Upload
tri-sutrisno
View
235
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
1/22
“ANALISIS TEGANGAN DAN KONSEP DESAIN PADACONNECTING PIPE MENGGUNAKAN SOFTWARE
INVENTOR PROFESIONAL 2012”
LAPORAN MATA KULIAH DESAIN BERBASIS KOMPUTER
DISUSUN OLEH:
NAMA : TRI SUTRISNO
NO. REG : 53151203 !
"URUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI "AKARTA
2015
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
2/22
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan
karunia-Nya sehingga saya berhasil menyelesaikan laporan ini yang alhamdulillah dapat
selesai tepat pada waktunya yang berjudul “A#$%&'&' T()$#)$# D$# K*#'(+ D('$ P$,$
C*##(- ) P&+( M(#))/#$ $# S* $ ( I#4(# * P * ('&*#$% 2012”.
Tujuan di buatnya laporan ini adalah sebagai tugas penilaian Ujian Tengah Semester
(UTS) mata kuliah esain !erbasis "omputer dan juga menjadi tambahan ilmu bagi kami
selaku mahasiswa peran#angan agar dapat mengasah kemampuan desain$
Saya menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kata sempurna% oleh karena itu
kritik dan saran dari semua pihak yang si&atnya membangun selalu saya harapkan demi
kesempurnaan laporan ini$
Akhir kata% saya u#apkan terima kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan
saya kesehatan sehingga saya dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik dan tepat pada
waktunya$ kepada kedua orang tua saya yang telah memberikan dukungan baik itu dalam
bentuk materi maupun nonmateri$ U#apan terima kasih juga saya berikan kepada pak 'koArie& Syae&udin% T$ an pak imawan adi Sutisno% T$ Sebagai dosen pengampu mata
kuliah esain !erbasis "omputer yang telah banyak memberikan ilmunya$
*akarta% +, aret ,./
Tri Sutrisno
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
3/22
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Pipa merupakan suatu teknologi dalam mengalirkan &luida seperti minyak% gas% atau
air dalam jumlah besar dan jarak yang jauh melalui laut atau daerah di lepas pantai$ "arena
medan yang dilalui oleh saluran pipa sangat beragam% yaitu mulai dari dalam laut% dataran
rendah% lembah% dan di dalam tanah$ maka dalam pengoperasiannya akan banyak ditemukan
berbagai ma#am persoalan% baik persoalan kelelahan (&atigue)% korosi (#orrosion)% maupun
retak (#ra#k)$ ari ketiga jenis permasalahan yang biasa dialami pipa% maka keretakan
menjadi persoalan yang sangat diperhatikan karena e&ek lanjutannya bisa mengakibatkan
kebo#oran dan ledakan$ !ila pipeline mengalami masalah retak% maka biaya untuk
memperbaikinya akan menjadi sangat mahal$
engingat begitu besarnya biaya dalam perbaikan pipeline tersebut% maka dalam
tahap peran#angan perlu dilakukan analisis tegangan (stress analysis)% analisis panjang
bentang pipa (&ree span analysis)% analisis stabilitas pipa bawah laut (on-bottom stability
analysis)$Seiring dengan berkembangnya sektor industri minyak dan gas bumi 0ndonesia%telah banyak proyek eksploitasi yang telah dilakukan di 0ndonesia$ Sebagian besar dari
proyek-proyek tersebut menggunakan pipa bawah laut sebagai media penyaluran hasil
eksploitasi$ Pada proses peren#anaan pipa bawah laut% sering ditemukan masalah dimana
suatu rute pipa bawah laut yang akan dikonstruksi bertemu dengan rute pipa bawah laut
yang telah dikonstruksi dari proyek berbeda sebelumnya (pipeline e1isting)$ asalah serupa
ditemukan juga pada proyek pembangunan pipa gas bawah laut dari uara "arang menuju
uara Tawar$ Pada lokasi ini% terdapat banyak kabel bawah laut dan pipa bawah laut e1isting
di sekitar pipa gas yang akan dipasang$ Sedangkan rute pipa gas bawah laut telah ditetapkan
dan bila diubah akan memakan biaya dan waktu yang lebih banyak$ 2leh karena itu%
dipilihlah alternati& konstruksi #rossing pipeline agar pipa bawah laut yang akan dikonstruksi
tetap mengikuti rute yang telah ditetapkan tetapi tidak menggangu kabel dan pipa bawah laut
e1isting tersebut$
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
4/22
1.2 B$ $'$# M$'$%$
pembuatan laporan mata kuliah desain berbasis komputer ini hanya di batasi #ara
pembuatan #onne#ting pipe dan analisis tegangan ketika diberikan gaya dan tekanan$
"emudian menganalisa dari hasil yang sudah di#ari melalui warna-warna yang sudah
ditunjukkan pada gambar$
BAB II
ISI
P *'(' D('$ C*##(- ) P&+(
.$ !uka lembar kerja baru Standard (mm).ipt
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
5/22
$ !uatlah sket#h seperti tampak pada gambar
+$ "lik toolbar Workplane% klik endpoint line (A) kemudian klik line !
