ANALISA FATIGUE AKIBAT TEKANAN INTERNAL SIKLIS PADA DENTED PIPE

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR MO ANALISA FATIGUE AKIBAT TEKANAN INTERNAL SIKLIS PADA DENTED PIPE DISUSUN OLEH : NUGRAHA PRAYOGA ( ) DOSEN PEMBIMBING Ir. JUSUF SUTOMO, M.Sc Dr. Ir. WISNU WARDHANA, SE, M.Sc

2 AGENDA PRESENTASI P3 LATAR BELAKANG PENELITIAN TUJUAN PENELITIAN BATASAN MASALAH PENELITIAN PROSES KERJA PENELITIAN HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA

3 LATAR BELAKANG Kerusakan yang terjadi pada pipa berupa dent disebabkan karena adanya ketidakmampuan material pipa dalam menahan tekanan baik itu disebabkan dari beban luar maupun beban dari dalam. Adanya dented pipe tersebut akan menimbulkan konsentrasi tegangan lokal. Sehingga menyebabkan ketahanan pipa terhadap beban statis maupun siklis berkurang. Dented pipe dapat berpengaruh terhadap kelangsungan dari umur pipa saat beroperasi

4 TUJUAN PENELITIAN Mengetahui aliran fluida yang terjadi di sekitar dented pipe. Mengetahui pengaruh aliran fluida terhadap tekanan internal fluida pada dented pipe. Mengetahui tegangan dented pipe yang terjadi akibat aliran fluida. Mengetahui nilai fatigue dan fatigue life pada dented pipe.

5 BATASAN MASALAH PENELITIAN Data pipa diambil dari API SPEC 5 L. Pipa dikondisikan mengalami cacat dent sehingga penyebab dent diabaikan. Variasi pada kedalaman dent yaitu 5%,10%,15% dan20%. Pemodelan fluida pada dented pipe menggunakan software FLOW 3D. Dinding pipa saat pemodelan dianggap sebagai smooth wall. Fluida diasumsikan uniform, viscous dan compressible. Variasi kecepatan fluida yaitu 2 m/s, 3.5 m/s, dan 5 m/s. Beban eksternal berupa gelombang dan arus air laut dianggap tidak ada. Pemodelan distribusi tegangan pada dented pipe menggunakan software ANSYS Multiphysics. Perhitungan fatigue menggunakan pendekatan 3 metode adalah metode punching shear, metode hot spot stress dan metode fracture mechanics.

6 PROSES KERJA PENELITIAN Pengumpulan Data Pemodelan Dented Pipe Dengan CFD (FLOW 3D) Analisa Aliran Fluida Vortex Perhitungan Parameter VIV Analisa Gaya Dan Tekanan Internal Aliran Fluida Pemodelan Dented Pipe Dengan ANSYS Multiphysics Analisa Distribusi Tegangan Perhitungan Konsentrasi Tegangan Perhitungan Fatifue Dented Pipe Dengan 3 Metode Metode Punching Shear Stress Metode Hot Spot Stress Metode Fracture Mechanics Perhitungan Fatigue Life Dented Pipe Perhitungan Stress Range Perhitungan Nilai Fatigue

7 DIAGRAM ALIR PROSES KERJA Mulai Mulai Data Ukuran Pipa dan Ukuran Kedalaman Dent Pada Pipa Data Pipa dan Ukuran Kedalaman Dent Pada Pipa Pemodelan Aliran Fluida Dented Pipe Dengan Software CFD (Flow 3D) Variasi Dented Pipe (d/d) : 5%, 10%, 15%, dan 20% Pemodelan Geometri Dented Pipe Dengan Ansys Multiphysics Variasi Dented Pipe d (kedalaman dent) : m, m, 0.06 m, dan 0.1 m Meshing Model Pada Flow 3D Meshing Model Dengan Ansys Multiphysiscs Ya Pembebanan dan Boundary Condition Input Velocity Fluida Gas (2 m/s, 3.5 m/s dan 5 m/s) Ya Pembebanan Pada Model Gaya fluida hasil dari running Flow 3D Running Model Pada Flow 3d Running Model Dengan Ansys Multiphysics Error?? Error?? Tidak Tidak Analisa Tegangan Pada Dented Pipe Analisa SCF (Stress Concentration Factors) dan Rentang Tegangan Analisa Pola Aliran dan Perhitungan Parameter VIV (Re, St, fs, Vr dan Kc) Perhitungan Fatigue (N) dan Umur Fatigue Pada Model Dented Pipe Selesai Selesai Flowchart Pemodelan Fluida Flowchart Analisis Tegangan dan Fatigue

