BAB II LANDASAN TEORI Dalam perancangan, analisa, maupun modifikasi suatu sistem perpipaanada persyaratan-persyaratan atan-persyaratan yang harus dipenuhi khususnya kode standar yang telah disepakati sebelumnya, misalnya ASME ataupun API. Dan juga, salah satu poin penting yang tidak boleh diabaikan adalah analisa tegangan pipa. Analisa tegangan membantu para engineer untuk mendisain suatu system perpipaan dengan menghindari adanya tegangan dan beban yang berlebih pada sistem itu. Hal ini dapat membantu keamanan dalam sistem perpipaan dan penyaluran fluida dalam sistem perpipaan itu sendiri. 2.1 Teori Dasar Tegangan Hukum Hooke merupakan dasar dari perhitungan tegangan suatu benda atau material. al. Rumus dari hukum Hooke adalah sebagai berikut (Smith dan Van Laan, 1987)) : Tegangan = Modulus Elastisitas x Regangan σ = ε x E (2.1) Dimana: σ = Tegangan (psi) ε = modulus elastis/modulus Young (psi) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 5
E = Regangan Adapun regangan didapat dari rumus di bawah (Smith dan Van Laan, 1987) : l f l o ε = lo (2.2) l ε = l o (2.3) Gambar 2.1. Contoh Bentuk Regangan Referensi: http://sepenggal.wordpress.com/2010/11/03/ elastisitas-bagian-1/ Dimana: a: Lf = panjang akhir material (ft) Lo = panjang awal material sebelum diberi beban (ft) Dan tegangan pun dapat dicari dengan rumus di bawah ini (Smith dan Van Laan, 1987) : Dimana: F σ = A 0 (2.4) F = Gaya/beban (lb) A 0 = Luas penampang material beban (ft 2 ) Dari rumus 2.2 diketahui bahwa regangan tidak memiliki satuan dan umumnya dinyatakan dalam m/m atau persentase (setelah dikalikan 100%). FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 6
Jika suatu material diberi beban statik, material tersebut akan mengalami perubahan bentuk (deformasi). Deformasi sendiri terdiri dari 2 macam, yaitu: a. Deformasi Elastis Deformasi elastis terjadi ketika material masih diberi beban yang rendah. Maka jika material tersebut diberi beban, material itu dapat kembali ke bentuk semula.pada kondisi deformasi plastis, tegangan berbanding lurus dengan regangan sesuai dengan hokum Hooke (rumus 2.1).Umumnya, deformasi elastis untuk sebagian jenis logam hanya terjadi hingga nilai regangan mencapai 0,005 ft. b. Deformasi Plastis Deformasi plastis adalah kondisi dimana material diberikan beban yang berlebih sehingga material tersebut tidak dapat kembali ke bentuk semula. Untuk dapat lebih menjelaskan penjelasan di atas, di bawah ini adalah grafik tegangan-regangan. an-regangan. Grafik 2.1. Grafik Tegangan Regangan Referensi: http://flywheelkozonksembilan.blogspot.com/2010/01/ material.html FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 7
Melalui grafik 2.1 di atas disimpulkan bahwa: a. Poin a, Batas proporsional Pada kondisi inilah hukum Hooke berlaku dimana tegangan berbanding lurus dengan regangan. b. Poin b, Batas elastic Kondisi ini merupakan batas tegangan dimana material tidak dapat kembali ke bentuk semula apabila beban dilepas. c. Poin c, Titik mulur kondisi dimana material memanjang sendiri tanpa pertambahan beban atau beban dikurangi. d. Poin d, Kekuatan patah disebut juga sebagai kekuatan patah, yang terjadi saat material diberi beban melebihi batas kemampuannya. Cirinya adalah dengan terjadinya necking, pengecilan luas penampang material di satu titik. Grafik 2.2. Grafik Tegangan-Regangan Pada Beberapa Macam Material Referensi: http://cdn-u.kaskus.co.id/86/guxauzkz.jpg Berikut adalah beberapa definisi istilah-istilah yang di pakai dalam analisis sistem perpipaan berdasarkan ASME Code: Pipe : Silinder kedap tekanan yang dipergunakan untuk menghantar fluida atau meneruskan fluida. Piping : Komponen-komponen perpipaan yang tersambung dan terkait FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 8
