analisa statik dan dinamik sistem perpipaan

BAB I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang banyak

memerlukan pembangunan demi kemajuannya. Tak bisa dipungkiri bahwa

dalam pembangunan, biasanya diikuti dengan berkembangnya sektor-sektor

lain, salah satunya ialah sektor industri.

Perkembangan perindustrian di Indonesia itu sendiri dimulai pada zaman

penjajahan oleh kolonial belanda (VOC) disekitar tahun 1870-an lewat industri

pengeboran minyak, dan terus berkembang sehingga mengakibatkan

banyaknya dibangun pabrik-pabrik. Suatu pabrik biasanya terdiri dari

peralatan-peralatan yang dihubungkan sehingga membentuk suatu sistem yang

berfungsi untuk memproduksi suatu produk. Salah satu peralatan yang

mendukung kegiatan produksi tersebut ialah pipa. Dimana pipa digunakan

sebagai sarana transportasi fluida. Suatu perindustrian dan perpipaan biasanya

satu kesatuan yang tidak bisa dipisahkan.

Sebuah sistem perpipaan merupakan suatu interkoneksi dari pipa-pipa,

termasuk di dalamnya komponen-komponen dan peralatan-peralatan instalasi.

Sistem perpipaan merupakan sarana yang sangat penting dan paling sering

digunakan dalam setiap kasus pemindahan fluida, hal ini dikarenakan bila

terjadi kesalahan dalam rancangan sistem perpipaan dan tidak sesuai dengan

kode standard yang ditetapkan dan gangguan-gangguan dari luar pipa, dapat

I-1

I-2 BAB I Pendahuluan

membahayakan jiwa manusia. Kenyataannya banyak kecelakaan fatal sering

terjadi, baik itu ledakan, kebakaran dan lebih jauh dari itu, dapat menimbulkan

kerugian bagi perusahaan atas investasi instalasi perpipaan tersebut.

Dari beberapa uraian di atas, penulis tertarik untuk memilih jenis skripsi

dibidang perpipaan dengan judul Analisa Statik dan Dinamik Sistem

Perpipaan Unit Penyulingan Minyak Mentah Dari Cooler 4-1 Ke Pompa 33

Dengan Menggunakan Program Caesar II Versi 5.10.

B. Batasan Masalah

Keamanan dan kelancaran suatu sistem perpipaan merupakan salah satu

kunci keberhasilan suatu industri atau pabrik dalam melaksanakan fungsinya.

Dimana perpipaan merupakan sarana atau alat transportasi fluida pada suatu

industri, seperti industri perminyakan, industri pembangkit tenaga, sistem

pendingin, sistem pengairan, dan sistem-sistem lainnya.

PT.Pertamina RU III merupakan salah satu unit proses operasi produksi

yaitu pengolahan yang terdapat di Sumatera Selatan. Kilang Pertamina RU III

meliputi (Kilang BBM dan Non BBM atau Petrokimia di Plaju) dan (Kilang

BBM di Sungai Gerong).

Pada penulisan tugas akhir ini, penulis melakukan analisa statik dan

dinamik sistem perpipaan yang ada pada Crude Distillation Unit (CDU) V

yang terdapat pada kilang Pertamina RU III Plaju yaitu sistem perpipaan dari

cooler 4-1 ke suction pompa 33, dengan kerosin atau minyak tanah sebagai

fluida yang dialirkan dan telah diatur pada kode standard ASME/ANSI B31.3.

Untuk itu, pembatasan masalah yang dilakukan hanya sebatas analisa


statik dan dinamik sistem perpipaan. Analisa tersebut dilakukan dengan

menggunakan perangkat lunak Caesar II versi 5.10.

C. Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan skripsi tentang analisa statik dan dinamik pada

sistem perpipaan ini adalah sebagai berikut :

1. Menentukan parameter-parameter fisik yang dapat digunakan untuk

menganalisa perilaku suatu sistem perpipaan seperti : gaya dan momen,

perpindahan, reaksi tumpuan, tegangan dan regangan, getaran, dan lain-lain,

agar tetap masuk dalam nilai batas yang diizinkan berdasarkan kode

standard desain pipa yang dipakai.

2. Menggunakan Program Caesar II versi 5.10 dalam menganalisa perilaku

statik dan dinamik suatu sistem perpipaan.

D. Metodologi Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini terdiri

dari tiga tahap, yaitu :

1. Studi Literatur

Yaitu mengumpulkan berbagai informasi dari berbagai buku teks,

makalah-makalah teknik, dan sumber bacaan lainnya yang berhubungan

dengan judul tugas akhir yang ditulis, yang berguna sebagai referensi dan

dapat menambah pengetahuan.

2. Studi Lapangan

Yaitu dilakukan dengan mengumpulkan data-data yang diperlukan

dan melihat langsung kondisi suatu sistem perpipaan di lapangan.


3. Metode Diskusi

Penulis melakukan diskusi terutama dengan dosen pembimbing

skripsi dan juga teman-teman sesama mahasiswa, untuk bertukar pikiran

dan menemukan jalan keluar dari masalah yang penulis temukan saat

mengerjakan skripsi ini.

E. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan penulisan, maka perlu dibuat sistematika penulisan.

Sistematika ini juga dapat digunakan sebagai acuan dalam penulisan dan untuk

mempersingkat waktu pembacaan, karena berisi penjelasan dari setiap bab

secara garis besarnya.

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang, maksud dan tujuan penulisan,

batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisi tentang teori dasar yang berhubungan dengan

analisis sistem perpipaan secara umum.

BAB III ANALISA PERHITUNGAN FLEKSIBILITAS

Bab ini berisi tentang perhitungan konstruksi sistem pipa yang

dilakukan pada sistem perpipaan dari cooler 4-1 ke suction pompa

33 di Crude Distillation Unit (CDU) V Pertamina RU III Plaju,

dengan menggunakan Program Caesar II versi 5.10.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang pembahasan hasil analisis konstruksi sistem


pipa yang terjadi dengan menggunakan Program Caesar II versi

5.10.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari pembahasan dan saran-saran

mengenai penyelesaian permasalahan yang ada.

BAB II Landasan Teori

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Pengenalan Pipa

Pipa merupakan suatu peralatan berbentuk silinder yang digunakan

untuk menghantar fluida atau meneruskan tekanan fluida baik berupa gas,

cairan, endapan dan partikel halus lainnya. Pipa dapat terbuat dari bahan-bahan

seperti logam, plastik, beton, fiberglass dan bahan lainnya.

II-1

Gambar 1. Sepotong Pipa Sederhana. (Grinnell, 1981)

Semakin kompleks suatu pabrik berdampak pada semakin rumitnya

sistem perpipaan yang ada, sehingga untuk merancang suatu sistem perpipaan

perlu diperhitungkan dengan matang berdasarkan klasifikasi, spesifikasi dan

standarisasi yang terdaftar dalam bentuk kode dan simbol yang telah umum

dipakai secara internasional, sehingga fluida dapat mengalir tanpa masalah di

sepanjang jalur pipa yang ada.

Untuk melayani jenis-jenis penggunaan dari pipa, maka pipa-pipa telah

dibedakan menjadi beberapa jenis. Berikut hanya beberapa klasifikasi dari

keseluruhan klasifikasi pipa, antara lain :

II-2 BAB II Landasan Teori

1. Berdasarkan jenis fluida yang dialirkan.

• Pipa air

• Pipa minyak

• Pipa gas

• Pipa uap

• Pipa udara

• Pipa lumpur

• Pipa drainage

• dan sebagainya

2. Berdasarkan bahan pembuatnya.

• Pipa logam

• Pipa non logam

3. Berdasarkan jenis instalasinya.

• Pipa proses

• Pipa service

• Pipa utilitas

• Pipa kelautan (marine piping)

• Pipa transportasi

• Pipa sipil

• Plumbing

Setiap jenis pipa hendaknya dipergunakan juga sesuai dengan

spesifikasinya. Demikian pula setiap kondisi kebutuhan pengaliran fluida

tertentu hendaknya dipilih spesifikasi pipa dan peralatan instalasinya yang

tepat karena keberhasilan instalasi banyak ditentukan oleh kesempurnaan

spesifikasi ini. Berikut spesifikasi pipa menurut diameter dan tebal pipa :

1. Diameter pipa ditunjukkan dalam ukuran nominalnya (Nominal Pipe Size,

NPS). NPS tidak mencerminkan diameter luar maupun diameter dalam

suatu pipa. Khusus untuk pipa 14 NPS dan lebih besar, diameter luar sama

dengan diameter nominalnya.

2. Ketebalan pipa dinyatakan dengan Schedule Number. Pipa dengan berbagai

ukuran dibuat berdasarkan ketebalan dindingnya untuk tiap ukuran. Untuk

itu, beberapa sumber ketentuan dapat kita ikuti. Di Amerika, ada tiga


sumber ukuran yang berbeda dapat kita jumpai, yaitu :

• American National Standard Institute, dengan ukuran berdasarkan

“schedule”. Seperti : schedule 5, schedule 10, schedule 20, dan lain-lain.

• American Society of Mechanical Engineers (ASME) dan American Society

for Testing Materials (ASTM), dengan ukuran : Standard (STD), extra

strong (XS) dan double extra strong (XXS).

• American Petrolium Institute (API), dengan ukuran standard 5L dan 5 LX.

Ukuran-ukuran ini tidak mempunyai acuan untuk ukuran-ukuran individu

dan ketebalan dinding.

Pada suatu proyek perancangan sebuah pabrik, sistem perpipaan

mengambil bagian pekerjaan hingga 40% dari total keseluruhan bidang proyek

perancangan. Dimana analisa tegangan atau analisa fleksibilitas merupakan

bagian yang paling bertanggung jawab atas desain dan pelaksanaan sistem

perpipaan.

Dalam pemecahan masalah sistem perpipaan dalam industri dan praktisi

telah dikenal beberapa metode pemecahan yang diyakini dapat dijadikan dasar

dalam pemecahan masalah sistem perpipaan. Berikut beberapa metode yang

sering digunakan dalam pemecahan masalah tersebut :

a. ITT Grinell

b. M.W kellog

c. Digital computer solution seperti Caesar II, SAP 2000 dan lain-lain.

Metode yang digunakan diatas pada dasarnya ialah untuk mencari

tegangan yang terjadi pada pipa, dan membandingkan dengan nilai tegangan


izin dari suatu bahan. Sehingga pipa dapat dikategorikan aman jika tegangan

tersebut lebih kecil dari pada tegangan izin bahannya.

B. Tegangan-tegangan Yang Terjadi Pada Pipa

Suatu gaya yang dikenakan pada suatu sistem perpipaan dapat

mengakibatkan terjadinya beberapa tegangan pada suatu sistem perpipaan.

Dimana tegangan didefinisikan sebagai suatu gaya yang dikenakan pada suatu

luas permukaan. Tegangan juga digunakan sebagai suatu besaran mekanik

yang menyatakan suatu tahanan terhadap gaya-gaya luar pada suatu material.

Tegangan-tegangan yang terjadi pada pipa dibagi menjadi beberapa jenis

berdasarkan arahnya yang sesuai dengan arah sistem koordinat yang ada.

Tegangan akan bernilai positif jika yang bekerja ialah tegangan tarik dan

bernilai negatif jika yang bekerja ialah tegangan tekan.

Berikut gambar sebuah pipa dan suatu elemen tiga dimensi yang diambil

dari pipa yang digunakan untuk memudahkan kita menentukan jenis tegangan

yang terjadi.

Gambar 2. Sebuah Pipa dan Elemen Tiga Dimensinya (Haldi Bina, 2009)

Dimana :

SL : Tegangan longitudinal

SC : Tegangan circumferensial atau tegangan keliling


SR : Tegangan radial

ST : Tegangan torsi atau geser

Di : Diameter dalam pipa

Do : Diameter luar pipa

Tegangan pada pipa dapat diuraikan berdasarkan arahnya yang sesuai

dengan arah sistem koordinat yang ada adalah sebagai berikut :

B.1. Tegangan Longitudinal (SL)

Tegangan longitudinal merupakan tegangan yang terjadi di

sepanjang sumbu longitudinal atau aksial sebuah pipa. Berdasarkan gaya

penyebabnya, tegangan longitudinal dibagi menjadi tiga, yaitu :

a. Tegangan Aksial, yang terjadi akibat gaya dalam aksial.

Gambar 3. Tegangan Aksial (Literatur 1)

Sax = ………………………..……………...……… (Lit. 1, hal 1-8)

Dimana :

Sax : Tegangan akibat gaya dalam aksial (Psi)

Fax : Gaya dalam aksial (lb)

Am : Luas penampang material pipa = π(do2 – di

2)/4 = πdmt (in2)

dm : diameter rata-rata pipa = (in)

do : diameter luar pipa (in)

di : diameter dalam pipa (in)


b. Tegangan longitudinal yang terjadi karena tekanan dalam.

Sp = P ……………………….…………...……….. (Lit. 1, hal 1-9)

Dimana :

S egangan akibat tekanan dalam pipa (Psi) p : T

P : Tekanan dalam pipa (pressure gauge), (Psi)

(in2) : Luas penampang dalam pipa = Am : Luas penampang material pipa = (in2)

t : Tebal pipa (in)

Jadi, tegangan longitudinal karena tekanan dalam pipa adalah

Sp =

Untuk sederhananya, rumus dapat ditulis :

Sp =

Gambar 4. Tegangan Akibat Tekanan Dalam Pipa (Haldi Bina, 2009)

c. Tegangan lentur yang terjadi akibat ekspansi thermal.

Sb = …………………………….…………...……. (Lit. 1, hal 1-10)

Dimana :

Mb : Momen lentur (lb-in)

c : Jarak dari sumbu netral ke titik yang diperhatikan (in)

I : Momen inersia pipa


= (in4)

Tegangan lentur bernilai nol pada sumbu netral pipa dan memiliki

harga maksimum di luar penampang pipa, maka tegangan lentur

maksimum, nilai c = ro :

tegangan tekan maksimum tegangan tekan maksimum

nol tegangan lentur tegangan tarik maksimum tegangan tarik maksimum

Gambar 5. Distribusi Momen Lentur (Literatur 1)

Untuk pipa lurus :

Sb = = ………………...…..……………….... (Lit. 1, hal 1-10)

Untuk pipa lengkung :

Sb = . …………..……...…………………. (Lit. 2, hal 1-10)

Dimana :

Sb : Tegangan lentur (Psi)

Ro : Radius luar pipa (in)

: Faktor intensitas tegangan

Z : Modulus penampang pipa = (in3)

Mb : Momen lentur (lb-in)

Maka tegangan longitudinal secara keseluruhan adalah :

SL = + + ……………….…….………. (Lit. 1, hal 1-10)

B.2. Tegangan Sirkumferensial (SH) atau Tegangan Keliling


Tegangan ini disebabkan oleh tekanan dalam pipa, dan bernilai

positif jika tegangan cenderung membelah pipa menjadi dua. Besar

tegangan ini menurut persamaan Lame adalah :

SH = …………………..……...………..….. (Lit. 1, hal 1-10)

Dimana :

: Radius luar pipa (in)

:

r : jarak radius ke titik yang sedang diperhatikan (in)

Radius dalam pipa (in)

Untuk pipa yang tipis dapat dilakukan penyederhanaan rumus

tegangan keliling dengan mengasumsikan gaya akibat tekanan dalam yang

bekerja sepanjang pipa, yaitu : F = , ditahan oleh dinding pipa seluas

Am = , sehingga rumus untuk tegangan keliling dapat ditulis sebagai

berikut :

SH = = atau SH = …………….…...…….... (Lit. 1, hal 1-11)

Tegangan circumferensial dapat dilihat pada ( Gambar 6 ) :

Gambar 6. Tegangan Circumferensial (Literatur 1)

B.3. Tegangan Radial (SR)


Tegangan radial ini berupa tegangan yang searah jari-jari, menuju ke

pusat jari-jari atau keluar pusat jari-jari, tegangan yang dihasilkan adalah :

SR = ……………..………………...…..…… (Lit. 1, hal 1-11)

Karena jika r = ro maka SR = 0 dan jika r = ri maka SR = -P yang

artinya tegangan ini nol pada titik dimana tegangan lendutan maksimum,

biasanya tegangan ini diabaikan.

B.4. Tegangan geser (τ)

Tegangan geser adalah tegangan yang arahnya paralel dengan

penampang permukaan pipa, terjadi jika dua atau lebih tegangan normal

yang diuraikan di atas bekerja pada satu titik. Tegangan geser pada sistem

pipa antara lain akibat gaya dari tumpuan pipa (pipe support)

dikombinasikan dengan gaya lentur. Berdasarkan gaya yang terjadi,

tegangan geser dibagi menjadi dua, yaitu :

a. Tegangan geser yang terjadi karena adanya gaya geser langsung.

τmax = …………………………...………….…… (Lit. 1, hal 1-12)

Dimana :

τmax : Tegangan geser maksimum (Psi)

V : Gaya geser (lb)

Q : Faktor bentuk tegangan geser : 1,33 untuk silinder solid

Tegangan ini maksimum di sumbu netral (di sumbu simetri pipa)

dan nol pada titik dimana tegangan lentur maksimum (pada permukaan

luar dinding pipa). Besarnya tegangan ini biasanya sangat kecil, maka


tegangan ini diabaikan. Tegangan akibat gaya geser dapat dilihat pada

gambar berikut :

Gambar 7. Tegangan Akibat Gaya Geser (Haldi Bina, 2009)

b. Tegangan geser yang terjadi akibat ekspansi termal

Tegangan ini hanya terjadi pada sistem konstruksi pipa bidang

jamak (multi-plane pipe construction system), yang besarnya :

……………..………………….....…….. (Lit. 1, hal 1-13)

Dimana :

MT : Momen torsi (lb-in)

c : Jarak dari pusat torsional (in)

R : Resistansi torsional (in4) = 2 I

Gambar 8. Tegangan Akibat Momen Puntir (Haldi Bina, 2009)

Tegangan torsi maksimum terjadi pada jari-jari luar pipa, maka :

…………………………….…. (Lit. 1, hal 1-13)

Dim a : an ro : Jari-jari terluar pipa (in)

MT : Momen torsi (lb-in)


Z : Modulus penampang pipa (in3)

C. Kode Standard Untuk Sistem Perpipaan

Kode standard untuk sistem perpipaan yang pada saat ini sering dipakai

dari komite B31 adalah :

▪ ASME / ANSI B31.1 – 1992, untuk sistem perpipaan di industri

pembangkit listrik.

▪ ASME / ANSI B31.2 – 1968, untuk sistem perpipaan minyak dan gas.

▪ ASME / ANSI B31.3 – 1993, untuk sistem perpipaan di industri perpipaan

dan pengolahan minyak.

▪ ASME / ANSI B31.4 – 1992, untuk pipa transport minyak dan zat cair

lainnya.

▪ ASME / ANSI B31.5 – 1992, untuk sistem perpipaan dingin.

▪ ASME / ANSI B31.8, untuk sistem perpipaan transport gas.

▪ ASME / ANSI B31.9 – 1988, untuk sistem perpipaan biasa.

Selain ASME Code B31 ada beberapa kode standard pipa yang lain baik

dari Amerika maupun dari Negara lain seperti :

▪ ASME Boiler and Pressure Vessel, Section III, subsection NB, NC, ND,

untuk sistem perpipaan di industri pembangkit listrik tenaga nuklir.

▪ API kode seri untuk industri dibidang migas.

▪ Stoomwezen dari Belanda.

▪ SNCT kode Perancis untuk petrokimia.

▪ Canadian Z662 dari Kanada.

▪ BS7159 dari Inggris.


▪ Norwegian dan DNV dari Norwegia.

Pada industri perminyakan kode standard yang sering dipakai adalah

ASME B31.3. Dasar penggunaan kode standard ini adalah karena ASME

B31.3 memuat persyaratan untuk material, perancangan, fabrikasi, perakitan,

pembangunan, pemeriksaan, inspeksi dan pengujian sistem perpipaan. Kode ini

berlaku untuk semua fluida, antara lain :

▪ Bahan kimia yang dapat berupa bahan baku, bahan setengah jadi maupun

bahan jadi.

▪ Produk-produk perminyakan.

▪ Gas, uap air, udara dan air.

▪ zat padat yang dijadikan cair (Fluidezed solids).

▪ Fluida dingin (Refrigerant).

D. Beban-beban Pada Sistem Perpipaan

Suatu sistem perpipaan akan mengalami beberapa kondisi pembebanan,

hingga menghasilkan suatu tegangan pada setiap kondisi pembebanan tersebut.

Kode ASME/ANSI B31.3 membagi tegangan berdasarkan beban yang terjadi

menjadi tiga macam, yaitu :

1. Tegangan karena beban tetap (Sustained load)

Tegangan longitudinal pipa disebabkan oleh bobot berat dan tekanan.

Sl = …..…… (Lit. 1, hal 1-47)

Dimana :

Sl : Tegangan longitudinal karena beban tetap (Psi)

Fax : Gaya aksial karena beban tetap (lb)


Mi : Momen lentur sebidang (in-plane) karena beban tetap (in-lb)

Mo : Momen lentur tidak sebidang (out-plane)

arena beban tetap (in-lb) k

: Besar kenaikan tegangan (SIF) in-plane dan out-plane,

dari Appendix D dari ASME/ANSI B31.3 lihat (Lampiran E)

Sh : Tegangan dasar yang diizinkan oleh material menurut

Appendix A dari ASME/ANSI B31.3 lihat (Lampiran E) 2. Tegangan karena beban ekspansi (Expansion load) Tegangan kombinasi pipa disebabkan oleh perbedaan temperatur (beban ekspansi termal).

SE = …………………..… (Lit. 1, hal 1-48) ………………………………...……… (Lit. 1, hal 1-48) Dimana : SE : Tegangan karena beban ekspansi (Psi)

Mi : Perbedaan momen lentur sebidang (in-plane) karena beban

ekspansi (in-lb)

Mo : Perbedaan momen lentur tidak sebidang (out-plane) karena beban

ekspansi (in-lb)

MT : Perbedaan momen puntir karena beban ekspansi (in-lb)

Sc : Tegangan dasar yang diizinkan oleh material menurut Appendix

A dari ASME/ANSI B31.3, pada temperatur terendah (dingin),


lihat pada (Lampiran E)

Sh : Tegangan dasar yang diizinkan oleh material menurut Appendix

A dari ASME/ANSI B31.3, pada temperatur tertinggi (panas),

lihat pada (Lampiran E) : Faktor reduksi dengan mempertimbang kan kelelahan material (beban dinamis yang berulang) SA : Tegangan yang diizinkan material (Psi) Untuk nilai dapat dilihat pada ( Tabel 1) di bawah ini :

Tabel 1. Faktor Pengurangan Tegangan

JUMLAH SIKLUS TEMPERATUR

Kurang dari 7000 1,0

7000 - 14000 0,9

14000 - 22000 0,8

22000 - 45000 0,7

45000 - 100000 0,6

100000 atau lebih 0,5

Sumber : Literatur 1

3. Tegangan karena beban tidak terduga (Occasional Load)

Tegangan kombinasi pipa ini disebabkan karena beban perpindahan

tumpuan dan anchor, misalnya akibat pengaruh pengaturan tekanan pada

katup dan water hammer, beban angin, beban gempa, dan beban tidak

terduga lainnya.

E. Analisa Tegangan Pipa Dengan Program Komputer


Berkembangnya teknologi komputer turut membantu para engineer

dalam pemecahan permasalahan analisa tegangan pada semua jenis elemen.

Dimana banyak dikembangkan program analisa tegangan yang menggunakan

pripsip Metode Elemen Hingga, salah satunya ialah program Caesar II versi

5.10.

Dalam hal sistem perpipaan, beberapa asumsi yang umum digunakan

oleh program Metode Elemen Hingga untuk analisa tegangan pipa adalah

sebagai berikut :

a. Stabilitas struktur (local buckling) diabaikan pada seluruh elemen pipa.

b. Bidang penampang pipa tetap sebelum dan sesudah deformasi.

c. Hukum Hooke berlaku diseluruh penampang pipa.

d. Gaya dan momen diasumsikan bekerja pada sumbu netral pipa.

e. Deformasi rotasi diasumsikan sangat kecil.

Salah satu bagian yang sangat penting dalam menggunakan program

Metode Elemen Hingga adalah permodelan kondisi batas, dalam hal analisa

tegangan pipa adalah tumpuan pipa (piping restraint). Sangat penting dalam

tipe tumpuan pipa adalah parameter yang berkaitan dengan derajat kebebasan

yang ditahan, kekakuan, efek tak-linear, koefisien friksi, dan lainnya.

Pemodelan tumpuan pipa harus dapat menggambarkan sebaik mungkin

keadaan fisik tumpuan yang sebenarnya. Berbagai tipe tumpuan pipa serta

pemodelan pada program Caesar II dan arah derajat kebebasan yang harus

ditahan adalah sebagai berikut, dengan sumbu vertikal pipa adalah sejajar

dengan sumbu global Y :


1. Anchor

Yaitu tumpuan dimana seluruh derajat kebebasan (X,Y,Z,RX,RY,RZ)

sepenuhnya ditahan. Anchor dapat ditemukan pada tumpuan sebagai

berikut :

a. Anchor yang sengaja dibuat, biasanya pipa dilas ke struktur atau

menggunakan kombinasi Clamp dengan baut yang dihubungkan kaku ke

struktur.

b. Anchor yang terjadi pada penetrasi ke dinding atau lantai beton.

c. Anchor yang diciptakan karena sambungan pipa ke peralatan seperti :

vessel dan pompa.

2. Restraint

Yaitu tumpuan yang kaku atau rigid dan ditahan pada satu atau lebih

derajat kebebasan dimana minimal satu derajat kebebasan tetap bebas.

Restraint dapat dibedakan sesuai dengan arah penahanannya yaitu :

a. Axial restraint

Ditahan pada arah aksial atau longitudinal pipa. Tipe restraint pada

Caesar II adalah X atau Y untuk aksial pipa, dikombinasikan dengan Z

atau X untuk arah tegak lurus mendatar pipa, dan Y dengan Gap jika

diperlukan, jenis axial restraint dapat dilihat pada gambar :


Gambar 9. Axial Restraint (Literatur 1)

b. Rod hanger

Menahan gerakan kebawah dari bobot mati pipa dimana titik

diamnya (pivot) berada diatas pipa dengan menggunakan pin, jenis Rod

Hanger dapat dilihat pada gambar :

Gambar 10. Rod Hanger (Literatur 1)

c. Sway strut

Kombinasi dua pin membebaskan tiga arah rotasi dan translasi

lateral dan aksial, Sway Strut dapat dilihat pada gambar :

Gambar 11. Sway Strut (Literatur 1)

d. Structural steel restraint

Terbuat dari struktur baja yang menahan pipa dengan rigid. Arah

penahan tergantung pada konfigurasi struktur baja, jenis Structural steel

restraint dapat dilihat pada gambar :


Gambar 12. Structural Steel Restraint (Literatur 1)

e. Penetrasi di dinding/ lantai

Dengan lugs sebagai penyangga, dua arah lateral translasi dan dua

arah rotasi ditahan, jenis penetrasi di dinding/ lantai dapat dilihat pada

gambar :

Gambar 13. Penetrasi di Dinding/ Lantai (Literatur 1)

f. Guide

Fungsinya menahan arah translasi lateral (tegak lurus dengan pipa)

dibandingkan mendatar atau di dua arah lateral, jika pipa dipasang

vertikal.

g. Slide support

Menahan arah vertikal dari bawah dimana ada friksi antar pipa atau

plat slide dengan tumpuan, Slide support dapat dilihat pada gambar :


Gambar 14. Slide Support (Literatur 1)

3. Variabel Spring Hanger Support

Yaitu tumpuan yang menahan pipa dari gerakan ke bawah dengan

kekakuan tertentu (spring) sedemikian hingga cukup untuk menahan bobot

mati dari pipa, sementara pergerakan tetap dimungkinkan untuk ekspansi

pipa panas, jenis Variabel Spring Hanger Support dapat dilihat pada

gambar :

Gambar 15. Variabel Spring Hanger Support (Literatur 1)

4. Constant Spring Hanger

Yaitu tumpuan yang menahan pipa dari gerakan ke bawah dengan

besar gaya yang tetap, sehingga cukup untuk menahan bobot mati dari pipa

sementara pergerakan tetap dimungkinkan untuk ekspansi pipa panas, lihat

pada gambar :


Gambar 16. Constant Spring Hanger (Literatur 1)

5. Snubber

Yaitu tumpuan yang dibuat khusus untuk menahan gerakan yang cepat

dan tidak punya tahanan sama sekali, untuk beban statis yang bekerja sangat

lambat, seperti : berat mati dan ekspansi termal. Snubber dapat dilihat pada

gambar :

Gambar 17. Snubber (Literatur 1)

6. Sway brace

Yaitu tumpuan dengan kekakuan tertentu, yang dihubungkan dengan

strut, bisanya digunakan untuk merubah karakteristik dinamis dari sistem

pipa untuk menghindari masalah resonansi. Untuk lebih jelas lihat gambar :


II-21

Gambar 18. Sway Brace (Literatur 1)

F. Penggunaan Metode Elemen Hingga Pada Program Caesar II Versi 5.10

Program komputer untuk menganalisa tegangan pipa bekerja dengan

prinsip Metode Elemen Hingga yang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Metode fleksibilitas (Flexibility method) dimana besaran yang dicari adalah

gaya dan momen.

2. Metode kekakuan (Stiffness method) dimana besaran yang dicari adalah

translasi dan rotasi, gaya dan momen dihitung kemudian dengan

menggunakan persamaan kekakuan setelah translasi dan rotasi yang sudah

diketahui.

Program komputer untuk analisa tegangan pipa yang tersedia sekarang

umumnya menggunakan metode kekakuan, demikian juga halnya dengan

Caesar II. Metode Elemen Hingga secara umum memakai beberapa asumsi.

Asumsi dasar yang dipakai oleh program elemen hingga untuk analisa

tegangan pipa adalah pipa dimodelkan sebagai elemen garis (Elemen 1-D)

yang bertepatan dengan sumbu simetri pipa. Elemen garis dihubungkan dengan

dua titik nodal (satu pada ujung “ from ” dan yang lainnya pada ujung “ end “).

Setiap titik nodal memiliki koordinat ruang dengan enam derajat kebebasan (3


translasi dan 3 rotasi). Pada elemen garis ini didefinisikan parameter kekakuan

yaitu sifat material dan geometri penampang pipa, yang diasumsikan konstan

sepanjang elemen.

Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam menggunakan Metode

Elemen Hingga dirumuskan sebagai berikut :

Langkah 1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi.

Amatilah benda atau struktur yangakan dianalisa, apakah satu dimensi

(contoh batang panjang), dua dimensi (plate datar) atau tiga dimensi (seperti

balok).

a. Elemen garis (1-Dimensi)

Gambar 19. Elemen garis (Juliyanto, 2010)

b. Elemen 2-Dimensi

Gambar 20. Elemen 2 dimensi (Juliyanto, 2010)

c. Elemen 3-Dimensi

Gambar 21. Elemen 3 dimensi (Juliyanto, 2010)


II-23

d. Elemen axismetri

Gambar 22. Elemen Axismetri, a. Quadritarial, b. Triangular Ring

(Juliyanto, 2010)

Bagilah/potong benda dalam bagian-bagian kecil (disebut elemen). Langkah ini

disebut sebagai langkah diskritisasi. Banyaknya potongan yang dibentuk

bergantung pada geometri dari benda yang akan dianalisa, sedangkan bentuk

elemen yang diambil bergantung pada dimensinya.

.

Gambar 23. Contoh Diskritisasi Pada Elemen Silinder (Juliyanto, 2010)

Langkah 2. Pemilihan fungsi pemindah/fungsi interpolasi.

Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linear, fungsi

kuadratik, kubik atau polinomial derajat tinggi.

Langkah 3. Mencari hubungan strain/displacement dan stress/strain.

Sebagai contoh, hubungan ini untuk kasus satu dimensi berlaku : ∊x = du/dx dan x = E ∊x Dimana :

∊x = Strain


x = Stress

E = Modulus elastisitas

u = Displacement

Langkah 4. Dapatkan matrik kekakuan dari elemen yang dibuat.

Untuk benda yang terdiri dari beberapa buah elemen, lakukan

penggabungan (assemblage) dari matrik kekakuan elemen menjadi matrik

kekakuan global yang berlaku untuk semua benda atau struktur.

a. Matrik Kekauan Lokal

Matrik kekauan local adalah matrik yang memenuhi hubungan antara

gaya yang diberikan ( F ) dengan perpindahan/ displacement yang

dihasilkan ( d ) melalui persamaan :

F = k d

Gambar 24. Elemen Batang Ekuivalen Dengan Sebuah Pegas Linear

(Juliyanto, 2010)

Sebuah batang dengan dimensi panjang lebih besar dari diameternya dapat

di umpamakan menjadi elemen garis. Pemberian nomor mempunyai metode

khusus, yakni :

k Menandakan elemen

Angka Menandakan titik nodal

Persamaan kesetimbangan gaya yang bekerja :

II-25 BAB II Landasan Teori f1x = k ( d1x – d2x )

f2x = k ( d2x – d1x )

Dalam bentuk matrik persamaan diatas ditulis sebagai :

Matrik kekakuan local

b. Matrik Kekakuan Global

Matrik kekakuan global terbentuk jika jumlah element lebih dari satu

sehingga mempunyai minimal 2 matrik local. Dapat di contohkan dalam

kasus dibawah ini .

Gambar 25. Dua Elemen Dengan 3 Node (Juliyanto, 2010)

Matrik kekakuan lokal

Untuk elemen 1 :

untuk elemen 2 :

3 1 k1

Matrik kekakuan lokal elemen 1

2 3 k2

k k2

f2

1 3 1


Matrik kekakuan lokal elemen 2

Matrik kekakuan global

Untuk menentukan matrik kekakuan global , dapat ditempuh dua

macam cara sebagai berikut :

• Assembly menggambungkan matrik- matrik elemen yang ada.

Dengan menuliskan matrik dalam urutan dari atas kebawah

dengan nomor yang membesar. Persamaan ( a ) telah memenuhi,

sedangkan persamaan ( b ) diubah menjadi :

Kemudian lakukan penggabungan ( assemblage ) dari kedua

matrik, sehingga di peroleh :

Matrik kekakuan global untuk seluruh sistem

• Persamaan kesetimbangan gaya global

Gambar 26. Kesteimbangan Gaya Global (Juliyanto, 2010)

f2

3 2


f1x = k1 ( d1x – d3x ) = k1 d1x + 0 d2x - k1 d3x

f2x = k2 ( d2x – d2x ) = 0 d1x + k2 d2x - k2 d3x

f1x = k1 ( d3x – d1x ) + k2 ( d3x - d2x )

= -k1 d1x – k2 d2x + ( k1 - d2x )

Dari ketiga persamaan terakhir ini ditulis menjadi :

Matrik kekakuan global untuk seluruh sistem

Langkah 5. Gunakan persamaan kesetimbangan { F } = [ k ] { d }

Dengan persamaan ini masukan syarat batas yang diketahui dalam soal.

Langkah 6. Selesaikan persamaan pada langkah 5, dengan menghitung harga

yang belum diketahui.

Jika perhitungan melibatkan matrik dengan ukuran yang kecil, biasanya

ditempuh cara partitioning matrik (diterangkan pada bagian selanjutnya), tetapi

jika perhitungan melibatkan matrik dengan ukuran yang besar, komputer

adalah jalan terbaik dalam mendapatkan solusinya.

Langkah 7. Hitung strain dan stress dari tiap elemen.

Langkah 8. Interpresentasikan kembali hasil-hasil perhitungan yang diperoleh.

BAB III Metodologi Penelitian

III-1

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Data-data Analisa Konstruksi

Berdasarkan survey data yang telah dilakukan di PT.PERTAMINA RU

III PLAJU/SUNGAI GERONG, diperoleh data-data utama konstruksi sistem

perpipaan, terlihat pada gambar isometrik sistem perpipaan. Data-data

konstruksi sistem pipa tersebut adalah sebagai berikut :

1. Diameter pipa : 3 inch

2. Schedule number : 80

3. Material : ASTM A-53 Grade B, Seamless

4. Temperatur kerja : 147,6 oF

5. Tekanan : 99,54 psi

6. Fluida : Kerosene

7. Long radius 90o elbow

Gambar isometrik sistem perpipaan yang dianalisa terlihat pada (Gambar 27)

berikut :

III-2


Gambar 27. Gambar Isometrik Sistem Perpipaan

B. Alat Bantu Analisa Konstruksi

Untuk analisa tegangan, pada saat ini telah tersedia program komputer

yang berguna membantu mempercepat penganalisaan sistem perpipaan seperti

program komputer Caesar II Versi 5.10.

Caesar II adalah sebuah perangkat lunak yang digunakan dalam desain

mekanik dan analisa sistem perpipaan. Penggunaannya dapat memodelkan

sistem perpipaan dengan elemen beam sederhana dan menentukan pembebanan

pada sistem. Dengan input tersebut Caesar II akan menghasilkan output data

berupa translasi, rotasi, gaya-gaya reaksi, momen dan tegangan yang terjadi di

seluruh sistem. Selanjutnya Caesar II akan membandingkan besar tegangan

yang terjadi dengan kekuatan material yang diizinkan berdasarkan kode

standard yang digunakan.

III-3


Sistem perpipaan sering mengalami pemanjangan dan pemendekan pipa

yang disebut masalah fleksibilitas pipa, yang disebabkan oleh pemanasan dan

pendinginan pipa. Pada saat sistem perpipaan mengalami pemanasan, sistem

perpipaan ini menunjukkan masalah yang unik (struktur ini mengalami

regangan, dimana harus diserap oleh pipa penyangga dan perlengkapan yang

ada). Struktur ini harus cukup kuat untuk menyangga bebannya sendiri dan

cukup fleksibel untuk menerima kenaikan termal. Translasi, rotasi, gaya-gaya,

momen dan tegangan dapat diperkirakan dalam analisa model perpipaan

dengan Caesar II, untuk membantu analisa dalam mendesain, Caesar II

menggabungkan batas-batas pada sistem dan alat yang ada. Batas-batas

tersebut ditetapkan secara khusus dalam standarisasi. Caesar II tidak terbatas

pada analisa termal pada sistem perpipaan, Ceasar II juga mempunyai

kemampuan untuk memodel dan menganalisa seluruh beban statis yang

mungkin terjadi pada sistem. Caesar II bukan hanya alat untuk membuat desain

baru tetapi juga dapat memecahkan atau mendesain ulang sistem yang ada.

Satu hal lagi Caesar II dapat menentukan penyebab kegagalan atau

mengevaluasi terputusnya kondisi operasi yang tidak terantisipasi sebelumnya,

seperti interaksi fluida atau perpindahan fluida dan juga getaran mekanis akibat

perputaran alat.

Adapun diagram alir dari Caesar II dapat dilihat pada (Gambar 28) di

bawah ini :

III-4


Gambar 28. Diagram Alir Analisis Statik Caesar II

Berikut diagram alir dari Caesar II untuk analisa dinamik tipe modal

dapat dilihat pada (Gambar 29) di bawah ini :

Modeling: Input geometri, beban,temperature, material, fluida

Check run

Pemilihan beban (operasi,sustain,ekspansi

Analisa

Output: tegangan

Numerical display

Report

Graphical display

Start

Stop

End

Tidak

Ya

III-5


Start

Gambar 29. Diagram Alir Analisa Dinamik Tipe Modal Caesar II

Analisa Statik

Start Analisa Dinamik

Pemilihan Tipe Analisis : Modal,

Harmonic, Earthquake (spectrum), Relief

Loads (spectrum), Water Hammer/Slug Flow

(spectrum). Time History.

Input Data Tipe Analisis Modal: Massa terkonsentrasi, kekakuan tumpuan, mengontrol Parameter,

Lanjutan.

Check run

Analisa (RUN)

Tidak

Output: Frekuensi Pribadi

(Natural Frequencies) Numerical display

Report

Graphical display

Stop

End

Ya

III-6


C. Penggunaan CAESAR II

Untuk memudahkan dalam memahami apa itu Caesar II dan bagaimana

penggunaannya, dari Gambar 19 dapat dianalisa tegangan yang terjadi pada

suatu desain sistem perpipaan tersebut. Dari gambar tersebut dapat diketahui

hal-hal sebagai berikut :

a. Panjang pipa

b. Diameter pipa

c. Peralatan-peralatan sistem perpipaan, seperti : valve dan elbow

d. Dengan menganggap bahwa sambungan pada pompa sebagai anchor, maka

dapat diketahui :

Jumlah dan letak penyangga yang ada

Jarak antara penyangga yang satu dengan yang lain

Jumlah dan letak anchor

e. Penandaan node atau titik-titik sebuah elemen terletak pada dua buah node

dan penomorannya menggnakan bilangan puluhan, ratusan dan sebagainya,

agar dapat menyisipkan node lain jika nanti diperlukan.

f. Jarak antar node yang satu dengan yang lain.

g. Dimensi dan arah dari setiap elemen.

Setelah data-data tersebut didapatkan, penggunaan Caesar II dapat

dimulai dengan tahap-tahap sebagai berikut :

C.1. PENENTUAN JOB NAME

Untuk identifikasi masukkan job name pada New Job Name

Specification, dan klik Piping Input Option.

III-7


C.2. MASUKKAN INPUT

Masukkan input pada MAIN MENU, maka akan didapatkan

Piping Input atau Input Spreadsheet, data-data yang digunakan terlihat

pada Input Caesar II (Lampiran B). Dengan memasukkan data-data

yang ada, akan didapat model konstruksi pipa, terlihat pada (Gambar

30) di bawah ini :

Gambar 30. Sistem Perpipaan dalam 3 Dimensi

III-8


C.3. RUNNING

Jika dalam memasukkan data tidak terjadi kesalahan, maka

model yang telah dibuat dapat di Run, untuk mendapatkan hasil

analisa Caesar II yaitu, analisa statis yang menunjukkan besarnya

translasi, rotasi, gaya-gaya, momen dan tegangan yang terjadi di setiap

titik, tegangan maksimm, overstress (jika ada). Apabila ada kesalahan

dalam memasukkan data ataupun terjadi kekurangan data maka

program Caesar II akan menampilkan Piping Error Checker. Pada

Piping Error Checker akan diperlihatkan peringatan-peringatan yang

berisi keesalahan yang terdapat pada elemen pipa yang dibuat dan

harus diperbaiki, dan apabila tidak diperbaiki maka Caesar II tidak

akan dapat dijalankan (Running).

Jika tidak ada lagi kesalahan maka dapat langsung dijalankan

baik untuk analisa statik maupun analisa dinamik.

Hasil analisa statik dapat dilihat pada output Caesar II (Lampiran C),

pada output Caesar II terdapat tiga macam jenis analisa antara lain :

1. Case 1, W+T1+P1(OPE) atau OPERATING

Hasil analisanya pada keadaan operasi, dengan data pembebanan

akibat berat, temperatur dan tekanan.

2. Case 2, W+P1(SUS) atau SUSTAINED LOAD CASE

Hasil analisanya pada keadaan beban terpasang, dengan data berat

dan tekanan.

3. Case 3, DS1-DS2 (EXP) atau EXPANSION LOAD CASE

III-9


Hasil analisanya pada keadaan ekspansi, dimana analisa datanya

adalah beda displacement.

Adapun untuk analisa dinamik, dapat dilakukan setelah kita

melakukan analisa statik. Untuk analisa dinamik, Caesar II memiliki

beberapa pilihan kasus sesuai dengan data dan analisa yang akan kita

pilih. Terdapat beberapa pilihan tipe analisa dinamik pada Caesar II

yaitu, analisa modal (Natural Frequency Analysis), analisa harmonik

(Harmonic), analisa spectrum responsis (Earthquake), analisa

spectrum gaya (Relief Loads & Water Hammer/Slug Flow), analisa

transient (Time History).

Pada penulisan tugas akhir ini penulis hanya menggunakan

analisa dinamik untuk analisa modal, yaitu analisa yang dilakukan

untuk mendapatkan frekuensi pribadi dari sistem perpipaan. Untuk

menjalankan analisa modal, ada sedikit perubahan pada input sistem

perpipaan. Berikut tampilan untuk pilihan tipe analisis pada analisa

dinamik.

Setelah kita memilih tipe analisa dinamik, yaitu untuk analisa

modal. Selanjutnya kita memasukkan data-data yang diperlukan pada

masukkan sub menu analisa modal tertsebut.

Langkah-langkah untuk analisa modal, yaitu :

• Merubah distribusi massa dari model statik (Lumped Masses)

• Menambah kekakuan model statik (Snubber)

• Mengontrol parameter analisa dinamik (Control Parameter)

III-10


• Analisa dan melihat hasil perhitungan

Setelah memasukkan data-data yang diperlukan pada masukkan pada

analisis modal maka selanjutnya dapat di running. Jika tidak terdapat

kesalahan pada masukkan maka akan didapat output berupa frekuensi

pribadi dari sistem perpipaan. Berikut tampilan keluaran hasil analisa

modal. Dari tampilan output analisis dinamik tipe modal (Lampiran C)

dapat diketahui frekuensi pribadi yang dihasilkan.

D. Cara Pengisian Input atau Input Spreadsheet

Pengisian Input dilakukan dengan mengisi Spreadsheet yang tersedia

pada Menu Input dengan cara-cara yang telah ditentukan oleh program. Untuk

memudahkan pengisian spreadsheet maka sistem perpipaan yang akan

dianalisa disiapkan dahulu gambar isometriknya. Selanjutnya pengisian

spreadsheet biasanya dilakukan dengan cara sebagai berikut, dapat dilihat pada

(Tabel 2) di bawah ini :

Tabel 2. Cara-cara Pengisian Input Spreadsheet

Sub Menu Keterangan

From

To

Diisi dengan nomor node atau titik sesuai dengan pemodelan

gambar 3 dimensi yang telah disiapkan, dengan bilangan dari

10 sampai dengan 250.

DX

DY

DZ

Jarak yang sesuai dengan arah sumbu yang disebut dari

nodal ke nodal yang bersangkutan, dengan satuan sistem

British : ft-in.

Contoh penomoran:

Gambar 31. Contoh Penomoran

III-11


Diameter Diameter diisi dengan besarnya diameter nominal pipa

dalam satuan Inchi.

Wt/Sch Bisa diisi dengan schedule pipa atau langsung diisi dengan

tebal pipa dalam satuan Inchi.

Mil Tol% Mill tolerance, akan terisi secara otomatis karena didapat

dari jenis kode pipa yang digunakan.

Seam

Welded

Insul Thk

Corrosion

Sambungan pengelasan, harga faktor korosi dan tabel isolasi,

berguna untuk analisa berdasarkan jenis kode standar yang

digunakan yaitu B31.3 dan akan terisi secara otomatis bila

diameter dan tebal pipa telah diisi.

Temp 1

Temp 2

Temp 3

Pressure1

Pressure 2

Diisi dengan temperatur dan tekanan yang terjadi selama

operasi bila analisa tegangan akan dilakukan untuk beberapa

temperatur dan tekanan, maka dapat diisikan tiga kondisi

temperatur dan tekanan yang berbeda. Temperatur dalam oF

dan tekanan dalam satuan Psi.

Bend

Rigid

Bend

Tekan bend dengan cursor bila terdapat bend pada gambar

2 dimensi yang telah disiapkan. Penomoran atau node pada

bend.

Gambar 32. Penomoran Pada Bend

Rigid

Tekan rigid dengan cursor bila terdapat rigid pada gambar 2

dimensi yang telah disiapkan. Contoh rigid : valve,flange

III-12


dan lain-lain. Penomoran atau node rigid.

Gambar 33. Gate Valve

Expansion Expansion joint

Tekan Expansion joint dengan cursor bila terdapat

Expansion joint pada gambar 2 dimensi yang telah

disiapkan.

Restraints

Restraints adalah penyangga pipa. Tekan Restraints dengan

cursor,dan akan muncul isian di samping kanan monitor,

pilih jenis Restraints yang ada pada gambar 2 dimensi yang

akan dianalisa, misalnya: Anchor.

Hanger

Tekan Hanger dengan cursor, dan akan muncul isian di

samping kanan monitor, isilah sesuai dengan data-data yang

ada.

Nozzles Tekanan Nozzles dengan kursor, dan akan muncul isian di

samping kanan monitor, istilah sesuai dengan data-data

yang ada.

Displacement

Equipment

Tekan Displacement dengan cursor, dan akan muncul isian

di samping kanan monitor, isilah sesuai data-data yang ada.

Material Diisi sesuai dengan material pipa yang bersangkutan dengan

memilih nomor dari daftar material pada daftar pustaka

CAESAR II.

III-13


Stress

Allowable

Tekan Allowable stress dengan cursor, dan akan muncul

isian di samping kanan monitor, Pilih kode yang diikuti,

misalnya ANSI B 31.3.

Elastic

Modulus(C)

Ratio

Poisson’s

Akan terisi secara otomatis bila material yang digunakan

telah diisi.

Pipe Density Akan terisi secara otomatis bila material yang digunakan

telah terisi.

Fluid Density Diisi dengan spesific gravity dari fluida yang digunakan.

Insulation

Density

Diisi dengan berat isolasi, jika sistem perpipaan

menggunakan

Isolasi.

Berikut cara pengisian Sub menu yang biasanya dilakukan untuk analisa

dinamik tipe modal, dapat dilihat pada (Tabel 3) di bawah ini :

Tabel 3. Cara-cara Pengisian Input Sub Menu Pada Analisa Dinamik Tipe Modal.

Sub Menu Keterangan

Lumped

Masses

Diisi dengan massa pipa per-elemen, dimana massa elemen

terkonsentrasi pada setiap node .

Snubbers

Diisi dengan nilai kekakuan tumpuan snubbers, jika

tumpuan snubbers rigid maka diisi dengan nilai default

value 1.0E12

Control

Parameter

Diisi dengan parameter-parameter yang berhubungan

dengan analisa dinamik.

Advanced Pengaturan lanjutan untuk menganalisa dinamik.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Program CAESAR II adalah program komputer untuk perhitungan analisis

tegangan yang mampu mengakomodasi kebutuhan perhitungan analisis tegangan

dalam desain mechanical dan sistem perpipaan. Program Caesar II dapat membuat

permodelan sistem perpipaan dengan menggunakan elemen beam sederhana

kemudian menentukan kondisi pembebanan sesuai dengan kondisi yang

dikehendaki. Selanjutnya dengan memberikan atau mengisi inputan tersebut,

Caesar II mampu melakukan perhitungan atau analisis yang kita inginkan sesuai

dengan permasalahan yang kita simulasikan, yaitu sebagai berikut : Statik,

Dinamik, SIFs dan lain-lain. Beberapa aplikasi Caesar II, antara lain :

- Merancang sistem perpipaan baru ( Mechanical Design ).

- Penentuan jenis dan struktur tumpuan.

- Evaluasi, troubleshooting, mendesain ulang instalasi pipa yang sudah ada.

- Analisa kegagalan instalasi perpipaan.

- Analisa getaran pada instalasi perpipaan.

A. Analisa Statik

Metode Analisa Statik adalah memperhitungkan beban statik, yang akan

menimpa pipa secara perlahan sehingga dengan demikian sistem perpipaan

memiliki cukup waktu untuk menerima, bereaksi dan mendistribusikan beban

tersebut keseluruh bagian pipa, hingga tercapainya keseimbangan.

IV-1

IV-2 BAB IV Hasil dan Pembahasan

Ada berbagai macam jenis pembebanan (load case) yang dapat kita

gunakan dalam analisa statik pada Caesar II. Load case ini akan

mendefinisikan pembebanan yang terjadi pada pipa, baik beban akibat berat

pipa itu sendiri ataupun beban akibat faktor yang lain.

Berikut load case yang dihasilkan setelah memasukkan semua data pada

Piping Spreadsheet. Caesar II akan melakukan analisa statik dan hasilnya akan

menunjukkan hal-hal sebagai berikut :

1. Case 1, W+T1+P1(OPE) atau OPERATING

Hasil analisanya pada keadaan operasi, dengan data pembebanan akibat

berat, temperatur dan tekanan.

2. Case 2, W+P1(SUS) atau SUSTAINED LOAD CASE

Hasil analisanya pada keadaan beban terpasang, dengan data berat dan

tekanan.

3. Case 3, DS1-DS2 (EXP) atau EXPANSION LOAD CASE

Hasil analisanya pada keadaan ekspansi, dimana analisa datanya adalah

beda displacement.

Kesimpulan dari masing-masing kasus pembebanan mengenai tegangan

terbesar terdiri dari :

- Code Stress

- Stress

- Bending Stress

- Torsional Stress

- Axial Stress

- 3D Max Intensity


A. 1. Case 1, W+T1+P1(OPE) atau OPERATING

Analisa perhitungan konstruksi ini, diutamakan pada analisa akibat

fleksibilitas pipa yang disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan pipa,

jadi analisa yang dihitung adalah analisa pada keadaan operasi dengan

data pembebanan akibat berat, temperatur dan tekanan atau juga dibatasi

pada pengaruh termal akibat temperatur fluida, yaitu Case 1,

W+T1+P1(OPE). Pengaruh ini dapat menyebabkan terjadinya translasi,

rotasi, gaya, momen dan tegangan pada sistem perpipaan tersebut. Untuk

lengkapnya dapat dilihat pada tabel-tabel dibawah ini :

Tabel 4. Translasi dan Rotasi pada masing-masing node

NODE

Translasi Rotasi DX in. DY in. DZ in. RX deg. RY deg. RZ deg.

10 -0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 -0.000020 0.0859 -0.0000 0.0055 0.0123 -0.0041 -0.009230 0.1718 -0.0000 0.0293 0.0247 -0.0119 0.037038 0.1887 0.0181 0.0371 0.0271 -0.0138 0.025639 0.1899 0.0188 0.0385 0.0276 -0.0144 0.024440 0.1898 0.0178 0.0404 0.0282 -0.0151 0.023850 0.1801 -0.0000 0.0573 0.0319 -0.0167 0.019460 0.1319 -0.0000 0.1336 -0.0002 -0.0162 -0.000270 0.1029 -0.0000 0.2100 -0.0309 -0.0027 -0.019878 0.1027 0.0173 0.2269 -0.0282 0.0020 -0.024279 0.1035 0.0184 0.2284 -0.0283 0.0036 -0.024780 0.1051 0.0176 0.2288 -0.0283 0.0052 -0.025690 0.1220 -0.0000 0.2241 -0.0298 0.0102 -0.0349100 0.2079 -0.0000 0.1553 -0.0374 0.0336 -0.0043110 0.2938 -0.0000 0.0197 -0.0449 0.0535 0.0524118 0.3107 0.0306 -0.0139 -0.0464 0.0570 0.0494119 0.3110 0.0322 -0.0178 -0.0467 0.0580 0.0489120 0.3083 0.0308 -0.0206 -0.0473 0.0591 0.0485130 0.2714 -0.0000 -0.0375 -0.0572 0.0621 0.0461140 0.0437 -0.0000 -0.1330 0.0083 0.0671 0.0321150 -0.1667 -0.0000 -0.2285 0.0240 0.0520 0.0181158 -0.1969 0.0055 -0.2454 -0.0021 0.0472 0.0156159 -0.2001 0.0048 -0.2459 -0.0066 0.0456 0.0163


NODE

Translasi Rotasi DX in. DY in. DZ in. RX deg. RY deg. RZ deg.

160 -0.2027 0.0037 -0.2440 -0.0090 0.0439 0.0164168 -0.2365 -0.0160 -0.1967 -0.0491 0.0339 0.0265169 -0.2373 -0.0184 -0.1937 -0.0514 0.0334 0.0359170 -0.2357 -0.0208 -0.1900 -0.0555 0.0335 0.0463180 -0.1974 -0.0377 -0.1515 -0.0711 0.0272 0.0797190 -0.1863 -0.0415 -0.1415 -0.0711 0.0272 0.0798200 -0.1182 -0.0605 -0.0865 -0.0890 0.0201 0.1184210 -0.1017 -0.0644 -0.0741 -0.0890 0.0201 0.1185218 -0.0189 -0.0811 -0.0151 -0.1050 0.0138 0.1536219 -0.0095 -0.0789 -0.0094 -0.1098 0.0120 0.1636220 -0.0041 -0.0703 -0.0075 -0.1127 0.0097 0.1672228 0.0011 -0.0397 -0.0092 -0.1191 0.0082 0.1520229 0.0028 -0.0293 -0.0089 -0.1142 0.0066 0.1215230 0.0038 -0.0206 -0.0075 -0.1037 0.0051 0.0995238 0.0046 -0.0025 -0.0024 -0.0816 0.0036 0.0457239 0.0041 0.0004 -0.0007 -0.0511 0.0022 0.0323240 0.0026 0.0003 -0.0000 -0.0320 0.0007 0.0107250 0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0000 0.0000 0.0000

Translasi terbesar terjadi pada sumbu X pada node 119 sebesar

0,3110 inchi, sedangkan translasi terkecil terjadi pada sumbu Z pada

node 159 sebesar -0,2459 inchi.

Rotasi terbesar terjadi pada sumbu Z pada node 220 sebesar 0,1672

degree, sedangkan rotasi terkecil terjadi pada sumbu X pada node 228

sebesar -0,1191 degree.

Adapun gaya-gaya yang terjadi pada keadaan operasi ( Case 1 )

dengan data pembebanan akibat berat, temperatur dan tekanan (Tabel 4).


Tabel 5. Gaya dan Momen pada masing-masing node

NODE Gaya Momen FX lb. FY lb. FZ lb. MX ft.lb. MY ft.lb. MZ ft.lb.

10 1 90 0 -9.0 2.2 212.1 20 -1 97 -0 9.0 -5.6 -264.2

20 1 104 0 -9.0 5.6 264.2 30 -1 83 -0 9.0 -9.0 -107.4

30 1 49 0 -9.0 9.0 107.4 38 -1 -12 -0 9.0 -9.6 -19.6

38 1 12 0 -9.0 9.6 19.6 39 -1 -8 -0 8.0 -9.6 -16.9

39 1 8 0 -8.0 9.6 16.9 40 -1 -4 -0 6.3 -9.3 -16.1

40 1 4 0 -6.3 9.3 16.1 50 -1 32 -0 46.8 -6.3 -16.1

50 1 68 0 -46.8 6.3 16.1 60 -1 98 -0 247.6 7.4 -16.1

60 1 98 0 -247.6 -7.4 16.1 70 -1 68 -0 50.0 21.1 -16.1

70 1 38 0 -50.0 -21.1 16.1 78 -1 -1 -0 -6.2 24.1 -16.1

78 1 1 0 6.2 -24.1 16.1 79 -1 3 -0 -6.0 24.4 -16.3

79 1 -3 0 6.0 -24.4 16.3 80 -1 6 -0 -5.5 24.4 -17.6

80 1 -6 0 5.5 -24.4 17.6 90 -1 43 -0 -5.5 23.8 -89.7

90 1 78 0 5.5 -23.8 89.7 100 -1 108 -0 -5.5 20.4 -311.5

100 1 112 0 5.5 -20.4 311.5 110 -1 75 -0 -5.5 17.0 -40.4



110 1 30 0 5.5 -17.0 40.4 118 -1 6 -0 -5.5 16.3 -5.8

118 1 -6 0 5.5 -16.3 5.8 119 -1 10 -0 -6.5 16.2 -7.9

119 1 -10 0 6.5 -16.2 7.9 120 -1 14 -0 -9.7 15.9 -9.2

120 1 -14 0 9.7 -15.9 9.2 130 -1 51 -0 -103.3 12.8 -9.2

130 1 88 0 103.3 -12.8 9.2 140 -1 119 -0 -352.0 -4.3 -9.2

140 1 114 0 352.0 4.3 9.2 150 -1 94 -0 -187.8 -21.4 -9.2

150 1 55 0 187.8 21.4 9.2 158 -1 -19 -0 -80.3 -24.5 -9.2

158 1 19 0 80.3 24.5 9.2 159 -1 -15 -0 -75.9 -24.7 -11.0

159 1 15 0 75.9 24.7 11.0 160 -1 -11 -0 -74.4 -24.8 -14.4

160 1 11 0 74.4 24.8 14.4 168 -1 62 -0 -74.4 -23.4 133.9

168 1 -62 0 74.4 23.4 -133.9 169 -1 66 -0 -74.4 -23.4 150.9

169 1 -66 0 74.4 23.4 -150.9 170 -1 70 -0 -74.4 -23.3 158.6

170 1 -70 0 74.4 23.3 -158.6 180 -1 106 -0 -75.1 -23.3 161.6

180 1 -106 0 75.1 23.3 -161.6 190 -1 258 -0 -75.3 -23.3 162.3



190 1 -258 0 75.3 23.3 -162.3 200 -1 299 -0 -76.0 -23.3 165.7

200 1 -299 0 76.0 23.3 -165.7 210 -1 451 -0 -76.2 -23.3 166.4

210 1 -451 0 76.2 23.3 -166.4 218 -1 488 -0 -76.8 -23.3 169.5

218 1 -488 0 76.8 23.3 -169.5 219 -1 491 -0 -76.9 -23.4 115.9

219 1 -491 0 76.9 23.4 -115.9 220 -1 495 -0 -76.9 -23.4 -14.8

220 1 -495 0 76.9 23.4 14.8 228 -1 506 -0 -76.9 -23.6 -460.7

228 1 -506 0 76.9 23.6 460.7 229 -1 510 -0 -21.0 -23.6 -595.4

229 1 -510 0 21.0 23.6 595.4 230 -1 514 -0 114.8 -23.3 -651.6

230 1 -514 0 -114.8 23.3 651.6 238 -1 525 -0 577.3 -22.4 -651.6

238 1 -525 0 -577.3 22.4 651.6 239 -1 529 -0 717.0 -22.1 -593.7

239 1 -529 0 -717.0 22.1 593.7 240 -1 533 -0 775.2 -21.9 -452.9

240 1 -533 0 -775.2 21.9 452.9 250 -1 538 -0 775.2 -21.8 -214.6


Tegangan yang terjadi pada masing-masing node pada Case Operating

Satuan Tegangan : (lb./sq.in.)

Rasio Tegangan OPE (%) : 0.0 @Node 240

Tegangan Operasi : 5253.6 Allowable: 0.0

Tegangan Aksial : 218.3 @Node 160

Tegangan Lentur : 3575.6 @Node 238

Tegangan Torsi : 2498.7 @Node 239

Tegangan Hoop : 481.1 @Node 20

Tabel 6. Tegangan Yang Terjadi Pada Masing-Masing Node.

Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in

SIF In Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

10 1143.8 -24.3 1.000 1.000 1362.4 0.0 0.0 B31.3 20 1425.2 24.3 1.000 1.000 1643.7 0.0 0.0 B31.3

20 1425.2 -24.3 1.000 1.000 1643.7 0.0 0.0 B31.3 30 581.2 24.3 1.000 1.000 800.9 0.0 0.0 B31.3

30 581.2 -24.3 1.000 1.000 800.9 0.0 0.0 B31.3 38 117.7 24.3 1.000 1.000 344.9 0.0 0.0 B31.3

38 140.7 -24.3 1.377 1.147 366.5 0.0 0.0 B31.3 39 130.0 -17.0 1.377 1.147 352.1 0.0 0.0 B31.3

39 130.0 17.0 1.377 1.147 352.1 0.0 0.0 B31.3 40 79.6 -43.5 1.377 1.147 335.8 0.0 0.0 B31.3

40 60.8 43.5 1.000 1.000 324.1 0.0 0.0 B31.3 50 254.5 -43.5 1.000 1.000 486.9 0.0 0.0 B31.3

50 254.5 43.5 1.000 1.000 486.9 0.0 0.0 B31.3 60 1335.8 -43.5 1.000 1.000 1556.5 0.0 0.0 B31.3

60 1335.8 43.5 1.000 1.000 1556.5 0.0 0.0 B31.3 70 292.4 -43.5 1.000 1.000 523.0 0.0 0.0 B31.3


Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in

SIF In Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

70 292.4 43.5 1.000 1.000 523.0 0.0 0.0 B31.3 78 134.4 -43.5 1.000 1.000 378.0 0.0 0.0 B31.3

78 183.2 43.5 1.377 1.147 420.8 0.0 0.0 B31.3 79 186.7 -42.4 1.377 1.147 422.8 0.0 0.0 B31.3

79 186.7 42.4 1.377 1.147 422.8 0.0 0.0 B31.3 80 211.5 -14.9 1.377 1.147 431.2 0.0 0.0 B31.3

80 162.3 14.9 1.000 1.000 382.6 0.0 0.0 B31.3 90 500.5 -14.9 1.000 1.000 719.0 0.0 0.0 B31.3

90 500.5 14.9 1.000 1.000 719.0 0.0 0.0 B31.3 100 1683.2 -14.9 1.000 1.000 1901.2 0.0 0.0 B31.3

100 1683.2 14.9 1.000 1.000 1901.2 0.0 0.0 B31.3 110 236.6 -14.9 1.000 1.000 456.1 0.0 0.0 B31.3

110 236.6 14.9 1.000 1.000 456.1 0.0 0.0 B31.3 118 93.5 -14.9 1.000 1.000 315.7 0.0 0.0 B31.3

118 126.5 14.9 1.377 1.147 347.6 0.0 0.0 B31.3 119 135.6 2.7 1.377 1.147 353.5 0.0 0.0 B31.3

119 135.6 -2.7 1.377 1.147 353.5 0.0 0.0 B31.3 120 132.2 24.8 1.377 1.147 359.3 0.0 0.0 B31.3

120 100.3 -24.8 1.000 1.000 329.9 0.0 0.0 B31.3 130 561.3 24.8 1.000 1.000 781.6 0.0 0.0 B31.3

130 561.3 -24.8 1.000 1.000 781.6 0.0 0.0 B31.3 140 1898.4 24.8 1.000 1.000 2117.1 0.0 0.0 B31.3

140 1898.4 -24.8 1.000 1.000 2117.1 0.0 0.0 B31.3 150 1019.4 24.8 1.000 1.000 1238.7 0.0 0.0 B31.3

150 1019.4 -24.8 1.000 1.000 1238.7 0.0 0.0 B31.3 158 452.8 24.8 1.000 1.000 673.6 0.0 0.0 B31.3

158 529.2 -24.8 1.377 1.147 749.6 0.0 0.0 B31.3 159 338.0 165.5 1.377 1.147 691.4 0.0 0.0 B31.3


Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in

SIF In Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

159 338.0 -165.5 1.377 1.147 691.4 0.0 0.0 B31.3 160 204.3 200.5 1.377 1.147 668.4 0.0 0.0 B31.3

160 154.5 -200.5 1.000 1.000 648.0 0.0 0.0 B31.3 168 732.8 200.5 1.000 1.000 1053.6 0.0 0.0 B31.3

168 1004.3 -200.5 1.377 1.147 1299.8 0.0 0.0 B31.3 169 1142.6 186.4 1.377 1.147 1404.7 0.0 0.0 B31.3

169 1142.6 -186.4 1.377 1.147 1404.7 0.0 0.0 B31.3 170 1264.3 62.9 1.377 1.147 1465.5 0.0 0.0 B31.3

170 944.7 -62.9 1.000 1.000 1148.0 0.0 0.0 B31.3 180 961.1 62.9 1.000 1.000 1152.0 0.0 0.0 B31.3

180 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3 190 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3

190 964.8 -62.9 1.000 1.000 1105.5 0.0 0.0 B31.3 200 983.3 62.9 1.000 1.000 1110.0 0.0 0.0 B31.3

200 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3 210 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3

210 987.0 -62.9 1.000 1.000 1063.5 0.0 0.0 B31.3 218 1003.4 62.9 1.000 1.000 1067.6 0.0 0.0 B31.3

218 1345.1 -62.9 1.377 1.147 1407.3 0.0 0.0 B31.3 219 966.0 -102.0 1.377 1.147 1089.8 0.0 0.0 B31.3

219 966.0 102.0 1.377 1.147 1089.8 0.0 0.0 B31.3 220 181.9 -207.4 1.377 1.147 670.6 0.0 0.0 B31.3

220 149.4 207.4 1.000 1.000 658.5 0.0 0.0 B31.3 228 2487.5 -207.4 1.000 1.000 2739.5 0.0 0.0 B31.3

228 2855.8 207.4 1.377 1.147 3103.4 0.0 0.0 B31.3 229 2519.1 -1175.3 1.377 1.147 3663.1 0.0 0.0 B31.3

229 2519.1 1175.3 1.377 1.147 3663.1 0.0 0.0 B31.3 230 730.8 -1756.8 1.377 1.147 3806.8 0.0 0.0 B31.3


Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in

SIF In Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

230 631.5 1756.8 1.000 1.000 3787.9 0.0 0.0 B31.3 238 3115.3 -1756.8 1.000 1.000 4913.8 0.0 0.0 B31.3

238 3575.6 1756.8 1.377 1.147 5231.0 0.0 0.0 B31.3 239 563.9 -2498.7 1.377 1.147 5247.4 0.0 0.0 B31.3

239 563.9 2498.7 1.377 1.147 5247.4 0.0 0.0 B31.3 240 2807.0 -2090.1 1.377 1.147 5253.6 0.0 0.0 B31.3

240 2445.2 2090.1 1.000 1.000 5061.2 0.0 0.0 B31.3 250 1163.1 -2090.1 1.000 1.000 4557.4 0.0 0.0 B31.3

A. 2. Case 2, W+P1(SUS) atau SUSTAINED LOAD CASE

Caesar II menganggap beban displacement (translasi dan rotasi)

sebagai beban yang bekerja, karena itu tegangan yang diizinkan muncul

dalam Output Caesar adalah pada saat beban terpasang, karena selama

tahap konstruksi pipa, lay-out mengikuti kondisi batas medan tanpa

menyertakan pengaruh termal fluida ( temperatur ). Jadi beban yang ada

adalah berat pipa dan tekanan fluida, karena itu pembebanan yang

digunakan adalah Sustain Load. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat

pada ( Tabel 7 ) di bawah ini :

Kode Standard Pipa : B31.3 = B31.3 -2006, May 31, 2007

Satuan Tegangan : (lb./sq.in.)

Rasio Tegangan Kode (%) : 18.9 @Node 238

Tegangan Kode : 3771.5 Allowable: 20000.0

Tegangan Aksial : 218.2 @Node 159

Tegangan Lentur : 3553.6 @Node 238


Tegangan Torsi : 2542.0 @Node 239

Tegangan Hoop : 481.1 @Node 20

Tabel 7. Tegangan yang terjadi saat beban terpasang dengan data berat dan tekanan pada masing-masing node

Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in.

SIF In

Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in.

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

10 1143.9 -24.3 1.000 1.000 1361.7 20000.0 6.8 B31.320 1424.8 24.3 1.000 1.000 1642.7 20000.0 8.2 B31.3

20 1424.8 -24.3 1.000 1.000 1642.7 20000.0 8.2 B31.330 579.5 24.3 1.000 1.000 797.3 20000.0 4.0 B31.3

30 579.5 -24.3 1.000 1.000 797.3 20000.0 4.0 B31.338 107.3 24.3 1.000 1.000 325.1 20000.0 1.6 B31.3

38 123.9 -24.3 1.377 1.147 341.7 20000.0 1.7 B31.339 111.8 -17.1 1.377 1.147 329.6 20000.0 1.6 B31.3

39 111.8 17.1 1.377 1.147 329.6 20000.0 1.6 B31.340 46.1 -43.6 1.377 1.147 264.0 20000.0 1.3 B31.3

40 38.4 43.6 1.000 1.000 256.3 20000.0 1.3 B31.350 252.5 -43.6 1.000 1.000 470.4 20000.0 2.4 B31.3

50 252.5 43.6 1.000 1.000 470.4 20000.0 2.4 B31.360 1335.5 -43.6 1.000 1.000 1553.4 20000.0 7.8 B31.3

60 1335.5 43.6 1.000 1.000 1553.4 20000.0 7.8 B31.370 277.1 -43.6 1.000 1.000 495.0 20000.0 2.5 B31.3

70 277.1 43.6 1.000 1.000 495.0 20000.0 2.5 B31.378 83.1 -43.6 1.000 1.000 301.0 20000.0 1.5 B31.3

78 110.7 43.6 1.377 1.147 328.7 20000.0 1.6 B31.379 110.9 -44.1 1.377 1.147 328.8 20000.0 1.6 B31.3

79 110.9 44.1 1.377 1.147 328.8 20000.0 1.6 B31.380 149.3 -17.3 1.377 1.147 367.1 20000.0 1.8 B31.3

80 120.3 17.3 1.000 1.000 338.1 20000.0 1.7 B31.390 484.6 -17.3 1.000 1.000 702.5 20000.0 3.5 B31.3


Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in.

SIF In

Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in.

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

90 484.6 17.3 1.000 1.000 702.5 20000.0 3.5 B31.3100 1689.6 -17.3 1.000 1.000 1907.4 20000.0 9.5 B31.3

100 1689.6 17.3 1.000 1.000 1907.4 20000.0 9.5 B31.3110 189.4 -17.3 1.000 1.000 407.2 20000.0 2.0 B31.3

110 189.4 17.3 1.000 1.000 407.2 20000.0 2.0 B31.3118 42.9 -17.3 1.000 1.000 260.7 20000.0 1.3 B31.3

118 55.2 17.3 1.377 1.147 273.0 20000.0 1.4 B31.3119 47.2 -20.2 1.377 1.147 265.2 20000.0 1.3 B31.3

119 47.2 20.2 1.377 1.147 265.2 20000.0 1.3 B31.3120 75.1 -6.3 1.377 1.147 293.2 20000.0 1.5 B31.3

120 62.1 6.3 1.000 1.000 280.2 20000.0 1.4 B31.3130 532.3 -6.3 1.000 1.000 750.4 20000.0 3.8 B31.3

130 532.3 6.3 1.000 1.000 750.4 20000.0 3.8 B31.3140 1882.3 -6.3 1.000 1.000 2100.4 20000.0 10.5 B31.3

140 1882.3 6.3 1.000 1.000 2100.4 20000.0 10.5 B31.3150 1104.8 -6.3 1.000 1.000 1322.8 20000.0 6.6 B31.3

150 1104.8 6.3 1.000 1.000 1322.8 20000.0 6.6 B31.3158 426.3 -6.3 1.000 1.000 644.4 20000.0 3.2 B31.3

158 492.9 6.3 1.377 1.147 710.9 20000.0 3.6 B31.3159 330.7 136.5 1.377 1.147 548.9 20000.0 2.7 B31.3

159 330.7 -136.5 1.377 1.147 548.9 20000.0 2.7 B31.3160 115.0 186.6 1.377 1.147 333.2 20000.0 1.7 B31.3

160 85.0 -186.6 1.000 1.000 303.2 20000.0 1.5 B31.3168 567.4 186.6 1.000 1.000 785.6 20000.0 3.9 B31.3

168 779.2 -186.6 1.377 1.147 997.4 20000.0 5.0 B31.3169 920.9 157.7 1.377 1.147 1125.1 20000.0 5.6 B31.3

169 920.9 -157.7 1.377 1.147 1125.1 20000.0 5.6 B31.3170 1031.8 36.3 1.377 1.147 1228.9 20000.0 6.1 B31.3


Node Bending Stress

lb./sq.in.

Torsion Stress

lb./sq.in.

SIF In

Plane

SIF Out

Plane

Code Stress

lb./sq.in.

Allowable Stress

lb./sq.in.

Ratio %

Piping Code

170 777.3 -36.3 1.000 1.000 974.4 20000.0 4.9 B31.3180 786.3 36.3 1.000 1.000 971.2 20000.0 4.9 B31.3

180 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3190 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3

190 788.3 -36.3 1.000 1.000 923.0 20000.0 4.6 B31.3200 798.4 36.3 1.000 1.000 919.4 20000.0 4.6 B31.3

200 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3210 0.0 0.0 0.000 0.000 0.0 0.0 0.0 B31.3

210 800.5 -36.3 1.000 1.000 871.1 20000.0 4.4 B31.3218 809.4 36.3 1.000 1.000 867.9 20000.0 4.3 B31.3

218 1075.1 -36.3 1.377 1.147 1133.5 20000.0 5.7 B31.3219 694.6 -110.9 1.377 1.147 798.8 20000.0 4.0 B31.3

219 694.6 110.9 1.377 1.147 798.8 20000.0 4.0 B31.3220 380.9 -193.3 1.377 1.147 598.7 20000.0 3.0 B31.3

220 279.6 193.3 1.000 1.000 497.4 20000.0 2.5 B31.3228 2643.5 -193.3 1.000 1.000 2861.3 20000.0 14.3 B31.3

228 3033.6 193.3 1.377 1.147 3251.4 20000.0 16.3 B31.3229 2655.4 -1219.3 1.377 1.147 2873.2 20000.0 14.4 B31.3

229 2655.4 1219.3 1.377 1.147 2873.2 20000.0 14.4 B31.3230 734.1 -1829.2 1.377 1.147 952.0 20000.0 4.8 B31.3

230 637.9 1829.2 1.000 1.000 855.8 20000.0 4.3 B31.3238 3096.8 -1829.2 1.000 1.000 3314.7 20000.0 16.6 B31.3

238 3553.6 1829.2 1.377 1.147 3771.5 20000.0 18.9 B31.3239 408.9 -2542.0 1.377 1.147 627.0 20000.0 3.1 B31.3

239 408.9 2542.0 1.377 1.147 627.0 20000.0 3.1 B31.3240 2985.3 -2074.9 1.377 1.147 3203.5 20000.0 16.0 B31.3

240 2601.5 2074.9 1.000 1.000 2819.6 20000.0 14.1 B31.3250 1333.0 -2074.9 1.000 1.000 1551.2 20000.0 7.8 B31.3


Berdasarkan ( Tabel 7 ) diatas, tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan CDU-

V Plaju ini memiliki tegangan maksimum pada node 238, yaitu 3771.5 lb/in2,

sedangkan harga tegangan yang diizinkan oleh kode standar B31.3 adalah 20000

lb/in2. Jadi masih berada di bawah tegangan izin yaitu :

Sl ≤ Sh

3771.5 lb/in2 ≤ 20000 lb/in2

dengan demikian sistem perpipaan dari cooler 4-1 ke pompa 33 di Crude

Distillation Unit (CDU) V Plaju yang terpasang dalam keadaan aman.


B. Analisa Dinamik

Pada analisa dinamik, yaitu beban yang terjadi berubah cepat seiring

waktu, pipa tidak punya cukup waktu untuk mendistribusikan beban keseluruh

bagiannya, sehingga tidak tercapai keseimbangan.

Kita mengetahui bahwa semua benda jika dipukul akan bergetar.

Bergetarnya benda tersebut selalu mempunyai frekuensi tertentu. Besarnya

frekuensi yang terjadi itulah yang disebut frekuensi eksitasi. Dimana frekuensi

eksitasi didefinisikan sebagai frekuensi getaran yang terjadi karena adanya

gaya dari luar sistem. Sedangkan setiap benda mempunyai frekuensi pribadi

tertentu dengan sendirinya. Dimana frekuensi pribadi didefinisikan sebagai

frekuensi getaran sistem yang terjadi karena bukan gaya dari luar. Dalam hal

sistem perpipaan, frekuensi pribadi disebabkan oleh :

• Geometri atau dimensi benda

• Spesifikasi material benda

General Rule mengatakan bahwa : Bila frekuensi pribadi getaran

sebuah mesin atau struktur sama dengan frekuensi eksitasi luar, fenomena

yang muncul disebut resonansi, yang akan menyebabkan defleksi yang

berlebihan dan kegagalan bahan. [12]

Disinilah perlunya analisa yang berbeda, melalui analisis frekuensi pada

pembebanan dinamik yang juga menghasilkan beberapa modus getarnya

terhadap suatu interval waktu.

Ketika mengalami getaran (vibrasi), tentu saja sistem perpipaan akan

mengalami fenomena resonansi atau tidak. Besarnya frekuensi pribadi sistem


perpipaan tidaklah boleh sama dengan frekuensi eksitasi dari peralatan dalam

waktu yang cukup lama, yang mana jika resonansi yang terjadi dalam waktu

yang cukup lama maka akan mengakibatkan defleksi yang berlebihan dan

kegagalan bahan sehingga sistem dalam keadaan berbahaya atau tidak aman.

Pada perhitungan frekuensi pribadi pada tugas akhir ini, penulis

menggunakan bantuan Program Caesar II versi 5.10 pada analisa dinamik

untuk tipe analisa modal pada Caesar II. Berikut besaran frekuensi pribadi yang

terjadi hasil keluaran program Caesar II.

B. 1. Frekuensi Pribadi ( )

Hasil keluaran program Caesar II untuk analisis tipe Modal pada

analisa dinamik berupa frekuensi pribadi dari sistem perpipaan. Berikut

hasil untuk 5 frekuensi pribadi hasil keluaran Caesar II :

Frekuensi pribadi I : 2,186 rad/sec, dengan Periode : 2,875 sec

Frekuensi pribadi II : 2,902 rad/sec, dengan Periode : 2,165 sec

Frekuensi pribadi III : 6,195 rad/sec, dengan Periode : 1,014 sec

Frekuensi pribadi IV : 10,278 rad/sec, dengan Periode : 0,611 sec

Frekuensi pribadi V : 14,163 rad/sec, dengan Periode : 0,444 sec

B. 2. Frekuensi Eksitasi (ω)

Pergerakan dari komponen berputar pada saat mulai proses operasi

hingga mencapai putaran stasioner operasi akan menimbulkan getaran

yang mempunyai frekuensi eksitasi tertentu. Putaran (n) stasioner operasi

dari motor penggerak dari data diketahui sebesar 110 rpm. Sehingga


didapat nilai frekuensi eksitasi (ω) pada putaran stasioner operasi, dari

persamaan :

f (Hertz)

Dimana,

n = putaran stasioner motor

= 110 rpm

maka,

f =

= 1,833 Hertz

Sehingga,

ω = 2πf

= 2(3,14)1,833

= 11,51 rad/s

berdasarkan perhitungan diatas, dapat diambil beberapa kasus dari 5

modus getar frekuensi pribadi sistem perpipaan yang akan dibandingkan

dengan frekuensi eksitasinya, kasus-kasus tersebut yaitu :

1. Modus getar ke-1, frekuensi pribadi ( ) = 2,186 rad/sec, dengan

Periode : 2,875 sec.

Pada kasus ini, pada sistem perpipaan terjadi resonansi pada saat

frekuensi eksitasi dari putaran motor (n) = =

= 20,885 rpm, akan tetapi resonansi yang terjadi hanya sesaat seiring

naiknya putaran motor, sehingga tidak mengakibatkan defleksi yang


berlebihan dan tidak mengalami kegagalan bahan. Dengan demikian

sistem perpipaan masih dalam keadaan aman.

















4. Modus getar ke-4, frekuensi pribadi ( ) =

10,278 rad/sec, dengan Periode : 0,611 sec.










Pada kasus ini, pada sistem perpipaan tidak terjadi resonansi, karena

pada saat frekuensi eksitasi mulai terjadi sampai pada putaran

stasioner operasi motor (n) = 110 rpm, sebesar 11,51 rad/s masih

berada di bawah frekuensi pribadi sistem perpipaan, sehingga sistem

perpipaan masih dalam keadaan aman.

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa sistem

perpipaan dari cooler 4-1 ke pompa 33 di Crude Distillation Unit (CDU)

V Plaju yang terpasang terjadi resonansi pada kasus atau modus getar

pertama hingga modus getar ke empat akan tetapi resonansi yang terjadi

tidak sampai membahayakan sistem perpipaan. Untuk kasus atau modus

getar ke lima sistem perpipaan tidak mengalami resonansi dan sistem

perpipaan dalam keadaan aman.

BAB V Kesimpulan dan Saran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan analisa dan pembahasan yang telah dibahas pada bab-bab

sebelumnya, maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :

1. Konstruksi sistem perpipaan yang dianalisa adalah pipa CDU-V dari Cooler

4-1 ke pompa 33 di Kilang Plaju, dengan memakai kode standard

ASME/ANSI B31.3.

2. Dari hasil perhitungan konstruksi dengan menggunakan program Caesar II

diperoleh tegangan maksimum pada node 238, sebesar 3771,5 lb/in2.

Sedangkan harga tegangan yang diizinkan oleh material ASTM A-53 Grade

B dengan kode standard pipa ASME/ANSI B31.3 adalah 20000 lb/in2. Jadi,

tegangan maksimum yang terjadi lebih kecil dari tegangan kode standard

yang diizinkan, yaitu ;

Sl ≤ Sh

3771,5 lb/in2 ≤ 20000 lb/in2

Dengan demikian sistem perpipaan dari cooler 4-1 ke pompa 33 di Crude

Distillation Unit (CDU) V Plaju yang terpasang dalam keadaan aman.

3. Dari hasil perhitungan Analisis Dinamik, dapat diambil kesimpulan bahwa

sistem perpipaan dari cooler 4-1 ke pompa 33 di Crude Distillation Unit

(CDU) V Plaju yang terpasang terjadi resonansi pada kasus atau modus

getar pertama hingga modus getar ke empat akan tetapi resonansi yang

V-1

V-2

BAB V Kesimpulan dan Saran

terjadi tidak sampai membahayakan sistem perpipaan. Untuk kasus atau

modus getar ke lima sistem perpipaan tidak mengalami resonansi dan sistem

perpipaan dalam keadaan aman.

B. Saran

Dari beberapa kesimpulan di atas, maka saran-saran yang dapat

dikemukakan, ialah :

1. Permodelan sistem perpipaan diharapkan dibuat menyerupai dengan bentuk

model aktualnya. Oleh sebab itu, data–data geometri pipa dan data lainnya

yang akan dikaji ulang haruslah lengkap.

2. Untuk mendapatkan hasil analisis yang maksimal hendaknya para engineer

melakukan perbandingan dengan menggunakan metode dan program analisa

tegangan lainnya, seperti : Metode Grinell, Program Bentley AutoPipe,

CosmosWork, SAP2000 dan lain-lain.

3. Walaupun konstruksi sistem pipa tersebut merupakan konstruksi sistem pipa

yang aman, pihak Pertamina hendaknya selalu memantau dan melakukan

inspeksi serta perawatan yang baik terhadap konstruksi sistem pipa tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

1. ENGINEERING PHYSICS CORPORATION, (1993), “Pipe Stress Analysis

Seminar Notes”, Coade, Inc, Houston, Texas.

2. Grinnell, (1981), ”Piping Design and Engineering”, Second Edition, Grinnell

Company Inc.

3. PT. PERTAMINA UP III, (2008), “Peralatan Non Rotating Equipment

(Piping, Valve & Fitting)”, Plaju.

4. ASME B31.3, “Process Piping”, Edisi 2002, American National Standard,

New York.

5. COADE Engineering Software, 2000, Caesar II Technical Reference

Manual, Houston.

6. COADE Engineering Software, 2000, Caesar II Aplication Guide, Houston.

7. COADE Engineering Software, 2000, Caesar II User Guide , Houston.

8. COADE Engineering Software, 2000, Caesar II Quick Reference Guide,

Houston.

9. http://www.simetric.co.uk

10. Raswari, (1986), “Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan”, UI-Press,

Jakarta.

11. Raswari, (1986), “Perencanaan dan Penggambaran Sistem Perpipaan”,

UI-Press, Jakarta.

12. Jimmy D.N. ST. MT., (2004), “Catatan Kuliah Getaran Mekanik Dengan

Teori dan Latihan”, UNSRI, Indralaya.

http://www.simetric.co.uk/

analisa statik dan dinamik sistem perpipaan

Documents