analisis tegangan pipa [compatibility mode]
TRANSCRIPT
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
1/42
Nama : Baron Cobertin
NIM : 20110130151
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
2/42
Def in isi Analisis Tegangan Pip a A nal isis tegangan pipaadalah
su at u i l m u yan g m em bahas t en t an g aspek t egan gan
yan g ter jadi d alam su at u i n st alasi p er pi paan aki batbeban -beban yan g ter j ad i at au d ik en ak an .
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
3/42
Rua ng Lingkup An a lisis Te gangan Pipa
M en gh i tu n g gaya, m om en lent ur & p un t i r, dan
tegangan
Saran un t uk ben tu k perp ipaan yan g baik danam an , baik pada sistem perp ip aan yan g su d ah
jad i m au pu n sistem per p ipaan yan g sed an g
di rancang
M en en t u k an let ak d u d u kan p ip a (p ipe suppor t )
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
4/42
Analisis Fleksib ilit as D igunakan unt uk m enent uk an apakah suatu jalur p erp ip aan
f leksibel atau t i dak.
Un tu k m em er ik sa apakah suatu jalu r p i pa f leksibel atau t idak,
d alam analisis haru s d i l ih at beberapa hal sepert i :
1. Fleksib i l i t as d ip erik sa d en gan beban t h erm al yan g terjadisepanjang jalur perp ip aan.
2. Pem anasan akan m enyebabkan pert am bahan panjang pi pa.
3. Pend ingin an akan m enyebabkan pem end ekk an panjang pip a
4. Pert am bahan panjang at au pem end ekan p ip a akan dapat m eni m bu lk an tegangan yang berl ebih an.
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
5/42
An alisis Fleksib il i tas d ilakukan den ganm em er iksa beberapa bent uk p ipa
a. Lengkung L
b. Lengkung Z
c. Lengkung U
d. Loop
e. Loop dengan guide
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
6/42
Persam aan Fleksib l it as Ben t uk L
dengan :
Do = D i ameter p ipa ( in)
L = Panjang pipa ( in )
h = T in ggi p ipa ( in) T = Suh u (oF)
DT = Pertam bahan suh u (oF)
A = Koef is ien ( tergantu ng suh u operasi)
TLDh D ...1000
762,00
2
TD
hL
..3048,0
.400
0
2
max
0..3048,0 DAhtest
TLDh D ...
1000
762,00min
2
minhhtest
Fleksibel terjadi
jika :
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
7/42
Kr i ter ia Fleksib i litas M enuru t ANSI B31.3 M en u r u t AN SI B31.3 f leksib el j i k a :
Ea
Sa
UL
yD
30
)(2
dengan :
D = Diameter nominal pipa ( inchi )
y = Resultan dari total perubahan panjang yang
diserap oleh sistem pipa tersebut (inchi )
U = Jarak anchor (garis lurus antar anchor) (ft) L = Panjang total pipa pipa yang ada pada jalur
pipa tersebut (ft)
Sa = Tegangan ( Stress Range ) ijin (Psi)
Ea = Modulus elastisitas pada kondisi dingin ( awal )
( Psi )
U
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
8/42
Pem ipaan antara 2 t angki yang t idak f leksibel
Su h u saat pem asangan pi pa adalah su h u (To)
Pan jang pi pa aw al adalah Lo
Pad a saat d io perasik an f lu id a d ari bejana 1 m engali r ke bejan a 2
Suh u f lu id a saat b erop erasi t in ggi sehi ngga kem un gkin an pi pa akanbert am bah panjang
Pipa akan melengkungatau dinding tangki sekitar nosel akan terdesak
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
9/42
Pert am bahan pan jan g pi paak ibat beban t herm al :
Tegangan yang terjadidapat dihitung dari
persamaan HukumHooke:
Sehingga:
Dengan : e = Regangan (%)
DL = Perubahan panjang batang (m)
= L1 - Lo
s = Tegangan (N/m)
To = Suhu awal / instalasi (oC)
T1 = Suhu operasi (oC)
a = Koefisien muai material pipa
(u/ Baja : 9,6.10-6 m/oC)
Lo = Panjang awal (m)
E = Modulus elastisitas (N/m2)
DT = Pertambahan suhu (T1 T0)
0.. LTL DD
.E
0
001
0
).(
L
LTT
L
L
D
TE D ..
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
10/42
Ja lur Pipa Krit is Jalu r pipa kr i t is yai t u jalu r p ip a yang kem un gk in an
dapat t er jadi tegan gan yan g m elebih i keku at an
i j innya.