yang dipergunakan untuk menghantarkan, mendistribusikan, mencampur, membuang, mengukur dan mengendalikan aliran fluida. Piping System : Piping yang saling tersambung yang saling dikenakan satu set kondisi perancangan yang sama. Piping Component : Elemen mesin (Mechanical Element) yang sesuai untuk menyambung atau merakit piping menjadi piping system yang berisi fluida dan yang kedap tekanan. Termasuk dalam piping component ini adalah: pipa, tubing, fittings, flanges, gasket, baut, katup (valves) dan peralatan-peralatan seperti expansion joins, flexible joints, pressure hoses, traps, strainers, in-line portion of instruments dan separators. 2.2 Data Desain Data-data yang diperlukan dalam desain stress analysis adalah: Line List, design pressure, operating pressure, operating temperature, design temperature, type thikness isolasi (jika ada) dan test condition. Piping material class, Material, diameter, thikness, type fiting, flenge dan valve. Project Spesification, site data seperti temperatur lingkungan, kecepatan angin dan data gempa. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 9
2.3 Klasifikasi Beban Pada Sistem Perpipaan Beban-beban pada sistem instalasi perpipaan diklasifikasikan berdasarkan penyebabnya, yaitu: Beban Sustain (Ssus), adalah beban yang bekerja terus menerus selama operasi normal, Contoh: beban tekanan dan beban berat. 1. Beban Tekanan Beban tekanan adalah beban yang dialami sistem pipa akibat tekan fluida, internal maupun eksternal. Pada saat perancangan, tekanan rancang untuk setiap komponen perpipaan haruslah lebih besar dari pada tekanan pada kondisi terberat, yaitu kombinasi tekanan dan temperatur terberat yang diberikan terjadi dalam operasi. 2. Beban berat Beban berat dikelompokan menjadi 2 bagian, Yaitu: - Beban hidup (Live Loads), yaitu beban akibat berat fluida yang di transmisikan oleh system perpipaan. - Beban mati (Dead Loads), yaitu beban akibat berat pipa sendiri, berat komponen-komponen, berat material insulasi dan berat lain yang bekerja secara permanen pada sistem perpipaan. Beban Occasional (Socc), adalah beban yang akibat efek sustain dan dinamik. Beban dinamik dapat diklasifikasi sebagai berikut: 1. Beban impak, beban ini terjadi karena adanya gaya akibat perubahan dalam laju aliran, kejutan hidrolik (hydrolik shock), liquid or solid shigging dan lain-lainnya. 2. Beban angin, beban ini terjadi pada dalam sistem perpipaan yang terbuka terhadap angin. 3. Beban akibat gempa. 4. Beban getaran. Beban thermal/ekspansi (Sexp), yaitu beban yang timbul akibat ekspansi panas. Beban termal di bagi menjadi tiga bagian berdasarkan sumber penyebabnya, yaitu: FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 10
1. Beban thermal akibat pembatasan gerak oleh tumpuan, beban ini (gaya dan momen) timbul jika ekspansi atau kontrasi bebas perpipaan akibat thermal terhalang oleh tumpuan. 2. Beban thermal akibat perbedaan temperatur, beban ini terjadi akibat perubahan temperatur yang besar dan cepat, termasuk juga akibat distribusi temperatur yang tidak seragam karena adanya kalor yang tinggi melalui dinding pipa. 3. Beban thermal akibat perbedaan koefisien ekspansi, beban ini terjadi pada sistem pipa yang materialnya mempunyai koefisien ekspansi yang berbeda. 