Upload
carlos-e-marin
View
118
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
CAESAR II TUTORIAL I
Page 1
BY ANDREY PURUHITA
Table of Contents
1. INTRODUCTION .......................................................................................................................... 2
1.1 Philosophy ............................................................................................................................... 2
1.2 Tentang Caesar II ................................................................................................................. 3
2. MENU UTAMA PADA CAESAR ................................................................................................ 4
2.1 New File ................................................................................................................................. 4
2.2 Input Menu............................................................................................................................. 5
2.3 Analysis Menu ....................................................................................................................... 5
2.4 Output Menu ......................................................................................................................... 7
2.5 Tools Menu ............................................................................................................................ 7
3. PIPE STRESS REQUIREMENT .............................................................................................. 11
3.1 Tegangan Pada Pipa .............................................................................................................. 11
3.2 Code & Standard yang digunakan CAESAR II v. 5.1 ............................................................... 12
4. INPUT PIPING ............................................................................................................................ 13
4.1 Spreadsheet Overview .......................................................................................................... 13
4.2 Data Field .............................................................................................................................. 14
4.2.1 Nomor Node.................................................................................................................. 14
4.2.2 Elements Length ............................................................................................................ 14
4.2.3 Pipe Section Properties ................................................................................................. 14
4.2.4 Operating Conditions .................................................................................................... 15
4.2.5 Special Element Information ......................................................................................... 16
4.2.6 Boundary & Loading Condition ..................................................................................... 16
4.2.7 Piping Material, Density & Elastic Properties ............................................................... 17
5. APLIKASI KHUSUS ................................................................................................................... 18
5.1 Bend, Valve, Expansion joint, Reducer dan Tee .................................................................... 18
5.2 Restrain, Hanger, Noozle dan Displacement ........................................................................ 26
5.3 Latihan ................................................................................................................................... 30
CAESAR II TUTORIAL I
Page 2
BY ANDREY PURUHITA
1. INTRODUCTION
1.1 Philosophy
� Untuk merancang/modifikasi sistem perpipaan, engineer harus memahami
perilaku sistem dibawah pembebanan dan juga persyaratan Code yang harus
dipenuhi
� Parameter fisik yang dapat digunakan untuk quantifikasi perilaku suatu
“mechanical system” antara lain : percepatan, kecepatan, temperatur, gaya
dalam & momen, stress, strain, perpindahan, reaksi tumpuan, dll
� Nilai batas yang diijinkan untuk setiap parameter ditetapkan untuk mencegah
kegagalan system
WHY DO WE PERFORM STRESS ANALYSIS ???
� Untuk menjaga tegangan di dalam pipa dan fitings tetap dalam range yang
diijinkan Code
� Untuk menghitung ‘design load’ yang diperlukan untuk menentukan support
dan restraints
� Untuk menentukan perpindahan pipa � interference checks
� Untuk mengatasi problem getaran pada sistem perpipaan
� Untuk membantu optimasi design sistem perpipaan
CAESAR II TUTORIAL I
Page 3
BY ANDREY PURUHITA
1.2 Tentang Caesar II
CAESAR II adalah program computer untuk perhitungan Stress Analysis yang
mampu mengakomodasi kebutuhan perhitungan Stress Analysis seperti
tersebut dalam par. 1.1. Software ini sangat membantu dalam Engineering
terutama di dalam desain Mechanical dan system perpipaan. Pengguna
Caesar II dapat membuat permodelan system perpipaan dengan
menggunakan “simple beam element” kemudian menentukan kondisi
pembebanan sesuai dengan kondisi yang dikehendaki. Dengan
memberikan/membuat inputan tersebut, Caesar II mampu menghasilkan hasil
analisa berupa stress yang terjadi, beban, dan pergeseran terhadap system
yang kita analisa.
CAESAR STRESS DOCUMENTATION
� Data masukan :
� dimensi dan jenis material
� parameter operasi : temperatur, tekanan, fluida
� parameter beban : berat isolasi, perpindahan, angin, gempa, dll
� Code yang digunakan
� Pemodelan : Node, elemen, tumpuan
Aturan penempatan node:
� definisi geometri : system start, interseksi, perubahan arah, end
� perubahan parameter operasi : perubahan temp, tekanan, isolasi
� definisi parameter kekakuan elemen : perubahan ukuran pipa,
valve, tee, dll.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 4
BY ANDREY PURUHITA
� posisi kondisi batas : restrain, anchor
� aplikasi pembebanan : aplikasi gaya, berat isolasi, gempa, dll
� pengambilan informasi dari hasil analisis : gaya dalam, stress,
displacement, reaksi tumpuan, dll
2. MENU UTAMA PADA CAESAR
2.1 New File
Untuk memulai program Caesar II, kita pilih “File - New”
Ketika memilih “new” kita harus memilih apakah pekerjaan yang akan kita
buat adalah “piping input” atau “structural input” .
Dalam hal ini kita akan melakukan pemodelan piping sehingga kita pilih “piping input”
Kemudian klik ”OK”
CAESAR II TUTORIAL I
Page 5
BY ANDREY PURUHITA
2.2 Input Menu
Di dalam Input Menu ada 3 pilihan yang dapat kita pilih yaitu :
• Piping - adalah input Caesar II untuk pemodelan piping
• Underground – adalah input Caesar Ii untuk pemodelan “Burried Pipe”
• Structural Steel – adalah input Caesar II iuntuk pemodelan Struktur.
2.3 Analysis Menu
CAESAR II TUTORIAL I
Page 6
BY ANDREY PURUHITA
Di dalam analysis menu memberikan kita pilihan untuk melakukan
perhitungan yang kita inginkan sesuai dengan permasalahan yang kita
simulasikan, yaitu sebagai berikut :
• Static – Analisa ini digunakan untuk analisa pemodelan pipa / struktur
dengan beban statis / tetap..
• Dynamics – Analisa ini digunakan untuk analisa pemodelan pipa / struktur
dengan beban yang dinamis
• SIFs – Digunakan untuk menghitung Stress Intensification Factor pada
Intersection dan Bend.
• WRC 107/297 – Untuk menghitung stress pada vessel akibat dari
sambungan dengan pipa.
• Flanges – Melakukan perhitungan stress dan kebocoran pada flange.
• B 31.G – Memperkirakan ketahanan / umur pipeline
• Expansion Joint Rating – Mengevaluasi expansion joint dengan
menggunakan persamaan EJMA.
• AISC – Melakukan pengecekan kode AISI pada elemen structural steel.
• NEMA SM23 – Mengevalusi beban pipa pada steam turbin noozle
• API 610 – Mengevaluasi beban pipa pada pompa centrifugal
• API 617 – Mengevalusi beban pipa pada compressor.
• HEI Standard – Mengevalusi beban pipa pada feedwater heater
• API 650 – Mengevalusi beban pipa pada fired heater.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 7
BY ANDREY PURUHITA
2.4 Output Menu
2.5 Tools Menu
Tools menu merupakan salah satu fungsi yang penting dalam Caesar dimana
didalamnya terdapat berbagai macam fungsi,penting antara lain :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 8
BY ANDREY PURUHITA
� Konfigurasi - Pada menu ini kita dapat membuat setup yang berbeda tentang
berbagai macam hal seperti interval node, min. tebal pipa yg ditoleransi, dll.
Sesuai dengan project data atau kehendak klien.
� Kalkulator – Menjalankan fungsi kalkulator pada layar
� Make Unit Files – Membuat unit file sesuai yg kita butuhkan
Setting default CAESAR II adalah menggunakan unit “English”, oleh karena
itu jika kita menginginkan untuk menggunakan unit yang lain misalnya ke
dalam SI unit, maka kita harus membuat unit yang baru.
Cara untuk membuat unit file tersebut adalah seperti di bawah ini :
Kita klik review existing unit file (unit fie yang aktif saat ini), kemudian kita
create unit file dengan nama yang dikehendaki dan selanjtnya klik view/edit
file.