8 PEMODELAN FLUIDA DENGAN SOFTWARE FLOW 3D Bentuk dent Bentuk dent

9 NEXT.. y z z z

10 NEXT. Hasil Tabel Gaya dantekanan Internal Aliran Vortex Model dented pipe (d/d) 5% 10% 15% 20% Gaya Fluida Vortex (N) Model dented pipe (d/d) 5% 10% 15% 20% Pressure Fluida (MPa)

11 HASIL PERHITUNGAN PARAMETER VIV Perhitungan Parameter Vortex Induced Vibration (VIV) Dented Pipe Variasi Dented Pipe (d/d) Kecepatan Fluida (m/s) Re St fs (Hz) Vr fn (Hz) E % E E E % E E E % E E E % E E

12 PEMODELAN DENTED PIPE DENGAN SOFTWARE ANSYS MULTIPHYSICS

13 NEXT Hasil Tegangan Pada ANSYS Multiphysics Model dented pipe (d/d) Tekanan Internal Fluida (MPa) Tegangan Maximum (MPa) % % % %

14 NEXT Perhitungan SCF pada dented pipe Model dented pipe (d/d) Tegangan Maximum (MPa) Tegangan Nominal (MPa) SCF % % % %

15 HASIL PERHITUNGAN FATIGUE DENTED PIPE 1. Metode Punching Shear PERHITUNGAN FATIGUE DENTED PIPE DENGAN METODE PUNCHING SHEAR Dented Pipe (d/d) Beban Velocity fluida (m/s) fs (Hz) n (cycle / 20 tahun) τ σa (MPa) σb (MPa) σp (MPa) N (cycles) D (n/n) Dtotal E E % E E E E E E % E E E E E E % E E E E E E % E E E E

16 NEXT 2. Metode Hot Spot Stress PERHITUNGAN FATIGUE DENTED PIPE DENGAN METODE HOT SPOT STRESS Dented Pipe (d/d) Beban Velocity fluida (m/s) fs (Hz) n (cycle / 20 tahun) SCF axial SCF bending σa (Mpa) σb (Mpa) SCF x σa SCF x σb σtotal (Mpa) N (cycles) D (n/n) Dtotal E E % E E E E E E % E E E E E E % E E E E E E % E E E E

17 NEXT 3. Metode Fracture Mechanics PERHITUNGAN FATIGUE DENTED PIPE DENGAN METODE FRACTURE MECHANICS Dented Pipe (d/d) Beban Velocity fluida (m/s) fs (Hz) n (cycle / 20 tahun) n Local Stress (MPa) n(σc^m) n(σc^m) Sh (MPA) N D E E+10 5% E E E E E E E E E+10 10% E E E E E E E E E+10 15% E E E E E E E E E+11 20% E E E E E E E+12

18 HASIL PERHITUNGAN FATIGUE LIFE DENTED PIPE Grafik Perhitungan Fatigue Life Dented PIpe Perhitungan Metode 1 Perhitungan Metode 2 Perhitungan Metode 3 Model Dented Pipe (d/d) Fatigue Life (tahun) 5% % % % Model Dented Pipe (d/d) Fatigue Life (tahun) 5.00% % % % Model Dented Pipe (d/d) Fatigue Life (tahun) 5.00% % % % 19.94