2.4 Tegangan Ijin (Allowable Stress) Nilai tegangan ijin yang digunakan sebagai acuan adalah nilai tegangan ijin berdasarkan arkan desain temperature. Nilai tegangan ijin dari setiap kondisi berbeda. Untuk kondisi sustained load nilai tegangan ijin material sesuai dengan tegangan ijin pada ASME B31.8. Ch. VIII 2012 Untuk kondisi sustained load nilai tegangan ijin tidak boleh lebih dari tegangan ijin berdasarkan ASME B31.8 Ch. VIII 2012 Untuk kondisi Sustained load nilai tegangan ijin ditentukan berdasarkan persamaan aan berikut : SH = 0,72. (2.5) Keterangan : Sy = nilai tegangan ijin berdasarkan Material API 5L-Gr65. Untuk kondisi Occational Load nilai tegangan ijin material ditentukan berdasarkan persamaan berikut : = 0,9. (2.6) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 11
2.5 Tegangan Pipa Tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan dapat dikelompokkan menjadi dua kategori, yaitu tegangan normal (normal stress) dan tegangan geser (shear stress) (Chamsudi, 2005).Tegangan normal terdiri dari tiga komponen tegangan, yaitu (Sam Kannapan, 1986). 1. Tegangan longitudinal (longitudinal stress) Tegangan longitudinal merupakan tegangan yang searah dengan panjang pipa. 2. Tegangan tangensial (circumferential stress atau hoop stress) Tegangan tangensial merupakan tegangan yang searah dengan garis singgung penampang pipa. 3. Tegangan radial (radial stress) Tegangan radial merupakan tegangan yang searah dengan jari-jari penampang pipa. Tegangan geser terdiri dari dua komponen tegangan, yaitu (Kannapan, 1986). 1. Tegangan geser (shear stress) Tegangan geser merupakan tegangan yang terjadi akibat gaya geser. 2. Tegangan puntir atau tegangan torsi (torsional stress) Tegangan puntir merupakan tegangan akibat momen puntir pada pipa. Dalam analisa software CAESAR II 5.1 tegangan yang dilibatkan meliputi tegangan longitudinal, tegangan torsi dan tegangan tangensial (hoop stress) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 12
2.6 Tegangan Longitudinal (Longitudinal Stress) Tegangan longitudinal yaitu tegangan yang searah dengan panjang pipa dan merupakan jumlah dari tegangan aksial (axial stress), tegangan tekuk (bending stress) dan tegangan tekan (pressure stress). Mengenai ketiga tegangan ini dapat diuraikan sebagai berikut : 1. Tegangan aksial (σ ax ) adalah tegangan yang ditimbulkan oleh gaya F ax yang bekerja searah dengan sumbu pipa. Nilai dari tegangan aksial dapat dirumuskan sebagai berikut (Chamsudi, 2005). = (2.7) Keterangan : Ai = luas area diameter dalam pipa (in ) Am = luas area cross section pipa (in 2) P = pressure (psi) Gambar 2.2. Axial stress (Sumber: Chamsudi 2005) 2. Tegangan tekuk (σ b ) adalah tegangan yang ditimbulkan oleh momen (M) yang bekerja diujung-ujung pipa. Tegangan yang terjadi dapat berupa tegangan tekuk regang (tensile bending) dan tegangan tekuk tekan (compression bending). Tegangan tekuk maksimum terjadi pada permukaan pipa sedangkan tegangan FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 13
minimum terjadi pada sumbu pipa. Nilai dari tegangan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut (Sam Kannapan, 1986). σb = (2.8) Keterangan : I = Momen inersia penampang (in 4 ) M c = Momen bending (in-lb) = Jarak dari netral axis (in) Gambar 2.3. Tegangan tekuk (Sumber: Chamsudi, 2005) (σ σ LP P) ) adalah tegangan yang ditimbulkan oleh gaya tekan internal (P) yang bekerja pada dinding pipa dan searah sumbu pipa (gambar 2.3). Nilai tegangan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut (Sam Kannapan, 1986). = = = 4tdm = 4 (2.9) Keterangan : P = Gaya tekan internal (psi) A i = Luas permukaan dalam pipa (in 2 ) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 14
