Miter Bend

College e51 Inleiding RailbouwkundeDesain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan
*
Desain, Fabrikasi, dan Inspeksi Sistem Perpipaan
*
9.1 Tebal Minimum Pipa yang menerima tekanan internal
Tebal minimum diding pipa yang mendapat beban internal harus ditentukan sbb:
1. Untuk t < D/6
P = tekanan internal relatif (gauge pressure), psig
D = diameter luar pipa, in
E = faktor kualitas
Y = koefisien sifat material
Bab 9 Pressure Components design
*
Temp Material
*
Type of suplementary examination
0.85
*
Type of Joint
A. r. b. s.
Spot radiograph
100% radiograph
A. r. b. s.
Spot radiograph
100% radiograph
radiograph
0.95
*
2. Untuk t > D/6 (pipa tebal) atau P/SE > 0.385
perlu pertimbangan khusus : teori kegagalan, thermal stress, fatigue, dll
*
Diameter luar dihitung : D = d + 2t
d = diameter dalam dihitung dari konservasi massa fluida yang mengalir
Q = kapasitas aliran fluida, in3/s
A = luas penampang, in2
V = kecepatan aliran, in/s
*
Jenis fluida
*
diameter nominal & schedule
*
*
CONTOH SOAL
Tentukan tebal dinding sebuah pipa dengan diameter eksternal D = 8.625 inch dengan kondisi rancang T = 500F dan P = 850 psig
menghitung tebal dinding pipa.
E = Faktor kualitas, adalah faktor pereduksi tegangan yang diijinkan yang harganya didasarkan pada proses pembuatan pipa. Harga E berkisar antara 0.6, yaitu untuk furnace butt weld (FBW) dan 1.0 untuk seamless pipa (pipa tak berkampuh) 0.85
Y = Faktor kompensasi tegangan temperatur dipergunakan untuk mengakomodasi kenyataan bahwa penurunan tegangan yang diijinkan pada temperatur 900F adalah tidak linear. ) 0. 4
S = allowable stress (hot stress) 18 900 psi
*
= 0.223 + 0.063 + 0.010 = 0.296 inch
Pipa komersial dengan tebal dinding yang terdekat di atas tm adalah :
Tebal dinding pipa berdasarkan mechanical strength :
Dnom = 8 inch
*
9.4 Penentuan Tebal Pipa yang Mendapat Beban Tekanan Eksternal
Pipa mengalami tekanan eksternal (atmosfir) jika tekanan di dalam lebih kecil dari tekanan atmosfir (ex: vakum)
Pipa yang lebih kecil dari pipa konsentris juga mendapat tekanan eksternal jika tekanan di pipa besar lebih tinggi
Pipa (tube) di dalam vessel dapat mengalami tekanan internal, jika tekanan vessel > tekanan tube
Prosedur penentuan tm
*
A. Untuk D/t 10
Ambi suatu harga t (anggapan) dan hitunglah rasio L/Do dan Do /t.
Dengan kedua harga L/Do dan Do /t, masuklah ke charts, charts UGO-28.0 yang terdiri dari dua buah charts
untuk harga L/Do 50.0, pakailah harga L/Do = 50, sedang
untuk harga L/Do 0.05, pakailah harga L/Do = 0.0
Tentukan titik potong antara kurva Do/t (dari hasil perhitungan pada langkah 1 ) dan garis horizontal L/Do (hasil perhitungan pada langkah 1). Titik potong tersebut boleh berupa titik hasil interpolasi untuk harga D0/t yang terletak di antara dua harga Do/t yang ada di charts. Dari titik potong (atau titik hasil interpolasi) tersebut, tarik garis vertikal ke bawah dan bacalah harga faktor A.
*
Dengan harga A yang diperoleh dari langkah 3, masuklah ke chart ke-3 untuk material pipa. Dengan harga A, buatlah garis vertikal sampai memotong garis yang menunjukan garis temperatur rancang. (boleh dilakukan interpolasi untuk menentukan titik potong).
