Abstrak. Kata kunci: Hydrotest, Faktor Keamanan, Pipa, FEM ( Finite Element Method )

Transkripsi

1 PERBANDINGAN PRESSURE AKTUAL HYDROTEST WELDING PIPE API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 TERHADAP TEGANGAN LULUH DENGAN SIMULASI NUMERIK METODE FEM ( FINITE ELEMENT METHOD ) Muhammad Irawan *, Nurul Laili Arifin * and Nurman Pamungkas # Batam Polytechnics Mechanical Engineering Study Program Jl. Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia muhmdirawan@ .com Abstrak Hydrotest merupakan sebuah tahapan akhir Quality Control yang harus dilakukan pada perpipaan baru atau hasil modifikasi dengan cara pengujian kekuatan dan kebocoran dari bejana tekan ( pressure vessel ) dan perpipaan. Setiap perencanaan elemen mesin memiliki yang namanya Faktor Keamanan ( Safety Factor ) yaitu faktor yang digunakan untuk mengevaluasi perencanaan elemen mesin terjamin keamanannya dengan dimensi yang minimum dimana faktor keamanan ini didapat dengan persamaan tegangan luluh. Untuk mebandingkan faktor keamanan dari perpipaan tersebut dilakukan perhitungan menggunakanan persamaan tegangan luluh dengan berdasarkan pada perhitungan aktual dan proses simulasi numerik metode FEM ( Finite Elemen Method ) dengan memberikan tekanan pada material pipa API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 sesuai dengan pressure aktual yang telah dilakukan. Proses simulasi dilakukan dengan software Solidwork 2014 dan metode FEM ( Finite Element Method ). Setelah dilakukan perbandingan pada titik yang di tinjau antara perhitungan aktual dengan proses simulasi FEM (Finite Element Method) maka didapatkan nilai tegangan yang diterima pada bagian 1: 34, 1:34, dan 1:45. Sedangkan perbandingan untuk nilai faktor keamanan berdasarkan perhitungan aktual dan proses simulasi FEM (Finite Element Method) pada bagian Horiziontal 1: 34, 1:34, dan 1:44. Kata kunci: Hydrotest, Faktor Keamanan, Pipa, FEM ( Finite Element Method ) Abstract Hydrotest is a final stage of Quality Control that must be performed on new piping or modified by means pf try strength and leakage of pressure vessel and piping. Safety factor is a factor used for the size of a safe element for a state appropriate to a yield stress. To compare safety factor of piping is using actual method and simulation method of FEM ( Finite Element Method ) by giving pressure on the material of pipe API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 in accordance woth the actual pressure that has been done. That simulation process is done by solidwork 2014 and FEM ( Finite Element Method ) after comparison of the point in review between the actual calculation with the FEM simulation process then obtained the received on the 1:34, Tilt 1:34, And 1:45. For the safety factor between actual calculation with FEM ( Finite Element Method ) on the 1:34, Tilt 1:34 and 1:44. Keywords: Hydrotest, Safety Factor, Pipeline, FEM ( Finite Element Method ) 1 Pendahuluan Pipa dirancang dengan faktor keamanan agar operasi aman tanpa pecah atau bocor. Faktor keamanan ini adalah nilai rekayasa yang dipahami dengan baik dan memberikan penyangga antara tekanan operasi dari