3$ "lik toolbar 4reate Sket#h% klik workplane . kemudian klik toolbar proje#t geometrylalu klik titik . dan buatlah #ir#le berdiameter / mm pada titik tersebut$ "emudian klik&inish sket#h$
/$ "lik toolbar sweep pada kelompok toolbar model% tentukan pro&ile5 klik pro&ile dan path5klik path
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
6/22
6$ !uatlah sket#h berupa + buah #ir#le% kemudian trim bagian-bagian yang tidak diperlukan
7$ "lik toolbar e1trude kemudian pilih pro&ilenya % e1tents5 distan#e 8 ./ mm% operation5 joindan dire#tion% lalu klik 2"% perhatikan gambar
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
7/22
9$ !uatlah sket#h pada permukaan untuk dibuat hole$
:$ pilih menu e1trude kemudian pilih menu #ut untuk membuat lubang
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
8/22
.,$ !uatlah sket#h pada workplane . pada sisi yang lain$ seperti tampak pada gambar
..$ "lik toolbar e1trude kemudian pilih pro&ilenya% e1tents5 distan#e 8 ./ mm% operation5 joindan dire#tion% lalu klik 2"% perhatikan gambar
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
9/22
. $ !uatlah lingkaran dengan ukuran ., mm
.+$ klik #ir#ular array% pilih geometry untuk memperbanyak lingkaran yang sama kemudianklik a1is untuk menentukan titik pusat lingkaran$
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
10/22
.3$ Ubah jenis material menjadi alloy steel
BAB IV
ANALISIS TEGANGAN
Piping Stress analysis adalah suatu #ara perhitungan tegangan (stress) pada pipa yang
diakibatkan oleh beban statis dan beban dinamis yang merupakan e&ek resultan dari gaya
gra;itasi% perubahaan temperature% tekanan di dalam dan di luar pipa% perubahan jumlah debit
&luida yang mengalir di dalam pipa dan pengaruh gaya seismi#$ Pro#ess piping dan power
piping adalah #ontoh system perpipaan yang membutuhkan analisa perhitungan piping
stressnya yang dilakukan tentunya oleh pipe stress engineer untuk memastikan rute pipa%
beban pada no 00% AutoPipe% >2 > atau 4A'P0P'$
Tujuan utama dari piping stress analysis adalah untuk memastikan beberapa hal berikut5
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
11/22
"eselamatan sistem perpipaan termasuk semua komponennya
"eselamatan sistem peralatan yang berhubungan lansung dengan sistem perpipaan dan
struktur bangunan pendukung sistem tersebut
e&leksi pipa agar tdak melebihi limitasinya$
S#ope o& work piping engineer
Ada beberapa ma#am mode kegagalan yang bisa terjadi pada suatu sistem perpipaan$ Para
piping engineer bisa melakukan tindakan pen#egahan untuk melawan mode kegagalan
tersebut dengan melaksanakan stress analysis berdasarkan ketentuan dan aturan dalam dunia
perpipaan$ ua ma#am mode kegagalan yang biasa terjadi pada pipa adalah sebagai berikut5
"egagalan karena tegangan yield (material melebihi de&ormasi plastis)5 "egalalan karena &ra#ture (material patah=&ails sebelum sampai batas tegangan yieldnya)5
o !rittle ?ra#ture5 Terjadi pada material yang getas (mudah pe#ah=patah)
o ?atigue (kelelahan)5 isebabkan oleh adanya beban yang berulang
Teori ma1imum prin#ipal stress adalah yang digunakan dalam AS ' !+.$+ sebagai dasar
teori untuk analisa pipa$ Nilai maksimum atau minimum dari normal stress bisa disebut
sebagai prin#ipal stress$ Selanjutnya tegangan (stress) dapat dikelompokkan menjadi +
kategori yaitu5
Primary Stresses
Terjadi karena respon dari pembebaban (statis dan dinamis) untuk memenuhi persamaan
antara gaya keluar dan gaya ke dalam% serta gaya momen dari sebuah sistem pipa$ Primary
stresses are not sel&-limiting$
Se#ondary Stresses
Terjadi karena perubahan displa#ement dari struktur yang terjadi karena thermal e1pansion
dan atau karena perpindahan posisi tumpuan$ Se#ondary stresses are sel&-limiting$
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
12/22
Peak Stresses
Tidak seperti kondisi pembebanan pada se#ondary stress yang menyebabkan distorsi% peak
stresses tidak menyebabkan distorsi yang signi&ikan$ Peak stresses adalah tegangan tertinggi
yang bisa menyebabkan terjadinya kegagalan kelelahan (&atigue &ailure)$
Stati# Stress Analysis
Setiap sistem perpipaan pasti mempunyai basi# stress yang nantinya se#ara kumulati& bisa
disebut sebagai stati# stress$ !asi# stress terdiri dari5
(a) A1ial Stress 5 @ 8 ? =A
(b) !ending Stress 5 @ 8 b =
(#) Torsion Stress 5 @ 8 t = (d) oop Stress 5 @ 8 P = t
(e) Bongitudinal Stress 5 @ 8 P = 3t
(&) Thermal Stress 5 @ 8 CT 1 D 1 '
!asi# Stress pada Pipa
Stati# stress analysis adalah sebuah analisa perhitungan pada pipa untuk memastikan nilai
dari semua tegangan (stress) akibat beban statis tidak melebihi dari limitasi yang diatur olehaturan atau standard tertentu$ !iasanya% pada piping engineer menggunakan aturan (standard)
yaitu AS ' !+.$+ sebagai panduan untuk melakukan dan menganalisa stati# stress$ AS '
!+.$+ mengatur semua masalah perpipaan mulai dari limitasi propertis yang dibutuhkan%
sampai pada pembebanan yang memperhitungkan kondisi pressure% berat struktur dan
komponennya% gaya impa#t% gaya angin% gaya gempa bumi se#ara hori
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
13/22
o 2##asional Boads
!eban yang mun#ul tidak berkesinambungan% atau mun#ulnya tiba-tiba selama masa operasi
dari sistem perpipaan$ 4ontoh5 gaya angin% gaya gempa bumi$
'1pansion Boads
o !eban yang mun#ul karena adanya perubahan displa#ement dari system perpipaan yang
bisa diakibatkan oleh thermal e1pansion dan perubahan letak tumpuan$
Sedangkan dalam AS ' !+.$+ limitasi dari masing-masing besaran pembebanan adalah sbb5
E Stress karena Sustained Boad% limitasinya adalah5
SB F Sh
imana5
SB 8 (P =3t) G Sb
"etebalan dari pipa yang digunakan untuk menghitung SB haruslah merupakan tebal nominal
setelah dikurangi tebal lapisan korosi dan erosi yang diijinkan$
Sh 8 Tegangan yang diijinkan pada suhu maksimum dari suatu material
E Stresses karena 2##asional Boads
*umlah beban longitudinal karena pressure% weight dan sustain loads lainnya kemudian
ditambah oleh tegangan yang diakibatkan o##asional load seperti gempa bumi dan gaya
angin% nilainya tidak boleh melebihi .$++Sh$
E
Stresses karena '1pansion Boads% limitasinya adalah5
S' F SA
imana5
S' 8 (Sb G 3St ).=
SA 8 Allowable displa#ement stress range 8 & H(.$ /(S# G Sh) I SBJ
Sb 8 resultant bending stress%psi 8 H(0i i) G (0o o) J =
i 8 in-plane bending moment% in$lb
o 8 out-plane bending moment% in$lb
0i 8 in-plane stress intensi&i#ation &a#tor (appendi1 !+.$+)
0o 8 out-plane stress intensi&i#ation &a#tor (appendi1 !+.$+)
St 8 Torsional stress %psi 8 t = ( )t 8 Torsional moment% in$lb
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
14/22
S4 8 !asi# allowable stress at minimum metal temperature