H al in i dapat d i in d i k asik an d engan :
1. D iam eter p ip a besar.
2. Flu id a ker ja bersuh u t in ggi 3. Flui da ker ja bert ek an an t in ggi.
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
11/42
Beb an-Beb an pa da siste m pe rpipaa nBeban- beban p ada sistem perp ip aan dapat beru pa:
1. Beban St at i k2. Beban D in am ik
M el i p u t i :1. Beban T h erm al2. Beban Berat (D ead L oad & Li ve L oad)3. Beb an Tekanan
4. Gesek an Pip a d en gan Sup po r t5. Beban A n gin6. Beban Gem pa7. Getaran aki bat A l i r an Flu id a
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
12/42
Beban Panas / the rm al Suh u yang t i nggi akan m eni m bu lk an per t am bahan panjang p ipa Suh u yang rend ah akan m enyebabkan pem endekk an panjang pipa.
Peru bahan panjan g pi pa:
Tegangan aksial yang terjadi, :
Dengan : s = Tegangan (N/m)
e = Regangan (m)
E = Modulus elastisitas (N/m)
DL = Perubahan panjang batang (m)
T0 = Suhu awal / instalasi ()
T1 = Suhu operasi ()
a = Koefisien muai material pipa
L1 = Panjang batang akhir (m)
L0 = Panjang awal (m)
00101 )..( LTTLLL D
0
0
01
0.
)(... LL
TTE
L
LEE
D
).(. 01 TTE
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
13/42
Beban Be rat1. Beban m ati (d ead load)
Beban m at i m el ip ut i berat p ipa dan berat
kom pon en -kop on en p ip a ( k at up , tee, d sb.)
2. Beban h id up ( l ive load)
Beban h idu p in i m el ipu t i berat p ipa , kom ponen-
kom pon en p ip a dan berat f lu id a yang m engal i r .
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
14/42
Beban Be rat Beban berat akan m eni m bu lk an defleksi / lengkungan. Ar ah dari beban berat m enu ju ke baw ah. M asalah yang berh ub u ngan dengan beban b erat ad alah
pada pipa besar (diameter besar ) dengan densitas fluida besar(fasa cair) .
Beban berat d iatasi d engan penyangga pipa (pipe suppor t ) . Un tu k m enghem at jum lah penyangga p ip a dapat d i laku kan dengan
membuat bentangan (span) yang besar.
N am un spanyang besar akan m eni m bu lk an defleksi yang b esar yangselan ju t nya m enim bu lk an tegan gan yang besar.
Sehi n gga secara pr akt is terdapat bentangan (span) maksimum yangdip erbol ehk an tergant un g dar i diameter dan schedulepipa.
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
15/42
Pip e Span
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
16/42
Beban Tekanan In te rna l Jeni s jeni s tegangan yang ter jadi m enu ru t jeni s sam bu ngan pada pip aadalah:
1. Tegan ganLongitu dinal / Aksia l 2. TeganganCircum ferent ia l / H oop / Tangensia l
t
t
L
i
i
t
DPiL
.4
.
t
DPit
.2
.
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
17/42
Beb an An gin Beban A n gin d apat d i tent u k an d en gan 2 st an dar, yai t u
:
1. St an d ar ASA A58.1 1955
2. St and ar ANSI A58.1 - 1982
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
18/42
St andar ASA A58.1 1955 H ubu n gan an tara kecepatan angin & tekanan
angin :
w
2
V.0,0025
wP
Dengan :
- Pw = tekanan angin [ psf ]
- Vw = kecepatan angin [ mph ]
Keterangan :
Nilai Pw untuk penampang persegi tergantung MAP AREA
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
19/42
Nilai Pw unt uk p enam pang persegi
Tinggi (ft)
MAP AREA
20 25 30 35 40 45 50
< 30 15 20 25 25 30 35 40
30 49 20 25 30 35 40 45 50
50 99 25 30 40 45 50 55 60
100 - 499 30 40 45 50 60 70 75
Bila penampang berbentuk lingkaran/elips x 0,6 Bila penampang berbentuk hexa/octagonal x 0,83
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
20/42
St andar ANSI A58.1 - 1982 Tek an an angin
d i t en tu k an sbb: qes C.C.qwP
Vw [ mph ] 70 80 90 100 110 120 130
Qs [ psf ] 13 17 21 26 31 37 44
Dengan :
qs = tekanan stagnasi angin pada ketinggian 30 ft [ psf ]
= fungsi dari kecepatan angin, Vw [ mph ]
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
21/42
Cq = p ressu re coeff icient (shape facto r )
Cq = pr essu re coeff ici en t (shape factor)
= 1,4 u/ squ are / rectangular tower
= 1,1
u/ hexa/ octagon al tower = 0,8 u/ round / el l i p t i c tower
= 0,9 u/ cyl l in dr ical vessel / p ip a
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
22/42
Ce = expo sur e & gust fact o r coeff ic ient
Ce = exposur e & gu st factor coeff ici en t
Fak to r yang memperhitungkan keadaan disekeliling vessel atau sistem pipa, apakah t erb u k aat au ada bangun an-bangunan / poh on-poh on yang
t ingg i
Ce = juga fungsi dari tinggi tower
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
23/42
Exposu re B & C Exposure B
di sekel i l in g tow ersam pai 1 m il e ada
bangun an dengan t in ggi20 f t , m en ut up i area > 20%
Exposure C
di sekel i l in g tow ersam pai - 1 m i le terbuk a
Tinggi [ ft ] Exposure B Exposure C
0 20 0,7 1,2
20 40 0,8 1,3
40 60 1,0 1,5
60 100 1,1 1,6
100 150 1,3 1,8
150 200 1,4 1,9
200 300 1,6 2,1
300 - 400 1,8 2,2
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
24/42
Beban Gem pa Gaya yang t erjadi pada vessel atau sistem perp ip aan k aren a gem pa
disebabkan gerakan tanah secara mendadak.
Bangu nan seol ah- ol ah di gerakk an d alam arah vert i kal atau h or ison tal dengan
percepatan (a) tertentu.
Fakto r ut am a kerusakan bangunan k aren a :1. In tensit as Gem pa (sk ala Rich ter)2. Lam anya Gem pa
Beban Gem pa di m od elkan sebagai :
1. Gaya Ver t i k al2. Gaya H or ison tal
Unt uk m em ud ahk an ana l i si s komponen vert ikal diabaikan & gayahorisontal disederhanakan menjadi gaya ekuivalen statik (Pe)
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
25/42
Perhi t un gan Gem pa d ibedakan m enjadi 2golo ngan :
1. Vessel Rigid (Kaku)
m isal :
- t an gk i - t an gk i t im b u n
2. Vessel Langsing (Fleksibel)
m isal :
- t ower d i st i l asi
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
26/42
Vessel Rigid (Kaku ) Gaya ekuivalen
statik, Pe :
w.cw.g
a
eP
Peralatan Zone 1 2 3 4
Vessel 0 0,05 0,1 0,2
Peralatan
Tambahan0 0,25 0,5 1
Dengan:
c = a/g = seismic coefficient
w = berat vessel [ lb ]
Di Indonesia terdapat PetaGempa yang dibagidalam Zone-ZoneGempa (1, 2, 3, 4).
Nilai c ditentukan sbb :
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
27/42
Vessel Flesib el Ak ibat gem pa vessel ak an bergetar
Get aran in i akan menentukan besar /
kecilnya gaya geser yang terjadi.
Tot al Seism ic Sh ear d apat d it en t u k an sbb :
]lb[W.S.C.K.I.ZV
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
28/42
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
29/42
Rua ng Lingkup Ke te nt ua n Kod e Pipa Pem bahasan / atu ran / batas am an dalam m elak uk an an alisis tegangan
p i pa tergantung masing-masing kode pipa:
1. AN SI B31.1 Un tu k perp ip aan d i suatu pembangk i t l i st r i k
2. AN SI B31.3 Un tu k p erp ip aan d i k i lang m inyak / pe t rok im ia
3. A N SI B31.4 Un tu k perp ip aan t ranspor t BB cai r
4. A N SI B31.8 Un tu k perp ip aan t ranspor t BB gas
5. AN SI B31,11 Unt uk slu r ry p ip ing
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
30/42
Pem batasan Tegangan Perpipaan M en urutCod e AN SI B31 .3
Pem bat asan tegan gan yang terjadi u n t uk perp ip aand isuatu k i lang m inyak dan in dust r i k im ia d iatu r m enu ru tcode ANSI B31.3 sebagai b eri k ut :
1. Tegangan karena beban sustained( kon t i nyu )
2. Tegan gan k arena beban occasional(kadang-kadang)
3. St ress RangeA k ib at Beban Ekspansi
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
31/42
Tegangan karen a beban sustained(kont inyu)Beban sustained mel ipu t i :
- Tek anan in t ern al
- Berat perp ip aan.
- Berat f l u i da- Beban sustainedyan g lain nya.
Aturan supaya aman :
dengan : Sh = Basic allowable strespada suhu
operasi maksimal [Psi]
SL = Tegangan longitudinal akibat beban-
beban sustained[Psi]
hL SS
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
32/42
Tegangan kar en a beban occasional(kadang-
kadang) At uran supaya am an :
Z
MiMiSS
ooooiooi
LLO
22 ).().(
SLO < 1,33 . Sh SL dihitung akibat beban
sustaineddan akibat bebangempa atau beban angin.
