DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PERNYATAAN NASKAH SOAL TUGAS AKHIR HALAMAN PERSEMBAHAN KATA PENGANTAR

Transkripsi

1 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN HALAMAN PERNYATAAN NASKAH SOAL TUGAS AKHIR HALAMAN PERSEMBAHAN KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN INTISARI i ii iii iv v vi vii xi xii xiii xiv xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Asumsi dan Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Penyederhanaan Model Aksisimetris Tegangan Termal Tegangan Kontak 17 BAB III LANDASAN TEORI Pengertian Wellhead Surface Metal Seals (SMS) Unitized Wellhead Surface Metal Seal (SMS) Packoff Mekanisme pemasangan Surface Metal Seal (SMS) pada Unitized Wellhead Perangkat Lunak Metode Elemen Hingga Metode Elemen Hingga Langkah-Langkah Penyelesaian Analisis Menggunakan Metode Elemen Hingga Tipe Tipe Elemen Dalam Metode Elemen Hingga Konsep Tegangan Regangan Konsep Tegangan 36 vii

2 3.7.2 Konsep Regangan Hubungan Tegangan dan Regangan Deformasi Plastis Distribusi Suhu Pemilihan Elemen Sifat Mekanik Bahan 44 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN Alat dan Materi Penelitian Alat Materi Penelitian Tahap Perancangan Asumsi Penyederhanaan Model Simulasi Metode Penelitian 60 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Simulasi Analisis Thermal Study I Analisis Thermal Study II Analisis Nonlinear Static Study I Analisis Nonlinear Static Study II Validasi Hasil Perhitungan manual tegangan akibat kenaikan suhu dari 25 C ke C Perbandingan nilai tegangan hasil simulasi dengan hasil dengan perhitungan manual Iterasi Simulasi Langkah Iterasi I Langkah Iterasi II Langkah Iterasi III Langkah Iterasi IV Langkah Iterasi V Langkah Iterasi VI 79 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 81 viii

3 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 1/20 bagian dari model wellhead tampak atas (Olafsson, 2011) 5 Gambar 2.2 model 1/20 wellhead 3D(Olafsson, 2011) 6 Gambar 2.3 jenis elemen SOLID87 dan SOLID92 (Olafsson, 2011) 6 Gambar 2.4 Model tiga dimensi flange pada wellhead setelah dilakukan mesh(olafsson, 2011) 7 Gambar 2.5 symmetry boundary conditions (Olafsson, 2011) 7 Gambar 2.6 Perbandingan antara model elemen hingga dengan aksisimetris (Novo, dkk, 2011) 8 Gambar 2.7 perbandingan hasil analisis tegangan; a) PLANE 183, b) SOLID 95, c) SHELL 181 (Kozak, dkk, 2010) 9 Gambar 2.8 Kasus pembebanan maximum design loads(olafsson, 2011) 11 Gambar 2.9 Distribusi suhu dan tegangan Von Mises untuk kasus pembebanan maximum design loads (Olafsson, 2011) 12 Gambar 2.10 Distribusi tegangan Von Mises (atas) dan tegangan luluh (bawah) pada lower gasket (Olafsson, 2011) 13 Gambar 2.11Thermal boundary condition pada gearbox casing (Patel dan Shah, 2012) 14 Gambar 2.12Fixed support of bottom in gearbox casing (Patel dan Shah, 2012) 15 Gambar 2.13 Beban pada gearbox casing (Patel dan Shah, 2012) 15 Gambar 2.14 Tegangan Von-mises pada upper gearbox casing (Patel dan Shah, 2012) 16 Gambar 2.15 Tegangan Von-mises pada lower gearbox casing (Patel 16 dan Shah, 2012) Gambar 2.16 Model mesh pada bagian gear yang mengalami kontak (Wei, 2004) 17 Gambar 2.17 Model mesh control pada dua permukaan yang mengalami kontak (Wei, 2004) 18 Gambar 2.18 Distribusi tegangan akibat kontak antara dua permukaan gigi gear (Wei, 2004) 18 Gambar 2.19 tipe elemen yang dipakai dalam analisis spherical joint (Novo, dkk, 2011) 19 Gambar 2.20 mesh model pada analisis spherical joint (Novo, dkk, 2011) 19 Gambar 2.21 distribusi tegangan von mises pada ukuran mesh yang berbeda (Novo, dkk, 2011) 20 ix

