BAB V ANALISA HASIL
5.1.
Evaluasi Perhitungan Secara Manual
1. Tegangan-tegangan utama maksimum pada pipa. Dari hasil perhitungan awal dapat diketahui data-data sebagai berikut : - Diameter luar pipa (Do) = 273,0 mm - Tebal dinding pipa atau schedule (t) = 9.3 mm - Tekanan desain fluida (P) = 175 psig = 270 Mpa (N/mm 2 ) a) Tegangan utama longitudinal (Longitudinal principal stress) (LPS), yaitu tegangan yang bekerja sepanjang garis sumbu pipa, tegangan ini disebabkan oleh pembengkokan, beban gaya aksial atau tekanan. LPS =
P . Do = 4t
270 x 273 4 x 9,3
= 1.981 N/mm2 (MPa)
b) Tegangan utama radial (Radial principal stress) (RPS), yaitu tegangan yang bekerja pada satu garis mulai dari pusat pipa secara radial sampai ke dinding pipa, tegangan ini bersifat tegangan tekan bila disebabkan oleh tekanan dalam pipa dan tegangan ini bersifat tegangan tarik bila tekanan dalam pipa hampa (vacum pressure) RPS = Tekanan desain fluida (P) RPS = 270 N/mm2 (MPa)
48
c) Tegangan utama circumferensial (Circumferential principal stress) (CPS) atau disebut juga sebagai Hoop stress, tegangan ini bekerja tegak lurus terhadap tegangan longitudinal dan tegangan radial. Tegangan ini bertendensi membelah dinding pipa dalam arah melingkar pipa dan tegangan ini disebabkan tekanan dari dalam pipa. CPS =
P . Do = 270 x 273 2t 2 x 9,3
= 3.962 N/mm2 (MPa)
Dari semua tegangan-tegangan utama maksimum yang terjadi pada jalur pipa tersebut yang paling besar adalah harga tegangan utama circumferensial (CPS) yaitu 95,11 N/mm2 (MPa). Sehingga jalur pemipaan dari free water knock out (FWKO) ke Pump suction akan dinyatakan aman apabila harga CPS tidak
melebihi batas yield strength material pipa tersebut pada temperatur yang sama. 2. Tegangan geser maksimum (maximum shear stress) (MS) yaitu harga rata-rata dari tegangan yang paling besar dikurangi dengan tegangan yang paling kecil dan dibagi dua. MS = CPS-RPS = 3.962 – 1.981 = 0.9905 N/mm2 (MPa) 2 2 Dan jalur pemipaan dari Dryer Feed knoutout drum ke pump suction akan aman bila harga tegangan geser maksimum (MS) tidak melebihi batas yield strength material pipa tersebut pada temperatur yang sama.
49
3. Tegangan maksimum yang diizinkan (allowable displacement stress range) (σa), yaitu batasan tegangan maksimum yang diizinkan yang terjadi akibat pemuaian atau penyusutan karena terjadi perbedaan temperatur pada saat sistem beroperasi. σa
= f (1,25 σc + 0,25 σh ) N/mm2
Pada temperatur desain = 200 0F σc
= 30.000 Psi = 206,84 N/mm2
σh
= 28.400 Psi = 195,81 N/mm2
Jumlah Siklus 10 tahun = 1 x 365 x 10 = 3650 f
= 1 ( untuk siklus kurang dari 7.000 Tabel 2.2)
Jadi : σa
= 1 (1.25 x 206,84 + 0.25 x 195,81 )
σa
= 307.5 N/mm2
Tegangan maksimum yang diizinkan untuk pembebanan yang jarang terjadi seperti gempa bumi dan badai : σ = 1.33 x tegangan maksimum yang diizinkan σ = 1.33 x 307.5 N/mm2 σ = 408,98 N/mm2
Tegangan maksimum berdasarkan kekuatan material pipa. Berdasarkan uraian pada Bab III didapat jenis material pipa yang digunakan adalah A 106, yang memiliki batas tegangan luluh material (maximum yield strength) = 448.16 N/mm2 (65,000 Psi) dan batas tegangan patah (maximum tensile strength) = 620.5 N/mm2 (90,000 Psi).
