Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 1
BAB VIPIPING DESIGN LOADS
BAB VIPIPING DESIGN LOADS
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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. Pendahuluan6.1. Pendahuluan
Pipe Stress AnalysisPipe Stress Analysis
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 4
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 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. 1500F (660C) II. Cold system, design temp. < 1500F (660C)
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).
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 5
Piping LoadsJenis-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 LoadsJenis-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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 LOADS6.2. SUSTAINED LOADS
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 :
Z8
WL2
Z8
WL2
2
WLF
2
WLF
Z12
WL2
Z12
WL2
2
WLF
2
WLF
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 maksimumS = 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 maksimumS = tegangan yang diijinkan (tergantung dari jenis material pipa, temperatur dan code)
Z10
WL2
Z10
WL2
atau lebih konservatifZ8
WL2
Z8
WL2
W
ZS10L
W
ZS10L
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
2
)WZS10(F
2/1
2
)WZS10(F
2/1
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 :
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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.
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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 15
Gambar 6.1Gambar 6.1
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
0X
M
C10)75.5(1012)5.0(2990 ataskeNlbC )2649(597
0Z
M
)11(597)11(1012)5.10(299)25.6(7744)5.1(11700 B
ataskeNlbB )955,15(3574
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 17
0y
F
5971012299774357411700 AbawahkeNlbA )4119(916
0X
M Terhadap titik C
)25.4(1012)5.9(299)10(160705.30 D
ataskeNlbD )334,10(2321
2321101229916070 CataskeNlbC )2648(597
0y
F
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 18
Tabel 6.2 Tabel 6.2
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 19
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 20
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 21
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 22
6.2.2 Tekanan6.2.2 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 23
P ( AP ) - { PAP/Am }Am = 0P ( AP ) - { PAP/Am }Am = 0
Gambar 6.2Gambar 6.2
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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 25
Beban tekanan pada expansion joint adalah sama dengan tekanan dikalikan luas penampang
Beban tekanan pada expansion joint adalah sama dengan tekanan dikalikan luas penampang
Gambar 6.3Gambar 6.3
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 26
Slip joint : Slip joint : 4
DA
2o
Do = diameter luar pipa Do = diameter luar pipa
Bellows : Bellows :
4
DA
2b
Db = diameter dalam maksimum bellows
Db = diameter dalam maksimum bellows
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 28
Gambar 6.4 Gambar 6.4
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 29
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)
lbDP
F 919,314
)75.12()250(4
2
0 lbDP
F 919,314
)75.12()250(4
2
0
2Pb
MA
2Pb
MA
NF 005,1424
)32385.0()1724( 2
NF 005,1424
)32385.0()1724( 2
atauatau
Dari teori batangDari teori batang
aPb
FA 2
3aPb
FA 2
3a
PbPaF
b 232
aPbPa
Fb 2
32
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 30
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)
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 Loads6.3 Occasional Loads
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 32
• Rekomendasi untuk menentukan posisi tumpuan untuk beban occasional:
• 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)
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 Angin6.3.1 Beban Angin
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 34Gambar 6.5Gambar 6.5
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 36
)USCS( 4.386
q DCF d )USCS(
4.386
q DCF d
)SI(1000
qDCF d
)SI(
1000
qDCF d
dimana :
F = beban angin (N/m)
Cd = koefisien drag
