BAB II LANDASAN TEORI

dokumen-dokumen yang mirip
BAB II LANDASAN TEORI

ANALISA TEGANGAN PIPA STEAM LOW CONDENSATE DIAMETER 6 PADA PT IKPT

ANALISA TEGANGAN PIPA STEAM LOW CONDENSATE DIAMETER 6 PADA PT IKPT

BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN

BAB V ANALISA HASIL. 1. Tegangan-tegangan utama maksimum pada pipa. Dari hasil perhitungan awal dapat diketahui data-data sebagai berikut :

BAB V ANALISA HASIL. Dari hasil perhitungan awal dapat diketahui data-data sebagai berikut :

BAB II LANDASAN TEORI. Ribuan tahun yang lalu, sistem pipa sudah dikenal dan digunakan oleh

BAB II LANDASAN TEORI

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN. melakukan perancangan sistem perpipaan dengan menggunakan program Caesar

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB II LANDASAN TEORI

ANALISA OVER STRESS PADA PIPA COOLING WATER SYSTEM MILIK PT. XXX DENGAN BANTUAN SOFTWARE CAESAR II

BAB I PENDAHULUAN. Minyak dan gas bumi merupakan suatu fluida yang komposisinya

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

TUGAS AKHIR ANALISA TEGANGAN SISTEM PIPA GAS DARI VESSEL SUCTION SCRUBBER KE BOOSTER COMPRESSOR DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM CAESAR II

TUGAS AKHIR. Analisa Kekuatan Sambungan Pipa Yang Menggunakan Expansion Joint Pada Sambungan Tegak Lurus

LAPORAN TUGAS AKHIR ANALISA TEGANGAN SISTEM PIPA PROCESS LIQUID DARI VESSEL FLASH SEPARATOR KE CRUDE OIL PUMP MENGGUNAKAN PROGRAM CAESAR II

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN. dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Document/Drawing Number. 2. TEP-TMP-SPE-001 Piping Desain Spec

BAB III METODE PENELITIAN. Diagram alir studi perencanaan jalur perpipaan dari free water knock out. Mulai

ANALISA RANCANGAN PIPE SUPPORT PADA SISTEM PERPIPAAN DARI POMPA MENUJU PRESSURE VESSE DAN HEAT EXCHANGER DENGAN PENDEKATAN CAESARR II

ANALISA TEGANGAN PIPA PADA SISTEM PERPIPAAN HEAVY FUEL OIL DARI DAILY TANK UNIT 1 DAN UNIT 2 MENUJU HEAT EXCHANGERDI PLTU BELAWAN

BAB II LANDASAN TEORI. Untuk mengalirkan suatu fluida (cair atau gas) dari satu atau beberapa titik

Laporan Tugas Akhir BAB II DASAR TEORI. 2.1 Lokasi dan kondisi terjadinya kegagalan pada sistem pipa. 5th failure July 13

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN. Ketebalan pipa dapat berbeda-beda sesuai keadaan suatu sistem perpipaan.

ANALISA TEGANGAN PIPA PADA TURBIN RCC OFF GAS TO PROPYLENE PROJECT

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

2 BAB II TEORI. 2.1 Tinjauan Pustaka. Suatu sistem perpipaan dapat dikatakan aman apabila beban tegangan

BAB V METODOLOGI. Mulai

BAB I PENDAHULUAN. Plant, Nuclear Plant, Geothermal Plant, Gas Plant, baik di On-Shore maupun di. Offshore, semuanya mempunyai dan membutuhkan Piping.

BAB VII PENUTUP Perancangan sistem perpipaan

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN

BAB II TEORI ANALISA TEGANGAN PIPA DAN PENGENALAN CAESAR II

Analisa Pemasangan Ekspansi Loop Akibat Terjadinya Upheaval Buckling pada Onshore Pipeline

BAB III DATA PEMODELAN SISTEM PERPIPAAN

Tabel 4. Kondisi Kerja Pipa Pipe Line System Sumber. Dokumen PT. XXX Parameter Besaran Satuan Operating Temperature 150 Pressure 3300 Psi Fluid Densit

BAB I PENDAHULUAN. sangat kecil seperti neutron dan elektron-elektron. kontraktor yang bergerak dibidang EPC, Petrochemical, LNG.

