Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 1 BAB IX DESIGN OF PRESSURE COMPONENTS  Pipa dengan tekanan internal.

Presentasi berjudul: "Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 1 BAB IX DESIGN OF PRESSURE COMPONENTS  Pipa dengan tekanan internal."— Transcript presentasi:

1 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 1 BAB IX DESIGN OF PRESSURE COMPONENTS  Pipa dengan tekanan internal  Pipa dengan tekanan eksternal  Bends  Percabangan  Flexibilitas  Pipa dengan tekanan internal  Pipa dengan tekanan eksternal  Bends  Percabangan  Flexibilitas

2 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 2 9.1 Tebal Minimum Pipa yang menerima tekanan internal  Tebal minimum diding pipa yang mendapat beban internal harus ditentukan sbb: 1. Untuk t < D/6  Tebal minimum diding pipa yang mendapat beban internal harus ditentukan sbb: 1. Untuk t < D/6 t = tebal dinding pipa, in P= tekanan internal relatif (gauge pressure), psig D= diameter luar pipa, in E= faktor kualitas S= tegangan yang diijinkan (hot stress), Y= koefisien sifat material c = mechanical + corrosion + erosion allowances  0.02 in t = tebal dinding pipa, in P= tekanan internal relatif (gauge pressure), psig D= diameter luar pipa, in E= faktor kualitas S= tegangan yang diijinkan (hot stress), Y= koefisien sifat material c = mechanical + corrosion + erosion allowances  0.02 in

3 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 3  Koefisien sifat material, Y  Untuk t < d/6  Koefisien sifat material, Y  Untuk t < d/6 Temp Material  900 0 F 950 0 F1000 0 F1050 0 F1150 0 F 1150 0 F  Ferritic Steel0.40.50.7 Austenitic Steel0.4 0.50.7 Cast iron0.4----- Non ferrous metal0.4-----  Untuk t  d/6 d = diameter dalam pipa = D-2t, in

4 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 4  Factor kualitas, Eq E c = casting quality factor  0.85  1.0 E j = joint quality factor  0.6  1.0 E s = structural grade quality factor  0.92 E c = casting quality factor  0.85  1.0 E j = joint quality factor  0.6  1.0 E s = structural grade quality factor  0.92 Type of suplementary examination EcEcEcEc Surface examination (0.25  m R a ) 0.85 Magnetic particle method 0.85 Ultrasonic examination 0.85 Type 1 & 2 0.90 Type 1 & 3 1.00 Type 2 & 3 1.00

5 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 5 Type of Joint Examination EjEjEjEj Furnace but weld A. r. b. s. 0.6 Electric resistance weld A. r. b. s. 0.85 Electric fusion weld (single butt) A. r. b. s. 0.80 Electric fusion weld (single butt) Spot radiograph 0.90 Electric fusion weld (single butt) 100% radiograph 1.00 Electric fusion weld (double butt) A. r. b. s. 0.85 Electric fusion weld (double butt) Spot radiograph 0.90 Electric fusion weld (double butt) 100% radiograph 1.00 By ASTM A211 specification A. r. b. s. 0.75 Double submerged arc weld (API) radiograph0.95 Factor kualitas joint (straight & spiral longitudinal weld)

6 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 6  Persamaan alternatif untuk menghitung tebal minimum pipa : 2. Untuk t > D/6 (pipa tebal) atau P/SE > 0.385  perlu pertimbangan khusus : teori kegagalan, thermal stress, fatigue, dll 2. Untuk t > D/6 (pipa tebal) atau P/SE > 0.385  perlu pertimbangan khusus : teori kegagalan, thermal stress, fatigue, dll

7 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 7 9.2 Penentuan Diameter Luar  Dalam perhitungan tebal diperlukan diameter luar pipa  Diameter luar dihitung : D = d + 2t  d = diameter dalam dihitung dari konservasi massa fluida yang mengalir  Dalam perhitungan tebal diperlukan diameter luar pipa  Diameter luar dihitung : D = d + 2t  d = diameter dalam dihitung dari konservasi massa fluida yang mengalir Q = kapasitas aliran fluida, in 3 /s A= luas penampang, in 2 V= kecepatan aliran, in/s Q = kapasitas aliran fluida, in 3 /s A= luas penampang, in 2 V= kecepatan aliran, in/s

8 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 8 Jenis fluidaKecepatan maksimum [ft/s] Uap untuk proses 120  150 Slurry 5  10 Uap air 100  130 Air 6  10 Fluida cair 100/  1/2 Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa

9 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 9 9.3 Penentuan Diameter Nominal  Setelah t m ditentukan  pemilihan ukuran pipa komersial  Dimensi standard  Pilih pipa dengan d yang diperlukan dan t m > t m-dihitung  diameter nominal & schedule  Setelah t m ditentukan  pemilihan ukuran pipa komersial  Dimensi standard  Pilih pipa dengan d yang diperlukan dan t m > t m-dihitung  diameter nominal & schedule

10 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 10

11 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 11  CONTOH SOAL Tentukan tebal dinding sebuah pipa dengan diameter eksternal D = 8.625 inch dengan kondisi rancang T = 500  F dan P = 850 psig Tentukan tebal dinding sebuah pipa dengan diameter eksternal D = 8.625 inch dengan kondisi rancang T = 500  F dan P = 850 psig  menghitung tebal dinding pipa. Tentukan tebal dinding sebuah pipa dengan diameter eksternal D = 8.625 inch dengan kondisi rancang T = 500  F dan P = 850 psig Tentukan tebal dinding sebuah pipa dengan diameter eksternal D = 8.625 inch dengan kondisi rancang T = 500  F dan P = 850 psig  menghitung tebal dinding pipa. E = Faktor kualitas, adalah faktor pereduksi tegangan yang diijinkan yang harganya didasarkan pada proses pembuatan pipa. Harga E berkisar antara 0.6, yaitu untuk furnace butt weld (FBW) dan 1.0 untuk seamless pipa (pipa tak berkampuh)  0.85 Y = Faktor kompensasi tegangan temperatur dipergunakan untuk mengakomodasi kenyataan bahwa penurunan tegangan yang diijinkan pada temperatur 900  F adalah tidak linear. )  0. 4 S = allowable stress (hot stress)  18 900 psi Y = Faktor kompensasi tegangan temperatur dipergunakan untuk mengakomodasi kenyataan bahwa penurunan tegangan yang diijinkan pada temperatur 900  F adalah tidak linear. )  0. 4 S = allowable stress (hot stress)  18 900 psi

12 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 12  Tebal minimum dinding pipa : t m = t + (corrosion Allowance) + (mill tolerance) t m = t + (corrosion Allowance) + (mill tolerance) = 0.223 + 0.063 + 0.010 = 0.296 inch = 0.223 + 0.063 + 0.010 = 0.296 inch  Pipa komersial dengan tebal dinding yang terdekat di atas t m adalah :  Tebal minimum dinding pipa : t m = t + (corrosion Allowance) + (mill tolerance) t m = t + (corrosion Allowance) + (mill tolerance) = 0.223 + 0.063 + 0.010 = 0.296 inch = 0.223 + 0.063 + 0.010 = 0.296 inch  Pipa komersial dengan tebal dinding yang terdekat di atas t m adalah :  Tebal dinding pipa berdasarkan mechanical strength : D nom = 8 inch Schedule 40 dengan t nom = 0.322 inch D nom = 8 inch Schedule 40 dengan t nom = 0.322 inch

13 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 13 9.4 Penentuan Tebal Pipa yang Mendapat Beban Tekanan Eksternal  Pipa mengalami tekanan eksternal (atmosfir) jika tekanan di dalam lebih kecil dari tekanan atmosfir (ex: vakum)  Pipa yang lebih kecil dari pipa konsentris juga mendapat tekanan eksternal jika tekanan di pipa besar lebih tinggi  Pipa (tube) di dalam vessel dapat mengalami tekanan internal, jika tekanan vessel > tekanan tube  Prosedur penentuan t m  Pipa mengalami tekanan eksternal (atmosfir) jika tekanan di dalam lebih kecil dari tekanan atmosfir (ex: vakum)  Pipa yang lebih kecil dari pipa konsentris juga mendapat tekanan eksternal jika tekanan di pipa besar lebih tinggi  Pipa (tube) di dalam vessel dapat mengalami tekanan internal, jika tekanan vessel > tekanan tube  Prosedur penentuan t m ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section VIII, Division I ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section VIII, Division I

14 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 14 A. Untuk D/t  10 1.Ambi suatu harga t (anggapan) dan hitunglah rasio L/D o dan D o /t. 2.Dengan kedua harga L/D o dan D o /t, masuklah ke charts, charts UGO-28.0 yang terdiri dari dua buah charts  untuk harga L/D o  50.0, pakailah harga L/D o = 50, sedang  untuk harga L/D o  50.0, pakailah harga L/D o = 50, sedang  untuk harga L/D o  0.05, pakailah harga L/D o = 0.0  untuk harga L/D o  0.05, pakailah harga L/D o = 0.0 3.Tentukan titik potong antara kurva D o /t (dari hasil perhitungan pada langkah 1 ) dan garis horizontal L/D o (hasil perhitungan pada langkah 1). Titik potong tersebut boleh berupa titik hasil interpolasi untuk harga D 0 /t yang terletak di antara dua harga D o /t yang ada di charts. Dari titik potong (atau titik hasil interpolasi) tersebut, tarik garis vertikal ke bawah dan bacalah harga faktor A. A. Untuk D/t  10 1.Ambi suatu harga t (anggapan) dan hitunglah rasio L/D o dan D o /t. 2.Dengan kedua harga L/D o dan D o /t, masuklah ke charts, charts UGO-28.0 yang terdiri dari dua buah charts  untuk harga L/D o  50.0, pakailah harga L/D o = 50, sedang  untuk harga L/D o  50.0, pakailah harga L/D o = 50, sedang  untuk harga L/D o  0.05, pakailah harga L/D o = 0.0  untuk harga L/D o  0.05, pakailah harga L/D o = 0.0 3.Tentukan titik potong antara kurva D o /t (dari hasil perhitungan pada langkah 1 ) dan garis horizontal L/D o (hasil perhitungan pada langkah 1). Titik potong tersebut boleh berupa titik hasil interpolasi untuk harga D 0 /t yang terletak di antara dua harga D o /t yang ada di charts. Dari titik potong (atau titik hasil interpolasi) tersebut, tarik garis vertikal ke bawah dan bacalah harga faktor A.

