laporan akhir keprofesian c
DESCRIPTION
About analisis pada valveTRANSCRIPT
TINJAUAN DESAIN DAN ANALISIS DAMPAK
PENGETESAN HIDROSTATIK 1000 PSI PADA
BADAN UTAMA DAN GASKET DI KATUP BOLA
Tugas Keprofesian C
Oleh:
Arsyil Dwinda Putra 13113050
Dwi Mulyaningsih 13113131
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
i
KATA PENGANTAR
Penulis memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas
segala limpahan rahmat sehingga dapat menyelesaikan penyusunan laporan akhir
yang berjudul “Analisis Dampak Pengetesan Hidrostatik 1000 psi Pada Badan
Utama dan Gasket di Katup Bola”. Laporan akhir ini digunakan untuk
menyelesaikan tugas mata kuliah Keprofesian C di Institut Teknologi Bandung.
Dalam penulisan laporan akhir ini, penulis menemukan beberapa
permasalahan, namun dapat diatasi berkat bantuan dari berbagai pihak. Maka
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Djoko Suharto M.Sc, selaku koordinator mata kuliah
Keprofesian C yang telah bersedia memberikan waktu untuk mendidik,
memberi motivasi, dan semangat berkarya selama penulisan laporan
akhir ini.
2. Satrio Wicaksono, S.T , selaku dosen pembimbing yang dengan sabar
mengajar, menuntun dan mengarahkan penulis hingga dapat
menyelesaikan laporan akhir ini.
Penulis masih memiliki banyak kekurangan dalam penulisan laporan akhir ini.
Sehingga penulis menerima seluruh kritik dan saran.
Bandung, 30 Juli 2015
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................. i
DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. iv
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... vi
BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Identifikasi Masalah, Tujuan, dan Batasan Masalah ................................ 1
1.3 Metodologi Penelitian .............................................................................. 2
BAB 2 STUDI PUSTAKA ..................................................................................... 4
2.1 Pengertian Christmas Tree ....................................................................... 4
2.2 Kontruksi Katup bola ............................................................................... 5
2.2.1 Pengertian Katup ............................................................................... 5
2.2.2 Katup bola ......................................................................................... 5
2.2.3 Jenis Katup bola ................................................................................ 6
2.3 Pengenalan Metode Elemen Hingga ........................................................ 8
2.4 Prosedur perhitungan manual pembebanan pada gasket, dan badan utama
. ................................................................................................................. 9
2.4.1 Badan Utama ..................................................................................... 9
2.4.2 Gasket .............................................................................................. 10
BAB 3 DATA DAN PERHITUNGAN MANUAL .............................................. 11
3.1 Data Badan Utama .................................................................................. 11
3.2 Data Gasket ............................................................................................ 11
3.3 Pembebanan pada Badan Utama ............................................................ 12
3.3.1 Perhitungan manual pada bagian kanan/kiri badan utama .............. 13
3.3.2 Perhitungan manual pada bagian bawah ......................................... 14
3.3.3 Perhitungan manual pada bagian atas ............................................. 15
3.3.4 Perhitungan manual pada lubang oli ............................................... 16
3.4 Pembebanan pada gasket ........................................................................ 17
iii
3.5 Simulasi Pengetesan Hidrostatik dengan Menggunakan ANSYS ........... 18
3.5.1 Simulasi pada badan utama ............................................................. 18
3.5.2 Simulasi pada gasket ....................................................................... 21
BAB 4 ANALISIS ................................................................................................ 25
4.1 Analisis Gasket ....................................................................................... 25
4.2 Analisis Body ......................................................................................... 26
BAB 5 KESIMPULAN ......................................................................................... 27
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 27
5.2 Saran ....................................................................................................... 27
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 28
LAMPIRAN A GAMBAR TEKNIK ................................................................... 29
LAMPIRAN B SKETSA ...................................................................................... 38
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Christmas Tree sederhana .................................................................. 4
Gambar 2.2 Katup Bola........................................................................................... 6
Gambar 2.3 Ball valve single body ......................................................................... 6