4 Gambar 2.22 grafik perbandingan nilai tegangan maksimum pada analisis menggunakan ukuran mesh yang berbeda (Novo, dkk, 2011) 20 Gambar 2.23 pemberian beban torsi pada permukaan inner shaft (Novo, dkk, 2011) 21 Gambar 2.24 distribusi tegangan von mises pada permukaan kontak (Novo, dkk, 2011) 21 Gambar 3.1 Gambar desain SMS Packoff menggunakan SolidWorks Design Gambar 3.2 Susunan part pada komponen SMS Packoff 24 Gambar 3.3 Pencucian tubuh wellhead bagian dalam dengan menggunakan wash tool 27 Gambar 3.4 SMS Packoff yang telah terpasang pada running tool diturunkan pelan-pelan sampai menyentuh casing hanger 28 Gambar 3.5 Ujung (annulus) SMS Packoff mendesak ruang di antara dinding wellhead dan casing hanger. 28 Gambar 3.6 Split ring terdorong menempati wellhead housing groove. 29 Gambar 3.7 SMS Packoff running tool kembali diangkat setelah SMS Packoff terpasang sempurna. 29 Gambar 3.8 Posisi SMS Packoff setelah terpasang sempurna diantara wellhead body dan casing hanger 30 Gambar 3.9 Permodelan Suatu Benda menggunakan Metode Elemen Hingga 32 Gambar 3.10 Elemen 1 dimensi 34 Gambar 3.11 Elemen 2 dimensi 35 Gambar 3.12 Elemen 3 dimensi 35 Gambar 3.13 Tegangan yang berkerja pada suatu bidang silindris Timoshenko.(2000) 36 Gambar 3.14 a dan b. Isotropic dan kinematic hardening (Hosford, 2010) 41 Gambar 3.15 Elemen Tetrahedron 4 titik nodal. Indrakto. (2007) 43 Gambar 3.16 Elemen Tetrahedron 10 titik nodal. Indrakto. (2007) 44 Gambar 3.17 Diagram tegangan-regangan. Indrakto. (2007) 46 Gambar 4.1 Metal annulus seal 49 Gambar 4.2 Mandrel casing hanger 50 Gambar 4.3 Unitized wellhead body 51 Gambar 4.4 Mesh model 54 Gambar 4.5 mesh control model 54 Gambar 4.6 Bonded global contact 55 Gambar 4.7 Sisi pembebanan suhu sebesar C 55 x

5 Gambar 4.8 Kurva waktu dalam pembebanan suhu sebesar C 56 Gambar 4.9 Sisi fix pada wellhead body 56 Gambar 4.10 Sisi on flat face pada metal annulus seal 57 Gambar 4.11 Kurva waktu gerak translasi SMS Packoff 57 Gambar 4.12 Sisi pembebanan tekanan pada metal annulus seal 58 Gambar 4.13 Kurva waktu pada pembebanan tekanan 58 Gambar 4.14 Contact set tipe no penetration contact pair pada mandrel casing hanger dan metal annulus seal 59 Gambar 4.15 Contact set tipe no penetration contact pair pada wellhead body dan metal annulus seal 59 Gambar 4.16 Diagram alir metode penelitian 62 Gambar 5.1 Distribusi suhu akibat pembebanan termal sebesar 25 C 63 Gambar 5.2 Distribusi suhu akibat pembebanan suhu sebesar Cpada metal annulus seal 64 Gambar 5.3 Distribusi tegangan ketika SMS Packoff dalam kondisi terpasang 66 Gambar 5.4 Distribusi tegangan pada saat SMS Packoff mendapatkan beban tekanan sebesar Mpa 67 Gambar 5.5 Distribusi tegangan pada saat metal annulus seal mendapatkan beban tekanan Mpa dan suhu sebesar C 69 Gambar 5.6 Grafik perbandingan tegangan maksimal pada analisis nonlinear static study I dengan analisis nonlinear static study II di setiap tahapan iterasi 80 xi

6 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan hasil numeris pada pressure vessel dengan hemispherical heads(kozak, dkk, 2010) 10 Tabel 3.1 Tegangan Normal dan Regangan Normal 40 Tabel 4.1 Penyederhanaan model 52 Tabel 5.1 Hasil analisis pada langkah iterasi I 74 Tabel 5.2 Hasil analisis pada langkah iterasi II 75 Tabel 5.3 Hasil analisis pada langkah iterasi III 76 Tabel 5.4 Hasil analisis pada langkah iterasi IV 77 Tabel 5.5 Hasil analisis pada langkah iterasi V 78 Tabel 5.6 Hasil analisis pada langkah iterasi VI 79 xii

7 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Gambar Metal Annulus Seal 84 Lampiran 2. Gambar Unitized Wellhead Body 85 Lampiran 3. Gambar Mandrel Casing Hanger 86 Lampiran 4. Millcert Metal Annulus Seal (Part Number: BB R2) 87 Lampiran 5. Millcert Unitized Wellhead Body (Part Number: BBW85201D1332W) 93 Lampiran 6. Millcert Mandrel Casing Hanger (Part Number: BBW WT125) 95 xiii

8 DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ζ = tegangan normal (N/m 2 ) F = gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan (N) A = luas bidang (m 2 ) ζ r ζ z ζ θ Ε δ L εt α ΔT f E f E Et PK Ts Tm = tegangan normal yang bekerja pada bidang koordinat radial = tegangan normal yang bekerja pada bidang koordinat axial = tegangan normal yang bekerja pada bidang koordinat melingkar = regangan = pertambahan panjang total (m) = panjang mula-mula (m) = regangan termal = koefisien ekspansi termal (/ C) = kenaikan suhu ( C) = tegangan termal = modulus elastisitas = tegangan termal = modulus elastisitas = modulus tangen = Presentase Kesalahan = Nilai tegangan yang didapat dari hasil simulasi (analisis nonlinear static study II) = Nilai tegangan yang didapatkan dari penjumlahan nilai tegangan hasil analisis nonlinear static study I dengan perhitungan manual tegangan termal akibat kenaikan suhu dari 25 Cmenjadi C xiv