15 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 15 4.Dengan harga A yang diperoleh dari langkah 3, masuklah ke chart ke-3 untuk material pipa. Dengan harga A, buatlah garis vertikal sampai memotong garis yang menunjukan garis temperatur rancang. (boleh dilakukan interpolasi untuk menentukan titik potong). Garis vertikal yang dibuat melalui titik A dengan harga yang diperoleh pada langkah 3, disamping dapat memotong garis temperatur rancang, dapat pula tidak memotong garis temperatur rancang tersebut karena (1) garis vertikal tersebut terletak di sebelah kiri titik potong antara garis temperatur rancang dan sumbu horizontal (dalam hal ini, lihat langkah 7 untuk menentukan faktor B ) dan (2) garis vertikal terletak diluar sumbu vertikal kanan atau harga A  harga A terbesar pada chart. Untuk kasus terakhir harga faktor B di anggap harga terbesar pada garis temperatur rancang pada chart. 4.Dengan harga A yang diperoleh dari langkah 3, masuklah ke chart ke-3 untuk material pipa. Dengan harga A, buatlah garis vertikal sampai memotong garis yang menunjukan garis temperatur rancang. (boleh dilakukan interpolasi untuk menentukan titik potong). Garis vertikal yang dibuat melalui titik A dengan harga yang diperoleh pada langkah 3, disamping dapat memotong garis temperatur rancang, dapat pula tidak memotong garis temperatur rancang tersebut karena (1) garis vertikal tersebut terletak di sebelah kiri titik potong antara garis temperatur rancang dan sumbu horizontal (dalam hal ini, lihat langkah 7 untuk menentukan faktor B ) dan (2) garis vertikal terletak diluar sumbu vertikal kanan atau harga A  harga A terbesar pada chart. Untuk kasus terakhir harga faktor B di anggap harga terbesar pada garis temperatur rancang pada chart. 5.Dari titik potong yang diperoleh pada langkah 4, dapat di baca harga faktor B.

16 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 16 6.Dengan harga faktor B yang diperoleh pada langkah 5, dapat dihitung harga tekanan eksternal maksimum yang diijinkan, dari rumus berikut : 7.Untuk harga A yang terletak disebelah kiri garis temperatur rancang, dihitung dari rumus berikut : 8.Bandingkan harga yang dihitung pada langkah 6 atau langkah 7 dengan harga P. Jika harga P a < p, maka ulangilah prosedur 1 s/d 8 dengan memilih harga t yang lebih besar. Iterasi tersebut dilakukan terus sampai diperoleh harga t yang menghasilkan yang lebih besar dari P

17 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 17

18 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 18

19 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 19

20 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 20

21 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 21

22 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 22

23 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 23  CONTOH SOAL Tentukan tebal dinding pipa lurus dengan diameter eksternal 10.75 inch, terbuat dari baja karbon, beroperasi pada temperatur 300 0 F dan mengalami beban eksternal 350 psig. Pipa tersebut panjang sekali. Tentukan tebal dinding pipa lurus dengan diameter eksternal 10.75 inch, terbuat dari baja karbon, beroperasi pada temperatur 300 0 F dan mengalami beban eksternal 350 psig. Pipa tersebut panjang sekali. 1. Misalkan t = 0.365 inch, maka  L/D o = 50 (sebenarnya L/D o > 50, tapi untuk L/D o > 50, maka dipakai harga L/D o =50 )  D o /t = 10.75/0.365 = 29.45  D o /t = 10.75/0.365 = 29.45 2&3. Dengan L/D o = 50 dan D o /t = 29.45, maka dari chart 5 - UGO - 28.0 diperoleh harga A= 0.00122 4&5 Dengan harga A = 0.00122 dan chart untuk baja karbon dengan temperatur rancang 300 0 F, diperoleh harga B = 11600 1. Misalkan t = 0.365 inch, maka  L/D o = 50 (sebenarnya L/D o > 50, tapi untuk L/D o > 50, maka dipakai harga L/D o =50 )  D o /t = 10.75/0.365 = 29.45  D o /t = 10.75/0.365 = 29.45 2&3. Dengan L/D o = 50 dan D o /t = 29.45, maka dari chart 5 - UGO - 28.0 diperoleh harga A= 0.00122 4&5 Dengan harga A = 0.00122 dan chart untuk baja karbon dengan temperatur rancang 300 0 F, diperoleh harga B = 11600

24 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 24 6.6. 7. Check : P a = 525 psig > P = 300 psig  Karena itu pipa denga tebal dinding t = 0.365 inch cukup kuat untuk menahan beban tekanan eksternal sebesar 350 psig.  Apakah perlu dilakukan iterasi dengan memilih tebal dinding yang lebih kecil, karena t = 0.365 inch mungkin terlalu kuat ? 7. Check : P a = 525 psig > P = 300 psig  Karena itu pipa denga tebal dinding t = 0.365 inch cukup kuat untuk menahan beban tekanan eksternal sebesar 350 psig.  Apakah perlu dilakukan iterasi dengan memilih tebal dinding yang lebih kecil, karena t = 0.365 inch mungkin terlalu kuat ?