Gambar 2.4 Ball valve three-piece body ................................................................. 6
Gambar 2.5 Ball valve split body ............................................................................ 6
Gambar 2.6 Ball valve top entry ............................................................................. 6
Gambar 2.7 Ball valve welded ................................................................................ 7
Gambar 2.9 Katup Bola tipe trunnion ..................................................................... 7
Gambar 2.8 Katup Bola tipe floating ...................................................................... 7
Gambar 2.10 Skema Sederhana konsep Metode Elmen Hingga............................. 8
Gambar 3.1 Gambar teknik gasket ........................................................................ 12
Gambar 3.2 Diagram Benda Bebas Badan Utama ................................................ 13
Gambar 3.3 Tampak depan dan samping badan utama......................................... 13
Gambar 3.4 Baut pada kiri/kana badan utama ...................................................... 14
Gambar 3.5 Tampak bawah badan utama dan baut bawah ................................... 14
Gambar 3.6 Tampak atas badan utama dan baut atas ........................................... 15
Gambar 3.7 Baut penutup oli pada sisi badan utama ............................................ 16
Gambar 3.8 Diagram benda bebas pada gasket .................................................... 17
Gambar 3.9 Pemodelan pembebanan badan utama............................................... 18
Gambar 3.10 Meshing pada badan utama ............................................................. 19
Gambar 3.11 Data hasil konvergensi pada badan utama ...................................... 19
Gambar 3.12 Grafik hasil konvergensi ................................................................. 20
Gambar 3.13 Badan utama sebelum terdeformasi ................................................ 20
Gambar 3.14 Badan utama setelah terdeformasi................................................... 21
Gambar 3.15 Pemodelan pembebanan pada gasket .............................................. 22
Gambar 3.16 Meshing pada gasket ....................................................................... 22
Gambar 3.17 Data hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada gasket ........... 23
Gambar 3.18 Grafik hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada gasket ........ 23
v
Gambar 3.19 Gasket sebelum terdeformasi .......................................................... 24
Gambar 3.20 Katup setelah terdeformasi .............................................................. 24
Gambar 4.1 Potongan penampang gasket ............................................................. 25
Gambar 4.2 Potongan penampang badan utama ................................................... 26
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A.1 Gambar susunan katup bola ........................................................... 29
Lampiran A.2 Gambar subsusunan badan penutup............................................... 30
Lampiran A.3 Gambar subsusunan badan katup................................................... 31
Lampiran A.4 Gambar komponen bola ................................................................. 32
Lampiran A.5 Gambar komponen badan utama ................................................... 33
Lampiran A.6 Gambar komponen penampang ..................................................... 34
Lampiran A.7 Gambar komponen badan pada badan katup ................................. 35
Lampiran A.8 Gambar komponen penampang bawah .......................................... 36
Lampiran A.9 Gambar komponen penampang atas .............................................. 37
Lampiran B.1 Sketsa penampang atas .................................................................. 38
Lampiran B.2 Sketsa badan utama ........................................................................ 39
Lampiran B.3 Sketsa badan pada subsusuna badan katup .................................... 40
Lampiran B.4 Sketsa penampang atas .................................................................. 41
Lampiran B.5 Sketsa bola ..................................................................................... 42
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknik mesin mempelajari banyak hal yang berguna bagi kehidupan. Tidak hanya
di dunia otomotif, teknik mesin juga membahas banyak bidang, seperti bidang
perindustrian, bidang transportasi dan juga bidang perminyakan. Dalam setiap
bidang terdapat alat kerja yang tersusun atas beberapa komponen mesin.
Mahasiswa teknik mesin dituntut mampu menggambar teknik dan menganalisis
komponen tersebut.
Melalui mata kuliah ini, setiap kelompok diberikan komponen yang berbeda dari
bidang otomotif, perminyakan, dan pertanian. Penulis mendalami katup bola yang
digunakan pada bidang perminyakan.
Proses pengeboran membutuhkan teknologi yang canggih karena reservoir yang
akan dibor berada di lapisan bumi yang sangat dalam. Christmas tree adalah
rangkaian katup pada kepala sumur untuk mengendalikan tekanan di dalam sumur
dan kecepatan aliran fluida ke permukaan. Katup merupakan komponen utama
penyusun christmas tree.