Sh 8 !asi# allowable stress at ma1imum metal temperature
& 8 stress range redu#tion &a#tor (table +, $ $/ o& !+.$+)
ynami# Stress Analysis
ynami# stress (tegangan dinamis) adalah tegangan (stress) yang ditimbulkan oleh
pergerakan berulang dari pembebanan atau ;ibrasi (getaran)$ Pembebanan seperti ini bisa
ditimbulkan oleh beberapa eksitasi seperti5
?low 0ndu#ed Turbulen#e
igh ?reKuen#y A#ousti# '1#itation
e#hani#al '1#itation Pulsation
Analisa Librasi dapat dide&inisikan sebagai studi dari pergerakan osilasi% dengan tujuan
mengetahui e&ek dari ;ibrasi dalam hubungannya dengan per&orman#e dan keamanan sebuah
sistem dan bagaimana mengontrolnya$ Librasi se#ara sederhana dapat dilihat dari gambar +$
Seperti terlihat pada gambar +% ketika massa kita tarik ke bawah lalu dilepaskan% maka pegas
akan meregang dan selanjutnya akan timbul gerakan osilasi sampai periode waktu tertentu$
asil &rekuensi dari gerakan osilasi ini bisa disebut sebagai natural &rekuen#y dari sistem
tersebut dan merupakan &ungsi dari massa dan kekakuan$
dengan%
'0 8 kekakuan pipa (sti&&ness)% lbs-&t
B 8 panjang bentangan bebas pipa% &t
8 kombinasi massa pipa dan massa tambah disekitar pipa persatuan panjang% slug=&t
4 8 konstanta yang tergantung dari kondisi ujung bentangan bebas pipa$
Sebagai #ontoh% jika kedua ujung bentangan bebas pipa diasumsikan berbentuk tumpuan
sederhana maka 4 adalah p= atau .$/7$ *ika kedua ujung pipa diasumsikan diklem% 4 adalah
+$/$ alam praktek% #ukup sulit untuk menentukan modeling terbaik kondisi ujung bentangan
bebas untuk mensimulasikan kondisi ujung yang diasumsikan$
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
15/22
eskripsi ;ibrasi sederhana
ibutuhkan sedikit energi untuk menimbulkan &rekuensi natural dari sebuah system% seperti
halnya sebuah struktur yang ingin merespon &rekuensi tertentu$ *ika ada damping &or#e maka
ini akan menghilangkan energi dinamis dan mengurangi respon ;ibrasi$
asil dari ;ibrasi dapat berupa5
ispla#ement
Lelo#ity
A##eleration
Amplitudo dari ketiga hal di atas tergantung dari &rekuensinya dan lebih jelasnya dapat dilihat
pada gra&ik di bawah ini$
Perbandingan Amplitudo dan ?rekuensi
ispla#ement tergantung dari &rekuensi yang mana displa#ement akan mempunyai nilai yang
besar apada &rekuensi yang ke#il dan sebaliknya jika &rekuensi besar% displa#ement #enderung
ke#il pada satuan energi yang sama$ Sebaliknya a##eleration dipengaruhi pada keadaan
amplitude tertinggi yang terjadi pada &rekuensi tertinggi pula$ Lelo#ity memberikan pengaruh
sejenis yang lebih dari yang dibutuhkan% biasanya terkait hasil tegangan dinamis dan olehkarenanya biasa digunakan alat ukur untuk menghitung ;ibrasi$ 0ni yang menjadi alasan
kenapa obser;asi se#ara ;isual untuk ;ibrasi pipa tidak diijinkan sebagai metode untuk
mengatasi beberapa masalah ;ibrasi$
Setiap sistem struktur% #ontohnya pipa% akan mengalami berma#am-ma#am &rekuensi natural
tergantung distribusi massa dan kekakuan dari system tersebut$ istribusi massa dan kekauan
dipengaruhi oleh diameter pipa% material properties% tebal pipa% lokasi ;al;e dan support% dan
juga massa jenis &luida$ Sebagai #atatan% support pipa didesain pada kondisi statis yang pastinya akan berperilaku beda pada keadan dinamis$
Setiap &rekuensi natural akan mempunyai bentuk de&leksi yang unik yang sesuai dengan