A m = Luas rata-rata permukaan pipa (in 2 ) t = Tebal pipa (in) Gambar 2.4 Tegangan Longitudinal (Sumber: Chamsudi, 2005) Jadi tegangan n longitudinal yang bekerja pada suatu sistem perpipaan dapat dinyatakan dengan rumus di bawah ini (Chamsudi,2005). σl = + + (2.10) 4 Keterangan: F = P x A i (lb) A = cross sectional area of pipe (in 2 ) P d o t Mc = design pressure (psig) = outside diameter (in) = design thickness (psi) = momen bending pada cross-section (in-lb) I = section modulus dari pipa (in 3 ) r o = outer radius pipa (in) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 15
2.7 Tegangan Torsi Tegangan ini dapat diasumsikan sebagai suatu bentangan bahan dengan luas permukaan tetap yang dikenai suatu puntiran (twisting) pada setiap ujungnya. Pergeseran sudut (angular displacement) ujung satu terhadap yang lainnya didefinisikan dengan sudut ø (dalam radian). Gambar 2.5 Tegangan Torsi Sumber: Chamsudi, 2005 Tegangan torsi adalah total dari dua komponen : 1. Tegangan torsi yang diakibatkan oleh ekspansi thermal, kondisi ini hanya terjadi pada a multiple plane system atau sistem dengan koordinat routing pipa antar support X,Y,Z. 2. Tegangan torsi yang diakibatkan oleh tegangan geser atau shear stress, nilai tegangan ini sangat kecil sehingga tegangan ini diabaikan. 2.8 Beban (Loads) Loads adalah beban yang terjadi pada sistem perpipaan yang diteruskan ke struktur bangunan penumpu melalui peralatan penumpu dan restrain. Jenis-jenis dari load adalah sebagai berikut : FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 16
2.8.1 Sustained Load Sustained load adalah total dari longitudinal stress yang diakibatkan oleh tekanan dan berat pada sistem perpipaan (ASME B31.8 Ch. VIII 2012), sehingga dapat dikatakan istilah lain dari sustained load adalah longitudinal stress, jenis tegangan dari longitudinal stress meliputi axial stress,pressure stress, dan bending stress ketiga persamaan ini ditunjukkan pada persamaan (2.8) (2.9) (2.10). Akumulasi dari ketiga tegangan tersebut adalah longitudinal stress seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2.11).penentuan momen pada tegangan tekuk dibedakan menjadi 2 perlakuan sebagai berikut : Untuk sistem dengan beban merata (uniformly distributed load) Gambar 2.6. Sistem pipa beban merata Mmax = (2.11) Untuk sistem dengan beban terpusat (concentrated load) Gambar 2.7. Sistem pipa dengan beban terpusat FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 17
Mmax = (2.12) Keterangan: W L = berat cross section pipa (lb/in) = panjang pipa in Untuk sistem dengan jumlah beban terpusat lebih dari satu maka penentuan momen berdasarkan perhitungan mekanika teknik metode simply supported beam. 2.8.2 Occasional Load Wind Occasional load adalah beban yang bekerja secara berubah-ubah menurut fungsi waktu. Suatu sistem perpipaan yang terletak outdoor dan mendapat terpaan angin harus dirancang ng untuk mampu menahan beban angin maksimum yang terjadi sepanjang umur operasional onal pipa tersebut. Beban angin diakibatkan oleh tumbukan massa udara yang mengenai nai pipa. Beban ini dimodelkan sebagai gaya uniform yang searah dengan arah angin di sepanjang pipa. Berdasarkan persamaan Bernoulli, gaya angin yang mengenai pipa dapat dihitung menggunakan persamaan 2.13, dimana q dihitung sesuai rumus 2.14 (Smith dan Van Laan, 1987). = 386.4 (2.13) = 2 (2.14) = 386.4 µ...(2.15) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 18
