahun 1995  (Indonesia Emas-Jaman Soeharto)

2 Responses

  1. Wah bagus sekali ulasannya om Nova. Btw, yang dimaksud mengambang itu mungkin bukan jacket tapi spur yah?

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: