Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 1 BAB VI PIPING DESIGN LOADS BAB VI PIPING DESIGN LOADS.

Presentasi berjudul: "Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 1 BAB VI PIPING DESIGN LOADS BAB VI PIPING DESIGN LOADS."— Transcript presentasi:

1 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 1 BAB VI PIPING DESIGN LOADS BAB VI PIPING DESIGN LOADS

2 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 2 Bertujuan untuk menjamin keamanan operasi sistem perpipaan dengan verifikasi integritas struktur yang mendapat berbagai kondisi pembebanan. Hal di atas dapat dilakukan dengan melakukan perhitungan & perbandingan parameter berikut terhadap harga-harga yang diijinkan : - tegangan yang terjadi pada dinding pipa - perpindahan akibat ekspansi pipa - beban-beban pada nozle - frekuensi pribadi sistem Stress analysis juga bertanggung jawab pada penentuan beban- beban tumpuan (support) sehingga sistem dapat direstrain dengan baik. Bertujuan untuk menjamin keamanan operasi sistem perpipaan dengan verifikasi integritas struktur yang mendapat berbagai kondisi pembebanan. Hal di atas dapat dilakukan dengan melakukan perhitungan & perbandingan parameter berikut terhadap harga-harga yang diijinkan : - tegangan yang terjadi pada dinding pipa - perpindahan akibat ekspansi pipa - beban-beban pada nozle - frekuensi pribadi sistem Stress analysis juga bertanggung jawab pada penentuan beban- beban tumpuan (support) sehingga sistem dapat direstrain dengan baik. 6.1. Pendahuluan Pipe Stress Analysis

3 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 3 Piping codes :  Mengandung batasan-batasan dan aturan-aturan stress analysis, setting standard, konstruksi & operasi sistem perpipaan. Contoh : ANSI & ASME. Piping codes :  Mengandung batasan-batasan dan aturan-aturan stress analysis, setting standard, konstruksi & operasi sistem perpipaan. Contoh : ANSI & ASME. Piping Design  Dibagi menjadi 2 bagian besar : I. Overall system design : - Fluid distribution system - All in line equipment (vessels, pumps, valves) II. Detailed component design : - Component - Piping support.  Analisis sistem memberikan input ke analisis komponen dalam bentuk beban-beban komponen dari sistem perpipaan dan beban beban tumpuan. Piping Design  Dibagi menjadi 2 bagian besar : I. Overall system design : - Fluid distribution system - All in line equipment (vessels, pumps, valves) II. Detailed component design : - Component - Piping support.  Analisis sistem memberikan input ke analisis komponen dalam bentuk beban-beban komponen dari sistem perpipaan dan beban beban tumpuan.

4 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 4 Sistem Perpipaan.  Typically dibagi menjadi 2 kategori. I. Hot system, design temp.  150 0 F (66 0 C) II. Cold system, design temp. < 150 0 F (66 0 C)  Hot system pipelines memerlukan analisis fleksibilitas yang teliti untuk menentukan gaya-gaya thermal, tegangan dan perpindahan.  Klasifikasi sistem perpipaan juga dilakukan berdasarkan fungsinya (dijelaskan dalam code). Sistem Perpipaan.  Typically dibagi menjadi 2 kategori. I. Hot system, design temp.  150 0 F (66 0 C) II. Cold system, design temp. < 150 0 F (66 0 C)  Hot system pipelines memerlukan analisis fleksibilitas yang teliti untuk menentukan gaya-gaya thermal, tegangan dan perpindahan.  Klasifikasi sistem perpipaan juga dilakukan berdasarkan fungsinya (dijelaskan dalam code).

5 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 5 Piping Loads  Jenis-jenis beban pada sistem perpipaan dapat diklasifikasikan menjadi 3 : 1. Sustained Load : Beban yang bekerja terus-menerus selama operasi normal (contoh : berat, tekanan, dll) 2. Occasional Load : Beban yang terjadi “ kadang-kadang “ selama operasi normal (contoh : angin, gempa, dll) 3. Expansion Load : Beban akibat perpindahan pada struktur pipa (contoh : thermal expansion, diff.anchor displacement, dll).  Beban yang bekerja pada sistem perpipaan harus diteruskan ke struktur penumpu melalui peralatan-peralatan penumpu & restraints. Piping Loads  Jenis-jenis beban pada sistem perpipaan dapat diklasifikasikan menjadi 3 : 1. Sustained Load : Beban yang bekerja terus-menerus selama operasi normal (contoh : berat, tekanan, dll) 2. Occasional Load : Beban yang terjadi “ kadang-kadang “ selama operasi normal (contoh : angin, gempa, dll) 3. Expansion Load : Beban akibat perpindahan pada struktur pipa (contoh : thermal expansion, diff.anchor displacement, dll).  Beban yang bekerja pada sistem perpipaan harus diteruskan ke struktur penumpu melalui peralatan-peralatan penumpu & restraints.

6 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 6 6.2.1 Berat  Semua sistem perpipaan haruslah dirancang mampu menahan beban berat fluida, isolasi, komponen, dan struktur pipa itu sendiri.  Semua beban berat tsb kemudian diteruskan ke komponen tumpuan (support) juga harus dirancang mampu menahan beban-beban tsb.  Metode sederhana untuk menghitung tegangan dan beban tumpuan adalah dengan memodelkan pipa sebagai beam dengan terdistribusi merata. 6.2.1 Berat  Semua sistem perpipaan haruslah dirancang mampu menahan beban berat fluida, isolasi, komponen, dan struktur pipa itu sendiri.  Semua beban berat tsb kemudian diteruskan ke komponen tumpuan (support) juga harus dirancang mampu menahan beban-beban tsb.  Metode sederhana untuk menghitung tegangan dan beban tumpuan adalah dengan memodelkan pipa sebagai beam dengan terdistribusi merata. 6.2. SUSTAINED LOADS

7 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 7  Model tumpuan simply supported : Tegangan maksimum : Gaya tumpuan :  Model tumpuan fixed end : Tegangan maksimum : Gaya tumpuan :  Model tumpuan simply supported : Tegangan maksimum : Gaya tumpuan :  Model tumpuan fixed end : Tegangan maksimum : Gaya tumpuan :

8 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 8  Dalam kenyataan, kondisi tumpuan umumnya adalah antara simply supported dengan fixed-end, sehingga tegangan maksimum biasanya dihitung dengan persamaan :  Jadi untuk pipa horizontal lurus, jarak antar tumpuan dapat dihitung : dimana : L = jarak tumpuan maksimum S = tegangan yang diijinkan (tergantung dari jenis material pipa, temperatur dan code)  Dalam kenyataan, kondisi tumpuan umumnya adalah antara simply supported dengan fixed-end, sehingga tegangan maksimum biasanya dihitung dengan persamaan :  Jadi untuk pipa horizontal lurus, jarak antar tumpuan dapat dihitung : dimana : L = jarak tumpuan maksimum S = tegangan yang diijinkan (tergantung dari jenis material pipa, temperatur dan code) atau lebih konservatif

9 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 9  Gaya-gaya tumpuan adalah :  Standard : Untuk menyederhanakan perhitungan, MSS (Manufacturers Standardization Society) memberikan rekomendasi jarak antar tumpuan dalam SP-69  Gaya-gaya tumpuan adalah :  Standard : Untuk menyederhanakan perhitungan, MSS (Manufacturers Standardization Society) memberikan rekomendasi jarak antar tumpuan dalam SP-69

10 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 10 Tabel 6.1 Span Maksimum yang Dianjurkan antara Support dan Pipa Tabel 6.1 Span Maksimum yang Dianjurkan antara Support dan Pipa

11 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 11  Rekomendasi pada SP-69 telah mempertimbangkan ukuran pipa, jenis fluida, isolasi, s = 1500 psi (1110,3 Mpa) dan defleksi maksimum 0,1 in (2,5 mm)  Dalam kasus dimana pipa tidak hanya lurus horisontal, beban-beban yang ditimbulkan pada tumpuan dapat dihitung dengan metode “Weight Balancing”.  Karena umumnya sistem perpipaan tidak horisontal lurus maka dalam menentukan posisi tumpuan perlu mempertimbangkan hal-hal berikut :  Rekomendasi pada SP-69 telah mempertimbangkan ukuran pipa, jenis fluida, isolasi, s = 1500 psi (1110,3 Mpa) dan defleksi maksimum 0,1 in (2,5 mm)  Dalam kasus dimana pipa tidak hanya lurus horisontal, beban-beban yang ditimbulkan pada tumpuan dapat dihitung dengan metode “Weight Balancing”.  Karena umumnya sistem perpipaan tidak horisontal lurus maka dalam menentukan posisi tumpuan perlu mempertimbangkan hal-hal berikut :

12 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 12 1.Tumpuan harus diletakkan sedekat mungkin dengan beban terkonsentrasi seperti valves, flanges, dll Dari segi tegangan; tumpuan terbaik diletakkan pada peralatan, hal ini sulit dilakukan. Peralatan atau equipment tersebut dimodelkan sebagai beban terkonsentrasi. 2.Jika arah pipa mengalami perubahan (belokan) disarankan jarak tumpuan ¾ dari tabel SMS, untuk menjaga stabilitas dan untuk mengakomodasi beban eksentrik. 1.Tumpuan harus diletakkan sedekat mungkin dengan beban terkonsentrasi seperti valves, flanges, dll Dari segi tegangan; tumpuan terbaik diletakkan pada peralatan, hal ini sulit dilakukan. Peralatan atau equipment tersebut dimodelkan sebagai beban terkonsentrasi. 2.Jika arah pipa mengalami perubahan (belokan) disarankan jarak tumpuan ¾ dari tabel SMS, untuk menjaga stabilitas dan untuk mengakomodasi beban eksentrik.

13 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 13 3.Standar pada SP-69 tidak berlaku untuk pipa vertikal (riser). Tumpuan biasanya ditentukan berdasarkan panjang pipa dan distribusi beban pada struktur bangunan penumpu. Direkomendasikan tumpuan diletakkan pada ½ bagian atas riser untuk mencegah buckling dan instability. Guide dapat ditempatkan disepanjang riser untuk mencegah defleksi pipa. Jarak guide pipa biasanya 2 kali jarak tabel SP-69, dan tidak menahan beban berat. 4.Lokasi tumpuan diusahakan sedekat mungkin dengan bagunan baja yang ada, sehingga tidak diperlukan bangunan tambahan untuk menopang struktur pipa. 3.Standar pada SP-69 tidak berlaku untuk pipa vertikal (riser). Tumpuan biasanya ditentukan berdasarkan panjang pipa dan distribusi beban pada struktur bangunan penumpu. Direkomendasikan tumpuan diletakkan pada ½ bagian atas riser untuk mencegah buckling dan instability. Guide dapat ditempatkan disepanjang riser untuk mencegah defleksi pipa. Jarak guide pipa biasanya 2 kali jarak tabel SP-69, dan tidak menahan beban berat. 4.Lokasi tumpuan diusahakan sedekat mungkin dengan bagunan baja yang ada, sehingga tidak diperlukan bangunan tambahan untuk menopang struktur pipa.

14 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 14  Contoh Soal 1 Gambar 6.1. Menunjukkan pipeline yang menghubungkan dua buah nozle (A & H). Pipa mempunyai diameter nominal 12 in, berisi air dan mempunyai tebal isolasi 4,5 in, belokannya long radius dan semua valvenya 150 psi pressure rating gate valve. Tentukan letak-letak penumpu dan hitunglah bebannya.

15 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 15 Gambar 6.1

16 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 16 Penyelesaian contoh 1 Titik pusat gravitasi Valve: 1170 lb (5206 N), 1.5 ft (0.46 m) dari titik A Pipe: 6.5 x 119 =774 lb (3444 N), 6.25 ft (1.91 m) dari titik A Elbow: 299 lb (1322 N), 10.5 ft (3.2 m) dari titik A, 6 in (0.15 m) di sebelah titik C Pipe: 8.5 x 119 = 1012 lb (4503 N), 5.75 ft (1.75 m) di sebelah titik C Penyelesaian contoh 1 Titik pusat gravitasi Valve: 1170 lb (5206 N), 1.5 ft (0.46 m) dari titik A Pipe: 6.5 x 119 =774 lb (3444 N), 6.25 ft (1.91 m) dari titik A Elbow: 299 lb (1322 N), 10.5 ft (3.2 m) dari titik A, 6 in (0.15 m) di sebelah titik C Pipe: 8.5 x 119 = 1012 lb (4503 N), 5.75 ft (1.75 m) di sebelah titik C

17 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 17 Terhadap titik C

18 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 18 Tabel 6.2

19 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 19

20 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 20

21 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 21

22 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 22 6.2.2 Tekanan  Sistem perpipaan umumnya mendapat beban tekanan internal dari fluida yang dialirkan  Beban tekanan lebih berpengaruh pada tegangan yang ditimbulkan pada dinding pipa dibandingkan dengan menimbulkan beban pada tumpuan. Hal ini diakibatkan beban tekan di”netralize” oleh tegangan pada dinding pipa  Sistem perpipaan umumnya mendapat beban tekanan internal dari fluida yang dialirkan  Beban tekanan lebih berpengaruh pada tegangan yang ditimbulkan pada dinding pipa dibandingkan dengan menimbulkan beban pada tumpuan. Hal ini diakibatkan beban tekan di”netralize” oleh tegangan pada dinding pipa

23 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 23 P ( A P ) - { PA P /A m }A m = 0 Gambar 6.2 dimana : P = tekanan internal A p = luas penampang rongga bagian dalam pipa A m = luas penampang pipa dimana : P = tekanan internal A p = luas penampang rongga bagian dalam pipa A m = luas penampang pipa

24 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 24  Jika penampang pipa tidak ‘continuous” maka beban tekanan tidak dapat ditahan oleh tegangan pada dinding pipa, sehingga harus ditahan oleh restrain-restrain dan anchor Contoh : - slip type expansion joint - bellows expansion joint  Jika penampang pipa tidak ‘continuous” maka beban tekanan tidak dapat ditahan oleh tegangan pada dinding pipa, sehingga harus ditahan oleh restrain-restrain dan anchor Contoh : - slip type expansion joint - bellows expansion joint

25 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 25  Beban tekanan pada expansion joint adalah sama dengan tekanan dikalikan luas penampang Gambar 6.3

26 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 26 Slip joint : D o = diameter luar pipa Bellows : D b = diameter dalam maksimum bellows

27 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 27 Contoh soal 2 Gambar 6.4 menunjukkan pipeline dengan diameter pipa 12 in mengalami beban tekanan internal gauge 250 psi dan mempunyai slip joint di titik C. Pipa direstrain oleh anchor di titik A dan E, dan oleh vertikal restrain di titik B dan D Contoh soal 2 Gambar 6.4 menunjukkan pipeline dengan diameter pipa 12 in mengalami beban tekanan internal gauge 250 psi dan mempunyai slip joint di titik C. Pipa direstrain oleh anchor di titik A dan E, dan oleh vertikal restrain di titik B dan D

28 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 28 Gambar 6.4

29 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 29 Penyelesaian contoh 2 Pipa: Dnominal = 12 in (300 mm) P = 250 psi (1724 kPa) Pipa: Dnominal = 12 in (300 mm) P = 250 psi (1724 kPa) atau Dari teori batang

30 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 30 Maka: Bila: P = 31,919 lb (124.005 N)a = 50 ft (15.25 m) b = 15 ft (4.58 m)

31 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 31 Beban yang dikategorikan occasional loads pada sistem dalam periode yang sebagian saja dari total periode operasi sistem ( 1 – 10 % ). Contoh : snow, fenomena alam (hurricane, gempa, dll), unusual plant operation (relief value discharge), postulated plant accident (pipe rupture, dll) Posisi tumpuan yang optimal untuk menahan occasional loads tidak selalu sama dengan posisi tumpuan untuk sustained load - Dalam perancangan perlu dilakukan kompromi sehingga tumpuan dapat menahan kedua jenis beban tersebut - Contoh : beban dinamik paling baik ditahan dengan rigid support. Tapi rigid support akan menurunkan fleksibilitas * Snubber mungkin dapat digunakan Beban yang dikategorikan occasional loads pada sistem dalam periode yang sebagian saja dari total periode operasi sistem ( 1 – 10 % ). Contoh : snow, fenomena alam (hurricane, gempa, dll), unusual plant operation (relief value discharge), postulated plant accident (pipe rupture, dll) Posisi tumpuan yang optimal untuk menahan occasional loads tidak selalu sama dengan posisi tumpuan untuk sustained load - Dalam perancangan perlu dilakukan kompromi sehingga tumpuan dapat menahan kedua jenis beban tersebut - Contoh : beban dinamik paling baik ditahan dengan rigid support. Tapi rigid support akan menurunkan fleksibilitas * Snubber mungkin dapat digunakan 6.3 Occasional Loads

32 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 32 Rekomendasi untuk menentukan posisi tumpuan untuk beban occasional: 1.Tentukan posisi awal yang sesuai untuk beban ‘sustained’ (berat) 2.Tentukan jarak tumpuan (span) optimum untuk ‘occasional load’. Reduksi span yang didapat sampai coincides dengan kelipatan span tahap 1 3.Pada sistem pipa dingin,gunakan rigid support di semua tumpuan 4.Pada sistem pipa panas, tentukan dulu dimana lokasi rigid support dapat ditempatkan. Pada tempat tumpuan lain mungkin perlu dipasang snubber (software : NPS OPTIM, HANGIT, QUICK PIPE) 1.Tentukan posisi awal yang sesuai untuk beban ‘sustained’ (berat) 2.Tentukan jarak tumpuan (span) optimum untuk ‘occasional load’. Reduksi span yang didapat sampai coincides dengan kelipatan span tahap 1 3.Pada sistem pipa dingin,gunakan rigid support di semua tumpuan 4.Pada sistem pipa panas, tentukan dulu dimana lokasi rigid support dapat ditempatkan. Pada tempat tumpuan lain mungkin perlu dipasang snubber (software : NPS OPTIM, HANGIT, QUICK PIPE)

33 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 33 Sistem pipa yang terletak outdoor harus dirancang mampu menahan beban angin maksimum yang terjadi sepanjang umur operasional pipa tertsebut. Kecepatan angin tergantung pada kondisi lokal, dan biasanya bervariasi terhadap elevasi Sistem pipa yang terletak outdoor harus dirancang mampu menahan beban angin maksimum yang terjadi sepanjang umur operasional pipa tertsebut. Kecepatan angin tergantung pada kondisi lokal, dan biasanya bervariasi terhadap elevasi 6.3.1 Beban Angin

34 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 34 Gambar 6.5

35 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 35 Besaran utama dari beban angin adalah diakibatkan oleh momentum angin yang mengenai pipa. Beban angin dimodelkan sebagai gaya uniform yang searah dengan arah angin sepanjang pipa Gaya angin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Bernoulli Besaran utama dari beban angin adalah diakibatkan oleh momentum angin yang mengenai pipa. Beban angin dimodelkan sebagai gaya uniform yang searah dengan arah angin sepanjang pipa Gaya angin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Bernoulli

36 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 36 dimana : F = beban angin (N/m) Cd = koefisien drag q = tekanan dinamik (N/m 2 ) =  V 2 /2 D = diameter luar pipa (termasuk isolasi) (m)  = massa jenis udara (kg/m 3 ) V = kecepatan udara (m/s) dimana : F = beban angin (N/m) Cd = koefisien drag q = tekanan dinamik (N/m 2 ) =  V 2 /2 D = diameter luar pipa (termasuk isolasi) (m)  = massa jenis udara (kg/m 3 ) V = kecepatan udara (m/s)

37 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 37 Gambar 6.6

38 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 38 Harga koefisien drag adalah merupakan fungsi dari bentuk struktur dan bilangan Reynold. Bilangan Reynold (dimensionless) adalah parameter yang menunjukkan derajat ke’turbulenan’ aliran fluida Harga koefisien drag adalah merupakan fungsi dari bentuk struktur dan bilangan Reynold. Bilangan Reynold (dimensionless) adalah parameter yang menunjukkan derajat ke’turbulenan’ aliran fluida

39 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 39  = massa jenis udara (kg/m 3 ) V = kecepatan angin (m/s) D = diameter pipa (m)  = viskositas dinamik udara (kg/m s)  = massa jenis udara (kg/m 3 ) V = kecepatan angin (m/s) D = diameter pipa (m)  = viskositas dinamik udara (kg/m s) Pada kondisi tertentu, perlu dimasukkan faktor keamanan tambahan yang disebut dengan Gust factor (biasanya berharga 1.0 – 1.3)

40 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 40 Contoh soal 3 Gambar 5.11 menunjukkan sistem pipa dengan diameter nominal pipa 8 in dan tebal isolasi 2 in. Sistem pipa tersebut terkena angin dengan kecepatan maksimum 75 mph arah utara-selatan. Tentukan beban yang diterima oleh restrain C, E, dan H pada arah x. Contoh soal 3 Gambar 5.11 menunjukkan sistem pipa dengan diameter nominal pipa 8 in dan tebal isolasi 2 in. Sistem pipa tersebut terkena angin dengan kecepatan maksimum 75 mph arah utara-selatan. Tentukan beban yang diterima oleh restrain C, E, dan H pada arah x.

41 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 41 Gambar 6.7

42 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 42 Penyelesaian contoh 3 Menentukan beban angin per panjang proyeksi pipa: V = 75 mph = 110 ft/s (33.55m/s)  udara = 0.0748 lbm/ft 3 (1.198 kg/m 3 ) pada 29.92 in Hg dan 70 0 F (21 0 C)  udara = 39.16 x 10 -8 lbf.s/ft 2 [1.87 x 10 -5 kg/(m.s)] D = 8.625 (pipa) + 2 x 2 (insulasi) = 12.625 in (320.7 mm) Menentukan beban angin per panjang proyeksi pipa: V = 75 mph = 110 ft/s (33.55m/s)  udara = 0.0748 lbm/ft 3 (1.198 kg/m 3 ) pada 29.92 in Hg dan 70 0 F (21 0 C)  udara = 39.16 x 10 -8 lbf.s/ft 2 [1.87 x 10 -5 kg/(m.s)] D = 8.625 (pipa) + 2 x 2 (insulasi) = 12.625 in (320.7 mm) Bilangan Reynolds: atau

43 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 43 Gaya drag dapat dihitung dengan menggunakan faktor gust 1.3: atau Actual load Dimana W = beban angin, lb/ft (N/m) L = panjang sesungguhnya, ft (m) l = panjang proyeksi, tegak lurus terhadap beban angin, ft (m) Dimana W = beban angin, lb/ft (N/m) L = panjang sesungguhnya, ft (m) l = panjang proyeksi, tegak lurus terhadap beban angin, ft (m)

44 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 44 Dengan penjumlahan momen terhadap titik A, diperoleh: atau

45 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 45 Untuk segmen E-H: Beban total pada restrain E adalah jumlah dari beban pada setiap sisi, atau

46 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 46 6.3.2 Beban Relief Valve Discharge Relief valve digunakan dalam sistem perpipaan sebagai ‘pembuangan tekanan’ dari sistem jika tekanan meningkat di atas operasi yang aman. Saat relief valve discharge, fluida akan menginitiate ‘jet force’ yang ditransfer ke sistem pipa. Relief valve digunakan dalam sistem perpipaan sebagai ‘pembuangan tekanan’ dari sistem jika tekanan meningkat di atas operasi yang aman. Saat relief valve discharge, fluida akan menginitiate ‘jet force’ yang ditransfer ke sistem pipa.