Kemudian akan muncul spreadsheet seperti di bawah ini :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 9
BY ANDREY PURUHITA
Setelah kita sesuaikan dengan unit file yang diinginkan, klik OK/save dan
kemudian pada menu “Tools” kita pilih convert input to new unit seperti
terlihat di bawah ini :
Browse file yang ingin kita ubah unit filenya, kemudian kita cari nama unit
yang telah kita buat dan selanjtnya kita pilih “OK”.
� Material Data Base – Melakukan editing atau menambahkan material baru
pada data base Caesar II.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 10
BY ANDREY PURUHITA
Edit Material
Kita pilih Edit material pada slah satu tools yang terdapat di dalam
spreadsheet di atas, kemudial akan muncul :
Selanjtnya kita tinggal pilih material apa yang ingin kita edit propertisnya,
kemudian kita simpan (save), spt contoh di bawah:
CAESAR II TUTORIAL I
Page 11
BY ANDREY PURUHITA
Menambahkan Material
Dengan langkah-langkah yang sama seperti tersebut di atas kita dapat
menambahkan jenis material yang ingin kita tambahkan apabila material yang
kita inginkan tidak terdapat di dalam data base Caesar II ini.
3. PIPE STRESS REQUIREMENT
3.1 Tegangan Pada Pipa
Secara umum tegangan pada pipa dapat dibagi menjadi dua : tegangan
normal dan tegangan geser
Tegangan normal
1. Tegangan arah longitudinal � longitudinal stress
2. Tegangan arah tangensial � hoop stress
3. Tegangan arah radial � radial stress
CAESAR II TUTORIAL I
Page 12
BY ANDREY PURUHITA
Tegangan geser
1. Tegangan akibat gaya geser � shear stress
2. Tegangan akibat momen puntir � torsional stress
3.2 Code & Standard yang digunakan CAESAR II v. 5.1
PIPING CODE PUBLICATION REVISION
ANSI B31.1 (2004) August 16, 2004
ANSI B31.3 (2004) April 29, 2005
ANSI B31.4 (2002) October 4, 2002
ANSI B31.4 Chapter IX (2002) October 4, 2002
ANSI B31.5 (2001) May 30, 2005
ANSI B31.8 (2003) February 6, 2004
ANSI B31.8 Chapter VIII (2003) February 6, 2004
ANSI B31.11 (2002) May 30, 2003
ASME SECT III CLASS 2 (2004) July 1, 2005
ASME SECT III CLASS 3 (2004) July 1, 2005
U.S. NAVY 505 (1984) N/A
CANADIAN Z662 (9/95) N/A
CANADIAN Z662 Ch 11 (9/95) N/A
BS 806 1993, ISSUE 1, SEPTEMBER 1993 N/A
SWEDISH METHOD 1 2ND EDITION STOCKHOLM 1979 N/A
SWEDISH METHOD 2 2ND EDITION STOCKHOLM 1979 N/A
ANSI B31.1 (1967) N/A
STOOMWEZEN (1989) N/A
RCC-M C (1988) N/A
RCC-M D (1988) N/A
CODETI (2001) June 2004
NORWEGIAN (1999) N/A
FDBR (1995) N/A
BS7159 (1989) N/A
UKOOA (1994) N/A
IGE/TD/12 (2003) N/A
DnV (1996) N/A
EN-13480 (3/2002) N/A
GPTC/192 (1998) N/A
CAESAR II TUTORIAL I
Page 13
BY ANDREY PURUHITA
4. INPUT PIPING
4.1 Spreadsheet Overview
Spreadsheet di atas adalah fungsi utama yang akan menjelaskan elemen demi
elemen tentang desain piping yang kita buat. Di dalamnya terdapat data field yang
berguna untuk memasukkan berbagai informasi tentang masing-masing kondisi
elemen piping dan beberapa menu perintah dan toolbars yang mana dapat
digunakan untuk menjalankan perintah yg kita inginkan.