Untuk mencegah terjadinya kebocoran atau kerusakan pada katup bola, maka
setiap komponen pada katup harus dapat menahan tekanan. Terdapat beberapa
komponen pada katup yang rentan mengalami kegagalan, contohnya gasket.
Untuk memastikan setiap komponen mampu menahan tekanan, maka dilakukan
pengujian berdasarkan API 598 (Valve Inspection and Testing). Sesuai standar
pengujian, maka dilakukan pengujian hidrostatik pada gasket dan badan utama.
Besar tekanan kerja yang diberikan saat pengujian hidrostatik seperti spesifikasi
yang telah diberikan oleh pihak produsen.
1.2 Identifikasi Masalah, Tujuan, dan Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dapat ditarik rumusan masalah
mengenai besar tegangan maksimum yang dialami katup bola saat dilakukan
pengujian hidrostatik. Sehingga dapat ditentukan kemampuan komponen pada
saat proses pengeboran.
2
Adapun tujuan dari laporan tugas akhir ini adalah:
1. Menggambar teknik gambar susunan dan komponen katup bola.
2. Menganalisis tegangan maksimum yang diterima oleh gasket dan badan
utama saat pengujian hidrostatik.
3. Menganalisis kemampuan gasket dan badan utama setelah dilakukan
pengujian hidrostatik.
4. Menganalisis faktor keamanan gasket dan badan utama.
Beberapa batasan diberikan dalam menganalisis masalah tersebut yaitu:
1. Analisis pada gasket dan badan utama katup bola.
2. Jenis gasket yang digunakan adalah O-ring.
3. Dilakukan pengujian hidrostatik dengan tekanan kerja yang diberikan
1000 psi sesuai spesifikasi.
1.3 Metodologi Penelitian
Untuk mendapatkan tujuan tersebut yang diinginkan, penulis melakukan beberapa
tahapan, diantaranya:
a. Studi Pustaka
Mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan standar gambar teknik, proses
pengeboran, katup bola, pengujian hidrostatik, pembebanan pada gasket
dan badan utama, analisis elemen dengan solid model, tegangan, regangan
dan faktor keamanan. Sumber yang dijadikan referensi antara lain buku
teks, standar, tugas akhir, dan artikel yang berkaitan.
b. Perhitungan manual
Perhitungan ini dilakukan untuk memperoleh pembebanan pada gasket dan
badan utama saat pujian hidrostatik.
c. Penelitian eksperimental semu
Proses ini menggunakan perangkat lunak ANSYS 2015, penulis melakukan
simulasi pembebanan pada gasket dan badan utama untuk memperoleh
tegangan maksimum.
3
d. Analisis
Berdasarkan data yang telah diperoleh dari simulasi tersebut, maka didapat
kelayakan komponen serta faktor keamanan.
e. Penarikan kesimpulan dan pengajuan saran
Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan, maka dapat ditarik
kesimpulan yang menjawab tujuan dan mengajukan saran.
4
BAB 2
STUDI PUSTAKA
2.1 Pengertian Christmas Tree
Christmas tree menurut API memiliki pengertian yaitu rankaian dari beberapa
valve yang berguna untuk kontrol produksi yang ditempatkan di kepala sumur.
Valve sebagai komponen yang paling penting di christmas tree berguna untuk
mengatur laju fluida. Jumlah valve pada christmas tree beragam sesuai dengan
kegunaan, tetapi pada dasarnya katup penyusun christmas tree terdiri dari master
valve, wing valve, swab valve, dan choke seperti pada gambar 2.1.
Master valve terdiri dari menjadi lower master valve dan upper master valve.
Lower master valve dioperasikan secara manual sedangkan upper master valve
dioperasikan dengan bantuan hidrolik. Fungsi master valve adalah untuk mengatur
fluida dari dasar sumur menuju permukaan.
Pada bagian kiri dan kanan terdapat wing valve berupa gate valve yang memiliki
fungsi untuk membuka dan penutupan secara manual. Fungsi wingvalve kanan
Gambar 2.1 Christmas Tree sederhana
5
dan kiri berbeda, pada bagian kiri dinamakan kill wing valve yang memiliki
fungsi untuk menginjeksikan fluida seperti inhibitor terhadap korosi dan methanol
untuk mencegah terjadinya hidrasi dan formasi. Pada bagian kanan dinamakan
production wing valve atau flow wing valve berfungsi untuk mengalirkan fluida
menuju fasilitas produksi selanjutnya.
Bagian atas terdapat swab valve yang merupakan sebuah manual gate valve yang
berfungsi mengalirkan fluida mencapai top adapter untuk dibaca tekanan
fluidanya, mengambil sample fluida dan juga untuk lewatnya wireline unit.
2.2 Kontruksi Katup bola
2.2.1 Pengertian Katup
Katup adalah komponen mesin yang banyak digunakan, kegunaannya adalah
untuk mengatur dan mengendalikan aliran fluida, dalam posisi katup yang terbuka
maka aliran akan mengalir dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah. Karena
digunakan dalam banyak hal maka katup memiliki banyak jenis sesuai dengan
kegunaanya seperti ball valve, gate valve, globe valve, butterfly valve, check valve
solenoid valve dan relief valve.
2.2.2 Katup bola
Salah satu katup yang banyak digunakan dalam dunia engineering adalah katup
bola. Katup bola (pada gambar 2.2) merupakan katup yang membuka dan
menutupnya hanya menggunakan seperempat putaran sehingga operasinya
tergolong cepat dibandingkan dengan jenis katup lainnya. Katup bola memiliki
bola yang berlubang lurus dari satu sisi ke sisi lainnya yang sejajar dengan arah
aliran pada badan utama. Material dasar dari katup bola dapat berupa kuningan,
perunggu, besi cor, tembaga, logam campuran, stainless steel dan plastik (CPVC,
PVC).
Katup bola merupakan katup yang memiliki ketahanan yang baik, dapat
beroperasi dengan setelah mengalami banyak siklus tutup dan buka. Katup bola
juga memiliki nilai toleransi yang tinggi sehingga jarang terjadi kebocoran dan
kehilangan tekanan yang sangat rendah. Katup bola sangat cocok digunakan untuk
fluida kerja yang berupa gas.
6
2.2.3 Jenis Katup bola
Secara general katup bola dapat dibagi berdasarkan bentuk badan katupnya yaitu
single body(gambar 2.3), three-piece body(gambar 2.4), split body(gambar 2.5),
top entry(gambar 2.6) dan welded(gambar 2.7)
Gambar 2.2 Katup Bola
Gambar 2.3 Ball valve
single body
Gambar 2.4 Ball valve
three-piece body
Gambar 2.5 Ball valve
split body
Gambar 2.6 Ball valve
top entry
7
Sedangkan berdasarkan strutur desain pembuatan ada dua jenis katup bola yaitu
katup bola tipe floating dan katup bola tipe trunnion.
Katup bola tipe floating memiliki bola sebagai bagian yang membuka dan
menutup mempunyai satu pegangan gagang, bola dalam posisi bebas namun
terjepit oleh lembar ball seat dan seal seperti pada gambar 2.8. Katup bola tipe
floating sesuai untuk penggunaan nonkritis, karena desainnya dan jumlah bagian
yang sedikit sehingga harga dan pemeliharaannya lebih murah
Katup bola tipe Trunnion memiliki bola yang tetap dari atas ke bawah pada
sebuah batang yang di seal pada ball seatnya seperti pada gambar 2.9. Katup bola
tipe Trunnion digunakan untuk tekanan tinggi dan ukuran yang lebih besar.
Desain dan bagiannya tidak sesederhana tipe floating sehingga harganya lebih
mahal.
Gambar 2.7 Ball valve
welded
Gambar 2.8 Katup Bola tipe
floating
Gambar 2.9 Katup Bola tipe
trunnion
8
2.3 Pengenalan Metode Elemen Hingga
Metode Elemen Hingga (MEH) adalah suatu metode untuk menyelesaikan suatu
permasalahan dalam bidang rekayasa dengan cara membagi obyek yang di analisa
menjadi bagian-bagian kecil yang jumlahnya terhingga. Bagian-bagian kecil ini
disebut dengan elemen dan antar elemen akan dihubungkan dengan nodal (node).
Tiap-tiap elemen ini akan di analisis hasilnya dan digabungkan untuk
mendapatkan hasil keseluruhan obyek.
Pembagiann obyek menjadi elemen-elemen kecil disebut dengan disktritasi.
Secara fisika membagi obyek menjadi bagian-bagian kecil menuntun kita pada
pembuatan persamaan diferensial. Jadi metode elemen hingga secara matematis
dapat dianggap sebagai penyelesaian masalah persamaan difereinsial dengan
teknik numerik.
Langkah umum dalam metode elemen hingga (gambar 2.10) adalah :
1. Membagi obyek yang dianalisa menjadi elemen-elemen kecil, biasa
disebut dengan meshing.
2. Melakukan modelisasi sederhana untuk tiap elemen. Misalkan dimodelkan
dengan pegas, dimana pegas memiliki sifat yang sederhana yaitu gaya
pegas berbanding lurus dengan pertambanan panjang pegas.
3. Membuat formula sederhana untuk tiap elemen tersebut. Contoh pegas
memiliki persamaan umum f = k.x. dengan f sebagai gaya, k sebagai
konstanta pegas dan x adalah pertambahan panjang pegas.
4. Kemudian tiap-tiap elemen kecil tersbut akan di kombinasikan untuk
mendapatkan persamaan yang berlaku untuk seluruh obyek.
Gambar 2.10 Skema Sederhana
konsep Metode Elmen Hingga
9
Dengan perkembangan dunia komputasi yang berkembang pesat saat ini banyak
sekali software-software pendukung untuk menyelesaikan permasalahan rekayasa
dengan metode elemen hingga. Salah satu software yang banyak digunakan
adalah ANSYS. Pengguna software hanya perlu memodelkan fisik suatu benda
(bisa dengan CAD atau Solidworks) kemudian di impor ke program ansys untuk
membagi model fisik suatu benda menjadi elemen-elemen kecil, mendefinisikan
sifat material, memberikan kondisi batas dan pembebanan, kemudian menjalankan
software tersebut untuk mendapatkan solusinya dinamakan dengan pre-
processing. Bagian tersulit dari penggunaan software MEH adalah pada bagian
post-processing karena pengguna harus dapat menginterpretasikan hasil,
menganalis fisik dan angka yang dihasilkan dan mengevaluasi hasilnya jika
kurang memuaskan.
2.4 Prosedur perhitungan manual pembebanan pada gasket, dan badan
utama.
2.4.1 Badan Utama
1. Tentukan nilai dari tekanan kerja, temperatur kerja dan dimensi serta geometri
yang digunakan dalam penelitian.
2. Memberikan tekanan saat pengetesan hidrostatik sebesar 1000 psi. Tekanan ini
terdistribusi merata didalam rongga badan utama.
3. Menghitungan tegangan geser setiap baut pada badan utama saat pengetesan
hidrostatik. Tekanan pengetesan hidrostatik akan menghasilkan tegangan normal
pada tiap baut, kemudian dicari nilai gayanya dengan mengalikan tegangan
normal ini dengan luasan lubang baut. Karena gaya pada ujung baut sama dengan
sisi baut, maka tegangan geser baut dapat dicari dengan membagi gaya ini dengan
luasan ulir pada sisi baut.
10
2.4.2 Gasket
1. Tentukan nilai dari tekanan kerja, temperatur kerja dan dimensi serta geometri
yang digunakan dalam penelitian.
2. Memberikan tekanan pengujian hidrostatik sebesar 1000 psi pada bagian dalam
gasket.
11
BAB 3
DATA DAN PERHITUNGAN MANUAL
Untuk memperoleh tegangan maksimum pada gasket dan badan utama dengan
pengujian hidrostatik sebesar 1000 psi, dapat dilakukan secara analitik, numerik,
dan eksperimen. Diperlukan besar pembebanan pada gasket dan badan utama
untuk melakukan analisis secara numerik.
3.1 Data Badan Utama
Badan utama katup bola berbahan Carbon Steel A 105N dengan beberapa sifat
mekanik seperti berikut :
Modulus elastis = 29.000.000 psi
Modulus geser = 11.500.000 psi
Tensile Strees = 70000 psi
Tegangan yield = 36000 psi
Rasio Poisson = 0.29
3.2 Data Gasket
Untuk menentukan kekuatan material sedangkan dimensi ditunjukka pada gambar
3.1.
o Deskripsi material :
1. Tipe = O-Ring
2. Material = Karet
3. Modulus elastis = 5 Mpa
4. Yield strength = 0
5. Tensile strength = 2320,6 psi
6. Rasio poisson = 0.48
o Dimensi :
1. Diameter luar = 1,95 in
12
2. Diameter dalam (Ddlm) = 1,46 in
3. Diameter luar alur gasket (G) = 1,7047 in
4. Tinggi (t) = 0,24 in
5. Faktor (m) = 0
3.3 Pembebanan pada Badan Utama
Untuk melakukan simulasi pembebanan, maka memindahkan gaya yang terjadi
ketika penujian hidrostatik terhadap badan utama. Diagram benda bebas pada
badan utama seperti gambar 3.2.
Gambar 3.1 Gambar teknik gasket
13
Pada simulasi ANSYS penulis menggunakan tekanan pada bagian dalam
katup dan tegangan geser yang disebabkan oleh baut.
3.3.1 Perhitungan manual pada bagian kanan/kiri badan utama
Berikut dimensi pada bagian kanan/kiri badan utama(gambar 3.3) dan baut ulir (gambar
3.4) :
Gambar 3.2 Diagram Benda Bebas Badan Utama
Gambar 3.3 Tampak depan dan samping badan utama
14
Gambar 3.5 Tampak bawah badan utama dan baut bawah
o Dimensi :
Jari-jari lingkaran dalam (r1) = 3,295 in
Diameter lingkaran baut (d2) = 0,551 in
Kedalaman baut (l) = 0,551 in
Menghitung gaya (F1) yang terjadi saat bagian kanan/kiri ditutup :
Menghitung tekanan (P1) yang diterima oleh lingkaran baut:
3.3.2 Perhitungan manual pada bagian bawah
Berikut gambar bagian bawah badan utama dan baut pada gambar 3.5.
Gambar 3.4 Baut pada kiri/kana badan utama
15
o Dimensi :
Diameter lingkaran besar = 2,14 in
Kedalaman baut = 1,15 in
Diameter lingkaran baut = 0,47 in
Menghitung gaya (F2) yang diterima pada lingkaran bawah saat pengujian
hidrostatik :
Menghitung tekanan (P2) yang ditahan oleh baut:
3.3.3 Perhitungan manual pada bagian atas
Berikut gambar bagian atas dan baut seperti pada gambar 3.6 :
Gambar 3.6 Tampak atas badan utama dan baut atas
16
o Dimensi :
1. Diameter lingkaran atas = 2,25 in
2. Diameter baut kecil = 0,44 in
3. Diameter baut besar = 0,49 in
4. Kedalaman baut kecil = 1,23 in (1,378)
5. Kedalaman baut besar = 0,24 in
Menghitung gaya (F3) pada lingkaran atas saat pengujian hidrostatik :
Menghitung tekanan(P3) yang ditahan oleh baut kecil :
3.3.4 Perhitungan manual pada lubang oli
Berikut gambar baut penutup oli seperti pada gambar 3.7 :
o Dimensi :
Gambar 3.7 Baut penutup oli pada sisi badan utama
17
1. Diameter lingkaran penutup oli = 0.65 in
2. Kedalaman ulir penutup oli = 0.42 in
Menghitung gaya (F4) pada lubang oli saat pengujian hidrostatik :
Menghitung tekanan (P4) yang terjadi pada lubang penutup oli :
3.4 Pembebanan pada gasket
Disaat pengetesan hidrostatik maka gasket akan mendapatkan tegangan normal
pada bagian dalam gasket yang besarnya sama dengan tekanan pengetesan yaitu
1000 psi. Karena luasan bagian dalam gasket
. Sehingga gaya dibagian dalam
gasket adalah Dan gaya resultan pada bagian luar
gasket sebesar 1100 lbf. Diagram benda bebas gasket digambarkan seperti gambar
3.8. Pada simulasi ANSYS pembebanan dilakukan dalam tegangan normal dengan
nilai 1000 psi.