DESAIN TEGANGAN PADA JALUR PEMIPAAN GAS DENGAN PENDEKATAN PERANGKAT LUNAK

4 BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA

TUGAS AKHIR ANALISA TEGANGAN JALUR PIPA UAP PADA PROYEK PILOT PLANT

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II TEORI DASAR TEGANGAN PIPA DAN PENGENALAN CAESAR II

Review Desain Condensate Piping System pada North Geragai Processing Plant Facilities 2 di Jambi Merang

Analisa Rancangan Pipe Support Sistem Perpipaan dari Pressure Vessel ke Air Condenser Berdasarkan Stress Analysis dengan Pendekatan CAESAR II

DAFTAR ISI. i ii iii iv vi v vii

ANALISIS STATIK TEGANGAN PIPA PADA SISTEM PENDINGIN SEKUNDER REAKTOR KARTINI YOGYAKARTA

PERHITUNGAN TEGANGAN PIPA DARI DISCHARGE KOMPRESOR MENUJU AIR COOLER MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II 5.10 PADA PROYEK GAS LIFT COMPRESSOR STATION

BAB I PENDAHULUAN. dihidupkan kembali dengan menggunakan pompa atau gas. Gas lift merupakan

Bab V Analisis Tegangan, Fleksibilitas, Global Buckling dan Elekstrostatik GRP Pipeline

PERANCANGAN DAN ANALISA SISTEM PERPIPAAN PROCESS PLANT DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

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

BAB II TEORI TEGANGAN PIPA DAN PERANGKAT BANTU ANALISA

Anjungan lepas pantai ini dibangun oleh investor asal Dubai, Uni Emirat Arab dan investor dari Australia bekerja sama dengan Badan Pelaksana Hulu Miny

BAB I PENDAHULUAN. kini, misalnya industri gas dan pengilangan minyak. Salah satu cara untuk

BAB II LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR PIPELINE STRESS ANALYSIS TERHADAP TEGANGAN IJIN PADA PIPA GAS ONSHORE DARI TIE-IN SUBAN#13 KE SUBAN#2 DENGAN PENDEKATAN CAESAR II

EVALUASI DISAIN INSTALASI PIPA FRESH FIRE WATER STORAGE TANK

BAB VI PEMBAHASAN DAN HASIL

Bab 4 Pemodelan Sistem Perpipaan dan Analisis Tegangan

PENGARUH GEMPA PATAHAN LEMBANG TERHADAP FLEKSIBILITAS PIPA DAN KEGAGALAN NOZEL PERALATAN SISTEM PENDINGIN PRIMER REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

I. PENDAHULUAN. yang memproduksi bahan kimia serta obat-obatan, dan juga digunakan dalam

III. METODE PENELITIAN

PIPELINE STRESS ANALYSIS PADA ONSHORE DESIGN JALUR PIPA BARU DARI CENTRAL PROCESSING AREA(CPA) JOB -PPEJ KE PALANG STATION DENGAN PENDEKATAN CAESAR

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

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

ANALISA KEKUATAN FLANGE PADA SISTEM PEMIPAAN PRIMER REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG

PROPYLENE PROJECT (ROPP)

Analisa Tegangan pada Pipa yang Memiliki Korosi Sumuran Berbentuk Limas dengan Variasi Kedalaman Korosi

Analisa Rancangan Pipe Support pada Sistem Perpipaan High Pressure Vent Berdasarkan Stress Analysis dengan Pendekatan Caesar II

BAB IV PERHITUNGAN ANALISA DAN PEMBAHASAN

UNIVERSITAS DIPONEGORO PERANCANGAN DAN ANALISA TEGANGAN SISTEM PERPIPAAN DENGAN METODE ELEMEN HINGGA TUGAS AKHIR FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO PERANCANGAN DAN ANALISA TEGANGAN SISTEM PERPIPAAN DENGAN METODE ELEMEN HINGGA TUGAS AKHIR GAHARA KRISTIANTO L2E

BAB IV PELAKSANAAN DAN PEMBAHASAN

BAB IV PEMBAHASAN Analisis Tekanan Isi Pipa

BAB IV PEMBAHASAN. 4.1 Data Perancangan. Tekanan kerja / Po Temperatur kerja / To. : 0,9 MPa (130,53 psi) : 43ºC (109,4ºF)

ANALISA TEGANGAN PIPA PADA SISTEM PERPIPAAN HEAVY FUEL OIL DARI DAILY TANK UNIT I DAN UNIT II MENUJU HEAT EXCHANGER DI PLTU BELAWAN

METODE PENELITIAN. Model tabung gas LPG dibuat berdasarkan tabung gas LPG yang digunakan oleh

BAB III METODE PENELITIAN

DESAIN TEGANGAN PADA JALUR PEMIPAAN GAS DENGAN PENDEKATAN PERANGKAT LUNAK

BAB IV ANALISIS TEGANGAN PADA CABANG PIPA

PERANCANGAN DAN ANALISIS TEGANGAN SISTEM PERPIPAAN AUXILIARY STEAM PADA COMBINED CYCLE POWER PLANT

BAB IV PERANGKAT LUNAK (SOFTWARE) CAESAR II VERSI 2014

PERANCANGAN MESIN VACUUM FRYING DAN ANALISA THERMAL TABUNG VACUUM MENGGUNAKAN SOFTWARE CATIA P3 V5R14. Ridwan, ST., MT *), Sugeng Dwi Setiawan **)

ANALISA TEGANGAN SISTEM PERPIPAAN BONGKAR MUAT KAPAL TANKER MT. AVILA 6300 DWT. DENGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK CAESAR II v5.10.

SKRIPSI. Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik. nnnn ALFIS SYAHRI NIM

III. METODELOGI. satunya adalah menggunakan metode elemen hingga (Finite Elemen Methods,

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

BAB II LANDASAN TEORI

ANALISA TEGANGAN STATIK SISTEM PERPIPAAN PADA POMPA AIR UMPAN ( FEED WATER PUMP ) DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II versi. 5.

NAJA HIMAWAN

BAB VII PENUTUP Perancangan bejana tekan vertikal separator

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

2.10 Caesar II. 5.10Pipe Strees Analysis

BAB III PERANCANGAN SISTEM DAN ANALISIS

BAB II LANDASAN TEORI

Disusun oleh: KHAMDAN KHAMBALI

PERENCANAAN EXPANSION SPOOL DAN ANCHOR BLOCK PERENCANAAN PIPA DAN EXPANSION SPOOL PADA PIPA PENYALUR SPM

KAJIAN PENGAWASAN DESAIN SISTEM PERPIPAAN PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

Transkripsi:

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pendahuluan Ribuan tahun yang lalu, sistem pipa sudah dikenal dan digunakan oleh manusia untuk mengalirkan air sebagai kebutuhan air minum dan irigasi. Jadi pada dasarnya sistem perpipaan sudah dikenal dan digunakan oleh manusia untuk memudahkan kegiatan maupun pekerjaan manusia. Namun, seiring dengan perkembangan jaman dan kemajuan industri, sistem perpipaan pun mengalami kemajuan yang pesat. Mulai awal abad ke-18, teknologi bahan pipa mengalami perkembangan yang sangat pesat. Hinggaa saat ini, penggunaan sistem perpipaan sangat luas. Namun, sistem perpipaan itu sendiri adalah suatu sistem yang kompleks sehingga pada saat perancangannya banyak aspek-aspek yang perlu diperhatikan dan dipertimbangkan sehingga diperoleh suatu rancangan sistem perpipaan yang baik dan efisien. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 9

Piping stress analysis adalah suatu metode terpenting untuk meyakinkan dan menetapkan secara numeric bahwa sistem perpipaan dalam engineering adalah aman. Beban (Gaya, Moment dan tegangan) yang terjadi secara aktual pada pipa dan nozzle equipment dibuat sedemikian rupa sehingga beban tersebut tidak melebihi batasan yang telah ditetapkan oleh Code dan Standard Internasional (ASME, ANSI, API, WRC, NEMA, dll). Dalam analisa bahwa beban terjadi karena adanya pengaruh perlakuan beban static dan perlakuan beban dinamik. Pemasangan support (penyangga) adalah hal yang paling penting agar pengaruh pembebanan (statik dan dinamik) selama operasi sistim perpipaan tidak mengalami kegagalan atau kerusakan. 2.2 Data Desain Data-data yang diperlukan dalam desain stress analysis adalah : Line list, design pressure, operating pressure, operating temperature, design temperature, type thickness isolasi (jika ada), test condition. Piping material class, Material, Diameter, thickness, type fitting, flange, valve. Project specification, site data seperti temperature lingkungan, kecepatan angin, data gempa. 2.3 Klasifikasi Beban pada Sistem Perpipaan Beban-beban pada sistem pemipaan diklasifikasikan berdasarkan penyebabnya, yaitu : Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 10