&rekuensinya masing-masing% biasa disebut mode shape$ >espon pipa terhadap eksitasi yang
terjadi tergantung pada hubungan antara &rekuensi eksitasi dengan &rekuensi natural sistem
tersebut% dan lokasi dari terjadinya eksitasi tadi berhubungan dengan mode shape$
Salah satu penyebab ;ibrasi pada pipa adalah &low dari &luida di dalam pipa itu sendiri$
?enomena ini biasa dikenal dengan istilah ?low 0ndu#ed Libration (?0L)$ ?0L bisa
disebabkan karena peningkatan &lowrate (debit) &luida yang menyebabkan ke#epatan &luida di
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
16/22
dalam pipa bertambah sehingga jenis aliran berubah dari laminar menjadi turbulen$ Aliran
turbulen ini yang menyebabkan pipa bergetar (;ibrasi)$
A#$%&'&' T()$#)$#
.$ Pilih menu en;ironments untuk proses stress analisys atau analisa tegangan
$ "emudian klik #reate simulation lalu klik ok
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
17/22
+$ klik assign% lalu ubah material menjadi alloy steel
3$ kemudian tentukan besar &or#e atau gaya dan pilih part yang ingin di uji #oba (.,, newton)
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
18/22
/$ Tentukan juga besaran dari Pressure atau tekanan (/, Psi) pada bagian part yangdiinginkan$
6$ Setelah itu pilih menu mesh view untuk permulaan analisis tegangan
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
19/22
7$ Selanjutnya pilih menu simulate % lalu klikrun untuk memulai analisis tegangan
9$ Sehingga didapatkan gambar seperti di bawah ini
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
20/22
:$ sehingga didapatkan data sebagai berikut5
Nodes 5 67//
Type 5 Lon ises Stress
Unit 5 ksi
.,$ berikut gambar dari simulasi gerakan material
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
21/22
..$ untuk mengetahui gra&ik #on;ergen#e rate klik probe labels
. $ Untuk melihat gra&ik #on;ergen#e dapat mengklik menu mesh ;iew
8/18/2019 Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer
22/22
BAB IV
PENUTUP
Teori tegangan pada sistem perpindahan adalah pengembangan dari teori tegangan
yang telah dikembangkan dalam mekanika$ Stres yang terjadi pada sistem perpipaan dapat
disebabkan oleh tekanan internal% tekanan eksternal% berat pipa itu sendiri% dan beban
ekspansi termal dalam sistem perpipaan karena perbedaan suhu$ Pada kedua analisa tegangan
pipa dan mekanik% beberapa istilah adalah sebagai berikut5
.$ Bongitudinal stress% tegangan sepanjang sejajar sumbu ke arah pipa$
$ 4ir#um&erential stress or hoop stress% tegangan dengan arah melingkar$
+$ >adial stress% tegangan dengan arah sejajar dengan garis lurus yang berjalan dengan sumbu
pipa dan keluar melalui dinding pipa$
Tekanan yang terjadi dalam sistem perpipaan akan dijumlahkan dan dianalisis untuk
mengambil nilai terbesar dan dominan tegangan yang akan digunakan sebagai masukan untuk
analisis stres pada sistem perpipaan$ !erdasarkan persamaan tegangan% dari tiga jenis
tegangan diatas% tegangan radial memiliki nilai yang relati& ke#il% sehingga kadang-kadang
nilai dapat diabaikan$ Tegangan longitudinal memiliki nilai terbesar dan dominan stres
daripada yang lain sehingga dapat dimasukkan sebagai masukan untuk analisis tegangan$
Analisis tegangan dilakukan pada semua titik sepanjang pipa untuk menghasilkan distribusi
nilai tegangan sepanjang pipa$