R F
Gambar 3.8 Diagram benda bebas pada gasket
18
3.5 Simulasi Pengetesan Hidrostatik dengan Menggunakan ANSYS
Untuk mendapatkan tegangan maksimum, maka dilakukan simulasi metode
elemen hingga menggunakan ANSYS 15. Simulasi ini dilakukan pada badan utama
dan gasket.
3.5.1 Simulasi pada badan utama
Berikut tahapan pengerjaan :
1. Impor file
Impor geometri pada Autodesk Inventor Professional 2015 pada
Workbench 15, setelah itu pilih Static Structural untuk menganalisis.
2. Mendefinisikan material komponen
Memasukkan sifat mekanik material seperti modulus elastis dan modulus
geser pada Engineering Data. Untuk besar sifak mekanik A 105 N dapat
dilihat di subbab 3.1.
3. Memodelkan komponen
1. Mendefinisikan beban luar
Besar beban yang diberikan sesuai dengan subbab sebelumnnya.
Arah dan letak pembebanan dapat dilihat pada gambar 3.9.
2. Mendefinisikan meshing
Gambar 3.9 Pemodelan pembebanan badan utama
19
Meshing adalah pembagian sebuah benda menjadi beberapa
bagian. Pada ansys terdapat beberapa geometri yang digunakan
untuk melakukan meshing, yaitu : tetrahedrons, hex dominant,
sweep, multizone. Simulasi yang dilakukan menggunakan otomatis
seperti pada gambar 3.10 :
3. Uji konvergensi pada simulasi
Pengujian konvergensi dilakukan untu mendapatkan hasil yang
konvergen. Uji konvergensi ini dilakukan dengan mengatur jumlah
nodal dan elemen seperti pada gambar 3.11. Sehingga juga dapat
diperoleh grafik uji konvergensi seperti pada gambar 3.12.
Gambar 3.10 Meshing pada badan utama
Gambar 3.11 Data hasil konvergensi pada badan utama
20
Dari hasil uji konvergensi didapat tegangan von misses
maksimum sebesar
4. Bentuk badan utama
Sebelum terdeformasi (gambar 3.13) :
Gambar 3.12 Grafik hasil konvergensi
Jumlah elemen
Gambar 3.13 Badan utama sebelum terdeformasi
Tega
nga
n m
aksi
mu
m v
on
mis
ses
(psi
)
21
Setelah terdeformasi (gambar 3.14) :
3.5.2 Simulasi pada gasket
Berikut tahapan pengerjaan :
1. Impor file
Impor geometri pada Autodesk Inventor Professional 2015 pada
Workbench 15, setelah itu pilih Static Structural untuk menganalisis.
2. Mendefinisikan material komponen
Memasukkan sifat mekanik material seperti modulus elastis dan modulus
geser pada Engineering Data. Untuk besar sifat mekanik gasket dapat
dilihat di subbab 3.2.
3. Memodelkan komponen
a. Mendefinisikan beban luar
Besar beban yang diberikan sesuai dengan subbab sebelumnnya. Arah
dan letak pembebanan dapat dilihat pada gambar 3.15.
Gambar 3.14 Badan utama setelah terdeformasi
22
b. Mendefinisikan meshing
Meshing adalah pembagian sebuah benda menjadi beberapa bagian.
Pada ansys terdapat beberapa geometri yang digunakan untuk
melakukan meshing, yaitu : tetrahedrons, hex dominant, sweep,
multizone. Simulasi yang dilakukan menggunakan otomatis seperti
pada gambar 3.16.
Gambar 3.15 Pemodelan pembebanan pada
gasket
Gambar 3.16 Meshing pada gasket
23
c. Uji konvergensi pada simulasi
Pengujian konvergensi dilakukan untu mendapatkan hasil yang
konvergen. Uji konvergensi ini dilakukan dengan mengatur jumlah
nodal dan elemen seperti pada gambar berikut 3.17. Sehingga dapat
diperoleh grafik uji konvergensi seperti pada gambar 3.18.