Disebelah samping piping input adalah tampilan gambar dari input yang kita
buat/masukkan.
Pada contoh diatas kita masukkan panjang ke arah sumbu X dengan nilai 100 in
(unit default menggunakan English) maka secara langsung hasil inpu akan
ditampilkan pada gambar di samping piping input tsb.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 14
BY ANDREY PURUHITA
Untuk membuat input berikutnya kita pilih continue pada navigation tools seperti di
bawah ini :
4.2 Data Field
4.2.1 Nomor Node
Dalam desain piping Caesar, masing-masing elemen pipa akan
diidentifikasikan dengan nomor node. Setting default pada CAESAR II
memberikan nilai interval node sebesar 10. Jika anda ingin mengubah
interval tersebut dapat dilakukan dengan mengganti setting interval pada
4.2.2 Elements Length
Panjang elemen yang kita masukkan dalam CAESAR adalah dalam
bentuk 3 dimensi dimana memilii koordinat (X, Y, dan Z). Sumbu Y
adalah sebagai sumbu vertical. DX,DY,DZ adalah mendeskribsikan
pengukuran terhadap X,Y,Z antara node awal (from node) dan
node tujuan ( To node).
4.2.3 Pipe Section Properties
CAESAR II TUTORIAL I
Page 15
BY ANDREY PURUHITA
Sebelum kita melanjutkan untuk membuat modelling kita harus
mengisi properties pipa sesuai dengan kondisi yang diinginkan.
4.2.4 Operating Conditions
Caesar II memiliki 9 kondisi temperature dan tekanan serta tekanan
hydrotest yang dapat diberikan untuk masing-masing elemen pipa.
Caesar II mempergunakan data temperature tersebut untuk
mendapatkan thermal strain/regangan akibat temperature dan
allowable stress/tegangan yang diijinkan dari suatu elemen dari
material data base. Input temperature dan takanan ini juga berfungsi
untuk mensimulasikan kondisi pembebanan ketika kita akan
melakukan analysis.
Caesar II menggunakan parameter standard untuk temperature
sebesar 70 deg. F, jika kita ingin merubahnya sesuai dengan kondisi
lingkungan dapat dilakukan dengan menggunakan Special Execution
CAESAR II TUTORIAL I
Page 16
BY ANDREY PURUHITA
Parameters Option pada box yg terdapat di spreadsheet sheet input
piping. .
4.2.5 Special Element Information
Komponen khusus seperti bend, rigid, expansion joint, reducer dan
Tee diberikan di dalam check box di atas. Jika akhir node elemen pada
spreadsheet adalah bend, elbow, atau mitered joint, maka bend
checkbox harus dipilih dengan meng-klik 2 kali.
Untuk Rigid checkbox digunakan untuk valve dan flange.
Untuk penerapannya akan kita bahas dalam Bab 5
4.2.6 Boundary & Loading Condition
Checkbox di atas memiliki fungsi untuk membatasi pergerakan pipa.
Pembahasan lebih lanjut tantang restrain akan diberikan pada Bab 5.
Checkbox diatas mengijinkan pengguna untuk menentukan beban
dari luar yang terjadi pada pipa. Pembebanan ini kemungkinan
adalah sebuah gaya atau moment yang terjadi pada point tertentu,
sebuah beban seragam/merata (yang dapat di spesifikasikan dalam
CAESAR II TUTORIAL I
Page 17
BY ANDREY PURUHITA
gaya per satuan panjang), atau beban akibat tekanan angin ( beban
angin di spesifikasikan sebagai wind shape factor).
4.2.7 Piping Material, Density & Elastic Properties
Caesar II membutuhkan spesifikasi material pipa, elastic modulus,
poisons ratio, density,dll. Sebagai parameter dasar yang akan
digunakan untuk perhitungan. Caesar II telah memiliki berbagai
data base tentang material dimana kita dapat memilih sesuai
dengan spesisifasi yang dikehendaki, dan atau kita dapat
merubah/membuat material data base sendiri dengan
menggunakan Caesar II material data base editor.