2 pipa dan tekanan kegagalan material pipa. [1]. Nilai dari faktor keamanan didapat dengan persamaan tegangan luluh. Sebuah hydrostatic test adalah cara yang digunakan pada jaringan pipa, plumbing, silinder gas, boiler dan tanki bahan bakar guna mengetahui ketahaanannya maupun kebocorannya. Test ini terdiri dari mengisi benda atau pipa dengan cairan, menggunakan air sebagai media yang akan memperlihatkan kebocoran jika ada, dan menekan pipa tersebut dengan tehnik yang spesifik guna pengetesan. [2] Tujuan penelitian ini adalah peneliti tertarik untuk mengetahui nilai faktor keamanan dari perpipaan dengan dengan menggunakan simulasi numerik metode FEM ( Finite Elemen Method ) dimana dengan metode ini dapat menganalisa stress dengan memperhitungkan faktor geometri yang dapat mempengaruhi konsentrasi tegangan No. Desscription Pressure (bar) 1 start pump 0 2 steep holding steep holding 10 4 start holding holding holding holding fixsis holding steep release steep release completed 0 2 Metodologi Penelitian Penelitian dilakukan dengan cara membandingkan hasil aktual hydrotest dengan simulasi numeric metode FEM (Finite Element Method) Menggunakan Software Solidwork 2014 sebagai alat untuk mendesain pipa yang ingin disimulasikan dan menginput desain pipa ke dalam software FEM (Finite Element Method) untuk disimuasikan dengan metode numerik 2.1 Pengujian Pressure Aktual Hydrotest Welding Pipe API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 Terhadap Tegangan Luluh Pada perhitungan nilai tengangan yand diterima dan nilai faktor keamanan ini perhitungan dilakukan dengan asumsi tidak terjadi konsentrasi tegangan akibat bentuk geometri. Nilai faktor keamanan didapat dengan persamaan sebagai berikut : Dimana : FoS FoS = = Factor of Safety σ y σ aktual σ y = Nilai tegangan yield strength σ aktual = Nilai tekanan yang diterima TABEL 1 : Gambar 1: Grafik pengujian hydrotest 2.2 Simulasi Finite Element Method Adapun langkah kerja yang dilakukan : 1) Mendesain Pipa yang ingin di teliti dengan menggunakan software solidwork 2014 ( Welding di anggap mulus sempurna dan geometri root tidak dibuat untuk memudahkan meshing di simulasi FEM 2) Import desain yang telah dibuat di Solidwork 2014 ke Software FEM 3) Input spesifikasi material API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 ke dalam software FEM dengan asumsi sifat mekanik material hanya dibagi 2 yaitu base material dan filler metal ( Sifat mekanik daerah HAZ tidak diperhitungkan ) 4) Berikan tekanan pada dinding bagian dalam pipa ( Statis ). yang diberikan sesuai dengan input data berdasarkan tekanan aktual yang telah dilakukan. 5) Melakukan perhitungan nilai tegangan yang diterima dan nilai faktor keamanan TEST RECORD HYDROTEST YANG DI LAKUKAN OLEH PT.AKUR DAN PT.WIKA DI PULAU SAMBU

3 support pada proses simulasi menggunakan software FEM (bagian yang berwarna merah yang di berikan tekanan dan bagian yg di beri support berada pada face material). 2.3 Spesifikasi Material Pada tabel 2 dab tabel 3 adalah data input geometri dan data input sifat mekanik material untuk simulasi FEM dan untuk pengujian secara aktual Gambar 2: Ukuran desain material secara keseluruhan untuk proses simulasi TABEL 2 : SPESIFIKASI MATERIAL API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 [3] [4] Spesifikasi Tensile Strength ( Mpa ) 414 Yield Point ( Mpa ) 241 Elongation 23 Outside Diameter (in) 30 Wall Thickness (in) Gambar 3: Ukuran desain material bagian filler ( welding ) untuk proses simulasi Adapun persamaan yang digunakan untuk menentukan nilai faktor keamanan dengan metode simulasi FEM ini adalah sebagai berikut : FoS = σ y σ max desain Inside Diameter (in) TABEL 3. SPESIFIKASI FILLER METAL E7018 [5] Spesifikasi Tensile Strength 529 Yield Strength 441 Dimana : FoS = Factor of Safety σ y = Nilai tegangan yield strength σ max desain = Nilai tegangan yang diterima yang didapatkan dari hasil simulasi 3 Analisa dan Pembahasan a. Perhitungan berdasarkan pengujian aktual Dari hasil perhitungan tekanan yang diterima dan perhitungan nilai faktor keamanan secara aktual maka diperoleh hasil sebagai berikut : TABEL 4: NILAI TEGANGAN YANG DITERIMA MATERIAL BERDASARKAN PENGUJIAN AKTUAL Gambar 4: Bagian yang diberikan tekanan dan