19 Kesimpulan KESIMPULAN DAN SARAN 1. Hasil pemodelan aliran fluida dengan software FLOW 3D membuktikan adanya pola aliran berupa aliran vortex di area sekitar dented pipe. Hal tersebut terlihat juga dari hasil perhitungan parameter vortex induced vibration yaitu pada nilai Reynold Number yang hasilnya termasuk dalam kategori aliran vortex turbulent. 2. Hasil output FLOW 3D menunjukkan bahwa gaya internal dan tekanan internal yang dihasilkan oleh aliran fluida vortex yang terjadi di area sekitar dented pipe tersebut semakin besar. Hal tersebut bisa terjadi karena pengaruh variasi kedalaman dented pipe yang semakin besar. 3. Pada pemodelan pada ANSYS Multiphysics menunjukkan bahwa semakin besar variasi kedalaman dented pipe maka distribusi tegangan local dan konsentrasi tegangan yang terjadi pada dented pipe yang semakin besar. Adanya distribusi tegangan lokal dan konsentrasi tegangan yang semakin besar pada dented pipe maka akan mempengaruhi kekuatan dari pipa tersebut pada saat beroperasi. 4. Dari hasil perhitungan fatigue dan fatigue life pada dented pipe menunjukkan bahwa dented pipe dengan variasi (d/d) yaitu 15% dan 20% memiliki nilai ratio kumulatif mendekati dan bahkan mencapai angka satu. Dengan nilai D mencapai angka satu maka struktur tersebut cenderung untuk terjadi kegagalan dan fatigue life yang terjadi kurang dari umur operasi dari design pipa yang telah ditentukan tersebut.

20 Saran NEXT 1. Perlu dilakukan untuk percobaan uji fisik dented pipe di laboratorium, terutama melakukan uji fatigue pada dented pipe tersebut. Sehingga mendapatkan hasil yang lebih akurat terutama pada kurva S-N dan rentang tegangan yang terjadi. 2. Karena dalam pemodelan pada penelitian ini tidak ada initial crack maka penelitian berikutnya perlu dilakukan pemodelan bentuk crack sebagai pendukung untuk analisa fracture di area sekitar dented pipe tersebut sehingga mendapatkan hasil yang maksimal. 3. Perlu dilakukan analisa keandalan pada pipa yang mengalami cacat berupa dent untuk beban internal dan beban eksternal. 4. Perlu dilakukan lebih lanjut tentang analisa keandalan pada dented pipe dengan ada cacat lain berupa crack serta pembebanan berupa beban eksternal dan internal. 5. Dalam kasus ini jumlah dent hanya satu oleh karena itu perlu dikembangkan lebih lanjut untuk jumlah dent terhadap kekuatan pipa tersebut.

21 DAFTAR PUSTAKA ASME B Process Piping. ASME B Gas Transmission and Distribution Piping Systems. API Spec 5L.2000.Specification For Line Pipe 42 nd Edition.Washington. Bai. Y.2001.Pipelines and Risers.Elsevier Ocean Engineering Book Series Vol.3. DNV-RP F Free Spanning Pipelines. Doretha.2007.Analisa Pengaruh Dent Pada Struktur Pipa Bawah Laut Terhadap Integritas Pipa.Teknik Kelautan- ITS.Surabaya. Medio,V.2009.Analisa Vibrasi Sistem Pipa Penyalur Gas-Liquid (Multiphase) Untuk Meningkatkan Produktivitas Gas Total E&P Indonesie.Teknik Kelautan-ITS.Surabaya. Murdani,A.Y.2007.Analisa Beban Impact Akibat Trawl Gear Pada Pipa Bawah Laut.Teknik Kelautan-ITS.Surabaya. Djatmiko, E.B Analisis Keandalan dan Kelelahan. Offshore Structure Design and Modelling Ocean Engineering Training Center, Jurusan Teknik Kelautan-ITS. N.Cheraghi,G.P.Zou,F.Taheri.2004.Fluid Induced Vibration Of Composite Natural Gas Pipeline.Departemen Of Civil Engineering.Dalhouise University Canada. Popov Mekanika Teknik.Jakarta.Erlangga. Pinhero dan Pasqualino.2008.Fatigue Analysis Of Damage Steel Pipelines Under Cyclic Internal Pressure.Federal University Of Rio de Janeiro.Brazil Rao, Singiresu S Mechanical Vibrations. Cetakan IV. New Jersey. Pearson Prentice Hall. Streeter,Victor.1986:3.Mechanical Fluida.New York. Soegiono.2007.Pipa Laut.Teknik Kelautan.Surabaya Thomson, William T. dan Professor Emeritus Theory of Vibration with Applications. New York. Chapman & Hill. Wardana, I.N.G Getaran Pipa Akibat Aliran Fluida. Piping Technology Seminar Proceeding, White, Frank M Mekanika Fluida. Jilid 1, cetakan II. Jakarta. Erlangga

22 ..SEKIAN & TERIMAKASIH.