Dari hasil uji konvergensi didapat tegangan von misses maksimum
sebesar
4. Bentuk gasket
Sebelum terdeformasi (gambar 3.19) :
Gambar 3.17 Data hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada
gasket
Gambar 3.18 Grafik hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada gasket
Jumlah elemen
Tega
nga
n m
aksi
mu
m v
on
mis
ses
(psi
)
24
Setelah terdeformasi (gambar 3.20) :
Gambar 3.20 Katup setelah terdeformasi
Gambar 3.19 Gasket sebelum terdeformasi
25
BAB 4
ANALISIS
4.1 Analisis Gasket
Dari hasil simulasi pada ANSYS saat pengetesan hidrostatik tegangan von misses
maksimal yang didapat adalah sebesar seperti gambar 4.1
Pada gambar 4.1 terlihat bahwa tegangan maksimum pada gasket terjadi pada
bagian dalam gasket. Tegangan maksimum terdistribusi merata pada bagian dalam
gasket disebabkan meratanya tekanan yang diberikan pada pengujian hidrostatik.
Dari potongan penampang gasket terlihat lapisan-lapisan tegangan dengan urutan
terbesar berwarna merah pada bagian dalam gasket menuju tegangan terkecil
berwarna biru pada bagian luar gasket. Ini dikarenakan sumber tekanan pengujian
hidrostatik diberikan pada bagian dalam. Hal ini menyebabkan bagian luar gasket
hanya merasakan dampak yang lebih kecil dari pada bagian dalam gasket.
Material gasket berupa rubber hanya merasakan fenomena strain hardening yang
sangat singkat sehingga tidak memiliki yield strength. Sehingga penulis
menggunakan tensile strength sebagai tegangan yang diijinkan agar gasket tidak
gagal. Nilai tensile stregnth untuk rubber sebesar Sehingga dapat
dipastikan bahwa gasket tidak akan gagal saat pengujian hidrostatik. Dengan
demikian desain gasket memiliki memiliki Safety Factor sebesar :
Gambar 4.1 Potongan penampang gasket
26
4.2 Analisis Body
Pengetesan hidrostatik pada badan utama dari hasil simulasi pada ANSYS didapat
tegangan von misses maksimum sebesar
Pada gambar 4.2 dapat terlihat bahwa tegangan maksimum ini terletak pada
lubang baut pada bagian atas badan utama. Tegangan maksimum ini disebabkan
oleh tegangan geser dari baut.
Sehingga dengan material badan utama yaitu carbon steel A105 N dengan nilai
yield strength dapat disumpulkam badan utama tidak gagal saat
pengetesan hidrostatik. Badan utama memiliki safety factor sebesar :
.
Gambar 4.2 Potongan penampang badan utama
27
BAB 5
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
1. Gambar teknik susunan dan komponen telah digambarkan.
2. Tegangan maksimum von misses pada gasket sebesar 123,52 psi
dan badan utama sebesar 26304 psi.
3. Gasket dan badan utama tidak gagal pada pengujian hidrostatik.
4. Faktor keamanan pada gasket sebesar 18 dan badan utama sebesar
1,8
5.2 Saran
1. Melakukan pengujian hidrostatik pada komponen lain untuk
mengetahui kemungkinan kegagalan.
2. Melakukan perhitungan dengan metode eksperimen dan analisis
agar dapat dibandingkan dengan hasil dari simulasi pada ANSYS
sebagai pembanding.
3. Tidak memakai tegangan maksimum von misses untuk material
karet.
28
DAFTAR PUSTAKA
Putra, F. 2015. Analisis Dampak Pengetesan Hidrostatik 15.000 psi Pada
Sambungan Flens 6BX 7-1/16 10M di PT. Aker Solutions.Fakultas Teknik Mesin
dan Dirgantara. Bandung : Institut Teknologi Bandung
https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_valve diunduh pada tanggal 25 Juli 2015
https://www.c-a-m.com/products-and-services/valves/valve-academy/how-does-
it-work-ball-valves diunduh pada tanggal 25 Juli 2015
http://www.abi-blog.com/2014/06/macam-dan-jenis-valve-bagian-dan-
fungsinya.html diunduh pada tanggal 25 Juli 2015
https://mechanicalbrothers.wordpress.com/2011/01/30/metode-elemen-hingga/
diunduh pada tanggal 27/07/2015
https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method diunduh pada tanggal
27/07/2015