1. Beban Statik (sustain, expansi dan operating) pada dasarnya adalah suatu beban yang disebabkan oleh pengaruh internal yakni tekanan, temperature dan berat material pipa serta semua komponen dalam sistem. Selain dari itu beban statik dapat juga disebabkan oleh adanya beban external, yakni gempa, thrust load dari relief valve, wind dan wave dan beban ultimate tanah bila pipa berada dalam tanah (under ground). Beban statik selain akibat beban ultimate tanah sering disebut dengan beban static occational atau lebih dikenal dengan beban quasi dynamic, dikatakan demikian karena beban dianggap seolah-olah sebagai beban dinamik tetapi bukan fungsi waktu. 2. Beban Dinamika (occasional) mempertimbangkan adanya beban external sebagai fungsi waktu [W = f(t)], antara lain gempa (seismic), operasi safety valve, vibrasi (pulsation) dan water hammer. 3. Beban termal / ekspansi (Sexp), yaitu beban yang timbul akibat ekspansi panas. Beban termal dibagi menjadi tiga bagian berdasarkan sumber penyebabnya, yaitu : Beban termal akibat pembatasan gerak oleh tumpuan, beban ini (gaya dan momen) timbul jika ekspansi atau konstraksi bebas perpipaan akibat termal terhalang oleh tumpuan. Beban termal akibat perbedaan temperatur, beban ini terjadi akibat perubahan temperatur yang besar dan cepat, termasuk juga akibat distribusi temperatur yang tidak seragam karena adanya aliran kalor yang tinggi melalui dinding pipa. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 11

Beban termal akibat perbedaan koefisien ekspansi, beban ini terjadi pada sistem pipa yang materialnya mempunyai koefisien ekspansi yang berbeda. 2.4 Teori Tegangan Pipa Struktur perpipaan dinyatakan kuat atau aman jika tegangan-tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan yang diizinkan. 2.4.1 Teori Dasar Tegangan Dalam menganalisa suatu perpipaan, diwajibkan untuk mengetahui prinsip dasar dari tegangan pipa dan mengenai hal-hal yang berhubungan dengannya. Sebuah sistem perpipaan dinyatakan tidak aman beroperasi apabila tegangan yang terjadi melebihi tegangan makimum yang diizinkan Tegangan merupakan sebuah besaran vektosr yang selain mempunyai nilai juga mempunyai arah. Menurut standard ASME B31.3 (standard untuk perencanaan sistem perpipaan pada instalasi proses area), ada tiga tegangan utama yang bekerja pada elemen pipa, lihat gambar 2.1. Gambar 2.1. Arah tegangan yang terjadi pada pipa Referensi : Analisa Tegangan pada Sistem Perpipaan - REDS Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 12

Tiga tegangan utama itu adalah : 1. Tegangan utama longitudinal (Longitudinal principal stress) yaitu tegangan yang bekerja sepanjang garis sumbu pipa, tegangan ini disebabkan oleh pembengkokan, beban gaya aksial atau tekanan. Dan tegangan ini dapat dirumuskan sebagai berikut : a. Akibat gaya aksial L L x F FA x Gambar 2.2 Tegangan utama longitudinal akibat gaya aksial Referensi : Analisa Tegangan pada Sistem Perpipaan - REDS (2.1) b. Tegangan longitudinal akibat tekukan (2.2) c. Tegangan longitudinal akibat tekanan dalam (2.3) Jadi total dari tegangan longitudinal adalah sebagai berikut : (2.4) 2. Tegangan utama radial (Radial principal stress) yaitu tegangan yang bekerja pada satu garis mulai dari pusat pipa secara radial sampai ke dinding pipa, Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 13

tegangan ini bersifat tegangan tekan bila disebabkan oleh tekanan dalam pipa dan tegangan ini bersifat tegangan tarik bila tekanan dalam pipa hampa (vacuum pressure). (2.5) 3. Tegangan utama circumferential (Circumferential principal stress) atau disebut juga sebagai Hoop stress, tegangan ini bekerja tegak lurus terhadap tegangan longitudinal dan tegangan radial, tegangan ini bertendensi membelah dinding pipa dalam arah melingkar pipa dan tegangan ini disebabkan tekanan dari dalam pipa, besarnya bervariasi sesuai dengan tebal dinding pipa. Rumus untuk tegangan tangensial dapat didekati dengan memakai persamaan berikut dan dijelaskan pada gambar 2.11. S H P S H Gambar 2.3 Tegangan utama longitudinal Referensi : Analisa Tegangan pada Sistem Perpipaan - REDS (2.6) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 14

Secara konservatif untuk pipa yang lebih tipis dapa dilakukan penyederhanaan rumus tegangan pipa tangensial ini dengan mengasumsikan gaya akibat tekanan dalam bekerja sepanjang pipa. Didasarkan oleh F=P.d i.i ditahan oleh dinding pipa seluas A m =2 t.l sehingga rumus untuk tegangan tangensial ini dapat dituliskan sebagai berikut : (2.7) Bila dua atau lebih tegangan utama bekerja pada suatu titik pada sebatang pipa, maka akan menghasilkan tegangan geser, contohnya pada pipa yang diberi penyangga secara menganjur (overhang pipe), dimana tegangan radial yang disebabkan oleh penyangga berkombinasi dengan lenturan (gaya bending) yang disebabkan oleh pipa. a. Akibat gaya geser (2.8) Tegangan ini akan mencapai titik maksimum pada sumbu netral (sumbu simetri pipa) dan nihil di titik dimana tegangan lendut maksimum (yaitu pada permukaan luar dinding pipa). Karena hal ini dan juga karena besarnya tegangan ini biasanya sangat kecil, maka tegangan ini diabaikan. b. Akibat momen puntir (torsional moment) (2.9) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 15

MT Gambar 2.4 Tegangan geser akibat momen puntir Referensi : Analisa Tegangan pada Sistem Perpipaan - REDS T 2.5 Kriteria Design pada Jalur Perpipaan Dalam mendesain jalur perpipaan banyak parameter-parameter yang harus diperhatikan dan harus dipenuhi, sehingga jalur tersebut aman dan dapat diopersikan secara maksimal. Pada dasarnya jalur perpipaan merupakan media penghubung dari sederetan proses yang terjadi dalam suatu sistem. Dalam mendesain jalur perpipaan ini atau yang sering disebut pipe routing dibutuhkan keahlian dan pengalaman dalam melakukan pekerjaan dibidang perpipaan. Sampai saat ini, tidak ada suatu ilmu khusus mempelajari cara me-routing sebuah jalur pipa yang baik dan benar. Proses penentan sebuah jalur pipa merupakan suatu proses yang iterative, artinya adakalanya sebuah jalur pipa yang ditentukan itu tidak memenuhi kriteria stress analysis. Apabila hal ini terjadi maka harus dilakukan penentuan jalur baru (re-routing) hingga jalur pipa tersebut dinyatakan aman dan sesuai dengan code yang bersangkutan. Dalam penentuan sebuah jalur pipa dari satu titik ke titik lainnya ada banyak hal yang harus diperhatikan. Kriteria-kriteria yang harus dipenuhi dalam melakukan desain sebuah jalur perpipaan pada instalasi migas yaitu : a. Melakukan perhitungan ketebalan pipa yang diperlukan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 16

b. Membuat konstruksi jalur perpipaan dan komponen pendukungnya c. Menentukan letak dan bentuk penyangga d. Melakukan perhitungan tegangan dan fleksibilitas pipa. 2.6 Tebal Dinding Pipa Ketebalan dinding pipa memiliki peranan penting dalam sistem perpipaan yang beroperasi pada tekanan dan temperature yang tinggi, kesalahan dalam menentukan ketebalan dinding pipa yang diperlukan mengakibatkan pipa tidak kuat menahan tekanan saat operasi, sehingga menimbulkan banyak permasalahan dalam sistem operasi dari jalur perpipaan. Didalam sistem perpipaan sering terdengar istilah schedule number yaitu penyebutan untuk ketebalan pipa. Schedule pipa dapat dikelompokkan sebagai berikut : a. Schedule 5, 10, 20, 40, 60, 80, 120, 160 b. Schedule Standard c. Schedule Extra Strong (XS) d. Schedule Double Extra Strong (XXS) Untuk menghitung ketebalan pipa menurut ASME B31.3 dipakai rumus : (2.10) : tebal dinding pipa (m) P : tekanan internal desain (N/m 2 ) D : diameter luar (m) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 17

S : stress pada temperature desain (N/m 2 ) E : faktor efisiensi sambungan Y : faktor bahan (dapat diketahui pada table 2.1) C : corrosion allowance Table 2.1 Koefisien Y untuk t < D/6 Temperatur, of(oc) Materials 900 (482) 950 1000 1050 1100 1150 & lower (510) (538) (566) (593) & up Ferritic steels 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7 Austenic steels 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.7 Other ductile metals 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 Cast iron 0.0 Referensi : ASME B31.3 hal 18 2.7 Fleksibilitas Pipa Misalkan ada dua bejana T1 dan T2 dengan jarak 20 m yang harus dihubungkan dengan pipa antara nozzle yang satu dengan yang lain pada ketinggian yang sama. Sudah jelas cara yang paling ekonomis dari sistem pemipaan adalah membuat hubungan dengan pipa lurus seperti gambar 2.5a, akan tetapi pada saat temperature pipa mengalami kenaikan maka akan timbul twagging yang diakibatkan dari ekspansi pipa tersebut. Sehingga akan terjadi beberapa kemungkinan yang terjadi pada gambar 2.5a dan 2.5b. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 18

Besarnya ekspansi ini dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : (2.11) Akibat dari ekspansi ini ada dua kemungkinan : a. Sambil memanjang pipa akan menekan dinding bejana, bila dinding pada salah satu bejana tersebut lebih tipis dari dinding bejana yang satunya, maka akan terjadi seperti pada gambar 2.5a. Gambar 2.5a Pipa berekspansi menekan dinding bejana b. Bila dinding kedua bejana tersebut cukup kuat menahan tekanan dari perpanjangan pipa, maka pipa akan melengkung atau bengkok seperti pada gambar 2.5b Gambar 2.5b. Pipa melengkung akibat pipa berekspansi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 19

Untuk mencegah hal tersebut, maka cara untuk mengatasinya adalah : Cara 1, membuat loop pada jalur pipa (Gambar 2.5c) Jalur pipa pada gambar 2.5c ditujukan reaksi expansi pipa akan menekan bagian loop sehingga tidak menekan dinding dari equipment, dengan demikian tidak terjadi over stress. Gambar 2.5c Jalur pipa dengan loop Gambar 2.5d Jalur pipa dengan loop Dalam gambar 2.5d terlihat defleksi yang tejadi (garis putus-putus). Dari cara diatas dapat dilihat bahwa dengan membuat loop pada jalur pipa, maka memungkinkan defleksi yang terjadi dapat diserap (absorb) oleh pipa dan sekaligus mengurangi beban pada nozzle bejana. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 20

2.8 Nozzle Displacement Didalam melakukan perhitungan analisis tegangan pada sistem pemipaan, terutama pada pipa yang tersambung ke equipment, baik static maupun rotating equipment, maka salah satu hal yang paling penting yang harus disiapkan adalah menghitung besarnya pergerakkan nozzle akibat temperature pada equipment tersebut. Secara umum untuk mengetahui apakah sebuah sistem pemipaan akan mengalami kelebihan tegangan (overstress) pada kondisi paling ekstrim, maka digunakan temperature yang paling tinggi (design temperature), yang mungkin terjadi pada suatu sistem pemipaan. Dengan temperature tertinggi yang mungkin terjadi pada suatu sistem, maka kita akan bisa tahu dan yakin bahwa pada saat itu sistem pemipaan yang telah dihitung akan mampu bertahan tanpa mengalami overstress. X Y Gambar 2.6 Gambar untuk perhitungan pemuaian awal Referensi : Pengantar Piping Stress Analysis (Hal. 141) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 21

Displacement pada nozzle pompa dapat dihitung dengan : (2.12) (2.13) Keterangan : e = koefisien thermal ekspansi (Referensi : Table C-1 ASME B31.3 hal. 212) 2.9 Analisis Tegangan Analisis tegangan merupakan bagian yang paling berpengaruh pada perencanaan dan pelaksanaan sistem perpipaan. Dari hasil analisis tegangan ini, perencanaan jalur-jalur sistem perpipaan dan peletakkan tumpuan pipa (pipe support location) ditentukan untuk menghindari terjadinya tegangan yang berlebihan pada pipa atau pada tumpuan pipa dan juga untuk mendapatkan kondisi yang fleksibel yang dibutuhkan pada tata letak jalur perpipaan. Analisis tegangan dilakukan terutama pada nozzle-nozzle dari peralatan yang dihubungkan dengan sistem perpipaan dan pada titik-titik tertentu pada jalur perpipaan. Dan analisis ini ditentukan oleh gaya-gaya pada jangkar (anchor), gaya pada penyangga atau tumpuan, momen lengkug dan torsi pada suatu titik atau segmen ada sistem perpipaan. Adapun urutan pekerjaan yang dilakukan dalam analisis tegangan adalah : a. Menghitung gaya dan momen b. Menghitung tegangan Perhitungan gaya, momen dan tegangan dapat dilakukan secara manual maupun dengan komputer. Dalam perencanaan jalur perpipaan pada instalasi ini dilakukan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 22

perhitungan gaya dan momen dengan menggunakan program komputer Caesar II 5.0 dan perhitungan tegangan yang dilakukan secara manual. 2.10 Kondisi Pembebanan Sistem pemipaan yang dirancang, direncanakan dapat menahan bermacammacam pembebanan yaitu : 1. Pada keadaan hydrostatic test, dimana sistem perpipaan yang telah dipasang harus diuji terlebih dahulu sebelum dioperasikan yaitu dengan cara mengalirkan air yang bertekanan kedalam pipa pada jangka waktu tertentu (biasanya paling lama 2 jam) untuk mengetahui ada tidaknya terjadi kebocoran pada sistem perpipaan. Kombinasi beban yang mungkin terjadi pada kondisi hydrotest ini adalah : a. Beban akibat material dan gaya-gaya luar (berat material dan bagian-bagian dari pencabangan pipa). b. Beban akibat fluida yang digunakan untuk pengetesan (air atau udara). 2. Pada keadaan operasi, dimana sistem telah dioperasikan maka kombinasi beban pada keadaan operasi ini adalah : a. Beban akibat material, berat fluida, temperature dan gaya luar b. Beban akibat material, berat fluida, temperature (desain / operasi), gaya luar, dan tekanan (desain / operasi) c. Beban akibat berat material, berat fluida, temperature (desain / operasi), tekanan (desain / operasi), berat konstruksi (settlement) dan gempa bumi. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 23

2.11 Teori-teori Kegagalan (Failure Theories) 1. Teori kegagalan tegangan utama maksimum (maximum principal stress failure theories) menyatakan bila salah satu dari tiga tegangan utama yang saling tegak lurus melebihi dari kekuatan luluh (yield strength) material pada temperature yang sama maka kegagalan atau kerusakan akan terjadi pada material tersebut. Satu contoh dari aplikasi teori ini adalah sebagai berikut : Pipa berdiameter 6 inci (diameter luar Do = 168.28 mm), schedule 40 (tebal dinding pipa t = 7.11 mm) berisi fluida dengan tekanan desain P sebesar = 6.5 barg = 95 Psig = 0.65 MPa (N/mm 2 ) Hitung besarnya tegangan-tegangan utama yang terjadi. Penyelesaian : Tegangan utama longitudinal (LPS) : Tegangan utama circumferential (CPS) Tegangan utama radial (RPS) = P = 0.65 N/mm 2 (MPa) Bila teori kegagalan tegangan utama maksimum diterapkan pada kondisi pipa ini maka hanya CPS lah yang perlu diperhatikan. Untuk mencegah pipa dari gagal atau rusak, maka harus dipilih tebal dinding pipa yang menghasilkan harga CPS dibawah harga yield strength dari material pipa pada temperature dan tekanan pada saat sistem beroperasi. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 24

2. Teori kegagalan tegangan geser maksimum (maximum shear stress failure theories) adalah harga rata-rata dari tegangan yang paling besar dikurangi dengan teangan yang paling kecil dan dibagi dua. Dari contoh perhitungan di atas, maka tegangan geser maksimummnya adalah : Teori kegagalan tegangan geser maksimum menyatakan bahwa bila harga tegangan geser maksimum melebihi dari setengah harga yield strength material pada temperature yang sama, maka kegagalan atau kerusakan akan terjadi. Pada contoh diatas, sistem ini akan aman selama yield strength material pada temperature yang sama diatas harga 3.52 N/mm 2 (MPa). 2.12 Sistem Penggambaran Sistem penggambaran pada perencanaan perpipaan dapat dikelompokkan : a. Sistem penggambaran untuk keperluan perencanaan proses yang berbentuk gambar skematik, biasanya gambar tersebut berisi informasi mengenai peralatan yang digunakan, diameter pipa, jenis fluida yang dialirkan, jenis katup-katup yang digunakan, arah aliran fluida, instrumentasi yang digunakan untuk memantau dan mengontrol sistem aliran fluida. Pada umumnya gambar ini dikenal dengan nama P&ID (Piping and Instrument Diagram). b. Sistem penggambaran untuk keperluan perencanaan mekanikal dan perpipaan : - Key plan yaitu gambar keseluruhan dari proyek yang akan dikerjakan yang dapat memberikan informasi lokasi proyek secara menyeluruh. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 25

- Plot plan atau tata letak peralatan utama, gambar ini adalah gambar sebenarnya (fisik) dari peralatan yang digunakan, ukuran-ukurannya, jarak antar peralatan dan ketinggian letak peralatan (elevation). - Piping general arrangement atau tata letak sistem perpipaan termasuk peralatan dan instrumentasi yang digunakan. Gambar ini adalah gambar sebenarnya dari sistem perpipaan, informasi tentang sistem perpipaan pada suatu instalasi proses dapat dilihat pada gambar ini termasuk tata letak peralatan dan instrumentasi. - Isometrik atau gambar jalur pipa single line dalam bentuk tiga dimensi, yaitu lengkap dengan dimensi dan uraian material yang digunakan sistem penggambaran ini sangat berguna baik untuk perencanaan, fabrikasi maupun untuk perawatan dari suatu instalasi proses. 2.13 Support atau Penyangga Support atau penyangga ada banyak type, dan penempatannya dapat ditabelkan berdasarkan fluida, temperature dan pressure (tekanan) yang digunakan dalam sistem, namun pemakaian table ini tidak berarti bahwa tegangan yang terjadi atau beban nozzle adalah acceptable, maka dengan adanya ini adalah perlu dilakukan analisis berdasarkan code-code yang ada dengan pemakaian perangkat lunak, dalam hal ini CAESAR II. Untuk jenis-jenis support dapat dilihat pada lampiran. Jarak maksimum antar support pipa yang disarankan berdasarkan standard pipa dan fluida yang digunakan dalam sistem dapat diidentifikasi di table berikut : Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 26

Tabel 2.2. Jarak maksimum antar tumpuan pipa Jarak maksimum antar support pipa yang disarankan Nominal pipe size Air Isian Uap, Udara, Gas Isian in mm ft m ft m 1 25 7 2.1 9 2.7 2 50 10 3 13 4 3 80 12 3.7 15 4.6 4 100 14 4.3 17 5.2 6 150 17 5.2 21 6.4 8 200 19 5.8 24 7.3 12 300 23 7 30 9.1 16 400 27 8.2 35 10.7 20 500 30 9.1 39 11.9 24 600 32 9.8 42 12.8 Referensi : Helguero M, Victor, Piping Stress Handbook, 1986 : B.188) 2.14 Program Caesar II 5.0 Caesar II adalah software stress analysis yang digunakan untuk menganalisa suatu jalur perpipaan berdasarkan pada berat, tekanan, thermal, seismic, beban static dan beban dinamik. Sehingga didapat besarnya gaya, momen, besar ekspansi serta tegangan beserta jenis dan letak tumpuannya. Caesar II diperkenalkan tahun 1984, berasal dari sebuah perusahaan yang bernama COADE Inc. dengan menggunakan program Caesar II maka akan didapatkan hasil dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi dan dapat Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 27

mempersingkat waktu dalam proses desai. Program ini sangat popular dan sering digunakan pada industri-industri di bidang minyak dan gas bumi. 2.14.1 Input Caesar II 5.0 Parameter yang menjadi masukan (diinput) kedalam program Caesar II sebagai data yang akan diproses adalah sebagai berikut : a. Node yaitu titik awal perencanaan yang akan disediakan oleh Caesar II dalam dialog box. Biasanya nilai 10 akan menjadi titik awal dari perencanaan jalur perpipaan yang akan dilakukan. b. Application Code yaitu standard yang akan digunakan misalnya B31.3, dll. c. Pipe data yaitu data-data yang berkaitan dengan sifat-sifat fisis pipa seperti jenis material, besar diameter, ketebalan pipa, ketebalan isolasi pipa, dll. d. Data-data desain seperti tekanan, temperature, corrosion allowance, dll. e. Data-data pendukung yaitu data-data yang akan ditentukan secara otomatis oleh program Caesar II seperti Elastic modulus, Pipe density, dll. 2.14.2 Output Caesar II Hasil output dari Caesar II merupakan hasil perhitungan fleksibilitas dan kekuatan jalur pipa berdasarkan data-data input, dan disajikan dalam bentuk tampilan animasi 3 dimensi dan berupa data-data dalam bentuk angka sebagai indikasi letak dan arah gaya-gaya, momen dan besar tegangan yang terjadi. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 28