ANALISA TEGANGAN STATIK SISTEM PERPIPAAN PADA TANGKI MINYAK (OIL TANK) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v.5.10

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "ANALISA TEGANGAN STATIK SISTEM PERPIPAAN PADA TANGKI MINYAK (OIL TANK) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v.5.10"

Budi Tanudjaja
6 tahun lalu
Tontonan:

1 ANALISA TEGANGAN STATIK SISTEM PERPIPAAN PADA TANGKI MINYAK (OIL TANK) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v.5.10 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik M. FADHILLAH PUTRA NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2012

2 ABSTRAK Dalam merancang suatu sistem plant, kita tidak akan terlepas dari sistem perpipaan. Sistem perpipaan berfungsi sebagai media untuk mengalirkan suatu fluida kerja dari suatu system komponen ke komponen lainya. Sistem perpipaan ini harus mampu menahan semua beban yang bekerja,yaitu beban yang besarnya tetap sepanjang waktu (beban statik) maupun beban yang berubah-ubah menurut fungsi waktu (beban dinamik). Kemampuan system perpipaan untuk menahan beban yang bekerja sehingga tidak menimbulkan kegagalan dikenal sebagai fleksibilitas system perpipaan. Kegagalan pada system perpipaan ini dapat mengganggu system perpipaan perlu dilakukan untuk memastikan bahwa system perpipaan pada kondisi aman saat di operasikan. Sistem perpipaan harus mempunyai fleksibilitas yang cukup, agar pada saat terjadi ekspansi termal dan kontraksi, pergerakan dari penyangga dan titik persambungan pada system perpipaan tidak akan menyababkan Kegagalan system perpipaan akibat tegangan yang berlebihan (overstress), Kebocoran pada sambungan, Beban nozzle yang berlebihan (overload ) pada equipment (contohnya : pompa dan turbin ) yang dihasilkan akibat gaya dan momen pada system perpipaan selama di operasikan. Kata kunci : Tegangan Statik, Tegangan Dinamik, Sistem Perpipaan

3 ABSTRACT In designing a plant system, we will not be released from the piping system. Pipingsystem serves as a medium for a working fluid flowing from one system component toother components. This piping system must be able to withstand all loads that work, namely the magnitude of the burden remains at all times (static load) and load that varies according to the function of time (dynamic load). Piping system's ability to withstand the work load so as not to cause the failure known as the flexibility of the piping system. Failure in the piping system may interfere with the piping system needs to be done to ensure that the piping system in a safe condition when operated. Piping system must have sufficient flexibility, so that in the event of thermal expansion and contraction, movement of the brace and the junction point in the piping system will not cause piping system failure due to excessive stress (overstress), leakage at the connection, excessive nozzle load (overload ) on the equipment (eg: pumps and turbines) is generated due to a force and moment on the piping system during therunning. Keywords: Static stress, Dynamic stress, Piping Systems.

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul ANALISA TEGANGAN STATIK SISTEM PERPIPAAN PADA TANGKI MINYAK (OIL TANK) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Proses Produksi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, do a, dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada : 1. Bapak Ir. Tugiman, MT selaku Dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Kedua orang tua penulis, Ir. Irwan Amin dan Yulia Fatimah serta adikadik penulis, yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do a serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis. 5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah. 6. Seluruh rekan mahasiswa angkatan 2007 serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

5 7. Teman teman yang selalu memotivasi khususnya Amin anjelo,alfis iler, dan Asari gacok yang telah memberi semangat. Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih. Medan, April 2012 M. FADHILLAH PUTRA

6 DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...x DAFTAR NOTASI...xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang TujuanPenelitian BatasanMasalah SistematikaPenulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Perpipaan Teori Tegangan Tegangan Satu Arah Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Unaxial Tegangan Dua Arah (Biaxial) Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Biaxial...20

7 2.2.3 Tegangan Utama (Principal Stress) Lingkaran Mohr Tegangan Utama Sistem Penumpu Momen Lentur (Bending Momen) Gaya Geser Gaya dan Momen Pada Tumpuan KlasifikasiTegangan Tegangan Longitudunal (Longitudinal Stress) Tegangan Aksial Tegangan Lentur (Bending Stress) Tegangan Geser Tegangan Geser Akibat Gaya Geser Tegangan Geser Akibat Momen Puntir Tegangan Torsi Momen Inersia (Polar) Regangan Geser Persamaan Tegangan Pada Sistem Pemipaan...41 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Studi Kasus Spesifikasi Pipa...43

8 3.2.2 Spesifikasi Fluida Diagram Alir Penelitian Urutan Proses Analisis Pembuatan Data Awal Studi Literatur Metode Pengerjaan Pemodelan Sistem Pemipaan Mengecek Error Pada Pemodelan Pemodelan Tumpuan Analisis Nilai Kekakuan Tumpuan Analisis Besarnya Tegangan Pipa Pembahasan Identifikasi Masalah Kondisi Pipa Mendatar Kondisi Pipa Tegak (Vertikal) Pengenalan Software Penggunaan CAESAR II dan Prosedur Simulasi Memasukkan Data Input Pipa Memeriksa Pemodelan Analisis Statik

9 BAB IV ANALISA, HASIL SIMULASI DAN DISKUSI 4.1 Pemodelan Sistem Perpipaan Pada Isometrik dan Caesar II Perhitungan Pembebanan Pipa Pembebanan Pada Pipa Pembebanan Oleh Fluida (Air) Validasi Perhitungan Teoritis dengan Menggunakan Software CAESAR II v Validasi PerhitunganTegangan Pada Pipa Tegak Perhitungan Tegangan Pipa Menggunakan Software Pada Pipa Tegak Perhitungan Tegangan dengan Menggunakan Teori Validasi PerhitunganTegangan Pada Pipa Mendatar Perhitungan Dengan Menggunakan Software ( Kondisi di Anchor) Perhitungan Tegangan Menggunakan Teori (Kondisi di Anchor) Validasi Perhitungan Tegangan Pada Pipa Mendatar (Tumpuan) Perhitungan Tegangan Dengan Menggunakan Software (Kondisi di Tumpu) Perhitungan Tegangan dengan Menggunakan Teori Tabulasi Hasil Simulasi dan Perhitungan Teoritis... 99

10 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Distribusi Tegangan Uniaxial 7 Gambar 2.2 Distribusi Tegangan Uniaxial 7 Gambar 2.3 Distribusi Tegangan Uniaxial setelah dipotong. 8 Gambar 2.4 Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Uniaxial. 15 Gambar.2.5 Tegangan pada sebuah batang Gambar 2.6 Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Biaxial Gambar.2.7 Tegangan umum yang terjadi Gambar 2.8 Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Utama 28 Gambar 2.9 Free Body Diagram kesetimbangan gaya dan momen 30 Gambar 2.10 Diagram gaya geser dan momen lentur Gambar 2.11 Tegangan Aksial 36 Gambar 2.12 Bending Momen 37 Gambar 2.13 Distribusi Tegangan Geser 40 Gambar 2.14 Regangan Geser 41 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 45

12 Gambar 3.2 Diagram Alir Simulasi 50 Gambar 3.3 Kondisi Pipa Mendatar 51 Gambar 3.4 Kondisi Pipa Tegak Dianchor 53 Gambar 3.5 Diagram Benda bebas 53 Gambar 3.6 Potongan Diagram Benda Bebas untuk 0 x LL 2 54 Gambar 3.7 Diagram momen dan gaya geser 56 Gambar 3.8 Kondisi Pipa Tegak 58 Gambar 3.9 Penampang Pipa 59 Gambar 3.10 Tampilan Awal CAESAR II 62 Gambar 3.11 Data satuan yang digunakan dalam pemodelan 62 Gambar 3.12 Piping input pada CAESAR II 63 Gambar 3.13 Input panjang awal potongan 63 Gambar 3.14 Input properties pipa 64 Gambar 3.15 Error dan warning pada pengecekan bila terjadi kesalaha Gambar 3.16 Error dan warning bila tidak ada kesalahan pada pemodela 65 Gambar 3.17 Pemilihan jenis beban pada pemodelan 66 Gambar 4.1 Bentuk isometrik system perpipaan Oil Tank 68

13 Gambar 4.2 Kotak Penulisan Nama Kalkulasi pada awal dimulainya proses pemasukan data 69 Gambar 4.3 Kotak Standar Satuan yang digunakan di CAESAR II 69 Gambar 4.4 Kotak Penulisan Node Pertama 70 Gambar 4.5 Kotak Penulisan Data Pipa, Temperatur dan Tekanan 70 Gambar 4.6 Pemodelan Pipa Lurus beserta Data Sifat atau Karakteristik Material Pipa 71 Gambar 4.7 Kotak Penulisan Data Code yang digunakan 72 Gambar 4.8 Pemodelan Anchor 72 Gambar 4.9 Pemodelan flange dan ukuran flange pada DZ 73 Gambar 4.10 Pemodelan Gate Valve 73 Gambar 4.11 Pemodelan pembuatan elbow 74 Gambar 4.12 Kotak pembuatan support 75 Gambar 4.13 Model yang ditampilkan hasil input data di CAESAR II Gambar 4.14 Icon Error Checking pada Menu Bar 77 Gambar 4.15 Hasil Output Error Checking 77 Gambar 4.16 Pemilihan Analisa Untuk Beban Sustain 78

14 Gambar 4.17 Kondisi pipa tegak yang di tumpu 87 Gambar 4.18 Kondisi pipa tegak 89 Gambar.4.19 Pipa mendatar yang dengan kondisi di anchor.. 91 Gambar 4.20 Kondisi pipa tegak 93 Gambar.4.21 Kondisi pipa yang diberi tumpuan 95 Gambar 4.22 Pipa dengan kondisi ditumpu 98

15 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Pipa 43 Tabel 3.2 Spesifikasi Fluida 44 Tabel 4.1 Hasil simulasi tegangan pipa vertical 83 Tabel 4.2 Hasil simulasi tegangan pipa mendatar ( anchor ) 87 Tabel 4.3 Hasil simulasi tegangan pipa mendatar ( penumpu 91 Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Teoriti.. 94

16 DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan P Beban kgf D Diameter cm Do Diameter Luar cm Di Diameter Dalam cm C Diameter Terluar Pipa cm σ Tegangan MPa ε Regangan % E Modulus Elastisitas MPa Lf Panjang Akhir cm Lo Panjang Awal cm L Pertambahan Panjang cm A Luas Penampang cm 2

dokumen-dokumen yang mirip

ANALISA TEGANGAN STATIK PADA SISTEM PERPIPAAN TOWER AIR ( WATER TOWER SYSTEM ) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v. 5.10

ANALISA TEGANGAN STATIK PADA SISTEM PERPIPAAN TOWER AIR ( WATER TOWER SYSTEM ) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v. 5.10 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana