11Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
BAB IIPIPING DESIGN LOADS
BAB IIPIPING DESIGN LOADS
2Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Bertujuan untuk menjamin keamanan operasi sistem perpipaandengan verifikasi integritas struktur yang mendapat berbagaikondisi 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 direstraindengan baik.
Bertujuan untuk menjamin keamanan operasi sistem perpipaandengan verifikasi integritas struktur yang mendapat berbagaikondisi 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 direstraindengan baik.
2.1. Pendahuluan2.1. Pendahuluan
Pipe Stress AnalysisPipe Stress Analysis
23Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Piping codes :Mengandung batasan-batasan dan aturan-aturan
stress analysis, setting standard, konstruksi & operasisistem perpipaan. Contoh : ANSI & ASME.
Piping codes :Mengandung batasan-batasan dan aturan-aturan
stress analysis, setting standard, konstruksi & operasisistem 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 dalambentuk beban-beban komponen dari sistem perpipaan dan bebanbeban 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 dalambentuk beban-beban komponen dari sistem perpipaan dan bebanbeban tumpuan.
4Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Sistem Perpipaan.
Typically dibagi menjadi 2 kategori.I. Hot system , design temp. 1500F (660C)II. Cold system, design temp. < 1500F (660C)
Hot system pipelines memerlukan analisisfleksibilitas yang teliti untuk menentukan gaya-gayathermal, tegangan dan perpindahan.
Klasifikasi sistem perpipaan juga dilakukanberdasarkan fungsinya (dijelaskan dalam code).
Sistem Perpipaan.
Typically dibagi menjadi 2 kategori.I. Hot system , design temp. 1500F (660C)II. Cold system, design temp. < 1500F (660C)
Hot system pipelines memerlukan analisisfleksibilitas yang teliti untuk menentukan gaya-gayathermal, tegangan dan perpindahan.
Klasifikasi sistem perpipaan juga dilakukanberdasarkan fungsinya (dijelaskan dalam code).
35Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Piping LoadsJenis-jenis beban pada sistem perpipaan dapat
diklasifikasikan menjadi 3 :- Sustained Load :
Beban yang bekerja terus-menerus selamaoperasi normal (contoh : berat, tekanan, dll)
- Occasional Load :Beban yang terjadi kadang-kadang selamaoperasi normal (contoh : angin, gempa, dll)
- Expansion Load :Beban akibat perpindahan pada struktur pipa(contoh : thermal expansion, diff.anchordisplacement, dll).
Beban yang bekerja pada sistem perpipaan harus diteruskanke struktur bangunan penumpu melalui peralatan-peralatanpenumpu & restraints.
Piping LoadsJenis-jenis beban pada sistem perpipaan dapat
diklasifikasikan menjadi 3 :- Sustained Load :
Beban yang bekerja terus-menerus selamaoperasi normal (contoh : berat, tekanan, dll)
- Occasional Load :Beban yang terjadi kadang-kadang selamaoperasi normal (contoh : angin, gempa, dll)
- Expansion Load :Beban akibat perpindahan pada struktur pipa(contoh : thermal expansion, diff.anchordisplacement, dll).
Beban yang bekerja pada sistem perpipaan harus diteruskanke struktur bangunan penumpu melalui peralatan-peralatanpenumpu & restraints.
6Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
2.2.1 Berat
Semua sistem perpipaan haruslah dirancangmampu menahan beban berat fluida, isolasi, komponen, dan struktur pipa itu sendiri.Semua beban berat tsb kemudian diteruskan ke
komponen tumpuan (support) juga harus dirancangmampu menahan beban-beban tsb.Metode sederhana untuk menghitung tegangan dan
beban tumpuan adalah dengan memodelkan pipasebagai beam dengan terdistribusi merata.
2.2.1 Berat
Semua sistem perpipaan haruslah dirancangmampu menahan beban berat fluida, isolasi, komponen, dan struktur pipa itu sendiri.Semua beban berat tsb kemudian diteruskan ke
komponen tumpuan (support) juga harus dirancangmampu menahan beban-beban tsb.Metode sederhana untuk menghitung tegangan dan
beban tumpuan adalah dengan memodelkan pipasebagai beam dengan terdistribusi merata.
2.2. SUSTAINED LOADS2.2. SUSTAINED LOADS
47Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
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 :
Z8WL2=
2WLF =
Z12WL2=
2WLF =
8Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Dalam kenyataan, kondisi tumpuan umumnya adalahantara simply supported dengan fixed-end, sehinggategangan maksimum biasanya dihitung denganpersamaan :
Jadi untuk pipa horizontal lurus, jarak antartumpuan dapat dihitung :
dimana :L = jarak tumpuan maksimumS = tegangan yang diijinkan (tergantung dari jenismaterial pipa, temperatur dan code)
Dalam kenyataan, kondisi tumpuan umumnya adalahantara simply supported dengan fixed-end, sehinggategangan maksimum biasanya dihitung denganpersamaan :
Jadi untuk pipa horizontal lurus, jarak antartumpuan dapat dihitung :
dimana :L = jarak tumpuan maksimumS = tegangan yang diijinkan (tergantung dari jenismaterial pipa, temperatur dan code)
Z10WL2= atau lebih konservatif
Z8WL2=
WZS10L =
59Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gaya-gaya tumpuan adalah :
Standard :Untuk menyederhanakan perhitungan, MSS (Manufacturers Standardization Society) memberikan rekomendasi jarak antar tumpuandalam SP-69
Gaya-gaya tumpuan adalah :
Standard :Untuk menyederhanakan perhitungan, MSS (Manufacturers Standardization Society) memberikan rekomendasi jarak antar tumpuandalam SP-69
2)WZS10(F
2/1=
10Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Rekomendasi pada SP-69 telah mempertimbangkanukuran 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 lurushorisontal, beban-beban yang ditimbulkan padatumpuan dapat dihitung dengan metode Weight Balancing.
Karena umumnya sistem perpipaan tidak horisontallurus maka dalam menentukan posisi tumpuan perlumempertimbangkan hal-hal berikut :
Rekomendasi pada SP-69 telah mempertimbangkanukuran 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 lurushorisontal, beban-beban yang ditimbulkan padatumpuan dapat dihitung dengan metode Weight Balancing.
Karena umumnya sistem perpipaan tidak horisontallurus maka dalam menentukan posisi tumpuan perlumempertimbangkan hal-hal berikut :
611Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
1. Tumpuan harus diletakkan sedekat mungkindengan beban terkonsentrasi seperti valves, flanges, dll
Dari segi tegangan; tumpuan terbaik diletakkanpada peralatan, hal ini sulit dilakukan.
Peralatan atau equipment tersebut dimodelkansebagai beban terkonsentrasi.
2. Jika arah pipa mengalami perubahan (belokan) disarankan jarak tumpuan dari tabel SMS, untuk menjaga stabilitas dan untukmengakomodasi beban eksentrik.
1. Tumpuan harus diletakkan sedekat mungkindengan beban terkonsentrasi seperti valves, flanges, dll
Dari segi tegangan; tumpuan terbaik diletakkanpada peralatan, hal ini sulit dilakukan.
Peralatan atau equipment tersebut dimodelkansebagai beban terkonsentrasi.
2. Jika arah pipa mengalami perubahan (belokan) disarankan jarak tumpuan dari tabel SMS, untuk menjaga stabilitas dan untukmengakomodasi beban eksentrik.
12Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
3. Standar pada SP-69 tidak berlaku untuk pipavertikal (riser). Tumpuan biasanya ditentukanberdasarkan panjang pipa dan distribusi bebanpada struktur bangunan penumpu. Direkomendasikan tumpuan diletakkan pada bagian atas riser untuk mencegah buckling daninstability. Guide dapat ditempatkan disepanjang riser untukmencegah defleksi pipa. Jarak guide pipa biasanya 2 kali jarak tabel SP-69, dan tidak menahan bebanberat.
4. Lokasi tumpuan diusahakan sedekat mungkindengan bagunan baja yang ada, sehingga tidakdiperlukan bangunan tambahan untuk menopangstruktur pipa.
3. Standar pada SP-69 tidak berlaku untuk pipavertikal (riser). Tumpuan biasanya ditentukanberdasarkan panjang pipa dan distribusi bebanpada struktur bangunan penumpu. Direkomendasikan tumpuan diletakkan pada bagian atas riser untuk mencegah buckling daninstability. Guide dapat ditempatkan disepanjang riser untukmencegah defleksi pipa. Jarak guide pipa biasanya 2 kali jarak tabel SP-69, dan tidak menahan bebanberat.
4. Lokasi tumpuan diusahakan sedekat mungkindengan bagunan baja yang ada, sehingga tidakdiperlukan bangunan tambahan untuk menopangstruktur pipa.
713Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh Soal 1
Gambar 2.1. Menunjukkan pipeline yang menghubungkan dua buah nozle (A & H). Pipamempunyai diameter nominal 12 in, berisi air danmempunyai tebal isolasi 4,5 in, belokannya long radius dan semua valvenya 150 psi pressure rating gate valve. Tentukan letak-letak penumpu danhitunglah bebannya.
Contoh Soal 1
Gambar 2.1. Menunjukkan pipeline yang menghubungkan dua buah nozle (A & H). Pipamempunyai diameter nominal 12 in, berisi air danmempunyai tebal isolasi 4,5 in, belokannya long radius dan semua valvenya 150 psi pressure rating gate valve. Tentukan letak-letak penumpu danhitunglah bebannya.
14Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.1Gambar 2.1
815Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
2.2.2 Tekanan2.2.2 Tekanan
Sistem perpipaan umumnya mendapat bebantekanan internal dari fluida yang dialirkanBeban tekanan lebih berpengaruh pada tegangan
yang ditimbulkan pada dinding pipa dibandingkandengan menimbulkan beban pada tumpuan. Hal inidiakibatkan beban tekan dinetralize olehtegangan pada dinding pipa
Sistem perpipaan umumnya mendapat bebantekanan internal dari fluida yang dialirkanBeban tekanan lebih berpengaruh pada tegangan
yang ditimbulkan pada dinding pipa dibandingkandengan menimbulkan beban pada tumpuan. Hal inidiakibatkan beban tekan dinetralize olehtegangan pada dinding pipa
16Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
P ( AP ) - { PAP/Am }Am = 0P ( AP ) - { PAP/Am }Am = 0
Gambar 2.4Gambar 2.4
dimana :
P = tekanan internal
Ap = luas penampang rongga bagian dalam pipa
Am = luas penampang pipa
dimana :
P = tekanan internal
Ap = luas penampang rongga bagian dalam pipa
Am = luas penampang pipa
917Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Jika penampang pipa tidak continuous makabeban tekanan tidak dapat ditahan oleh teganganpada dinding pipa, sehingga harus ditahan olehrestrain-restrain dan anchor
Contoh : - slip type expansion joint- bellows expansion joint
Jika penampang pipa tidak continuous makabeban tekanan tidak dapat ditahan oleh teganganpada dinding pipa, sehingga harus ditahan olehrestrain-restrain dan anchor
Contoh : - slip type expansion joint- bellows expansion joint
18Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Beban tekanan pada expansion joint adalahsama dengan tekanan dikalikan luaspenampang
Beban tekanan pada expansion joint adalahsama dengan tekanan dikalikan luaspenampang
Gambar 2.5Gambar 2.5
10
19Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Slip joint : Slip joint : 4
DA2
o= Do = diameter luar pipaDo = diameter luar pipa
Bellows : Bellows : 4
DA2
b= Db = diameter dalammaksimum bellowsDb = diameter dalammaksimum bellows
20Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh soal 2Gambar 2.7 menunjukkan pipeline dengandiameter pipa 12 in mengalami beban tekananinternal gauge 250 psi dan mempunyai slip joint di titik C. Pipa direstrain oleh anchor dititik A dan E, dan oleh vertikal restrain di titikB dan D
Contoh soal 2Gambar 2.7 menunjukkan pipeline dengandiameter pipa 12 in mengalami beban tekananinternal gauge 250 psi dan mempunyai slip joint di titik C. Pipa direstrain oleh anchor dititik A dan E, dan oleh vertikal restrain di titikB dan D
11
21Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.7Gambar 2.7
22Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Penyelesaian contoh 2Penyelesaian contoh 2
Pipa: Dnominal = 12 in (300 mm)
P = 250 psi (1724 kPa)
Pipa: Dnominal = 12 in (300 mm)
P = 250 psi (1724 kPa)
lbDPF 919,314
)75.12()250(4
2
0 ===
2PbM
A=
NF 005,1424
)32385.0()1724( 2 == atauatau
Dari teori batangDari teori batang
aPbF
A 23=
aPbPaF
b 232 +=
12
23Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Maka:
lbftanchorpadaM .939,2392
)15)(919,31( ==
Nm.191,3252
)58.4)(005,142( ==
lbanchorpadaF 364,14)50(2
)15)(919,31)(3( ==N972,63
)25.15(2)58.4)(005,142)(3( ==
lbrestrainpadaF 283,46)50(2
)15)(919,31)(3()50)(919,31)(2( =+=
N977,205)25.15(2
)58.4)(005,142)(3()25.15)(005,142)(2( =+=
Bila: P = 31,919 lb (124.005 N) a = 50 ft (15.25 m)
b = 15 ft (4.58 m)
24Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Beban yang dikategorikan occasional loads pada sistemdalam periode yang sebagian saja dari total periode operasisistem ( 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 untuksustained load- Dalam perancangan perlu dilakukan kompromi sehinggatumpuan dapat menahan kedua jenis beban tersebut
- Contoh : beban dinamik paling baik ditahan dengan rigidsupport. Tapi rigid support akan menurunkan fleksibilitas* Snubber mungkin dapat digunakan
Beban yang dikategorikan occasional loads pada sistemdalam periode yang sebagian saja dari total periode operasisistem ( 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 untuksustained load- Dalam perancangan perlu dilakukan kompromi sehinggatumpuan dapat menahan kedua jenis beban tersebut
- Contoh : beban dinamik paling baik ditahan dengan rigidsupport. Tapi rigid support akan menurunkan fleksibilitas* Snubber mungkin dapat digunakan
2.1 Occasional Loads2.1 Occasional Loads
13
25Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Rekomendasi untuk menentukan posisitumpuan untuk beban occasional:
Rekomendasi untuk menentukan posisitumpuan untuk beban occasional:1. Tentukan posisi awal yang sesuai untuk beban
sustained (berat)
2. Tentukan jarak tumpuan (span) optimum untukoccasional load. Reduksi span yang didapatsampai coincides dengan kelipatan span tahap 1
3. Pada sistem pipa dingin,gunakan rigid support disemua tumpuan
4. Pada sistem pipa panas, tentukan dulu dimanalokasi rigid support dapat ditempatkan. Padatempat tumpuan lain mungkin perlu dipasangsnubber
1. Tentukan posisi awal yang sesuai untuk bebansustained (berat)
2. Tentukan jarak tumpuan (span) optimum untukoccasional load. Reduksi span yang didapatsampai coincides dengan kelipatan span tahap 1
3. Pada sistem pipa dingin,gunakan rigid support disemua tumpuan
4. Pada sistem pipa panas, tentukan dulu dimanalokasi rigid support dapat ditempatkan. Padatempat tumpuan lain mungkin perlu dipasangsnubber
26Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Sistem pipa yang terletak outdoor harusdirancang mampu menahan beban anginmaksimum yang terjadi sepanjang umuroperasional pipa tertsebut.
Kecepatan angin tergantung pada kondisilokal, dan biasanya bervariasi terhadapelevasi
Sistem pipa yang terletak outdoor harusdirancang mampu menahan beban anginmaksimum yang terjadi sepanjang umuroperasional pipa tertsebut.
Kecepatan angin tergantung pada kondisilokal, dan biasanya bervariasi terhadapelevasi
2.1.1 Beban Angin2.1.1 Beban Angin
14
27Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
28Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Besaran utama dari beban angin adalahdiakibatkan oleh momentum angin yang menganai pipa.
Beban angin dimodelkan sebagai gayauniform yang searah dengan arah anginsepanjang pipa
Gaya angin dapat dihitung denganmenggunakan persamaan Bernoulli
Besaran utama dari beban angin adalahdiakibatkan oleh momentum angin yang menganai pipa.
Beban angin dimodelkan sebagai gayauniform yang searah dengan arah anginsepanjang pipa
Gaya angin dapat dihitung denganmenggunakan persamaan Bernoulli
15
29Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
)USCS( 4.386q DCF d=
)SI( 4.386q DCF d=
dimana :
F = beban angin (N/m)
Cd = koefisien drag
q = tekanan dinamik (N/m2) = V2/2D = diameter luar pipa (termasuk isolasi) (m)
= massa jenis udara (kg/m3)V = kecepatan udara (m/s)
dimana :
F = beban angin (N/m)
Cd = koefisien drag
q = tekanan dinamik (N/m2) = V2/2D = diameter luar pipa (termasuk isolasi) (m)
= massa jenis udara (kg/m3)V = kecepatan udara (m/s)
30Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.10Gambar 2.10
16
31Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Harga koefisien drag adalahmerupakan fungsi dari bentuk strukturdan bilangan Reynold.
Bilangan Reynold (dimensionless) adalah parameter yang menunjukkanderajat keturbulenan aliran fluida
Harga koefisien drag adalahmerupakan fungsi dari bentuk strukturdan bilangan Reynold.
Bilangan Reynold (dimensionless) adalah parameter yang menunjukkanderajat keturbulenan aliran fluida
32Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
)USCS( 4.386
V D Rn =
= massa jenis udara (kg/m3)V = kecepatan angin (m/s)
D = diameter pipa (m)
= viskositas dinamik udara (kg/m s)
= massa jenis udara (kg/m3)V = kecepatan angin (m/s)
D = diameter pipa (m)
= viskositas dinamik udara (kg/m s)
)SI( 1000V D Rn
=
Pada kondisi tertentu, perlu dimasukkan faktorkeamanan tambahan yang disebut dengan Gust factor (biasanya berharga 1.0 1.3)
Pada kondisi tertentu, perlu dimasukkan faktorkeamanan tambahan yang disebut dengan Gust factor (biasanya berharga 1.0 1.3)
17
33Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh soal 3Gambar 2.11 menunjukkan sistem pipa dengandiameter nominal pipa 8 in dan tebal isolasi 2 in. Sistem pipa tersebut terkena angin dengan kecepatanmaksimum 75 mph arah utara-selatan. Tentukanbeban yang diterima oleh restrain C, E, dan H padaarah x.
Contoh soal 3Gambar 2.11 menunjukkan sistem pipa dengandiameter nominal pipa 8 in dan tebal isolasi 2 in. Sistem pipa tersebut terkena angin dengan kecepatanmaksimum 75 mph arah utara-selatan. Tentukanbeban yang diterima oleh restrain C, E, dan H padaarah x.
34Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.11Gambar 2.11
18
35Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
2.1.2 Beban Relief Valve Discharge2.1.2 Beban Relief Valve Discharge
Relief valve digunakan dalam sistemperpipaan sebagai pembuangan tekanandari sistem jika tekanan meningkat di atasoperasi yang aman.
Saat relief valve discharge, fluida akanmenginitiate jet force yang ditransfer kesistem pipa.
Relief valve digunakan dalam sistemperpipaan sebagai pembuangan tekanandari sistem jika tekanan meningkat di atasoperasi yang aman.
Saat relief valve discharge, fluida akanmenginitiate jet force yang ditransfer kesistem pipa.
36Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
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/m2)
A = discharge flow area (mm2)
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/m2)
A = discharge flow area (mm2)
Gaya discharge dapat dihitung dengan (B 31.1): Gaya discharge dapat dihitung dengan (B 31.1):
)USCS( PA2.32
mVDLFF
+= )SI(
101PAmVDLFF 6
+=
19
37Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
JugaJuga
)USCS( 1b2
)ah(50113V 0= )SI(
1b2)ah(0085.2V 0
=
ho = enthalpy stagnasi fluidaho = enthalpy stagnasi fluida
Harga a dan b diberikan pada tabel berikutHarga a dan b diberikan pada tabel berikut
38Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
)USCS( P - 1b2
)ah(33.48b
1bamP A0
=
)SI( P - 1b2
)ah(10995.1b
1bamP A0
12
=
DanDan
PA = tekanan atmosferPA = tekanan atmosfer
20
39Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.13Gambar 2.13
40Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Dynamic load factor (DLF) digunakan untukmenghitung kenaikan beban akibat aplikasi yang tiba-tiba dari gaya discharge. Faktor ini bervariasidari 1.1 sampai 2.0 tergantung dari kekakuaninstalasi valve dan waktu pembukaan.
Perhitungan DLF dapat dimulai denganmenghitung periode natural instalasi valve:
Dynamic load factor (DLF) digunakan untukmenghitung kenaikan beban akibat aplikasi yang tiba-tiba dari gaya discharge. Faktor ini bervariasidari 1.1 sampai 2.0 tergantung dari kekakuaninstalasi valve dan waktu pembukaan.
Perhitungan DLF dapat dimulai denganmenghitung periode natural instalasi valve:
)USCS( EI
WH1846.0T3
= )SI( EI
WH59.114T3
=
dimana :
W = massa valve
H = jarak pipa utama ke pipa outlet (mm), in
E = modulus elastisitas pipa
I = momen inersia pipa inlet (mm4), in4
dimana :
W = massa valve
H = jarak pipa utama ke pipa outlet (mm), in
E = modulus elastisitas pipa
I = momen inersia pipa inlet (mm4), in4
21
41Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Step berikutnya adalah menentukan ratio to/T, dimana to adalah waktu pembukaan valve.
DLF akhirnya dapat ditentukan dari grafikberikut:
Step berikutnya adalah menentukan ratio to/T, dimana to adalah waktu pembukaan valve.
DLF akhirnya dapat ditentukan dari grafikberikut:
Gambar 2.14Gambar 2.14
42Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh soal 4Diketahui gaya relief discharge dengan 1500 lb (Gambar 2.15). Run pipe pada tee akibat gaya 1500 lb menerima momen 3000 lb ft. Tentukan resultanreaksi di restraint.
Contoh soal 4Diketahui gaya relief discharge dengan 1500 lb (Gambar 2.15). Run pipe pada tee akibat gaya 1500 lb menerima momen 3000 lb ft. Tentukan resultanreaksi di restraint.
22
43Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.15Gambar 2.15
44Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Sistem perpipaan haruslah didesain mampumenahan beban gempa
Kriteria seismic dalam perancangan dapatdimulai dengan mengestimasi potensialgempa dalam daerah dimana pipa akandipasang
Sistem perpipaan haruslah didesain mampumenahan beban gempa
Kriteria seismic dalam perancangan dapatdimulai dengan mengestimasi potensialgempa dalam daerah dimana pipa akandipasang
2.1.3 Beban Gempa2.1.3 Beban Gempa
didapat dari literatur search contoh akibat gempa dalam Mercelli Scale didapat dari literatur search contoh akibat gempa dalam Mercelli Scale
23
45Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.16Gambar 2.16
46Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh gempa di US Contoh gempa di US
Gambar 2.17Gambar 2.17
24
47Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Analisis yang perlu dilakukan adalah: Analisis yang perlu dilakukan adalah:
1. Time history analysis Dilakukan berdasarkan catatan gempa
terhadap waktu Data percepatan, kecepatan dan
perpindahan tanah dijadikan input untukmenganalisis model dinamik struktur pipa.
Output hasil analisis adalah dalam bentukperpindahan , tegangan dan gaya-gayatumpuan
1. Time history analysis Dilakukan berdasarkan catatan gempa
terhadap waktu Data percepatan, kecepatan dan
perpindahan tanah dijadikan input untukmenganalisis model dinamik struktur pipa.
Output hasil analisis adalah dalam bentukperpindahan , tegangan dan gaya-gayatumpuan
48Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.18Gambar 2.18
25
49Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
2. Modal Analysis Alternatif lain untuk mendapatkan respon
struktur terhadap gempa adalah modal analysis
Model dinamik dari sistem pipa dibagimenjadi sejumlah model single dof yang secara keseluruhan dapat mewakilikarakteristik dinamik sistem pipa
Spektrum gempa kemudian diaplikasikanpada model untuk mendapatkan responsistem secara keseluruhan
2. Modal Analysis Alternatif lain untuk mendapatkan respon
struktur terhadap gempa adalah modal analysis
Model dinamik dari sistem pipa dibagimenjadi sejumlah model single dof yang secara keseluruhan dapat mewakilikarakteristik dinamik sistem pipa
Spektrum gempa kemudian diaplikasikanpada model untuk mendapatkan responsistem secara keseluruhan
50Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Restraint diperlukan untuk menahan bebansustained dan beban occasional. Tetapi jikaterjadi kenaikan temperatur pada saat pipaberoperasi, maka pipa akan ekspansisehingga timbul tegangan yang tinggi
Kondisi restraint dari sudut pandangthermal, maka tidak ada restraint perlu dirancang restraint yang optimum
Restraint diperlukan untuk menahan bebansustained dan beban occasional. Tetapi jikaterjadi kenaikan temperatur pada saat pipaberoperasi, maka pipa akan ekspansisehingga timbul tegangan yang tinggi
Kondisi restraint dari sudut pandangthermal, maka tidak ada restraint perlu dirancang restraint yang optimum
2.4 Expansion Load2.4 Expansion Load
26
51Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Ekspansi termal dapat dihitung denganmenggunakan persamaan :
Ekspansi termal dapat dihitung denganmenggunakan persamaan :
2.4.1 Perhitungan Beban Termal2.4.1 Perhitungan Beban Termal
=Thot
TcolddT L
dimana :
=ekspansi termal (mm)L = panjang pipa (mm)
= koefisien ekspansi termal (mm/mm0C)T = temperatur pipa (0C)
dimana :
=ekspansi termal (mm)L = panjang pipa (mm)
= koefisien ekspansi termal (mm/mm0C)T = temperatur pipa (0C)
52Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Metode sederhana menghitung beban termalpada tumpuan digunakan metode guided cantileverpada setiap tumpuan akan timbul:
Metode sederhana menghitung beban termalpada tumpuan digunakan metode guided cantileverpada setiap tumpuan akan timbul:
2L I E 6M = 3L
I E 12P =dimana :
P = gaya-gaya pada tumpuan
M = momen pada tumpuan
E = modulus elastisitas
I = momen inersia
= pertambahan panjangL = panjang pipa
dimana :
P = gaya-gaya pada tumpuan
M = momen pada tumpuan
E = modulus elastisitas
I = momen inersia
= pertambahan panjangL = panjang pipa
27
53Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Penggunaan expansion loop adalah alternatifuntuk dapat mengatasi ekspansi termal yang besar
Penggunaan expansion loop adalah alternatifuntuk dapat mengatasi ekspansi termal yang besar
Gambar 2.20Gambar 2.20
54Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh soal 5Sistem yang terlihat pada Gambar 2.26 terbuat dari bajakarbon dan beroperasi pada 3500F (1770C). Sistemtersebut menggunakan pipa berdiameter 12 in (300 mm) schedule standar dengan I = 279 in4 (1.16 x 108 mm4) danE = 27.7 x 106 psi (1.91 x 1011 N/m2). Sistem diberitumpuan jangkar (anchors) pada titik a dan G, dan duatumpuan vertikal pada titik D dan E.
Tentukan :1. Pergeseran yang diserap oleh segmen A-B, B-C, dan E-F2. Gaya dan momen yang diterima oleh segmen A-B, B-C,
dan E-F3. Gaya dan momen pada tumpuan A
Contoh soal 5Sistem yang terlihat pada Gambar 2.26 terbuat dari bajakarbon dan beroperasi pada 3500F (1770C). Sistemtersebut menggunakan pipa berdiameter 12 in (300 mm) schedule standar dengan I = 279 in4 (1.16 x 108 mm4) danE = 27.7 x 106 psi (1.91 x 1011 N/m2). Sistem diberitumpuan jangkar (anchors) pada titik a dan G, dan duatumpuan vertikal pada titik D dan E.
Tentukan :1. Pergeseran yang diserap oleh segmen A-B, B-C, dan E-F2. Gaya dan momen yang diterima oleh segmen A-B, B-C,
dan E-F3. Gaya dan momen pada tumpuan A
28
55Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.26Gambar 2.26
56Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Perpindahan pipa akibat beban termal dapatdiestimasi pada titik intermediate denganmengasumsikan variasi linier antara titik-titik yang diketahui perpindahannya.
Perpindahan pipa akibat beban termal dapatdiestimasi pada titik intermediate denganmengasumsikan variasi linier antara titik-titik yang diketahui perpindahannya.
2.4.2 Perhitungan Perpindahan Termal2.4.2 Perhitungan Perpindahan Termal
29
57Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Contoh soal 6Gambar 2.28 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 inTitik F : 4 in (101.6 mm) ke bawah, dingin ke panasTitik K : 1 in (25.4 mm) ke atas, dingin ke panasTitik L : 0 inTitik M : 0 inMaterial pipa adalah intermediate alloy steel, dan sistem beroperasi
pada temperatur 9000F (4820C)Tentukana. Pertambahan panjang segmen B-C, C-D, dan I-J b. Pertambahan panjang pegas H1 dan H2c. Besar perpindahan titik E, J, dan I
Contoh soal 6Gambar 2.28 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 inTitik F : 4 in (101.6 mm) ke bawah, dingin ke panasTitik K : 1 in (25.4 mm) ke atas, dingin ke panasTitik L : 0 inTitik M : 0 inMaterial pipa adalah intermediate alloy steel, dan sistem beroperasi
pada temperatur 9000F (4820C)Tentukana. Pertambahan panjang segmen B-C, C-D, dan I-J b. Pertambahan panjang pegas H1 dan H2c. Besar perpindahan titik E, J, dan I
58Pipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & DesignPipe Stress Analysis & Design
Bab II Piping Design LoadsBab II Piping Design Loads
Gambar 2.28Gambar 2.28