50
Dari hasil perhitungan tegangan secara manual yang telah dilakukan dengan menggunakan data-data dari perhitungan diameter pipa, ketebalan dan jenis material yang digunakan diperoleh harga maksimum pada CPS = 129,81 N/mm2 (MPa). Harga tersebut masih berada di bawah tegangan maksimum yang diizinkan (σa) = 307,5 N/mm2. Sedangkan harga tegangan maksimum yang diizinkan akibat pemuaian dan penyusutan pada siklus yang berulang masih di bawah harga batas tegangan luluh material (maximum yield strength) = 448.16 N/mm2. Sehingga jalur pemipaan dari free water knock out (FWKO) ke Pump Suction tidak terjadi overstress dan aman bagi fasilitas migas dan lingkungan sekitarnya.
5.2.
Evaluasi Perhitungan Program Caesar II
Dalam melakukan perhitungan dengan program Caesar II didapat hasil output gaya, momen dan tegangan pipa pada saat sistem beroperasi, yang besarnya bervariasi sesuai dengan jenis material yang digunakan, besar temperatur, tekanan dan tingkat fleksibilitas jalur tersebut. Hasil perhitungan tersebut di dasarkan atas tiga kondisi pembebanan yaitu : 1. Pembebanan karena berat material dan berat fluida ( W ) 2. Pembebanan karena pengaruh temperatur disain ( T1 ) 3. Pembebanan karena pengaruh Tekanan disain ( P1 ) Dari ketiga kondisi pembebanan tersebut akan dikombinasikan dalam suatu perhitungan tegangan, sehingga didapat harga maksimum dari hasil analisis tersebut. Kemudian hasil tersebut akan dibandingkan dengan harga maksimum tegangan yang diizinkan (allowable displacement stress range) yang dihitung
51
secara manual sesuai setandar ASME B31,3. Adapun harga tegangan maksimum yang diperoleh dari perhitungan komputer dengan program Caesar II adalah : 1. Maximum torsions stress = 13,566 N/mm2 (MPa) (diperoleh dari data-data output Caesar pada lampiran 8). 2. Maximum bending stress = 86,883 N/mm2 (MPa) (diperoleh dari data-data output Caesar pada lampiran 5). 3. Axial stress = 10,728 N/mm2 (MPa) (diperoleh dari data-data output Caesar pada lampiran 8). Sedangkan batas tegangan luluh material (maximum yield strength) = 448.16 N/mm2 (65,000 Psi) dan batas tegangan patah (maximum tensile strength) = 620.5 N/mm2 (90,000 Psi). sehingga jalur pipa tersebut tidak terjadi overstress. Data-data yang didapat dari hasil analisis tegangan dengan menggunakan program Caesar II pada jalur pemipaan dari free water knock out (FWKO) ke pump suction seperti pada Tabel 3.9.
Tabel 3.9. Gaya dan momen yang terjadi pada jalur perpipaan. Hasil perhitungan gaya dan momen pada jalur perpipaan untuk tiga pembebanan (W + T1 + P1) Gaya F (Newton) Momen M (Nm) Node X Y Z X Y Z 200 -21122.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 230 16895.17 505.17 5407.69 31.96 -1068.8 -723.42 40 4985.55 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 330 4725.76 -312.92 -985.98 1733.62 3208.77 -331.41 10 -4009.99 782.37 3163.03 49.50 253.69 575.94 0.00 0.00 0.00 130 -1762.45 -6678.3 -2533.90 0.00 0.00 250 223.99 7402.90 -486.49 0.00 0.00 0.00 200 -0.00 -1160.1 -2308.36 0.00 0.00 0.00 40 0.00 -1489.2 -2388.66 0.00
52
Beban gaya maksimum yang terjadi berada pada titik 200 yaitu terletak pada pipe support PS-01 (Lampiran 7 Analisa gaya maksimum pada support). Gaya
maksimum diakibatkan oleh tekanan gaya akibat ekspansi pipa dari arah free water knock out (FWKO) dan diterima oleh pump suctionr. Adapun arah gaya
pada posisi –Y (searah dengan gaya gravitasi bumi). Sedangkan arah gaya pada posisi sumbu X dan Z = 0 (tidak ada beban yang berarti). Hal ini terjadi karena pipa dapat berekspansi pada arah sumbu X dengan bebas tanpa ada hambatan. Sedangkan besar harga ekspansi pada arah sumbu Z relatif kecil karena terdapat loop antara free water knock out (FWKO) ke Pump suction.
53
