Tim Peneliti:

1. Luh Putri Adnyani, S.T., M.T. (Teknik Kelautan/Jurusan Teknologi Kemaritiman/ITK)

2. Indah Melati Suci, S.T., M.T. (Teknik Kelautan/Jurusan Teknologi Kemaritiman/ITK)

3. Diniar M. Kurniawati, S.T., M.T. (Teknik Mesin/Jurusan Teknologi Industri dan Proses/ITK)

 

Manfaat:

1. Memberikan pemahaman yang lebih komprehensif mengenai pengaruh morfologi dasar laut bergelombang (sinusoidal bedform) terhadap pola aliran, tekanan, gaya hidrodinamika, dan tegangan geser di sekitar pipa bawah laut.
2. Menjadi dasar pengembangan metode penyaringan risiko berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk mengidentifikasi kondisi yang berpotensi meningkatkan free span, local scour, dan vortex-induced vibration pada pipa bawah laut.
3. Mendukung perencanaan dan evaluasi integritas infrastruktur pipa bawah laut di wilayah perairan dengan morfologi dasar laut aktif, khususnya Teluk Balikpapan yang berada pada koridor strategis ALKI II.
4. Menyediakan basis ilmiah bagi pengembangan piranti lunak/produk simulasi prediktif stabilitas pipa pada seabed dinamis serta mendukung luaran penelitian berupa publikasi ilmiah, prototipe animasi aliran, dan Hak Kekayaan Intelektual (HKI).

Deskripsi:

Pipa bawah laut merupakan salah satu infrastruktur penting dalam mendukung kegiatan energi, industri, dan konektivitas maritim. Dalam perencanaan konvensional, evaluasi beban hidrodinamika pada pipa masih sering menggunakan asumsi dasar laut rata. Padahal, pada perairan pesisir dan lepas pantai yang aktif secara sedimentologis, dasar laut dapat membentuk undulasi seperti ripples, dunes, sand waves, atau bedform sinusoidal. Perubahan bentuk dasar laut tersebut dapat mengubah pola kecepatan, distribusi tekanan, separasi aliran, serta pembentukan pusaran di sekitar pipa.

Kondisi tersebut sangat relevan untuk Teluk Balikpapan dan kawasan ALKI II, karena dinamika arus dan transport sedimen berpotensi mengubah kondisi dukungan pipa dari waktu ke waktu. Jika morfologi dasar laut diabaikan, estimasi gaya hidrodinamika dan potensi pembentukan bentang bebas (free span) dapat menjadi kurang representatif. Free span yang berkembang dapat meningkatkan risiko getaran akibat pelepasan pusaran (vortex-induced vibration), kelelahan struktur, serta kegagalan pipa dalam jangka panjang.

Penelitian ini menggunakan simulasi numerik dua dimensi (2D) transient berbasis Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) dengan model turbulensi Shear Stress Transport (SST) k-omega pada perangkat lunak ANSYS FLUENT. Model menggunakan pipa berdiameter 0,508 m yang menerima arus seragam sebesar 1,2 m/s. Pengaruh ukuran bedform dianalisis melalui variasi rasio tinggi bedform terhadap diameter pipa (H/D) sebesar 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; dan 10, dengan rasio panjang gelombang terhadap tinggi bedform (L/H) dijaga tetap sebesar 10.

Analisis dibagi menjadi dua skenario. Pada Skenario 1, pipa ditempatkan tepat di atas lembah (trough) satu bedform dengan jarak pusat pipa sebesar 1D dari dasar lembah. Konfigurasi ini digunakan untuk melihat secara langsung bagaimana perubahan ukuran bedform memodifikasi aliran di sekitar pipa. Pada Skenario 2, pipa ditempatkan pada dasar laut yang datar sejauh 1D di hilir dari tiga bedform sinusoidal berurutan. Skenario kedua dirancang untuk mengevaluasi apakah gangguan aliran akibat bedform di hulu masih memengaruhi pipa meskipun pipa berada pada bagian seabed yang secara lokal tampak datar.

Hasil simulasi menunjukkan adanya perubahan aliran yang jelas. Pada bedform berukuran kecil hingga sedang (H/D ≤ 1), respons pipa masih didominasi oleh alternating vortex shedding. Kondisi ini menghasilkan osilasi periodik yang kuat pada koefisien drag dan lift, terutama pada H/D = 0,1 dan 0,2. Pola ini menunjukkan bahwa pusaran yang terbentuk di belakang pipa masih menjadi mekanisme utama yang mengontrol beban tidak tunak pada struktur.

Ketika ukuran bedform meningkat (H/D ≥ 2), amplitudo osilasi drag dan lift menurun secara signifikan dan cenderung menuju nilai yang lebih stabil. Namun, penurunan fluktuasi gaya global tidak berarti lingkungan hidrodinamik menjadi lebih aman. Pada bedform yang lebih besar, pipa berada dalam medan aliran yang sangat dipengaruhi morfologi seabed, ditandai oleh zona resirkulasi yang lebih luas, defisit kecepatan yang lebih kuat, perubahan tekanan yang lebih besar, dan peningkatan tegangan geser lokal di beberapa bagian dasar laut.

Temuan penting lainnya diperoleh dari Skenario 2. Gangguan aliran yang terbentuk akibat tiga bedform berurutan tidak langsung hilang setelah aliran memasuki dasar laut yang datar. Profil kecepatan dan lapisan geser yang telah terdistorsi masih terdeteksi hingga beberapa diameter pipa ke arah hilir, termasuk pada x/D = 3. Fenomena ini menunjukkan adanya hydrodynamic memory, yaitu kondisi ketika aliran masih “mengingat” morfologi seabed yang telah dilewatinya dan membawa pengaruh tersebut ke lokasi pipa di hilir.

Secara keseluruhan, penelitian ini menegaskan bahwa penilaian integritas pipa bawah laut tidak hanya mengandalkan koefisien gaya global atau asumsi flat seabed. Parameter lokal seperti distribusi tekanan, velocity profile, zona separasi dan resirkulasi, serta skin-friction coefficient perlu dianalisis bersama karena dapat menjadi indikator awal potensi mobilisasi sedimen, local scour, dan perubahan dukungan pipa.

Temuan utama dari penelitian ini adalah semakin besar bedform tidak selalu berarti beban global pada pipa semakin besar. Pada beberapa kasus, osilasi drag dan lift justru berkurang, tetapi gangguan lokal berupa suction pressure, velocity deficit, recirculation, dan tegangan geser seabed menjadi lebih kuat. Karena itu, evaluasi risiko harus mempertimbangkan karakteristik global dan lokal secara bersamaan.