1 / 52

BAB IX DESIGN OF PRESSURE COMPONENTS

BAB IX DESIGN OF PRESSURE COMPONENTS. Pipa dengan tekanan internal Pipa dengan tekanan eksternal Bends Percabangan Flexibilitas. 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.

kaethe
Download Presentation

BAB IX DESIGN OF PRESSURE COMPONENTS

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 IXDESIGN OF PRESSURE COMPONENTS • Pipa dengan tekanan internal • Pipa dengan tekanan eksternal • Bends • Percabangan • Flexibilitas

  2. 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 t = tebal dinding pipa, in P = tekanan internal relatif (gauge pressure), psig D = diameter luar pipa, in E = faktor kualitas S = tegangan yang diijinkan (hot stress), Y = koefisien sifat material c = mechanical + corrosion + erosion allowances  0.02 in

  3. Koefisien sifat material, Y • Untuk t < d/6 • Untuk t d/6 d = diameter dalam pipa = D-2t, in

  4. Factor kualitas, Eq Ec = casting quality factor  0.85  1.0 Ej = joint quality factor  0.6  1.0 Es = structural grade quality factor  0.92

  5. Factor kualitas joint (straight & spiral longitudinal weld)

  6. Persamaan alternatif untuk menghitung tebal minimum pipa : 2. Untuk t > D/6 (pipa tebal) atau P/SE > 0.385 • perlu pertimbangan khusus : teori kegagalan, thermal stress, fatigue, dll

  7. 9.2 Penentuan Diameter Luar • Dalam perhitungan tebal diperlukan diameter luar pipa • 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

  8. Kecepatan maksimum aliran fluida dalam pipa

  9. 9.3 Penentuan Diameter Nominal • Setelah tm ditentukan  pemilihan ukuran pipa komersial Dimensi standard • Pilih pipa dengan d yang diperlukan dan tm > tm-dihitung  diameter nominal & schedule

  10. CONTOH SOAL Tentukan tebal dinding sebuah pipa dengan diameter eksternal D = 8.625 inch dengan kondisi rancang T = 500F 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 900F adalah tidak linear. )  0. 4 S = allowable stress (hot stress) 18 900 psi

  11. Tebal dinding pipa berdasarkan mechanical strength : • Tebal minimum dinding pipa : tm = t + (corrosion Allowance) + (mill tolerance)   = 0.223 + 0.063 + 0.010 = 0.296 inch • Pipa komersial dengan tebal dinding yang terdekat di atas tm adalah : Dnom = 8 inch Schedule 40 dengan tnom = 0.322 inch

  12. 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 eksternaljika tekanan di pipa besar lebih tinggi • Pipa (tube) di dalam vessel dapat mengalami tekanan internal, jika tekanan vessel > tekanan tube • Prosedur penentuan tm ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section VIII, Division I

  13. 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.

  14. 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.

  15. 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

  16. 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

  17. 6. 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 ?

  18. 9.5 Penentuan Tebal Belokan Pipa 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 • Dibuat dengan cara di cor • Kekuatannya menahan tekanan internal dihitung dengan cara pada paragraf 304.7.2 (B31.3)

  19. 3. Multiple Mitter Bend Pipa belok yang terbuat dari potongan-potongan pipa lurus 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  = sudut perubahan arah pada sambungan miter = 2 

  20. Tekangan internal maksimum yang diijinkan haruslah harga terkecil dari dua persamaan berikut :  haruslah < 22.50 4. Mitter Bend Tunggal • Mitter dengan  < 22.50 c = corrosion+errosion allowance E = faktor kualitas S = tegangan yang diijinkan

  21. Batasan harga R1 (B31.3) • A mempunyai harga empirik sbb : 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

  22. 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 S = 17300 psi T = 0.375 - 0.010 = 0.365 inch r2 = 0.536 – 0.375) = 17.8125 inch

  23. Tekanan maksimum  dari persamaan (2) : Kesimpulan : Pm = 80 psig

  24. 2. Perhitungan tekanan internal maksimum untuk pipa miter tunggal  dengan R1= 36 inch, diperoleh  Berdasarkan B31.3 R1 minimum adalah (untuk T-c < 0.5)  = 22.50  = 22.50

  25. 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.

  26. Dalam analisis metode kompensasi, tebal dinding pipa diperinci dalam tebal-tebal, yang dalam perkembanganya berasal dari urutan berikut: • t = tebal dinding pipa yang dihitung • tm = t + c • tnom = tm + mill tolerance + tebal lebih • Variabel : T’ = tebal dinding pipa nominal t = tebal dinding pipa sesuai mechanical strength c = corrosion + erosion allowance tm = tebal dinding pipa minimum yang diperlukan T = tebal dinding pipa minimum dari pipa standard yang dipilih T = T’ - mill tolerance Subskrip : b  pipa cabang h  pipa utama  0.125 tnom

  27. Tebal lebih = T’ – (t + c + mill tolerance) = T – (t-c) • Luas dinding pipa utama yang terbuang 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

  28. Variabel 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

  29. Kriteria kekuatan • Percabangan pipa dengan lubang pada pipa utama dinyatakan kuat jika • jika kriteria di atas tidak dipenuhi  ditambahkan penguat

  30. CONTOH SOAL 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 T’h = 0.322 inch Db = 4.500 inch T = 0.237 inch Dari tabel material, diperoleh Sh = SE = 20.000 x 0.85 = 17.000 psi Sb = 20.000 psi

  31. Dihitung : Th = T’ - mill tolerance = 0.312 inch Tb = 0.207 inch d1 = Db – 2(Tb-c) = 4.5 – 2(0.207-0.10) = 4.286 inch d2 = dipilih harga terbesar antara d1 atau (Tb-c)+(Th-c) + d1/2 = 4.286 inch L4 : 2.5(0.207 – 0.10) + 0 = 0.267 inch Tebal pipa : Luas pipa utama yang terbuang oleh lubang :

  32. Luas lebih : Dengan membandingkan kedua harga luas di atas ditemukan bahwa Sehingga dapat disimpulkan bahwa diperlukan metal penguat.

  33. Luas metal penguat yang diperlukan dapat dihitung sebagai berikut : • Total ruang yang tersedia untuk metal penguat • Total ruang yang tersedia untuk metal penguat • Jika dipilih : Tr = ………. • maka (A4)penguat = ………. • sehingga :

  34. 9.7 Fleksibiltas Sistem Perpipaan • 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

  35. 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.

  36. 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

  37. Persyaratan analisis formal : • 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

  38. Tegangan Fleksibilitas : • Displacement stress range, SE, dihitung berdasarkan rumus berikut ini Sb = Resultan tegangan lentur St = tegangan puntir = Mt/2Z Z = section modulus pipa • Resultan tegangan lentur untuk pipa belok dihitung dengan rumus

  39. Resultan tegangan lentur untuk pipa belok dihitung dengan rumus ii = faktor intensifikasi tegangan in-plane i0 = faktor intensifikasi tegangan out-plane Mi = momen lentur in-plane Mo = momen lentur out-plane Mt = momen torsi

  40. Resultan tegangan lentur untuk percabangan pipa dihitung dengan rumus pipa utama pipa cabang Ze = section modulus efektif pipa cabang =  r22 Ts r2 = jari-jari rata-rata pipa cabang Ts = tebal efektif dinding pipa cabang, harga terkecil antara Th’ dan (ii)(Tb’) Th = tebal dinding pipa utama, diluar penguat Tb’ = tebal dinding pipa cabang

  41. 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.

More Related