Keterangan: F = beban angin (lb/ft) μ = viskositas dinamik udara (lbf.s/ft 2 ) C d = koefisien drag q = tekanan dinamik (lb/ft 2 ) OD = diameter luar pipa (in) ρ = massa jenis udara (lb/ft 3 ) V = kecepatan udara (ft/s) W = linear drag force (lb/in) Re = reynold number 2.8.3 Occasional Load Seismic Dalam merancang suatu sistem perpipaan, tidak akan lepas dari perhitungan mengenai nai beban dinamis yang terjadi. Salah satu beban dinamis tersebut adalah seismic load. Besarnya tegangan akibat seismic load dapat dirumuskan sebagai berikut (Smith dan Van Laan, 1987). S = 0.75 12 1.5.... (2.16) 8 Keterangan : S i W = Seismic stress (psi) = Stress intensification factor = Berat pipa (lb) Z = Modulus penampang pipa (in 4 ) L = Panjang pipa (in) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 19
G = Seismic acceleration 2.8.4 Thermal Load Akibat dari temperatur fluida alir dan sifat material pipa, dapat menyebabkan terjadinya perpanjangan pada pipa (ekspansi). Untuk pipa lurus analisa thermal ekspansi berdasarkan metode guided cantilever, guided cantilever adalah cantilever beam yang ditahan pada salah satu ujungnya, untuk pipa lurus di bawah beban thermal ekspansi perlakuan metode guided cantilever seperti pada gambar 2.8 (Piping Handbook) Gambar 2.8 Metode guided cantilever (Sumber: Piping Handbook) Untuk metode guided cantilever momen yang dihasilkan akibat pengaruh defleksi ditunjukkan pada persamaan 2.17. M= 6.... (2.17) = 5 384 Keterangan: Δ.. = displacement (in)...(2.18) M = momen yang terjadi pada tumpuan (in-lb) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 20
I = momen inersia (in 4 ) L E = panjang pipa (in) = modulus elastisitas (psi) Sedangakan nilai thermal ekspansi ditunjukkan pada persamaan 2.21 berikut. S=.......(2.19) Keterangan: M = momen yang terjadi pada tumpuan (in-lb) I = momen inersia (in 4 ) Z = section modulus (in 3 ) 2.9 Penompang Pipa (Support Pipe) ) Support adalah alat yang digunakan untuk menahan atau menyangga suatu sistem perpipaan. Support dirancang untuk dapat menahan berbagai macam bentuk pembebanan banan baik statis maupun dinamis. Penempatan support harus memperhatikan dari pergerakan sistem perpipaan terhadap profil pembebanan yang mungkin terjadi pada berbagai kondisi. Berdasarkan pembebanannya penyangga pipa dapat dibagi menjadi dua yaitu pembebanan statis dan pembebanan dinamis (Smith dan Van Laan, 1987). Penyangga harus mampu menahan keseluruhan berat suatu sistem perpipaan, termasuk didalamnya berat pipa, insulasi, fluida yang terkandung, komponen, dan penyangga itu sendiri. Hal penting yang perlu diperhatikan dalam mendesain piping support, antara lain (Smith dan Van Laan, 1987). FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 21
a) Berat Pipa Berat yang harus diperhitungkan mencakup berat pipa serta perlengkapannya misalnya katup, bahan isolasi, serta berat isi pipa tersebut. b) Jenis Pipa Jarak antara penggantung atau penumpu bergantung pada jenis bahan pipa disamping ukuran pipa, karena adanya perbedaan kelenturan. c) Mencegah Perambatan Getaran Pipa yang berhubungan dengan mesin dan peralatan yang bergerak atau berputar dapat meneruskan getaran mesin tersebut ke dalam ruangan lainnya; baik melalui pipa atau melalui konstruksi gedung sehingga dapat menimbulkan kebisingan dan resonansi. Penggantung atau penumpu pipa sebaiknya dapat mencegah perambatan getaran semacam ini. Di samping itu, penggantung atau penumpu pipa harus juga cukup kuat untuk menahan gaya-gaya tumbukan akibat timbulnya pukulan air dalam pipa. d) Ekspansi Pipa Penggantung atau penumpu pipa harus mampu menampung adanya perubahan panjang pipa akibat perubahan temperatur pipa. e) Jarak Antar Pipa Jarak antara pipa dengan pipa dan antara pipa dengan dinding atau permukaan lainnya harus cukup lebar, jarak tersebut memungkinkan untuk penggunaan alatalat, pemasangan isolasi atau penutup pipa, pengecatan, pekerjaan perawatan dan perbaikan di sekitar pipa. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 22
