1 / 87

BAB VI PIPING DESIGN LOADS

BAB VI PIPING DESIGN LOADS. 6.1. Pendahuluan. Pipe Stress Analysis. Bertujuan untuk menjamin keamanan operasi sistem perpipaan dengan verifikasi integritas struktur yang mendapat berbagai kondisi pembebanan.

abena
Download Presentation

BAB VI PIPING DESIGN LOADS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. BAB VI PIPING DESIGN LOADS

  2. 6.1. Pendahuluan Pipe Stress Analysis • 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.

  3. 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.

  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).

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

  6. 6.2. SUSTAINED LOADS 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.

  7. Model tumpuan simply supported :Tegangan maksimum :Gaya tumpuan : • Model tumpuan fixed end :Tegangan maksimum :Gaya tumpuan :

  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) atau lebih konservatif

  9. vGaya-gaya tumpuan adalah : • Standard :Untuk menyederhanakan perhitungan, MSS (Manufacturers Standardization Society) memberikan rekomendasi jarak antar tumpuan dalam SP-69

  10. Tabel 6.1 Span Maksimum yang Dianjurkan antara Support dan Pipa

  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 :

  12. Tumpuan harus diletakkan sedekat mungkin dengan beban terkonsentrasi seperti valves, flanges, dllDari segi tegangan; tumpuan terbaik diletakkan pada peralatan, hal ini sulit dilakukan.Peralatan atau equipment tersebut dimodelkan sebagai beban terkonsentrasi. Jika arah pipa mengalami perubahan (belokan) disarankan jarak tumpuan ¾ dari tabel SMS, untuk menjaga stabilitas dan untuk mengakomodasi beban eksentrik.

  13. 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. Lokasi tumpuan diusahakan sedekat mungkin dengan bagunan baja yang ada, sehingga tidak diperlukan bangunan tambahan untuk menopang struktur pipa.

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

  15. Gambar 6.1

  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

  17. Terhadap titik C

  18. Tabel 6.2

  19. 6.2.2 Tekanan • Sistem perpipaan umumnya mendapat beban tekanan internal dari fluida yang dialirkan • Beban tekanan lebih berpengaruh pada tegangan yang ditimbulkan pada dinding pipa dibandingkan dengan menimbulkan beban pada tumpuan. Hal ini diakibatkan beban tekan di”netralize” oleh tegangan pada dinding pipa

  20. P ( AP ) - { PAP/Am }Am = 0 Gambar 6.2 dimana : P = tekanan internal Ap = luas penampang rongga bagian dalam pipa Am = luas penampang pipa

  21. 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

  22. Beban tekanan pada expansion joint adalah sama dengan tekanan dikalikan luas penampang Gambar 6.3

  23. Slip joint : Do = diameter luar pipa Bellows : Db = diameter dalam maksimum bellows

  24. 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

  25. Gambar 6.4

  26. Penyelesaian contoh 2 Pipa: Dnominal = 12 in (300 mm) P = 250 psi (1724 kPa) atau Dari teori batang

  27. Bila: P = 31,919 lb (124.005 N) a = 50 ft (15.25 m) b = 15 ft (4.58 m) Maka:

  28. 6.3 Occasional Loads • 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

  29. Tentukan posisi awal yang sesuai untuk beban ‘sustained’ (berat) • Tentukan jarak tumpuan (span) optimum untuk ‘occasional load’. Reduksi span yang didapat sampai coincides dengan kelipatan span tahap 1 • Pada sistem pipa dingin,gunakan rigid support di semua tumpuan • 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) • Rekomendasi untuk menentukan posisi tumpuan untuk beban occasional:

  30. 6.3.1 Beban Angin • 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

  31. Gambar 6.5

  32. 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

  33. 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)

  34. Gambar 6.6

  35. Harga koefisien drag adalah merupakan fungsi dari bentuk struktur dan bilangan Reynold. • Bilangan Reynold (dimensionless) adalah parameter yang menunjukkan derajat ke’turbulenan’ aliran fluida

  36. = massa jenis udara (kg/m3) V = kecepatan angin (m/s) D = diameter pipa (m)  = viskositas dinamik udara (kg/m s) • Pada kondisi tertentu, perlu dimasukkan faktor keamanan tambahan yang disebut dengan Gust factor (biasanya berharga 1.0 – 1.3)

  37. Contoh soal 3 Gambar 5.11 menunjukkan sistem pipa dengan diameter nominal pipa 8 in dan tebal isolasi 2 in. Sistem pipa tersebut terkena angin dengan kecepatan maksimum 75 mph arah utara-selatan. Tentukan beban yang diterima oleh restrain C, E, dan H pada arah x.

  38. Gambar 6.7

  39. Penyelesaian contoh 3 Menentukan beban angin per panjang proyeksi pipa: V = 75 mph = 110 ft/s (33.55m/s) rudara = 0.0748 lbm/ft3 (1.198 kg/m3) pada 29.92 in Hg dan 700F (210C) mudara = 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: atau

  40. Gaya drag dapat dihitung dengan menggunakan faktor gust 1.3: atau Actual load Dimana W = beban angin, lb/ft (N/m) L = panjang sesungguhnya, ft (m) l = panjang proyeksi, tegak lurus terhadap beban angin, ft (m)

  41. Dengan penjumlahan momen terhadap titik A, diperoleh: atau atau atau

  42. Untuk segmen E-H: Beban total pada restrain E adalah jumlah dari beban pada setiap sisi, atau

  43. 6.3.2 Beban Relief Valve Discharge • Relief valve digunakan dalam sistem perpipaan sebagai ‘pembuangan tekanan’ dari sistem jika tekanan meningkat di atas operasi yang aman. • Saat relief valve discharge, fluida akan menginitiate ‘jet force’ yang ditransfer ke sistem pipa.

  44. Gaya discharge dapat dihitung dengan (B 31.1): 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)

  45. Juga ho = enthalpy stagnasi fluida Harga a dan b diberikan pada tabel berikut

  46. Dan PA = tekanan atmosfer

  47. Gambar 6.8

More Related