Garis vertikal yang dibuat melalui titik A dengan harga yang diperoleh pada langkah 3, disamping dapat memotong garis temperatur rancang, dapat pula tidak memotong garis temperatur rancang tersebut karena (1) garis vertikal tersebut terletak di sebelah kiri titik potong antara garis temperatur rancang dan sumbu horizontal (dalam hal ini, lihat langkah 7 untuk menentukan faktor B ) dan (2) garis vertikal terletak diluar sumbu vertikal kanan atau harga A harga A terbesar pada chart. Untuk kasus terakhir harga faktor B di anggap harga terbesar pada garis temperatur rancang pada chart.
Dari titik potong yang diperoleh pada langkah 4, dapat di baca harga faktor B.
*
Dengan harga faktor B yang diperoleh pada langkah 5, dapat dihitung harga tekanan eksternal maksimum yang diijinkan, dari rumus berikut :
Untuk harga A yang terletak disebelah kiri garis temperatur rancang, dihitung dari rumus berikut :
Bandingkan harga yang dihitung pada langkah 6 atau langkah 7 dengan harga P. Jika harga Pa < p, maka ulangilah prosedur 1 s/d 8 dengan memilih harga t yang lebih besar. Iterasi tersebut dilakukan terus sampai diperoleh harga t yang menghasilkan yang lebih besar dari P
*
*
*
*
*
*
*
CONTOH SOAL
Tentukan tebal dinding pipa lurus dengan diameter eksternal 10.75 inch, terbuat dari baja karbon, beroperasi pada temperatur 3000 F dan mengalami beban eksternal 350 psig. Pipa tersebut panjang sekali.
1. Misalkan t = 0.365 inch, maka
L/Do = 50 (sebenarnya L/Do >50, tapi untuk L/Do > 50, maka dipakai harga L/Do =50 )
Do/t = 10.75/0.365 = 29.45
2&3. Dengan L/Do = 50 dan Do/t = 29.45, maka dari chart 5 - UGO - 28.0 diperoleh harga A= 0.00122
4&5 Dengan harga A = 0.00122 dan chart untuk baja karbon dengan temperatur rancang 3000F, diperoleh harga B = 11600
*
7. Check : Pa = 525 psig > P = 300 psig
Karena itu pipa denga tebal dinding t = 0.365 inch cukup kuat untuk menahan beban tekanan eksternal sebesar 350 psig.
Apakah perlu dilakukan iterasi dengan memilih tebal dinding yang lebih kecil, karena t = 0.365 inch mungkin terlalu kuat ?
*
1. Pipe Bends
Pipe bends terbuat dari pipa lurus yang dibengkokkan
Untuk pipe bend, tebal minimum diding pipa setelah dibengkokkan tidak boleh lebih kecil dari tm pipa lurus
2. Elbow
Kekuatannya menahan tekanan internal dihitung dengan cara pada paragraf 304.7.2 (B31.3)
*
Pm = tekanan internal maksimum yang diijinkan terjadi di miter bends
r2 = jari-jari rata-rata pipa dengan memakai tebal dinding nominal
R1 = jari-jari efektif miter bend, didefinisikan sebagai jarak terpendek dari garis sumbu pipa ke garis potong dua bidang datar dari sambung miter yang bersebelahan
T = Tebal dinding pipa miter
= sudut potong miter
*
Tekangan internal maksimum yang diijinkan haruslah harga terkecil dari dua persamaan berikut :
haruslah < 22.50
*
English unit SI
Tebal dinding pipe bends dan tebal dinding segmen-segmen belokan miter yang mengalami tekanan eksternal dapat ditentukan dengan cara yang sama dengan cara yang dipakai untuk menentukan tebal dinding pipa lurus yang menerima tekanan eksternal
(T-c), inch
*
CONTOH SOAL
Hitunglah tekanan internal maksimum yang diijinkan untuk pipa belokan miter dengan diameter 36 inch dari tebal dinding nominal 0.375 inch yang dibuat dari A 515 Gr. 60 (material pelat), dengan temperatur = 500 F, C=0.1 inch, E= 1.0, = 1.5 x 36 = 54 inch, = 0.5, toleransi pembuatan (plate mill under-run tolerance) = 0.01 inch.
1. Perhitungan tekanan internal maksimum untuk pipa miter ganda : untuk = 22.5 ,
dari persamaan (1):
*
*
dengan R1= 36 inch, diperoleh
Berdasarkan B31.3 R1 minimum adalah (untuk T-c < 0.5)
= 22.50
= 22.50
*
*
9.6 Penentuan Tebal Penguat Percabangan
Percabangan pipa terdiri dari pipa utama, dan pipa cabang, yang diameternya pada umumnya lebih kecil daripada diameter pipa utama.
Pada lokasi dimana pipa cabang akan disambungkan, maka pada pipa utama dibuat lubang sebagian permukaan pipa utama dibuang.
Dengan dibuatnya lubang, maka luas potongan aksial (dimana hoop stress bekerja) akan berkurang pipa utama diperlemah.
Sebenarnya pipa dengan dimensi standard yang dipilih mempunyai tebal dinding > tm, maka ‘kelebihan” tebal tersebut dapat menjadi kompensasi berkurangnya luas potongan aksial yang terbuang.
Dasar pemikiran inilah yang dipakai Code dalam melakukan analisis kekuatan percabangan pipa. Metode tersebut dinamakan area replacement method atau Metode kompensasi.
*
*
t = tebal dinding pipa yang dihitung
tm = t + c
Variabel :
t = tebal dinding pipa sesuai mechanical strength
c = corrosion + erosion allowance
T = tebal dinding pipa minimum dari pipa standard yang dipilih
T = T’ - mill tolerance
Subskrip : b pipa cabang
*
= T – (t-c)
A1 = th d1 tegak lurus
A1 = th d1 (2 – sin ) miring
Luas lebih pada pipa utama (karena tebal lebih)
A2 = (2d2 – d1)(Th – th – c)
Luas lebih pada pipa cabang
A3 = 2L4(Th – th – c)/sin
*
d1 = panjang efektif (pipa utama) yang terbuang untuk pipa cabang
d2 = setengah lebar dari daerah penguat, yaitu panjang dan luas lebih pada pipa utama, yang besarnya diambil harga terbesar di antara dua harga berikut :
dengan batasan : d2 Dh
L4 = tinggi daerah penguat (yaitu panjang dari luas lebih) pada pipa cabang, yang harganya diambil yang terkecil dari dua harga berikut
Tr = tebal dinding minimum dari pelat penguat, jika ternyata diperlukan
*
Percabangan pipa dengan lubang pada pipa utama dinyatakan kuat jika
jika kriteria di atas tidak dipenuhi ditambahkan penguat
*
Hitunglah replacement area untuk percabangan pipa berikut:
Pipa utama : NPS 8, Schedule 40, ASTM A 53 Gr., B ERW
Pipa cabang: NPS 4, Schedule 40, ASTM A 53 Gr., B SMLS
P = 600 psig, temperatur = 400 F dan C = 0.10 inch
mill tolerance = 0.01 inch untuk pipa utama
mill tolerance = 0.02 inch untuk pipa cabang
Dari tabel pipa standard diperoleh :
Dh = 8.625 inch
Sb = 20.000 psi
*
Tb = 0.207 inch
d2 = dipilih harga terbesar antara d1 atau (Tb-c)+(Th-c) + d1/2
= 4.286 inch
Tebal pipa :
*
Sehingga dapat disimpulkan bahwa diperlukan metal penguat.
*
Total ruang yang tersedia untuk metal penguat
Total ruang yang tersedia untuk metal penguat
Jika dipilih : Tr = ……….
