BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1. Perhitungan Ketebalan Pipa (Thickness) Penentuan ketebalan pipa (thickness) adalah suatu proses dimana akan ditentukan schedule pipa yang akan digunakan. Diameter pipa sudah ditentukan, namun untuk menentukan ketebalan ternyata terdapat bermacam-macam schedule yang ketebalannya berbeda-beda. Misalkan untuk standar ketebalan pipa 8 ada 12 jenis ketebalan yang tersedia. Adapun untuk menentukan ketebalan pipa yang diperlukan menggunakan rumus sebagai berikut : P D t m + C 2( σε + ΡY ) (3.1) Dimana : t m : tebal dinding pipa (mm) P : tekanan internal desain (N/mm 2 ) Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 26

2 D : diameter luar (mm) σ : stress pada temperatur desain (N/mm 2 ) E : faktor efisiensi sambungan Y : faktor bahan (dapat diketahui pada tabel 2.1) C : corrosion allowance Data-data yang digunakan pada studi perencanaan sistem perpipaan ini adalah sebagai berikut : P 255,9916 psig 1,765 MPa (N/mm 2 ) (Tekanan desain pada Pump Discharge) D 219 mm (pipa 8 ) σ Tegangan maksimum yang diijinkan Psi 241MPa (N/mm 2 ) dari API Spec.5L tabel 3-A Tensile Requirement for PSL-1 untuk material pipa seamless API5L Gr. B E Y C 1 (untuk pipa seamless pada standar ASME B31.3) 0,4 (untuk t kurang dari D/6) 1,5mm P D t m + C 2( σε + ΡY ) t 1, , m 2( ,765 0,4) 5mm t m 3mm Berdasarkan perhitungan di atas diperoleh ketebalan dinding pipa 3 mm. Selanjutnya dicari pada Pipe Data untuk ukuran pipa dengan diameter 219mm Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 27

3 (8 ) dengan ketebalannya 3mm yang mendekati adalah Pipa dengan Schedule 10S yaitu 3,76. Akan tetapi PT. Pertamina (Persero) memberikan standart spesifikasi untuk thickness pipa diameter 2 sampai dengan 8 memakai Sch. 40 atau ketebalan 8,18mm (sesuai tabel Pipe Data). Hal ini dilakukan karena demi keamanan di lingkungan sekitar. Penentuan pemakaian ketebalan pipa juga didasarkan pada material yang ada di pasaran. Hal ini perlu dipertimbangkan karena berhubungan dengan cost dan waktu yang diperlukan dalam construction, karena apabila material tersebut tidak biasa ada di pasaran maka harus dilakukan pemesanan terlebih dahulu sehingga dibutuhkan waktu yang lebih lama. Jenis material pipa dan ketebalannya selalu diberikan dalam bentuk tabel oleh vendor dan terkadang setiap vendor yang berbeda memiliki perbedaan ketebalan. Contoh dari tabel tersebut seperti terlihat pada tabel 3.1. di bawah : Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 28

4 Tabel 3.1. Tabel Pipa 8 (Sumber : Pipe Data PT. Pertafenikki Engineering) Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 29

5 3.2. Data-data Awal untuk Perhitungan Adapun parameter-parameter yang menjadi data sebagai data yang akan diproses adalah sebagai berikut : Node - Node yaitu titik awal perencanaan yang akan disediakan oleh Caesar II v5.1 dalam dialog box. Biasanya nilai 10 akan menjadi titik awal dari perencanaan jalur perpipaan yang akan dilakukan dan akan diikuti dengan angka-angka selanjutnya sesuai dengan keperluannya. - Name of first point : 10 Pipe Data - Application code : B Material : CS API5L Gr.B - Nominal : 8 (219mm) - Schedule : 40 (8,18mm) - Design Pressure : 1,765 MPa - Operating Pressure : 1,26 MPa - Design Temperature : 55 o C - Operating Temperature : 30 o C - Corrosion Allowance : 1,5mm - Fluid density : 830 kg/m3 - Insulation : NI - Mill Tolerance : 12,5% (By Caesar II v.5.1) - Long Weld Factor : 1 - Circ. Weld Factor : 1 Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 30

6 - Actual OD : 219mm - Pipe Density : By Caesar II v5.1 - Max. Yield Strength (T) : 241 MPa 3.3. Evaluasi Perhitungan Secara Manual 1 Tegangan-tegangan utama maksimum pada pipa. Dari data-data awal diketahui sebagai berikut : - Diameter luar pipa (Do) 219mm - Tebal dinding pipa atau schedule (t) 8,18mm - Design Pressure 1,765MPa (N/mm 2 ) a. Tegangan utama longitudinal (Longitudinal Principal Stress) (LPS), yaitu tegangan yang bekerja sepanjang garis sumbu pipa, tegangan ini disebabkan oleh pembengkokan, beban gaya aksial atau tekanan. LPS P. Do 4t 1, ,8 N / mm 4 8,18 2 ( MPa) b. Tegangan utama radial (Radial Principal Stress) (RPS), yaitu tegangan yang bekerja pada satu garis mulai dari pusat pipa secara radial sampai ke dinding pipa, tegangan ini bersifat tegangan tekan bila disebabkan oleh tekanan dalam pipa dan tegangan ini bersifat tegangan tarik bila tekanan dalam pipa hampa (vacum pressure) RPS Tekanan desain fluida (P) RPS 1,765 N/mm 2 (MPa) c. Tegangan utama circumferensial (Circumferential Principal Stress) (CPS) atau disebut juga sebagai Hoop stress, tegangan ini bekerja tegak lurus Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 31