4 TABEL 5: NILAI FAKTOR KEAMANAN BERDASARKAN PENGUJIAN AKTUAL Dapat dilihat bahwa bagian material yang memiliki nilai faktor keamanan terendah berada dibagian flange b. Perhitungan berdasarkan proses simulasi Dari hasil simulasi yang dilakukan dengan perangkat lunak FEM diperoleh Equivalent Stress ( Von Mises ) pada material API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 ditampilkan pada Gambar 5-7 Gambar 6: Simulasi dengan tekanan 10 bar Gambar 7: Simulasi dengan tekanan 15.5 bar Maka didapatkan hasil sebagai berikut : TABEL 6: NILAI TEGANGAN YANG DITERIMA MATERIAL BERDASARKAN HASIL SIMULASI ( NILAI BERDASARKAN BAGIAN YANG DI TINJAU YANG TERTERA PADA GAMBAR 5-7 DAN DIRATA-RATAKAN ). Gambar 5: Simulasi dengan tekanan 5.25 bar

5 TABEL 7 : NILAI FAKTOR KEAMANAN BERDASARKAN HASIL SIMULASI Gambar 9: Tegangan yang diterima berdasarkan proses simulasi Perbandingan faktor keamanan material pada perhitungan aktual dan proses simulasi di tunjukkan pada table Dilihat dari hasil simulasi pada material API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 (gambar 5-7) dengan 3 variasi tekanan. Maka diperoleh nilai Equivalent Stress tertinggi terdapat pada bagian flange sehingga memiliki nilai faktor keamanan terendah c. Perbandingan hasil perhitungan antara pengujian aktual dan proses simulasi Perbandingan tegangan yang di terima material pada perhitungan aktual dan proses simulasi di tunjukkan pada gambar Gambar 10 : Nilai faktor keamanan berdasarkan pengujian aktual Gambar 8: Tegangan yang diterima berdasarkan pengujian aktual Gambar 11: Nilai faktor keamanan berdasarkan proses simulasi Dilihat dari perbandingan antara perhitungan berdasarakan pengujian aktual dan berdasarkan proses simulasi terlihat bahwa keduanya memiliki nilai tegangan yang diterima dan faktor keamanan yang berbeda,. Perbandingan nilai tegangan yang diterima material berdasarkan perhitungan aktual dan proses simulasi ( bagian yang ditinjau ) bila dirata-ratakan

6 antara bagian Horizintal 1: 34, 1:34, dan 1:45. Sedangkan untuk nilai faktor keamanan berdasarkan perhitungan aktual dan proses simulasi ( bagian yang di tinjau ) bila dirataratakan antara bagian Horizintal 1: 34, 1:34, dan 1:44 4 Kesimpulan Dengan tekanan 5,25 bar, 10 bar dan, 15,5 bar yang di berikan pada material API 5L B PSL 1 ERW SCH 10 Ø30 secara aktual dan proses simulasi menunjukkan bahwa nilai tegangan yang diterima dan faktor keamanan antara keduanya berbeda. Dengan perbandingan nilai tegangan yang diterima material berdasarkan perhitungan aktual dan proses simulasi ( bagian yang di tinjau ) pada bagian 1: 34, 1:34, dan 1:45. Sedangkan untuk nilai faktor keamanan berdasarkan perhitungan aktual dan proses simulasi ( bagian yang di tinjau ) pada bagian Horiziontal 34:1, 34:1, dan 44:1 Referensi [1] Revie, R. Winston. (2015).Oil and Gas Pipeline: Integrity and safety Handbook. United Stated of America: John Wiley & Sons, Inc(558) [2] [3]Prosaic Steel. Line Pipe Physical Properties l_seamless_pipes.html [4]Easy Steel. Pipe Size. From s/steelbook_pipe_pipefittings.pdf?dl=1 [5]Pinnacle Alloys. E6010. From