Untuk menghindari defleksi pada pipa, supporting yang baik perlu mempertimbangkan jarak antar tumpuan atau pipe span. Jarak ini dapat dihitung dengan persamaan 2.20 (Smith dan Van Laan, 1987). = 0.33 /.(2.20) =..(2.21) Keterangan: L s = allowable pipe span (in) Z = section modulus (in 3 ) S h W = allowable tensile stress pada temperatur tinggi (psi) = berat total pipa (lb/in) I = Momen Inertia (in 4 ) ro = Jari-jari diameter luar (in) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 23
Gazmbar 2.9. Simbol suport pipe Referensi : P&ID Projek PT. XXX 2.10 Klasifikasi Material Pipa Berdasarkan mechanical, chemical, dan physical properties, material dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu Polymers, Ceramics dan Logam. Ketiga material tersebut dapat dikombinasikan menjadi material baru yang digolongkan dalam jenis Composites. Dari keempat jenis material tersebut, logam merupakan material yang paling sesuai untuk digunakan pada suatu sistem bertemperatur dan bertekanan tinggi. Logam adalah unsur kimia yang memiliki sifat kuat, keras, liat, merupakan penghantar panas dan listrik, serta mempunyai titik lebur tinggi. Logam secara umum terbagi menjadi dua, yaitu logam besi (ferrous) dan logam non-besi (non-ferrous). klasifikasi FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 24
logam dapat dilihat pada gambar skema berikut (ASM International handbook commitee, 2005). Gambar 2.10. Klasifikasi logam (Sumber: ASM International handbook, 2005) Jenis material yang paling banyak digunakan dalam sistem perpipaan di proyek ini adalah jenis baja (steel). Baja yang umum digunakan dalam proyek adalah jenis Baja karbon (Carbon steel). Baja karbon (Carbon steel) sendiri diklasifikasikan menjadi: Low carbon steel, jika kandungan karbonnya < 0,3 % Medium carbon steel, jika kandungan karbonnya 0,3 0,6 % High carbon steel, jika kandungan karbonnya 0,6 1,7 % FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 25
Baja yang digunakan dalam sistem perpipaan yang di analisa ini adalah baja tipe API-5L Gr 65.Berikut ini adalah tabel allowable stress berdasarkan ASME B31.3.2012 Tabel 2.2. Tegangan yang diijinkan Referensi: ASME B31.3-2012 (Hal. 160) 2.11 ANSI/ASME B31 Code Komite ASME B31 adalah struktur yang diatur dan bekerja di bawah kordinasi American Society of Mechanical Enginer (ASME). ASME adalah badan yang di akreditasi asi oleh American National Standart Institute (ANSI). ASME B31 bertugas membuat standart&code untuk system perpipaan yang mengalami beban tekanan, serta melakukan kan pengembangan terhadap code yang telah ada mengikuti perkembangan di bidang material, konstruksi dan industri. ASME B31. Code untuk Pressure piping terdiri atas beberapa bagian yang diterbitkan secara terpisah. Jenis-jenis Instalasi perpipaan yang di atur ASME B31, adalah: 1. B31.1 Power Piping,sistem perpipaan yang digunakan pada pembangkit tenaga listrik, atau sistem pemanasan geothermal. 2. B31.3 Process Piping, yaitu perpipaan yang digunakan pada kilang-kilang minyak, bahan-bahan kimia, tekstil dan pabrik proses berkaitan. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 26
3. B31.4 Pipeline Transportation System For Liquid Hydrocarbon and Other Liquid, sistem perpipaan yang berfungsi mengalirkan produk cair antara pabrik dan terminal-terminal atau stasiun-stasiun. 4. B31.5 Refrigeration Piping, sistem perpipaan untuk transmisi refrigerant dan secondary coolants. 5. B31.8 Gas Transportation and Distribution Piping system, system perpipaan yang mengalirkan produk gas antar sumber gas dan terminal-terminal atau satasiun. 6. B31.9 Building Services Piping, system perpipaan yang digunakan pada bangunan-bangunan industry, institusi dan lain-lainnya. 7. B31.11 Slurry Transportation Piping system, sistem perpipaan yang mengalirkan limbah cair untuk pabrik dan terminal-terminal atau stasiun- stasiun. Beberapa definisi variable-variableyang digunakan persamaan ASME/ANSI Code sebagai berikut: I = Factor intensitas Z = Modulus section pipa (in 2 ) R m = Jari-jari rata-rata (in) D 0 = Diameter luar (in) t n P M a M b M c = Tebal dinding pipa nominal (in) = Tekanan internal rancang (psi) = Jumlah beban momen akibat sustain (in-lbs) = Jumlah beban momen akibat beban occational (in-lbs) = Range dari jumlah momen akibat ekspansi termal (in-lbs) S lp = Tegangan longitudianal akibat tekanan (psi) S ls = Tegangan longitudinal akibat beban sustain (psi) FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 27
S lo = Tegangan longitudinal akibat beban occational (psi) S e S lo +S e = Tegangan akibat ekspansi termal dan pergerakan anchor (psi) = Tegangan longitudinal akibat sustain dan ekspansi termal (psi) S a S c = Allowble stress range untuk ekspansion stress (psi) = Basic material allowablestress pada temperatur minimum (psi) S H = Basic material allowable stress pada temperatur maksimum (psi) F Y SE = Faktor pengurangan tegangan = Koefisien dalam tabel = Tegangan ijin maksismum material akibat tekan internal dan efisien sambungan pada temperature rancangan (psi) 2.12 Software Caesar CAESAR adalah sebuah program software yang berbasis computer untuk menganalisa nalisa tegangan pipa. Paket software ini merupakan sebuah alat teknik yang digunakan sebagai desain mekanik dan analisa perpipaan. Penggunaan CAESAR membuat sebuah model system perpipaan yang menggunakan element balok sederhana dan menjelaskan kondisi beban yang diberikan oleh system. Dengan masukan ini, CAESAR AR memberikan hasil dalam bentuk perpindahan beban-beban, dan tegangan melalui system. Sebagai tambahan CAESAR juga membandingkan hasil tersebut dengan code dan standart yang berlaku. 2.12.1 Aplikasi CAESAR II Versi 5.1 CAESAR II Versi 5.1 sering digunakan untuk desain mekanis sistem-sistem pemipaan baru.sistem pemipaan panas memberikan sebuah masalah unik lagi mechanical engineer, struktur tak beraturan mengalami strain yang besar yang harus dibebani oleh sistem perpipaan, penyangga dan perlengkapan tambahan.struktur ini FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 28