25 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 25 9.5 Penentuan Tebal Belokan Pipa 1. Pipe Bends  Pipe bends terbuat dari pipa lurus yang dibengkokkan  Untuk pipe bend, tebal minimum diding pipa setelah dibengkokkan tidak boleh lebih kecil dari t m pipa lurus 1. Pipe Bends  Pipe bends terbuat dari pipa lurus yang dibengkokkan  Untuk pipe bend, tebal minimum diding pipa setelah dibengkokkan tidak boleh lebih kecil dari t m pipa lurus 2. Elbow  Dibuat dengan cara di cor  Kekuatannya menahan tekanan internal dihitung dengan cara pada paragraf 304.7.2 (B31.3) 2. Elbow  Dibuat dengan cara di cor  Kekuatannya menahan tekanan internal dihitung dengan cara pada paragraf 304.7.2 (B31.3)

26 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 26 3. Multiple Mitter Bend Pipa belok yang terbuat dari potongan-potongan pipa lurus 3. Multiple Mitter Bend Pipa belok yang terbuat dari potongan-potongan pipa lurus P m = tekanan internal maksimum yang diijinkan terjadi di miter bends r 2 = jari-jari rata-rata pipa dengan memakai tebal dinding nominal r 2 = jari-jari rata-rata pipa dengan memakai tebal dinding nominal R 1 = jari-jari efektif miter bend, didefinisikan sebagai jarak terpendek dari garis sumbu pipa ke garis potong dua bidang datar dari sambung miter yang bersebelahan R 1 = jari-jari efektif miter bend, didefinisikan sebagai jarak terpendek dari garis sumbu pipa ke garis potong dua bidang datar dari sambung miter yang bersebelahan T = Tebal dinding pipa miter  = sudut potong miter  = sudut perubahan arah pada sambungan miter = 2  P m = tekanan internal maksimum yang diijinkan terjadi di miter bends r 2 = jari-jari rata-rata pipa dengan memakai tebal dinding nominal r 2 = jari-jari rata-rata pipa dengan memakai tebal dinding nominal R 1 = jari-jari efektif miter bend, didefinisikan sebagai jarak terpendek dari garis sumbu pipa ke garis potong dua bidang datar dari sambung miter yang bersebelahan R 1 = jari-jari efektif miter bend, didefinisikan sebagai jarak terpendek dari garis sumbu pipa ke garis potong dua bidang datar dari sambung miter yang bersebelahan T = Tebal dinding pipa miter  = sudut potong miter  = sudut perubahan arah pada sambungan miter = 2 

27 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 27  Tekangan internal maksimum yang diijinkan haruslah harga terkecil dari dua persamaan berikut :  haruslah < 22.5 0 4. Mitter Bend Tunggal  Mitter dengan  < 22.5 0 4. Mitter Bend Tunggal  Mitter dengan  < 22.5 0 c = corrosion+errosion allowance E = faktor kualitas S = tegangan yang diijinkan c = corrosion+errosion allowance E = faktor kualitas S = tegangan yang diijinkan

28 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 28  Batasan harga R 1 (B31.3)  A mempunyai harga empirik sbb : English unit SI English unit SI  A mempunyai harga empirik sbb : English unit SI English unit SI (T-c), inchA  0.5 1.0 0.5  (T-c)  0.88 2 (T-c)  0.88 [2(T-c)/3] + 1.17 (T-c), mmA  13 25 13  (T-c)  22 2 (T-c)  22 [2(T-c)/3] + 30 Tebal dinding pipe bends dan tebal dinding segmen-segmen belokan miter yang mengalami tekanan eksternal dapat ditentukan dengan cara yang sama dengan cara yang dipakai untuk menentukan tebal dinding pipa lurus yang menerima tekanan eksternal Tebal dinding pipe bends dan tebal dinding segmen-segmen belokan miter yang mengalami tekanan eksternal dapat ditentukan dengan cara yang sama dengan cara yang dipakai untuk menentukan tebal dinding pipa lurus yang menerima tekanan eksternal

29 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 29  CONTOH SOAL Hitunglah tekanan internal maksimum yang diijinkan untuk pipa belokan miter dengan diameter 36 inch dari tebal dinding nominal 0.375 inch yang dibuat dari A 515 Gr. 60 (material pelat), dengan temperatur = 500  F, C=0.1 inch, E= 1.0, = 1.5 x 36 = 54 inch, = 0.5, toleransi pembuatan (plate mill under-run tolerance) = 0.01 inch. Hitunglah tekanan internal maksimum yang diijinkan untuk pipa belokan miter dengan diameter 36 inch dari tebal dinding nominal 0.375 inch yang dibuat dari A 515 Gr. 60 (material pelat), dengan temperatur = 500  F, C=0.1 inch, E= 1.0, = 1.5 x 36 = 54 inch, = 0.5, toleransi pembuatan (plate mill under-run tolerance) = 0.01 inch. 1. Perhitungan tekanan internal maksimum untuk pipa miter ganda : untuk  = 22.5 ,  dari persamaan (1):  dari persamaan (1): 1. Perhitungan tekanan internal maksimum untuk pipa miter ganda : untuk  = 22.5 ,  dari persamaan (1):  dari persamaan (1): dengan S = 17300 psi dengan S = 17300 psi T = 0.375 - 0.010 = 0.365 inch T = 0.375 - 0.010 = 0.365 inch r 2 = 0.536 – 0.375) = 17.8125 inch r 2 = 0.536 – 0.375) = 17.8125 inch dengan S = 17300 psi dengan S = 17300 psi T = 0.375 - 0.010 = 0.365 inch T = 0.375 - 0.010 = 0.365 inch r 2 = 0.536 – 0.375) = 17.8125 inch r 2 = 0.536 – 0.375) = 17.8125 inch

30 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 30  dari persamaan (2) :  dari persamaan (2) : Kesimpulan : P m = 80 psig Kesimpulan : P m = 80 psig Tekanan maksimum Tekanan maksimum

31 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 31 2. Perhitungan tekanan internal maksimum untuk pipa miter tunggal  dengan R 1 = 36 inch, diperoleh  dengan R 1 = 36 inch, diperoleh 2. Perhitungan tekanan internal maksimum untuk pipa miter tunggal  dengan R 1 = 36 inch, diperoleh  dengan R 1 = 36 inch, diperoleh  Berdasarkan B31.3 R 1 minimum adalah (untuk T-c < 0.5)  Berdasarkan B31.3 R 1 minimum adalah (untuk T-c < 0.5)  = 22.5 0

32 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 32

33 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 33 9.6 Penentuan Tebal Penguat Percabangan  Percabangan pipa terdiri dari pipa utama, dan pipa cabang, yang diameternya pada umumnya lebih kecil daripada diameter pipa utama.  Pada lokasi dimana pipa cabang akan disambungkan, maka pada pipa utama dibuat lubang  sebagian permukaan pipa utama dibuang.  Dengan dibuatnya lubang, maka luas potongan aksial (dimana hoop stress bekerja) akan berkurang  pipa utama diperlemah.  Sebenarnya pipa dengan dimensi standard yang dipilih mempunyai tebal dinding > t m, maka ‘kelebihan” tebal tersebut dapat menjadi kompensasi berkurangnya luas potongan aksial yang terbuang.  Dasar pemikiran inilah yang dipakai Code dalam melakukan analisis kekuatan percabangan pipa. Metode tersebut dinamakan area replacement method atau Metode kompensasi.  Percabangan pipa terdiri dari pipa utama, dan pipa cabang, yang diameternya pada umumnya lebih kecil daripada diameter pipa utama.  Pada lokasi dimana pipa cabang akan disambungkan, maka pada pipa utama dibuat lubang  sebagian permukaan pipa utama dibuang.  Dengan dibuatnya lubang, maka luas potongan aksial (dimana hoop stress bekerja) akan berkurang  pipa utama diperlemah.  Sebenarnya pipa dengan dimensi standard yang dipilih mempunyai tebal dinding > t m, maka ‘kelebihan” tebal tersebut dapat menjadi kompensasi berkurangnya luas potongan aksial yang terbuang.  Dasar pemikiran inilah yang dipakai Code dalam melakukan analisis kekuatan percabangan pipa. Metode tersebut dinamakan area replacement method atau Metode kompensasi.

34 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 34

35 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 35  Dalam analisis metode kompensasi, tebal dinding pipa diperinci dalam tebal-tebal, yang dalam perkembanganya berasal dari urutan berikut:  t = tebal dinding pipa yang dihitung  t m = t + c  t nom = t m + mill tolerance + tebal lebih  t = tebal dinding pipa yang dihitung  t m = t + c  t nom = t m + mill tolerance + tebal lebih  Variabel : T’ = tebal dinding pipa nominal t = tebal dinding pipa sesuai mechanical strength c = corrosion + erosion allowance t m = tebal dinding pipa minimum yang diperlukan T = tebal dinding pipa minimum dari pipa standard yang dipilih T = T’ - mill tolerance Subskrip : b  pipa cabang h  pipa utama h  pipa utama  Variabel : T’ = tebal dinding pipa nominal t = tebal dinding pipa sesuai mechanical strength c = corrosion + erosion allowance t m = tebal dinding pipa minimum yang diperlukan T = tebal dinding pipa minimum dari pipa standard yang dipilih T = T’ - mill tolerance Subskrip : b  pipa cabang h  pipa utama h  pipa utama  0.125 t nom

36 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 36  Tebal lebih = T’ – (t + c + mill tolerance) = T – (t-c)  Tebal lebih = T’ – (t + c + mill tolerance) = T – (t-c)  Luas dinding pipa utama yang terbuang A 1 = t h d 1  tegak lurus A 1 = t h d 1 (2 – sin  )  miring  Luas lebih pada pipa utama (karena tebal lebih) A 2 = (2d 2 – d 1 )(T h – t h – c)  Luas lebih pada pipa cabang A 3 = 2L 4 (T h – t h – c)/sin   Luas dinding pipa utama yang terbuang A 1 = t h d 1  tegak lurus A 1 = t h d 1 (2 – sin  )  miring  Luas lebih pada pipa utama (karena tebal lebih) A 2 = (2d 2 – d 1 )(T h – t h – c)  Luas lebih pada pipa cabang A 3 = 2L 4 (T h – t h – c)/sin 

37 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 37  Variabel d 1 = panjang efektif (pipa utama) yang terbuang untuk pipa cabang d 2 = setengah lebar dari daerah penguat, yaitu panjang dan luas lebih pada pipa utama, yang besarnya diambil harga terbesar di antara dua harga berikut :  Variabel d 1 = panjang efektif (pipa utama) yang terbuang untuk pipa cabang d 2 = setengah lebar dari daerah penguat, yaitu panjang dan luas lebih pada pipa utama, yang besarnya diambil harga terbesar di antara dua harga berikut : dengan batasan : d 2  D h L 4 = tinggi daerah penguat (yaitu panjang dari luas lebih) pada pipa cabang, yang harganya diambil yang terkecil dari dua harga berikut L 4 = tinggi daerah penguat (yaitu panjang dari luas lebih) pada pipa cabang, yang harganya diambil yang terkecil dari dua harga berikut dengan batasan : d 2  D h L 4 = tinggi daerah penguat (yaitu panjang dari luas lebih) pada pipa cabang, yang harganya diambil yang terkecil dari dua harga berikut L 4 = tinggi daerah penguat (yaitu panjang dari luas lebih) pada pipa cabang, yang harganya diambil yang terkecil dari dua harga berikut T r = tebal dinding minimum dari pelat penguat, jika ternyata diperlukan

38 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 38  Kriteria kekuatan  Percabangan pipa dengan lubang pada pipa utama dinyatakan kuat jika  Kriteria kekuatan  Percabangan pipa dengan lubang pada pipa utama dinyatakan kuat jika  jika kriteria di atas tidak dipenuhi  ditambahkan penguat

39 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 39  CONTOH SOAL Hitunglah replacement area untuk percabangan pipa berikut: Pipa utama : NPS 8, Schedule 40, ASTM A 53 Gr., B ERW Pipa cabang: NPS 4, Schedule 40, ASTM A 53 Gr., B SMLS P = 600 psig, temperatur = 400  F dan C = 0.10 inch mill tolerance = 0.01 inch untuk pipa utama mill tolerance = 0.02 inch untuk pipa cabang Hitunglah replacement area untuk percabangan pipa berikut: Pipa utama : NPS 8, Schedule 40, ASTM A 53 Gr., B ERW Pipa cabang: NPS 4, Schedule 40, ASTM A 53 Gr., B SMLS P = 600 psig, temperatur = 400  F dan C = 0.10 inch mill tolerance = 0.01 inch untuk pipa utama mill tolerance = 0.02 inch untuk pipa cabang Dari tabel pipa standard diperoleh : D h = 8.625 inch T’ h = 0.322 inch D b = 4.500 inch T = 0.237 inch T = 0.237 inch Dari tabel material, diperoleh S h = SE = 20.000 x 0.85 = 17.000 psi S h = SE = 20.000 x 0.85 = 17.000 psi S b = 20.000 psi Dari tabel pipa standard diperoleh : D h = 8.625 inch T’ h = 0.322 inch D b = 4.500 inch T = 0.237 inch T = 0.237 inch Dari tabel material, diperoleh S h = SE = 20.000 x 0.85 = 17.000 psi S h = SE = 20.000 x 0.85 = 17.000 psi S b = 20.000 psi

40 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 40 Dihitung : T h = T’ - mill tolerance = 0.312 inch T b = 0.207 inch T b = 0.207 inch d 1 = D b – 2(T b -c) = 4.5 – 2(0.207-0.10) = 4.286 inch d 1 = D b – 2(T b -c) = 4.5 – 2(0.207-0.10) = 4.286 inch d 2 = dipilih harga terbesar antara d 1 atau (T b -c)+(T h -c) + d 1 /2 d 2 = dipilih harga terbesar antara d 1 atau (T b -c)+(T h -c) + d 1 /2 = 4.286 inch = 4.286 inch L 4 : 2.5(0.207 – 0.10) + 0 = 0.267 inch L 4 : 2.5(0.207 – 0.10) + 0 = 0.267 inch Tebal pipa : Dihitung : T h = T’ - mill tolerance = 0.312 inch T b = 0.207 inch T b = 0.207 inch d 1 = D b – 2(T b -c) = 4.5 – 2(0.207-0.10) = 4.286 inch d 1 = D b – 2(T b -c) = 4.5 – 2(0.207-0.10) = 4.286 inch d 2 = dipilih harga terbesar antara d 1 atau (T b -c)+(T h -c) + d 1 /2 d 2 = dipilih harga terbesar antara d 1 atau (T b -c)+(T h -c) + d 1 /2 = 4.286 inch = 4.286 inch L 4 : 2.5(0.207 – 0.10) + 0 = 0.267 inch L 4 : 2.5(0.207 – 0.10) + 0 = 0.267 inch Tebal pipa : Luas pipa utama yang terbuang oleh lubang :

41 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 41 Luas lebih : Dengan membandingkan kedua harga luas di atas ditemukan bahwa Sehingga dapat disimpulkan bahwa diperlukan metal penguat.

42 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 42 Luas metal penguat yang diperlukan dapat dihitung sebagai berikut :  Total ruang yang tersedia untuk metal penguat  Jika dipilih : T r = ……….  maka (A 4 ) penguat = ……….  sehingga :  maka (A 4 ) penguat = ……….  sehingga :

43 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 43 9.7 Fleksibiltas Sistem Perpipaan  Sebuah sistem perpipaan dikatakan mempunyai fleksibilitas yang cukup atau baik, bila sistem perpipaan tersebut  dapat mengalami perubahan panjang akibat ekspansi atau kontraksi termal  gerak titik tumpu sistem perpipaan tanpa mengalami kerusakan-kerusakan :  kegagalan sistem perpipaan atau titik-titik tumpunya akibat tegangan berlebih atau akibat lelah  bocor pada sambungan  tegangan yang merusak atau distorsi yang dialami sistem perpipaan, katup atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan akibat beban gaya atau momen yang berlebih pada sistem perpipaan  tegangan yang merusak atau distorsi yang dialami sistem perpipaan, katup atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan akibat beban gaya atau momen yang berlebih pada sistem perpipaan  Sebuah sistem perpipaan dikatakan mempunyai fleksibilitas yang cukup atau baik, bila sistem perpipaan tersebut  dapat mengalami perubahan panjang akibat ekspansi atau kontraksi termal  gerak titik tumpu sistem perpipaan tanpa mengalami kerusakan-kerusakan :  kegagalan sistem perpipaan atau titik-titik tumpunya akibat tegangan berlebih atau akibat lelah  bocor pada sambungan  tegangan yang merusak atau distorsi yang dialami sistem perpipaan, katup atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan akibat beban gaya atau momen yang berlebih pada sistem perpipaan  tegangan yang merusak atau distorsi yang dialami sistem perpipaan, katup atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan akibat beban gaya atau momen yang berlebih pada sistem perpipaan

44 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 44  Persyaratan khusus ANSI/ASME mencantumkan beberapa tentang fleksibilitas yang harus dipenuhi oleh sistem perpipaan :  range tegangan hasil perhitungan, S E di setiap titik sistem perpipaan akibat perpindahan titik tidak boleh melebihi daerah tegangan yang diijinkan (the allowable stress range, S A )  gaya reaksi hasil perhitungan tidak merusak titik tumpu sistem perpipaan atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan  perpindahan sistem perpipaan hasil perhitungan haruslah berada dalam batas-batas yang ditentukan.  Persyaratan khusus ANSI/ASME mencantumkan beberapa tentang fleksibilitas yang harus dipenuhi oleh sistem perpipaan :  range tegangan hasil perhitungan, S E di setiap titik sistem perpipaan akibat perpindahan titik tidak boleh melebihi daerah tegangan yang diijinkan (the allowable stress range, S A )  gaya reaksi hasil perhitungan tidak merusak titik tumpu sistem perpipaan atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan  perpindahan sistem perpipaan hasil perhitungan haruslah berada dalam batas-batas yang ditentukan.

45 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 45  Sistem perpipaan yang tidak memerlukan analisis fleksibilitas:  sistem perpipaan yang merupakan duplikat sistem perpipaan yang sudah ada, yang dalam operasi menunjukan kinerja yang memuaskan  sistem perpipaan yang dengan mudah dapat dinilai mempunyai fleksibilitas yang cukup bila dibandingkan dengan sistem perpipaan yang fleksibilitasnya telah dianalisis sebelumnya  sistem perpipaan dengan ukuran seragam, yang ditumpu dengan hanya dua titik tumpu tanpa ada titik restraint diantara keduanya, dan yang memenuhi ketentuan empirik berikut :  Sistem perpipaan yang tidak memerlukan analisis fleksibilitas:  sistem perpipaan yang merupakan duplikat sistem perpipaan yang sudah ada, yang dalam operasi menunjukan kinerja yang memuaskan  sistem perpipaan yang dengan mudah dapat dinilai mempunyai fleksibilitas yang cukup bila dibandingkan dengan sistem perpipaan yang fleksibilitasnya telah dianalisis sebelumnya  sistem perpipaan dengan ukuran seragam, yang ditumpu dengan hanya dua titik tumpu tanpa ada titik restraint diantara keduanya, dan yang memenuhi ketentuan empirik berikut : D= diameter luar pipa, dalam inch (atau mm) y= perpindahan resultante total, dalam inch (mm) L= panjang pipa di antara dua titik tumpu, dalam ft (m) U= jarak antara kedua titik tumpu, dalam ft (m) K= 0.03 untuk satuan Inggris = 208.3 untuk satuan metrik D= diameter luar pipa, dalam inch (atau mm) y= perpindahan resultante total, dalam inch (mm) L= panjang pipa di antara dua titik tumpu, dalam ft (m) U= jarak antara kedua titik tumpu, dalam ft (m) K= 0.03 untuk satuan Inggris = 208.3 untuk satuan metrik

46 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 46  Persyaratan analisis formal :  Sistem perpipaan yang tidak memenuhi salah satu dari ketiga persyaratan diatas haruslah dianalisis dengan salah satu cara analisis berikut : metode analisis sederhana, metode analisis pendekatan (approximate analysis) atau metode analisis komprehensif  Metode komprehensif yang dapat diterima meliputi metode analitik dan metode yang memakai charts, yang dapat menghitung gaya, momen dan tegangan-tegangan yang ditimbulkan oleh displacement strains.  Pada analisis komprehensif, faktor-faktor intensitas tegangan pada komponen perpipaan selain pipa lurus haruslah diperhitungkan. Komponen tersebut mempunyai kelebihan fleksibilitas.  Pada analisis fleksibilitas, maka semua komponen perpipaan yang terletak antara dua anchor points haruslah diperlakukan secara keseluruhan  Persyaratan analisis formal :  Sistem perpipaan yang tidak memenuhi salah satu dari ketiga persyaratan diatas haruslah dianalisis dengan salah satu cara analisis berikut : metode analisis sederhana, metode analisis pendekatan (approximate analysis) atau metode analisis komprehensif  Metode komprehensif yang dapat diterima meliputi metode analitik dan metode yang memakai charts, yang dapat menghitung gaya, momen dan tegangan-tegangan yang ditimbulkan oleh displacement strains.  Pada analisis komprehensif, faktor-faktor intensitas tegangan pada komponen perpipaan selain pipa lurus haruslah diperhitungkan. Komponen tersebut mempunyai kelebihan fleksibilitas.  Pada analisis fleksibilitas, maka semua komponen perpipaan yang terletak antara dua anchor points haruslah diperlakukan secara keseluruhan

47 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 47  Tegangan Fleksibilitas :  Displacement stress range, S E, dihitung berdasarkan rumus berikut ini  Tegangan Fleksibilitas :  Displacement stress range, S E, dihitung berdasarkan rumus berikut ini S b = Resultan tegangan lentur S t = tegangan puntir = M t /2Z Z= section modulus pipa S b = Resultan tegangan lentur S t = tegangan puntir = M t /2Z Z= section modulus pipa  Resultan tegangan lentur untuk pipa belok dihitung dengan rumus

48 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 48  Resultan tegangan lentur untuk pipa belok dihitung dengan rumus i i = faktor intensifikasi tegangan in-plane i 0 = faktor intensifikasi tegangan out-plane M i = momen lenturin-plane M o = momen lenturout-plane M t = momen torsi i i = faktor intensifikasi tegangan in-plane i 0 = faktor intensifikasi tegangan out-plane M i = momen lenturin-plane M o = momen lenturout-plane M t = momen torsi

49 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 49  Resultan tegangan lentur untuk percabangan pipa dihitung dengan rumus pipa utama pipa utama  Resultan tegangan lentur untuk percabangan pipa dihitung dengan rumus pipa utama pipa utama Z e = section modulus efektif pipa cabang =  r 2 2 T s r 2 = jari-jari rata-rata pipa cabang T s = tebal efektif dinding pipa cabang, harga terkecil antara T h ’ dan (i i )(T b ’) T h ’ dan (i i )(T b ’) T h = tebal dinding pipa utama, diluar penguat T b ’ = tebal dinding pipa cabang Z e = section modulus efektif pipa cabang =  r 2 2 T s r 2 = jari-jari rata-rata pipa cabang T s = tebal efektif dinding pipa cabang, harga terkecil antara T h ’ dan (i i )(T b ’) T h ’ dan (i i )(T b ’) T h = tebal dinding pipa utama, diluar penguat T b ’ = tebal dinding pipa cabang pipa cabang

50 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 50  CONTOH SOAL Sistem perpipaan dengan dua buah anchor seperti ditunjukkan pada gambar, memiliki diameter luar OD = 8.625 in dan schedule 40, terbuat dari baja carbon. Temperature rancang adalah 200 o F, sedangkan temperature instalasi adalah 70 o F. Diketahui e = 0.99 in./100 ft pada 200 0 F. Tentukanlah apakah sistem perpipaan dengan dua anchor ini memerlukan analisis fleksibilitas.

51 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 51  panjang pipa, L = 12 + 25 = 37 ft.  panjang pipa, L = 12 + 25 = 37 ft.   jarak antara kedua anchor, U = (12 2 +25 2 ) 1/2 = 27.73 ft.   hitung : DY/(L-U) 2 = 8.625 X 0.2745/(37 - 27.72) 2 = 0.0275 < 0.03 DY/(L-U) 2 = 8.625 X 0.2745/(37 - 27.72) 2 = 0.0275 < 0.03  panjang pipa, L = 12 + 25 = 37 ft.  panjang pipa, L = 12 + 25 = 37 ft.   jarak antara kedua anchor, U = (12 2 +25 2 ) 1/2 = 27.73 ft.   hitung : DY/(L-U) 2 = 8.625 X 0.2745/(37 - 27.72) 2 = 0.0275 < 0.03 DY/(L-U) 2 = 8.625 X 0.2745/(37 - 27.72) 2 = 0.0275 < 0.03 Solusi : Solusi :  diameter luar, D = 8.625 in.  diameter luar, D = 8.625 in.  regangan akibat perpindahan  regangan akibat perpindahan Solusi : Solusi :  diameter luar, D = 8.625 in.  diameter luar, D = 8.625 in.  regangan akibat perpindahan  regangan akibat perpindahan Dari analisis di atas dapat dilihat bahwa sistem perpipaan dengan dua anchor ini tidak memerlukan analisis fleksisbilitas.

52 Bab 9 Pressure Components design Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan 52 END OF CHAPTER IX