*
Sebuah sistem perpipaan dikatakan mempunyai fleksibilitas yang cukup atau baik, bila sistem perpipaan tersebut
dapat mengalami perubahan panjang akibat ekspansi atau kontraksi termal
gerak titik tumpu sistem perpipaan tanpa mengalami kerusakan-kerusakan :
kegagalan sistem perpipaan atau titik-titik tumpunya akibat tegangan berlebih atau akibat lelah
bocor pada sambungan
tegangan yang merusak atau distorsi yang dialami sistem perpipaan, katup atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan akibat beban gaya atau momen yang berlebih pada sistem perpipaan
*
Persyaratan khusus ANSI/ASME mencantumkan beberapa tentang fleksibilitas yang harus dipenuhi oleh sistem perpipaan :
range tegangan hasil perhitungan, SE di setiap titik sistem perpipaan akibat perpindahan titik tidak boleh melebihi daerah tegangan yang diijinkan (the allowable stress range, SA )
gaya reaksi hasil perhitungan tidak merusak titik tumpu sistem perpipaan atau peralatan yang tersambung dengan sistem perpipaan
perpindahan sistem perpipaan hasil perhitungan haruslah berada dalam batas-batas yang ditentukan.
*
Sistem perpipaan yang tidak memerlukan analisis fleksibilitas:
sistem perpipaan yang merupakan duplikat sistem perpipaan yang sudah ada, yang dalam operasi menunjukan kinerja yang memuaskan
sistem perpipaan yang dengan mudah dapat dinilai mempunyai fleksibilitas yang cukup bila dibandingkan dengan sistem perpipaan yang fleksibilitasnya telah dianalisis sebelumnya
sistem perpipaan dengan ukuran seragam, yang ditumpu dengan hanya dua titik tumpu tanpa ada titik restraint diantara keduanya, dan yang memenuhi ketentuan empirik berikut :
D = diameter luar pipa, dalam inch (atau mm)
y = perpindahan resultante total, dalam inch (mm)
L = panjang pipa di antara dua titik tumpu, dalam ft (m)
U = jarak antara kedua titik tumpu, dalam ft (m)
K = 0.03 untuk satuan Inggris
= 208.3 untuk satuan metrik
*
Sistem perpipaan yang tidak memenuhi salah satu dari ketiga persyaratan diatas haruslah dianalisis dengan salah satu cara analisis berikut : metode analisis sederhana, metode analisis pendekatan (approximate analysis) atau metode analisis komprehensif
Metode komprehensif yang dapat diterima meliputi metode analitik dan metode yang memakai charts, yang dapat menghitung gaya, momen dan tegangan-tegangan yang ditimbulkan oleh displacement strains.
Pada analisis komprehensif, faktor-faktor intensitas tegangan pada komponen perpipaan selain pipa lurus haruslah diperhitungkan. Komponen tersebut mempunyai kelebihan fleksibilitas.
Pada analisis fleksibilitas, maka semua komponen perpipaan yang terletak antara dua anchor points haruslah diperlakukan secara keseluruhan
*
Sb = Resultan tegangan lentur
St = tegangan puntir = Mt/2Z
Z = section modulus pipa
*
ii = faktor intensifikasi tegangan in-plane
i0 = faktor intensifikasi tegangan out-plane
Mi = momen lentur in-plane
Mo = momen lentur out-plane
*
pipa utama
r2 = jari-jari rata-rata pipa cabang
Ts = tebal efektif dinding pipa cabang, harga terkecil antara
Th’ dan (ii)(Tb’)
Tb’ = tebal dinding pipa cabang
pipa cabang
*
CONTOH SOAL
Sistem perpipaan dengan dua buah anchor seperti ditunjukkan pada gambar, memiliki diameter luar OD = 8.625 in dan schedule 40, terbuat dari baja carbon. Temperature rancang adalah 200o F, sedangkan temperature instalasi adalah 70oF. Diketahui e = 0.99 in./100 ft pada 2000 F. Tentukanlah apakah sistem perpipaan dengan dua anchor ini memerlukan analisis fleksibilitas.
*
· jarak antara kedua anchor, U = (122 +252)1/2 = 27.73 ft.
· hitung :
Solusi :
regangan akibat perpindahan
Dari analisis di atas dapat dilihat bahwa sistem perpipaan dengan dua anchor ini tidak memerlukan analisis fleksisbilitas.
*

Documents

Miter Bend