harus cukup kaku untuk mendukung beratnya sendiri dan juga cukup fleksible untuk menerima peningkatan suhu. Beban-beban perpindahan dan tegangan-tegangan ini dapat diperkirakan melalui analisis model pemipaan CAESAR. Untuk menambahkan dan memperbaiki desain analisis, CAESAR bekerja sama dengan banyak batasan-batasan pada sistem ini dan perlengkapan yang diikut sertakan. Batasan-batasan ini pada dasarnya dispesifikasikan oleh badan engineering seperti ASME B31 Commite, ASME Section VIII, dan Welding Research council, oleh pembuat peralatan-peralatan yang perhubungan dengan pipa (API, NEMA). Caesar tak terbatas pada analisa, suhu juga memiliki kemampuan pemodelan elan dan analisa beban statik dan dinamik, oleh karena itu CAESAR bukan hanya sebuah alat untuk desain baru tapi juga bernilai trouble shooting dan desain ulang sistem yang sudah ada. Di sini kita dapat menemukan alasan kegagalan dan mengevaluasi kelangkaan kondisi operasi yang tidak terantisipasi Fluida dan getaran mekanik k yang disebabkan oleh peralatan. 2.12.2 Pemodelan Sistem pemipaan Secara umum, pemodelan sistem perpipaan dengan menggunakan program mengikuti tahap-tahap sebagai berikut: 1. Pendefinisian Sistem Unit Sebelum memulai membuat model, terlebih dahulu harus didefinisikan sistem unit yang akan dibuat. Hal ini bertujuan untuk memberikan informasi kepada program mengenai sistem unit yang akan di gunakan si unit. Tampilan layar input untuk mendefinisikan sistem terlihat pada gambar 2.11. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 29
Gambar 2.11 Tampilan layar input definisi sistem Referensi: Program CAESAR II Versi 5.1 2. Identifikasi Pipa Identitas pipa yang digunakan dalam suatu sistem perpipaan sering kali bervariasi. Oleh karena itu setiap identitas pipa harus dibuatkan identifikasi yang jelas dalam setiap pemodelan program akan meminta input identitas tersebut dengan menampilan layar input identitas seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.12. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 30
Gambar 2.12 Tampilan layar input identifikasi pipa Referensi: Program CAESAR II Versi 5.1. 3. Data Beban Operasi. Pemasukan data beban operasi harus dilaksanakan sesuai dengan acuan yang telah diterapkan. Proses pemasukan data tersebut dapat dilakukan memulai dialog box seperti terlihat pada gambar 2.13. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 31
Gambar 2.13 Tampilan layar input beban operasi Referensi: Program CAESAR II Versi 5.1. 4. Membuat Model Setelah data-data utama selesai dimasukan maka pembuatan model sistem perpipaan dapat dimulai. Pembuatan model dalam program dilakukan dengan memasukkan angka kordinat-kordinat point. Point acuan pada segmen yang pertama, secara default akan diberikan nama point node 010. Jika di kehendaki, nama point tersebut dapat diubah oleh user. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 32
Gambar 2.14 Tampilan layar input pemodelan pipa Referensi: Program CAESAR II Versi 5.1. 5. Memeriksaan Kesalahan pada Model Jika keseluruhan model telah selesai dibuat, sebelum melakukan analisa perlu dilakukan pengecekan kebenaran model tersebut.pengecekan ini dilakukan dengan menggunakan menu yang telah tersedia pada program. Apabila model yang telah dibuat sudah benar maka tidak terjadi eror messeges dan warning messeges yang tampil setelah pengecekan, jika ada kegagalan model, pada kolom eror dan warning akan berwarna merah danada tanda cek-list, seperi pada gambar 2.15. Gambar 2.15 Tampilan input pengecekan model Referensi: Program CAESAR II Versi 5.1. FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 33
6. Analisa Statik Model (run) Setelah dipastikan tidak terdapat error messege dan warning messege, maka model siap untuk dianalisis (run). Dengan memilih perintah statik analisis pada menu, maka pada layar akan muncul tampilan seperti pada gambar 2.16.. Gambar 2.16 Tampilan pemilihan kombinasi beban Referensi: Program CAESAR II Versi 5.1 FT-Jurusan Teknik Mesin-Universitas Mercubuana Halaman 34