Untuk beban gempa dan anginsebaiknya diambil yangterbesar diantaranya
dengan :
SLO = Occasional longitudinal load stress(Psi)
SL = Tegangan longitudinal akibat beban sustained(Psi) iio = InplaneSIF akibat beban ocasional
ioo = OutplaneSIF akibat beban ocasional
Mio = Inplane bending momentakibat beban ocasional (lb.in)
Moo = Outplane bending momentakibat beban ocasional (lb.in)
Z = Sectionmodulus pipa (in3)
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
33/42
St ress Ra n g eAkibat Beb an Ekspansi At uran supaya am an :
AE SS
22.4
tbESSS
Z
MiMiS ooiib
22 ).().(
].25,0.25,1.[ hCA SSfS
dengan :
SE = Displacement stress range(Psi)
SA = Allowable stress range(Psi)
Sb = Resultan bending stress(Psi)
ii = Inplane SIF
io = Outplane SIF
Mi = Inplane bending moment (in.lb)
Mo = Outplane bending moment (in.lb)
St = Mt/ 2 Z = Torsional stress(Psi)
Mt = Torsional moment (in.lb)
Z = Sectionmodulus pipa (in)
dengan ;
f = Faktor yang tergantung pada jumlah siklustermal yang dialami pada pipa tersebut.
Sc = Stressyang diijinkan untuk bahan pipa saat
pemasangan (Psi)
Sh = Stressyang diijinkan untuk bahan pipa saat
beroperasi (Psi)
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
34/42
Tabel Siklus te rm al pada p ipaSiklus Termal (N) f< 7.000 1,0
7.000 < N < 14.000 0,9
14.000 < N < 22.000 0,8
22.000 < N < 45.000 0,7
45.000 < N < 100.000 0,6
N > 100.000 0,5
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
35/42
SIF (St ress Int en sif icat io n Facto r ) SIF ( i) digun akan d i t em pat- tem pat yang ter jadi konsentrasitegangan
SIF ( i) sebagai fakto r keam anan yang m em perh i t un gkan pengaru htegangan t erkon sent rasi aki bat diskontinuitas bidang / permukaan
yang diberi beban.
SIF in i d i t erapk an pada kom pon en-kom pon en p ip a / temp at- t em patd imana konsentrasi tegangan dan kem un gkin an kegagalan karenafatique (lelah) ter jadi , m isal pada :
- Sam bungan las
- Fi t t i n g - Branch Conn ect ion (sam bun gan cabang)
Stress
IntensityStressMaxSIFi
Nominal
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
36/42
i i, io, M i, M o
tM
tM
tM
oM
oM
oM
iM
iM
iM
Leg
Leg
Leg
1
2
3 Z
YX
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
37/42
Pem batasan Tegangan Perpipaan M en urutAutopipe
Hasil analisis tegangan dengan Autopipe dari sistem pi pa ak an di t un juk kan dengan berbagai warna.
W arn a-w arn a tersebu t m enyatakan rasio (perbandingan) antarategangan m axim um yang ter jadi terhad ap tegangan yang di i j in kan.
Perband in gan rasio yang berlaku :
diijinkanyangTegangan
terjadiyangTeganganRasio
Jika rasio > 1 maka sepanjang jalur pipa akan ditandai warnamerah yang berarti kritis (tegangan yang terjadi melebihi teganganyang diijinkan), sehingga harus dirancang sampai tidak ada lagiyang berwarna merah.
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
38/42
1. Beb an Sustained - st ress : SL
- al lowab le : Sh
- rasio : SL / Sh
- com b in : GR + M ax P ( Berat + P )
At u ran Am an : SL < Sh
2222
.
.4..
.4
.
dD
F
Z
MIMI
Zt
DPiS axl
ooii
c
L
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
39/42
2. Beb an Occasional - st ress : SLO - all ow able : 1,33 . Sh - rasio : SLO / (1,33 . Sh )
- com b in : GR + M ax P ( Berat + P ) At u ran Am an : SL < 1,33 .Sh
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
40/42
3. Beb an Expansion - st ress : SE - al lowab le : SA - rasio : SE/ SA
- com b in : Cold to T ( Tem perat u re ) At u ran Am an : SE < SA
224StSbSE ShScfSA 25,025,1
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
41/42
4. H oop St ress - st ress : ST - al lowab le : Sh - rasio : ST / Sh
- com b in : M ax P ( Tek an an ) At u ran Am an : ST < Sh
Z
YP
Zt
DPiST
.
.2
.
-
7/31/2019 Analisis Tegangan Pipa [Compatibility Mode]
42/42
SELESAI