47 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 47 dimana : F = gaya discharge DLF = dynamic load factor m = mass flow rate valve x1.11, lbms (kg/s) P = static gauge pressure from discharge (N/m 2 ) A = discharge flow area (mm 2 ) dimana : F = gaya discharge DLF = dynamic load factor m = mass flow rate valve x1.11, lbms (kg/s) P = static gauge pressure from discharge (N/m 2 ) A = discharge flow area (mm 2 ) Gaya discharge dapat dihitung dengan (B 31.1):

48 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 48 Juga h o = enthalpy stagnasi fluida Harga a dan b diberikan pada tabel berikut

49 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 49 Dan P A = tekanan atmosfer

50 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 50 Gambar 6.8

51 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 51 Dynamic load factor (DLF) digunakan untuk menghitung kenaikan beban akibat aplikasi yang tiba-tiba dari gaya discharge. Faktor ini bervariasi dari 1.1 sampai 2.0 tergantung dari kekakuan instalasi valve dan waktu pembukaan. Perhitungan DLF dapat dimulai dengan menghitung periode natural instalasi valve: Dynamic load factor (DLF) digunakan untuk menghitung kenaikan beban akibat aplikasi yang tiba-tiba dari gaya discharge. Faktor ini bervariasi dari 1.1 sampai 2.0 tergantung dari kekakuan instalasi valve dan waktu pembukaan. Perhitungan DLF dapat dimulai dengan menghitung periode natural instalasi valve: dimana : W = massa valve H = jarak pipa utama ke pipa outlet (mm), in E = modulus elastisitas pipa I = momen inersia pipa inlet (mm 4 ), in 4 dimana : W = massa valve H = jarak pipa utama ke pipa outlet (mm), in E = modulus elastisitas pipa I = momen inersia pipa inlet (mm 4 ), in 4

52 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 52 Step berikutnya adalah menentukan ratio to/T, dimana to adalah waktu pembukaan valve. DLF akhirnya dapat ditentukan dari grafik berikut: Step berikutnya adalah menentukan ratio to/T, dimana to adalah waktu pembukaan valve. DLF akhirnya dapat ditentukan dari grafik berikut: Gambar 6.9

53 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 53 Contoh soal 4 Diketahui gaya relief discharge dengan 1500 lb (Gambar 5.15). Run pipe pada tee akibat gaya 1500 lb menerima momen 3000 lb ft. Tentukan resultan reaksi di restraint. Contoh soal 4 Diketahui gaya relief discharge dengan 1500 lb (Gambar 5.15). Run pipe pada tee akibat gaya 1500 lb menerima momen 3000 lb ft. Tentukan resultan reaksi di restraint.

54 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 54 Gambar 6.10

55 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 55 Penyelesaian contoh 4 Reaksi pada restrain atau

56 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 56 Sistem perpipaan haruslah didesain mampu menahan beban gempa Kriteria seismic dalam perancangan dapat dimulai dengan mengestimasi potensial gempa dalam daerah dimana pipa akan dipasang Sistem perpipaan haruslah didesain mampu menahan beban gempa Kriteria seismic dalam perancangan dapat dimulai dengan mengestimasi potensial gempa dalam daerah dimana pipa akan dipasang 6.3.3 Beban Gempa  didapat dari literatur search  contoh akibat gempa dalam Mercelli Scale  didapat dari literatur search  contoh akibat gempa dalam Mercelli Scale

57 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 57 Gambar 6.11

58 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 58 Contoh gempa di US Gambar 6.12

59 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 59 Analisis yang perlu dilakukan adalah: 1.Time history analysis Dilakukan berdasarkan catatan gempa terhadap waktu Data percepatan, kecepatan dan perpindahan tanah dijadikan input untuk menganalisis model dinamik struktur pipa. Output hasil analisis adalah dalam bentuk perpindahan, tegangan dan gaya-gaya tumpuan 1.Time history analysis Dilakukan berdasarkan catatan gempa terhadap waktu Data percepatan, kecepatan dan perpindahan tanah dijadikan input untuk menganalisis model dinamik struktur pipa. Output hasil analisis adalah dalam bentuk perpindahan, tegangan dan gaya-gaya tumpuan

60 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 60 Gambar 6.13

61 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 61 2. Modal Analysis Alternatif lain untuk mendapatkan respon struktur terhadap gempa adalah modal analysis Model dinamik dari sistem pipa dibagi menjadi sejumlah model single dof yang secara keseluruhan dapat mewakili karakteristik dinamik sistem pipa Spektrum gempa kemudian diaplikasikan pada model untuk mendapatkan respon sistem secara keseluruhan 2. Modal Analysis Alternatif lain untuk mendapatkan respon struktur terhadap gempa adalah modal analysis Model dinamik dari sistem pipa dibagi menjadi sejumlah model single dof yang secara keseluruhan dapat mewakili karakteristik dinamik sistem pipa Spektrum gempa kemudian diaplikasikan pada model untuk mendapatkan respon sistem secara keseluruhan

62 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 62 Gambar 6.14

63 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 63 Restraint diperlukan untuk menahan beban ‘sustained’ dan beban occasional. Tetapi jika terjadi kenaikan temperatur pada saat pipa beroperasi, maka pipa akan ekspansi sehingga timbul tegangan yang tinggi Kondisi restraint dari sudut pandang ‘thermal’, maka tidak ada restraint  perlu dirancang restraint yang optimum Restraint diperlukan untuk menahan beban ‘sustained’ dan beban occasional. Tetapi jika terjadi kenaikan temperatur pada saat pipa beroperasi, maka pipa akan ekspansi sehingga timbul tegangan yang tinggi Kondisi restraint dari sudut pandang ‘thermal’, maka tidak ada restraint  perlu dirancang restraint yang optimum 6.4 Expansion Load

64 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 64 Ekspansi termal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : 6.4.1 Perhitungan Beban Termal dimana :  =ekspansi termal (mm) L = panjang pipa (mm)  = koefisien ekspansi termal (mm/mm 0 C) T = temperatur pipa ( 0 C) dimana :  =ekspansi termal (mm) L = panjang pipa (mm)  = koefisien ekspansi termal (mm/mm 0 C) T = temperatur pipa ( 0 C) Ekspansi pipa untuk beberapa jenis material diberikan pada Tabel 5.4

65 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 65 Tabel 5.4

66 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 66

67 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 67 Metode sederhana menghitung beban termal pada tumpuan digunakan ‘metode guided cantilever’  pada setiap tumpuan akan timbul: dimana : P = gaya-gaya pada tumpuan M = momen pada tumpuan E = modulus elastisitas dimana : P = gaya-gaya pada tumpuan M = momen pada tumpuan E = modulus elastisitas I = momen inersia  = pertambahan panjang L = panjang pipa Penggunaan expansion loop adalah alternatif untuk dapat mengatasi ekspansi termal yang besar

68 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 68

69 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 69 Contoh soal 5 Sistem yang terlihat pada Gambar 5.26 terbuat dari baja karbon dan beroperasi pada 350 0 F (177 0 C). Sistem tersebut menggunakan pipa berdiameter 12 in (300 mm) schedule standar dengan I = 279 in 4 (1.16 x 10 8 mm 4 ) dan E = 27.7 x 10 6 psi (1.91 x 10 11 N/m 2 ). Sistem diberi tumpuan jangkar (anchors) pada titik a dan G, dan dua tumpuan vertikal pada titik D dan E. Tentukan : 1.Pergeseran yang diserap oleh segmen A-B, B-C, dan E-F 2.Gaya dan momen yang diterima oleh segmen A-B, B-C, dan E-F 3.Gaya dan momen pada tumpuan A Contoh soal 5 Sistem yang terlihat pada Gambar 5.26 terbuat dari baja karbon dan beroperasi pada 350 0 F (177 0 C). Sistem tersebut menggunakan pipa berdiameter 12 in (300 mm) schedule standar dengan I = 279 in 4 (1.16 x 10 8 mm 4 ) dan E = 27.7 x 10 6 psi (1.91 x 10 11 N/m 2 ). Sistem diberi tumpuan jangkar (anchors) pada titik a dan G, dan dua tumpuan vertikal pada titik D dan E. Tentukan : 1.Pergeseran yang diserap oleh segmen A-B, B-C, dan E-F 2.Gaya dan momen yang diterima oleh segmen A-B, B-C, dan E-F 3.Gaya dan momen pada tumpuan A

70 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 70 Gambar 6.16

71 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 71 Penyelesaian contoh 5

72 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 72 From segmentDirectionMagnitudeResisted by A-BX0.34 in (8.6 mm)B-C, C-F, F-G B-CY0.68 in (17.3 mm)A-B, C-D C-FZ1.36 in (34.5 mm)A-B, B-C, F-G F-GY0.68 in (17.3 mm)E-F Pergerakan Pipa

73 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 73 Untuk segemen A-B

74 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 74 F x = 66 lb (300N)M x = 228,987 in.lb (25,899 m.N) F y = 3210 lb (14,285 N)M y = 114,493 in.lb (1290 m.N) F z = 1272 lb (5661 N)M z = 289,096 in.lb (32,697 m.N) F x = 66 lb (300N)M x = 228,987 in.lb (25,899 m.N) F y = 3210 lb (14,285 N)M y = 114,493 in.lb (1290 m.N) F z = 1272 lb (5661 N)M z = 289,096 in.lb (32,697 m.N) Dengan cara yang sama, beban-beban pada titik D dan E dapat dihitung:

75 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 75 Gaya Total pada titik D dan E: Perhitungan gaya dan momen pada anchor di titik G juga dilakukan dengan cara yang sama

76 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 76 ITT Grinnel menabelkan perhitungan beban akibat termal seperti dicantumkan pada tabel 5.6

77 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 77

78 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 78

79 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 79

80 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 80

81 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 81

82 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 82

83 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 83

84 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 84 Perpindahan pipa akibat beban termal dapat diestimasi pada titik intermediate dengan mengasumsikan variasi linier antara titik- titik yang diketahui perpindahannya. 6.4.2 Perhitungan Perpindahan Termal

85 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 85 Contoh soal 6 Gambar 5.28 menunjukkan semua perpindahan vertikal pada sistem, seperti perpindhan nosel dari keadaan dingin ke keadaan panas. Titik A : 2 in (50.8 mm) ke atas, dingin (cold) ke panas (hot) Titik C : 0 in Titik F : 4 in (101.6 mm) ke bawah, dingin ke panas Titik K : 1 in (25.4 mm) ke atas, dingin ke panas Titik L : 0 in Titik M : 0 in Material pipa adalah intermediate alloy steel, dan sistem beroperasi pada temperatur 900 0 F (482 0 C) Tentukan a.Pertambahan panjang segmen B-C, C-D, dan I-J b.Pertambahan panjang pegas H1 dan H2 c.Besar perpindahan titik E, J, dan I Contoh soal 6 Gambar 5.28 menunjukkan semua perpindahan vertikal pada sistem, seperti perpindhan nosel dari keadaan dingin ke keadaan panas. Titik A : 2 in (50.8 mm) ke atas, dingin (cold) ke panas (hot) Titik C : 0 in Titik F : 4 in (101.6 mm) ke bawah, dingin ke panas Titik K : 1 in (25.4 mm) ke atas, dingin ke panas Titik L : 0 in Titik M : 0 in Material pipa adalah intermediate alloy steel, dan sistem beroperasi pada temperatur 900 0 F (482 0 C) Tentukan a.Pertambahan panjang segmen B-C, C-D, dan I-J b.Pertambahan panjang pegas H1 dan H2 c.Besar perpindahan titik E, J, dan I

86 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 86 Gambar 6.17

87 Bab 6 Piping Design Loads Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 87 Penyelesaian contoh 6 Dari tabel 5.4: ekspansi = 0.0707 in/ft (0.0059 mm/m), sehingga: L B-C = (0.0707)(15) = 1.06 in (26.9 mm) ke atas L C-D = (0.0707)(30) = 2.12 in (53.8 mm) ke bawah L I-J = (0.0707)(10) = 0.707 in (18.0 mm) H 1 = 1.06 +4/28(2-1.06)=1.19 in (30.2 mm) ke atas Perpindahan di titik E: E = 28/44 (4) = 2.55 in (64.8 mm) ke bawah H 2 = 2.12 + 4/21 (2.55-2.12) = 2.2 in (55.9 mm) ke bawah K = 1 – 0.707 = 0.273 in (6.9 mm) J = 1 – 6/94 (0.273) = 0.983 in (25.0 mm) I = 0.983 – 0.707 = 0.276 in (7.0 mm) Penyelesaian contoh 6 Dari tabel 5.4: ekspansi = 0.0707 in/ft (0.0059 mm/m), sehingga: L B-C = (0.0707)(15) = 1.06 in (26.9 mm) ke atas L C-D = (0.0707)(30) = 2.12 in (53.8 mm) ke bawah L I-J = (0.0707)(10) = 0.707 in (18.0 mm) H 1 = 1.06 +4/28(2-1.06)=1.19 in (30.2 mm) ke atas Perpindahan di titik E: E = 28/44 (4) = 2.55 in (64.8 mm) ke bawah H 2 = 2.12 + 4/21 (2.55-2.12) = 2.2 in (55.9 mm) ke bawah K = 1 – 0.707 = 0.273 in (6.9 mm) J = 1 – 6/94 (0.273) = 0.983 in (25.0 mm) I = 0.983 – 0.707 = 0.276 in (7.0 mm)