q = tekanan dinamik (N/m2) = V2/2
D = 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) = V2/2
D = diameter luar pipa (termasuk isolasi) (m)
= massa jenis udara (kg/m3)
V = kecepatan udara (m/s)
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 37
Gambar 6.6Gambar 6.6
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 39
)USCS( 4.386
V D Rn
)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( 1000
V D Rn
)SI( 1000
V D Rn
• Pada kondisi tertentu, perlu dimasukkan faktor keamanan tambahan yang disebut dengan Gust factor (biasanya berharga 1.0 – 1.3)
• Pada kondisi tertentu, perlu dimasukkan faktor keamanan tambahan yang disebut dengan Gust factor (biasanya berharga 1.0 – 1.3)
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 40
Contoh soal 3Gambar 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 3Gambar 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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 41
Gambar 6.7Gambar 6.7
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 42
Penyelesaian contoh 3Penyelesaian contoh 3
Menentukan beban angin per panjang proyeksi pipa:
V = 75 mph = 110 ft/s (33.55m/s)
udara = 0.0748 lbm/ft3 (1.198 kg/m3) pada 29.92 in Hg dan 700F (210C)
udara = 39.16 x 10-8 lbf.s/ft2 [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/ft3 (1.198 kg/m3) pada 29.92 in Hg dan 700F (210C)
udara = 39.16 x 10-8 lbf.s/ft2 [1.87 x 10-5 kg/(m.s)]
D = 8.625 (pipa) + 2 x 2 (insulasi) = 12.625 in (320.7 mm)
Bilangan Reynolds:Bilangan Reynolds:
55
109.6)1016.39)(4.386(
)110)(625.12)(0748.0(
R 5
5109.6
)1016.39)(4.386(
)110)(625.12)(0748.0(
R
55
109.6)1087.1)(1000(
)55.33)(7.320)(198.1(
R 5
5109.6
)1087.1)(1000(
)55.33)(7.320)(198.1(
R
atauatau
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 43
ftlbF /5.114.386
)625.12)(1100748.05.0)(6.0)(3.1( 2
ftlbF /5.114.386
)625.12)(1100748.05.0)(6.0)(3.1( 2
Gaya drag dapat dihitung dengan menggunakan faktor gust 1.3:Gaya drag dapat dihitung dengan menggunakan faktor gust 1.3:
mNF /1701000
)7.320)(55.33198.15.0)(6.0)(3.1( 2
mNF /1701000
)7.320)(55.33198.15.0)(6.0)(3.1( 2
atauatau
ftlbL
Wl/1.8
2020)20(5.11
22
ftlb
LWl
/1.82020
)20(5.1122
Actual loadActual 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)
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 44
Dengan penjumlahan momen terhadap titik A, diperoleh:0
yM
)10)(230(200 ElbE 115
)05.3)(1037(1.60 EatauNE 519
0z
M
C15)5.22(518)45(230)45(1150
lbC 1122
C6.4)9.6(2346)8.13(1037)8.13(5190
NC 5073
05182301122115 AFx
lbA 489
0234610375073519 AFx
NA 2209
atau
atau
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 45
Untuk segmen E-H:0)5.7(5.172)25(22935 HM
y
)892(5.200 NlbH
05.1722295.200 EFx
)894(201 NlbE
Beban total pada restrain E adalah jumlah dari beban pada setiap sisi, atau
lbEtot
316201115 N1413894519
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 46
6.3.2 Beban Relief Valve Discharge6.3.2 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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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/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
)USCS( PA
2.32
mVDLFF
)SI(
101
PAmVDLFF
6
)SI(
101
PAmVDLFF
6
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 48
JugaJuga
)USCS( 1b2
)ah(50113V 0
)USCS( 1b2
)ah(50113V 0
)SI( 1b2
)ah(0085.2V 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 49
)USCS( P - 1b2
)ah(33.48
b
1b
a
mP A
0
)USCS( P - 1b2
)ah(33.48
b
1b
a
mP A
0
)SI( P - 1b2
)ah(10995.1
b
1b
a
mP A
012
)SI( P - 1b2
)ah(10995.1
b
1b
a
mP A
012
DanDan
PA = tekanan atmosferPA = tekanan atmosfer
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 50
Gambar 6.8Gambar 6.8
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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:
)USCS( EI
WH1846.0T
3
)USCS( EI
WH1846.0T
3
)SI( EI
WH59.114T
3
)SI( EI
WH59.114T
3
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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 6.9Gambar 6.9
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 53
Contoh soal 4Diketahui 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 4Diketahui 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.
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 54
Gambar 6.10Gambar 6.10
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 55
Penyelesaian contoh 4Penyelesaian contoh 4
Reaksi pada restrainReaksi pada restrain
lbFa
37520
3000317
)3(1500
lbFa
37520
3000317
)3(1500
lbFb
112520
3000317
)17(1500
lbFb
112520
3000317
)17(1500
NFa
167211.6
470292.019.5
)92.0(6675
NFa
167211.6
470292.019.5
)92.0(6675
NFb
500311.6
470292.019.5
)19.5(6675
NFb
500311.6
470292.019.5
)19.5(6675
atauatau
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 Gempa6.3.3 Beban Gempa
didapat dari literatur search contoh akibat gempa dalam Mercelli Scale
didapat dari literatur search contoh akibat gempa dalam Mercelli Scale
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 57
Gambar 6.11Gambar 6.11
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 58
• Contoh gempa di US• Contoh gempa di US
Gambar 6.12Gambar 6.12
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 59
• 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 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 60
Gambar 6.13Gambar 6.13
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 62
Gambar 6.14Gambar 6.14
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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 Load6.4 Expansion Load
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 64
• Ekspansi termal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
• Ekspansi termal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
6.4.1 Perhitungan Beban Termal6.4.1 Perhitungan Beban Termal
Thot
TcolddT L
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)
Ekspansi pipa untuk beberapa jenis material diberikan pada Tabel 5.4Ekspansi pipa untuk beberapa jenis material diberikan pada Tabel 5.4
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 65
Tabel 5.4Tabel 5.4
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 66
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 67
• Metode sederhana menghitung beban termal pada tumpuan digunakan ‘metode guided cantilever’ pada setiap tumpuan akan timbul:
• Metode sederhana menghitung beban termal pada tumpuan digunakan ‘metode guided cantilever’ pada setiap tumpuan akan timbul:
2L
I E 6M
2L
I E 6M
3L
I E 12P
3L
I E 12P
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
• Penggunaan expansion loop adalah alternatif untuk dapat mengatasi ekspansi termal yang besar
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 68
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 69
Contoh soal 5 Sistem yang terlihat pada Gambar 5.26 terbuat dari baja
karbon dan beroperasi pada 3500F (1770C). Sistem tersebut menggunakan pipa berdiameter 12 in (300 mm) schedule standar dengan I = 279 in4 (1.16 x 108 mm4) dan E = 27.7 x 106 psi (1.91 x 1011 N/m2). 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-F2. Gaya dan momen yang diterima oleh segmen A-B, B-C,
dan E-F3. Gaya dan momen pada tumpuan A
Contoh soal 5 Sistem yang terlihat pada Gambar 5.26 terbuat dari baja
karbon dan beroperasi pada 3500F (1770C). Sistem tersebut menggunakan pipa berdiameter 12 in (300 mm) schedule standar dengan I = 279 in4 (1.16 x 108 mm4) dan E = 27.7 x 106 psi (1.91 x 1011 N/m2). 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-F2. Gaya dan momen yang diterima oleh segmen A-B, B-C,
dan E-F3. Gaya dan momen pada tumpuan A
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 70
Gambar 6.16Gambar 6.16
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 71
Penyelesaian contoh 5Penyelesaian contoh 5
T
i
n
n LL
3
3
T
i
n
n LL
3
3
)864.0(034.0306030
)30(34.0333
3
mminCBolehdiserapyangx
)864.0(034.0306030
)30(34.0333
3
mminCBolehdiserapyangx
)300(66360
)034.0)(279)(107.27(123
6
NlbCBsepanjangFx
)300(66360
)034.0)(279)(107.27(123
6
NlbCBsepanjangFx
)1.5(202.02015
)15(65.033
3
mminBAsepanjangy
)1.5(202.02015
)15(65.033
3
mminBAsepanjangy
)285,14(3210180
)202.0)(279)(107.27(123
6
NlbBAsepanjangFy
)285,14(3210180
)202.0)(279)(107.27(123
6
NlbBAsepanjangFy
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 72
From segment Direction Magnitude Resisted by
A-B X 0.34 in (8.6 mm) B-C, C-F, F-G
B-C Y 0.68 in (17.3 mm) A-B, C-D
C-F Z 1.36 in (34.5 mm) A-B, B-C, F-G
F-G Y 0.68 in (17.3 mm) E-F
Pergerakan PipaPergerakan Pipa
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 73
Untuk segemen A-BUntuk segemen A-B
).697,32(.096,289180
)202.0)(279)(107.27(62
6
NmlbinMZ
)03.2(08.0303015
)15(36.1333
3
mminZ
)5661(1272180
)08.0)(279)(107.27(123
6
NlbFZ
).950,12(.493,114180
)08.0)(279)(107.27(62
6
NmlbinMY
2
6
333
3
,@)( 360)279)(107.27(6
303015)30(36.1
CBXAtorsionXMM
).899,25(.987,228 Nmlbin
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 74
Fx = 66 lb (300N) Mx = 228,987 in.lb (25,899 m.N)
Fy = 3210 lb (14,285 N) My = 114,493 in.lb (1290 m.N)
Fz = 1272 lb (5661 N) Mz = 289,096 in.lb (32,697 m.N)
Fx = 66 lb (300N) Mx = 228,987 in.lb (25,899 m.N)
Fy = 3210 lb (14,285 N) My = 114,493 in.lb (1290 m.N)
Fz = 1272 lb (5661 N) Mz = 289,096 in.lb (32,697 m.N)
Dengan cara yang sama, beban-beban pada titik D dan E dapat dihitung:Dengan cara yang sama, beban-beban pada titik D dan E dapat dihitung:
)1.12(478.02015
)20(68.033
3
, mminDCY
)1.12(478.0
2015
)20(68.033
3
, mminDCY
)285,14(3210240
)478.0)(279)(107.27(123
6
, NlbF DCY
)285,14(3210
240
)478.0)(279)(107.27(123
6
, NlbF DCY
).523,43(.804,384240
)478.0)(279)(107.27(62
6
, NmlbinM DCZ
).523,43(.804,384
240
)478.0)(279)(107.27(62
6
, NmlbinM DCZ
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 75
)3.17(68.0,
mminFEY
)3.17(68.0
,mmin
FEY
)321,20(4567240
)68.0)(279)(107.27(123
6
,NlbF
FEY
)321,20(4567
240)68.0)(279)(107.27(12
3
6
,NlbF
FEY
).916,61(.421,547240
)68.0)(279)(107.27(62
6
,NmlbinM
FEZ
).916,61(.421,547
240)68.0)(279)(107.27(6
2
6
,NmlbinM
FEZ
Gaya Total pada titik D dan E:Gaya Total pada titik D dan E:
)570,31(7094240
421,547240
805,3843210
,NlbF
DY )570,31(7094
240421,547
240805,384
3210,
NlbFDY
)608,37(8451240
421,547240
805,3844567
,NlbF
EY )608,37(8451
240421,547
240805,384
4567,
NlbFEY
Perhitungan gaya dan momen pada anchor di titik G juga dilakukan dengan cara yang samaPerhitungan gaya dan momen pada anchor di titik G juga dilakukan dengan cara yang sama
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 76
• ITT Grinnel menabelkan perhitungan beban akibat termal seperti dicantumkan pada tabel 5.6
• ITT Grinnel menabelkan perhitungan beban akibat termal seperti dicantumkan pada tabel 5.6
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 77
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 78
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 79
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 80
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 81
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 82
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 83
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 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.
• 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 Termal6.4.2 Perhitungan Perpindahan Termal
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 85
Contoh soal 6Gambar 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 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 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 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
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 86
Gambar 6.17Gambar 6.17
Bab 6 Piping Design LoadsBab 6 Piping Design Loads
Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan Desain, Fabrikasi, dan inspeksi Sistem Perpipaan 87
Penyelesaian contoh 6
Dari tabel 5.4: ekspansi = 0.0707 in/ft (0.0059 mm/m), sehingga:
LB-C = (0.0707)(15) = 1.06 in (26.9 mm) ke atas
LC-D = (0.0707)(30) = 2.12 in (53.8 mm) ke bawah
LI-J = (0.0707)(10) = 0.707 in (18.0 mm)
H1 = 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
H2 = 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:
LB-C = (0.0707)(15) = 1.06 in (26.9 mm) ke atas
LC-D = (0.0707)(30) = 2.12 in (53.8 mm) ke bawah
LI-J = (0.0707)(10) = 0.707 in (18.0 mm)
H1 = 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
H2 = 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)