7 terhadap tegangan longitudinal dan tegangan radial. Tegangan ini bertendensi membelah dinding pipa dalam arah melingkar pipa dan tegangan ini disebabkan tekanan dari dalam pipa. CPS P. Do 2t 1, ,18 23,62N / mm 2 ( MPa) Dari semua tegangan-tegangan utama maksimum yang terjadi pada jalur pipa tersebut yang paling besar adalah harga tegangan utama circumferensial (CPS) yaitu 23,62 N/mm 2 (MPa). Sehingga jalur pemipaan dari Discharge Pump ke Inlet Filter akan dinyatakan aman / tidak overstress apabila harga CPS tidak melebihi batas yield strength material pipa tersebut pada temperatur yang sama. 2 Tegangan geser maksimum (maximum shear stress) (MS) yaitu harga rata-rata dari tegangan yang paling besar dikurangi dengan tegangan yang paling kecil dan dibagi dua. MS CPS RPS 2 23,62 11,8 5,91N / mm 2 2 ( MPa) Dan jalur perpipaan akan dinyatakan aman / tidak overstress apabila harga MS tidak melebihi batas yield strength material pipa tersebut pada temperatur yang sama. 3 Tegangan maksimum yang diizinkan (allowable displacement stress range) (σa), yaitu batasan tegangan maksimum yang diizinkan yang terjadi akibat pemuaian atau penyusutan karena terjadi perbedaan temperatur pada saat sistem beroperasi. σ a f (1,25 σ c + 0,25 σ h ) Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 32

8 Dari Tabel A-1 ASME B31.3, pada temperatur desain 55 o C didapat : σ c psi 241 N/mm2 σ h psi 137 N/mm2 Jumlah Siklus 10 tahun : 1 x 365 x f 1,0 ( untuk siklus kurang dari diambil dari Tabel 2.2) Jadi : σa 1,0 ( 1,25 x ,25 x 137 ) σa 335,5 N/mm2 Berdasarkan uraian di atas diketahui jenis material pipa yang digunakan adalah API5L Gr.B, yang memiliki batas tegangan luluh material (maximum yield strength) 448 N/mm 2 (65,000 Psi) dan batas tegangan patah (maximum tensile strength) 758 N/mm 2 (110,000 Psi). (Sumber API Specification 5L, 2004, page 27). Dari hasil perhitungan tegangan secara manual yang telah dilakukan dengan menggunakan data-data dari perhitungan diameter pipa, ketebalan dan jenis material yang digunakan diperoleh harga maksimum pada CPS 23,62 N/mm 2 (MPa). Harga tersebut masih berada di bawah tegangan maksimum yang diizinkan (σa) 335,5 N/mm 2. Sedangkan harga tegangan maksimum yang diizinkan akibat pemuaian dan penyusutan pada siklus yang berulang masih di bawah harga batas tegangan luluh material (maximum yield strength) 448 N/mm 2. Sehingga jalur perpipaan dari Discharge Pump ke Inlet Filter tidak terjadi overstress dan aman bagi fasilitas migas dan lingkungan sekitarnya. Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 33

9 3.4. Evaluasi Perhitungan dengan Program Caesar II v5.1 Hasil perhitungan dengan menggunakan program Caesar II v5.1 ini, didasarkan atas tiga kondisi pembebanan yang terjadi yaitu : a. Pembebanan karena berat material dan berat fluida (W) b. Pembebanan karena pengaruh temperatur (T1) c. Pembebanan karena pengaruh Tekanan (P1) Dari ketiga kondisi pembebanan tersebut akan dikombinasikan dalam suatu perhitungan tegangan, sehingga didapat harga maksimum dari hasil analisis tersebut. Kemudian hasil tersebut akan dibandingkan dengan harga maksimum tegangan yang diizinkan (allowable displacement stress range) yang dihitung secara manual sesuai standar ASME B31.3. Adapun harga tegangan maksimum yang diperoleh dari perhitungan komputer dengan program Caesar II v5.1 adalah : 1. Maximum torsions stress 3,9 N/mm 2 (MPa) (diperoleh dari data-data output Caesar pada lampiran-sus). 2. Maximum bending stress 13,0 N/mm 2 (MPa) (diperoleh dari data-data output Caesar pada lampiran-sus). 3. Axial stress 13,1 N/mm 2 (MPa) (diperoleh dari data-data output Caesar pada lampiran-sus). Sedangkan batas tegangan luluh material (maximum yield strength) 448 N/mm 2 (65,000 Psi) dan batas tegangan patah (maximum tensile strength) 758 N/mm 2 (110,000 Psi). sehingga jalur pipa tersebut tidak terjadi overstress. Hasil output gaya dan momen dari hasil perhitungan dengan program Caesar II diberikan pada Tabel 3.2. Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 34

10 Tabel 3.2. Gaya dan Momen yang terjadi pada jalur perpipaan Hasil Perhitungan Gaya dan Momen pada Jalur Perpipaan Untuk Tiga Pembebanan (W+T1+P1) NODE Gaya F (N) Momen M (Nm) Hasil modeling dari Caesar II v5.1 dapat dilihat pada Gambar 3.1. Gambar 3.1. Modeling dengan Caesar II v.5.1 Fakultas Teknik-Jurusan Teknik Mesin 35