60259855 analisis pengaruh letak anchor terhadap tegangan maksimum pada pipa elbow

7/30/2019 60259855 Analisis Pengaruh Letak Anchor Terhadap Tegangan Maksimum Pada Pipa Elbow

1/14

ANALISIS PENGARUH LETAKANCHORTERHADAP

TEGANGAN MAKSIMUM PADA PIPAELBOW

(Skripsi)

Oleh:

RENDI ALI SATI HASIBUAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2011


2/14

ABSTRACT

ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF ANCHOR POSITION ON

THE MAXIMUM STRESSES OF PIPING ELBOWS

By

RENDI ALI SATI HASIBUAN

Thermal expansion load on the pipe caused by movement restrictions by the pipe

support when the pipe expansion temperature difference is large and very fast in

the pipe wall so as to generate stress, and differences in expansion coefficient of

pipe which is composed of two or more different metal materials. Pipe Elbow has

greater flexibility than an equivalent straight pipe. More flexibility has also

resulted in elbow function as an absorber of thermal expansion. In making and put

the position must have the appropriate pipe support with stress analysis.

Determination of the anchor position in a pipeline is very influential on the

stresses along the pipeline. To determine the location of a good anchor position

required stress analysis, particularly in connection pipe elbow, so finite element

method is used in the study which was conducted with ANSYS 11.

Modeling system configured to be a straight tangent pipe-elbow-straight tangent

pipe, with tangent pipe length was varied in length that is r, 2r, 3f, 4f, 5f, 6f, 7f,8f, 9r,10r, 11r, 12r, 13r, 14r and 15r . Load a given maximum temperature of

180C.

From the results obtained by the known value of the maximum equivalent stress

according to the criteria vonmises on each pipe elbow. The maximum stress value

decreases with increasing distance from the tip of the anchor position elbow pipe.

Recommendations anchor position of the pipe elbow is best at a distance of at

least 6 times the radius of elbow (6r).

Keywords: anchor, elbow, the load of thermal expansion, ANSYS.


3/14

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua Penguji : Dr. Asnawi Lubis ................

Anggota Penguji : Rudolf S. Saragih, S.T., M.T. .................

Penguji Utama : Novri Tanti, S.T., M.T. .................

2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung

Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A.

NIP. 196505101993032008

Tanggal Lulus Ujian Skripsi: 18 Mei 2011


4/14

Judul Skripsi : ANALISIS PENGARUH LETAKANCHORTERHADAP TEGANGAN

MAKSIMUM PADA PIPAELBOW

Nama Mahasiswa : Rendi Ali Sati Hasibuan

Nomor Pokok Mahasiswa : 0415021022

Program Studi : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

MENYETUJUI

1. Komisi Pembimbing

Dr. Asnawi Lubis Rudolf S. Saragih, S.T., M.T.

NIP. 197012041997031006 NIP. 197008022000121001

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dr. Asnawi LubisNIP. 197012041997031006

DAFTAR ISI


5/14

Halaman

DAFTAR ISI ..................................................................................................

DAFTAR GAMBAR.....................................................................................

DAFTAR TABEL ..........................................................................................

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ..............................................................................

B. Tujuan Penelitian ..........................................................................

C. Batasan Masalah ...........................................................................

D. Sistematika Penulisan ...................................................................

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Sistem Perpipaan............................................................................

B. Standar dan Code Perancangan Sistem Perpipaan.........................

C. Beban Ekspansi Termal (Expansion Load)...................................

D. Anchor...........................................................................................


6/14

E. PerilakuPipe bendakibat Momen Bending...................................

1. In-Plane Bending padaPipe bend.............................................

2. Out-Of-Plane Bending padaPipe bend.....................................

F. Teori Tegangan..............................................................................

G. Analisis Fleksibilitas Sistem Perpipaan.........................................

H. Metode Elemen Hingga Dengan ANSYS .....................................

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Pemodelan Geometri .....................................................................

B. Pembagian Elemen (Meshing).......................................................

C. Penentuan Kondisi Batas...............................................................

D. Pembebanan ..................................................................................

E. Solusi.............................................................................................

F. Pengambilan dan Pengolahan Data ...............................................

G. Diagram Alir Penelitian.................................................................

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil ..............................................................................................

B. Pembahasan ..................................................................................

BAB V. PENUTUP

A. Simpulan .......................................................................................

B. Saran .............................................................................................

DAFTAR PUSTAKA


7/14

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Instalasi jaringan pipa merupakan bagian yang hampir selalu ada pada setiap

industri. Aplikasinya banyak ditemukan pada industri kimia, pertambangan,

perminyakan dan gas, pembangkit listrik, dan distribusi air minum. Rangkaian

pipa-pipa tersebut didesain sedemikian rupa sehingga mampu memenuhi

kebutuhan akan pendistribusian fluida. Aplikasi jaringan pipa pada bidang

industri umumnya digunakan untuk menyalurkan fluida yang memiliki tekanan,

temperatur, sifat fisik dan karakteristik kimia yang berbeda-beda. Material

tersebut juga tidak sedikit yang memiliki dampak buruk bagi kesehatan maupun

lingkungan jika terlepas ke atmosfir.

Perancangan instalasi perpipaan, diharapkan tidak terjadi kegagalan pada saat

kondisi pemasangan dan kondisi operasi. Kegagalan ini dapat menyebabkan

distribusi fluida terhambat bahkan berhenti sehingga tidak dapat melakukan

proses selanjutnya, bahkan dapat mencemari lingkungan. Sebagai contoh, banyak

ekosistem yang rusak karena tercemar tumpahan minyak baik di darat maupun di

lautan. Oleh karena itu, sistem perpipaan juga harus dirancang seoptimal mungkin

sehingga menjadi aman.

Kegagalan-kegagalan tersebut biasanya terjadi karena beban tegangan yang

dialami oleh pipa terlalu besar, sehingga batas ketahanan material pipa terlampaui.


8/14

Dalam kondisi umum, beban yang bekerja pada pipa terdiri dari beban sustain,

beban occasional, dan beban ekspansi termal. Bebansustain terdiri dari berat pipa

beserta komponennya dan tekanan internal. Beban occasionaldapat diakibatkan

karena adanya faktor angin, gempa, maupun gerak inersia.

Beban ekspansi termal adalah beban yang timbul sebagai akibat adanya ekspansi

termal pada sistem perpipaan. Beban ekspansi termal disebabkan oleh

pembatasan gerak oleh tumpuan saat pipa mengalami ekspansi, perbedaan

temperatur yang besar dan sangat cepat dalam dinding pipa sehingga mampu

menimbulkan tegangan, dan perbedaan koefisien ekspansi pipa yang tersusun dari

dua atau lebih material logam yang berbeda.

Piping Stress analysis adalah suatu cara perhitungan tegangan (stress) pada pipa

yang diakibatkan oleh beban statis dan beban dinamis yang merupakan efek

resultan dari gaya gravitasi, perubahaan temperatur, tekanan di dalam dan di luar

pipa, perubahan jumlah debit fluida yang mengalir di dalam pipa dan pengaruh

gaya seismic. Proses piping dan power piping adalah contoh sistem perpipaan

yang membutuhkan analisa perhitungan piping stress nya yang dilakukan

tentunya oleh pipe stress engineer untuk memastikan rute pipa, beban pada

nozzle, dan tumpuan pipa telah dipilih dan diletakkan tepat pada tempatnya

sehingga tegangan yang terjadi tidak melebihi limitasi besaran maksimal tegangan

yang diatur oleh ASME atau peraturan lainnya (codes/standard) dan peraturan

pemerintah (government regulations).


9/14

Salah satu komponen penyambungan dalam perpipaan adalah elbow. Elbow

berfungsi untuk merubah arah aliran fluida di dalam pipa. Namun, elbow lebih

sulit untuk dianalisa karena permukaannya menjadi oval di bawah pembebanan

momen bending. Hal ini menjadi alasan elbow memiliki fleksibilitas yang lebih

besar dibanding pipa lurus yang sepadan. Lebihnya fleksibilitas ini juga

mengakibatkan elbow berfungsi sebagai penyerap ekspansi thermal. Dengan

berbagai karakteristik yang dimilikinya tersebut, elbow menjadi komponen yang

sangat penting didalam sistem perpipaan dan memerlukan berbagai pertimbangan

dalam proses perancangannya.

Analisis tegangan pada sistem perpipaan dilakukan dengan maksud untuk

menjamin keamanan operasi sistem perpipaan dengan verifikasi integritas struktur

yang mendapat berbagai kondisi pembebanan. Selain itu, analisis tegangan juga

bertanggungjawab pada penentuan beban-beban tumpuan pipa sehingga sistem

perpipaan dapat ditumpu dengan baik.

Tumpuan pipa dipasang sepanjang sistem perpipaan untuk menahan beban

sustain dan beban occasional. Namun apabila kenaikan temperatur terjadi pada

sistem perpipaan saat kondisi operasi, maka pipa akan mengalami ekspansi

sehingga menimbulkan tegangan yang tinggi pada daerah fitting maupun pada

titik dimana pipa ditumpu dengan jenis tumpuan yang bersifat rigid. Pada kondisi

ini, sebaiknya dilakukan perancangan letak dan jenis tumpuan pada sistem

perpipaan untuk mendapatkan analisis tegangan yang optimum pada kondisi

operasi.


10/14

Dalam membuat dan meletakkan posisi tumpuan pipa yang sesuai harus dengan

analisis tegangan. Pemakaian anchorbertujuan untuk untuk menahan gaya aksial

pipeline akibat tegangan dan displacement disepanjang pipeline. Anchor pada

prinsipnya membuat pipa tidak bergerak, melawan pergerakan akibat ekspansi

termal sehingga pipa dalam kondisi tertahan penuh. Penentuan posisi anchor

dalam suatu jaringan pipa sangat berpengaruh terhadap tegangan sepanjang

jaringan pipa. Untuk menentukan letak posisi anchoryang baik maka diperlukan

analisis tegangan khususnya pada sambungan pipa elbow.

Perancangan awal (preliminary design) merupakan salah satu tahap analisa dalam

proses perancangan mesin atau struktur yang berguna untuk mengetahui atau

memprediksi unjuk kerja maupun kegagalan dari sistem yang akan dirancang,

dalam hal ini ialah pipa. Analisa tersebut dapat dilakukan dengan metode elemen

hingga (Finite Elemen Analysis, FEA). FEA adalah sebuah prosedur perhitungan

yang dapat digunakan untuk memperoleh solusi pada permasalahan steady,

transient, linear atau nonlinear dalam stress analysis, heat transfer,

electromagnetism danfluid flow. (Moaveni, S., 2003)

Untuk menganalisis pengaruh letak anchor terhadap tegangan maksimum pada

pipa elbow dapat dilakukan dengan perhitungan berdasarkan pada metode elemen

hingga. Untuk itu dirasa perlu untuk melakukan pemodelan untuk mengetahui

pengaruh letak anchor terhadap tegangan maksimum pada sambungan pipa elbow.

Oleh karena itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian ini dalam bentuk


11/14

menampilkan simulasi dengan metode elemen hingga (finite element methods)

dengan harapan dapat dilakukan antisipasi kegagalan struktur melalui

perencanaan yang optimal.

B. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian tugas akhir ini adalah untuk

mengetahui pengaruh letak anchor terhadap tegangan maksimum pada pipa

elbow.

C. Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil yang lebih terarah, maka pada penelitian ini diberikan

batasan masalah, sebagai berikut:

1. Penelitian

dilakukan dengan menggunakan software ANSYS yang berbasis metode

elemen hingga (finite element method).

2. Dimensi

model dibuat berdasarkan kode ASME B31.3

3. Material

yang digunakan adalah isotropik dan homogen.


12/14

4. Nominal

pipe size (NPS) yang digunakan adalah 18 in.

5. Jari-jari

penampang pipa yang dipakai adalah 8,8125 in (223,8375 mm).

6. Perbandinga

n jari-jari elbow (R/r) = 3.

7. Pipa

dianggap tipis (t/r< 0,1).

8. Menggunaka

n simulasi anchor, pada ujung kedua pipa silinder semua node diberi fully-

fixed.

9. Beban yang

diberikan adalah beban termal.

10. Tipe elemen

yang digunakan pada penelitian ini adalah SHELL93.

D. Sistematika Penulisan

Bab I Pendahuluan, terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan

sistematika penulisan. Bab II Tinjauan Pustaka, berisikan tentang teori dan


13/14

parameter-parameter yang berhubungan dengan penelitian. Bab III Metode

Penelitian, berisikan tentang pemodelan dan tata kerja analisis elemen hingga.

Bab IV Hasil dan Pembahasan, berisikan data-data yang didapat dari hasil

penelitian dan pembahasannya. Bab V Simpulan dan Saran, berisikan tentang

simpulan yang dapat ditarik serta saran-saran yang ingin disampaikan dari

penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

ANSYS, Inc., 2007 Release 11 Documentation for ANSYS. Swanson Analysis

System, Inc.

ASME B31.3-2006., 2006, Process Piping Code,The AmericanSociety of Mechanical Engineers.


14/14

Chandrupatla,T.R., Belegundu, A., 1997,Introduction to Finite Element in

Engineering2ndEdition. Prentice Hall. New Jersey.

Cook, R. D., 1995,Finite Element Modeling for Stress Analysis, John Wiley &

Sons,Inc. Canada.

Kanappan, S., 1986,Introduction to Pipe Stress Analysis, John Willey &

Sons Inc.

Lubis, A., Jamiatul, A., March 2006,Nonlinier Analisis of Preburized Piping

Elbow Subjected to out-of-plane bending, International Journal of Key

Engineering Material, Vol.306-308.

Moaveni, S., 2003,Finite Element Method,Theory and Application with ANSYS,Prentice Hall. New Jersey.

Mohinder L. Nayyar., 2000,Piping Handbook, seventh edition, Mcgraw-Hill Inc,

New York.

Parisher, R. A., Rhea, R. A., 2002, Pipe Drafting and Design 2nd Edition. Gulf

Professional Publishing. Boston.

Popov, E. P., 1996, Mechanics of Material, Penerbit Erlangga.

Smith, P. R., Van Laan, T. J., 1987,Piping and Pipe Support Systems, McGraw-

Hill Inc, USA.

60259855 analisis pengaruh letak anchor terhadap tegangan maksimum pada pipa elbow

Documents