Nilai Elastic Modulus dalam CAESAR II 5.1 akan diberikan dengan
4 nilai dimana nilainya akan diberikan secara otomatis oleh
CAESAR II.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 18
BY ANDREY PURUHITA
5. APLIKASI KHUSUS
5.1 Bend, Valve, Expansion joint, Reducer dan Tee
5.1.1 Bend
Dalam program ini terdapat 2 macam bend yang biasa di
aplikasikan, yaitu :
� Elbow
Elbow banyak digunakan jika kita mendesain piping di dalam
suatu pabrik/plant dimana system perpipaannya berada
above ground ( di atas tanah).
Contoh di bawah ini menunjukkan cara membuat elbow
dalam spreadsheet :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 19
BY ANDREY PURUHITA
Pada node 20 to 30 kita klik 2 kali pada toolbox “bend” pada
spreadsheet di atas. Artinya pada akhir node (yaitu node 30) Caesar II
membaca akan diberikannya elbow/bend oleh pengguna. Kemudian
pada node selanjutnya (node 30 to 40) kita berikan panjang sebesar
100 in sehingga akan ditampilkan seperti gambar di atas.
Ketika kita memilih bend pada spreadsheet di atas, maka Caesar II
akan secara otomatis memberikan nilai radius pada kolom “radius” di
atas dengan anggapan “elbow 900”.
Dalam contoh di atas kita menggunakan pipa dengan diameter 12”
sehingga radius akan secara otomatis diberikan oleh Caesar II sebesar
18 in (elbow 90 deg.).
Jika kita ingin membuat elbow dengan besaran selain 900 (misalnya
450), maka kita harus terlebih dahulu mengerti tentang besaran radius
sesuai dengan diameter pipa yang kita masukkan, atau kita sebaiknya
memiliki “piping standard drawing” sebagai acuan dalam menetukan
radius elbow tersebut
CAESAR II TUTORIAL I
Page 20
BY ANDREY PURUHITA
� Bend
Di dalam pekerjaan pipa terutama pipeline seringkali kita
harus melakukan bending terhadap pipa dimana biasanya
sudut yang diperlukan di bawah 900, maka kita harus
mendesain radius bending tersebut sesuai dengan besaran
yang kita inginkan/klien inginkan.
Ada 3 jenis bending yang digunakan dalam pipeline yaitu :
- Hot Bend : memiliki besaran radius max 5D (5 kali
diameter pipa); dan
- Cold Bend : memiliki besaran radius max 40D (40 kali
diameter pipa)
Jika kita ingin membuat bending dengan derajat tertentu
(selain 90 deg.) kita memerlukan phytagoras untuk
menentukan posisi titik tujuan (to node) di dalam koordinat
X,Y,Z Caesar II.
R
∆X
∆Y
α
Tampilan berikut memperlihatkan bending sebesar 22.50
pada node 30.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 21
BY ANDREY PURUHITA
5.1.2 Valve / Flange
Untuk membuat / memberikan valve / flange pada piping dapat kita
lakukan dengan langkah-langlah berikut :
Jika kita ingin memasukkan valve/fitting dalam spreadsheet harus
pada node yang kosong/baru dengan memilih valve flange
database seperti terlihat pada gambar di atas.
Kemudian akan tampil sheet berikut :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 22
BY ANDREY PURUHITA
Kita pilih type valve / flange pada box di atas sesuai yang
dikehendaki kemudian “OK” maka pada node 50 – 60 akan
diberikan valve/flange seperti berikut ini :
5.1.3 Expansion Joint
Expansion joint digunakan untuk sambungan pipa dimana biasanya
terletak pada pipa yang dekat dengan sumber getaran seperti
pompa atau compressor.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 23
BY ANDREY PURUHITA
Ada 2 cara yang bisa kita pergunakan untuk membuat pemodelan
expansion joint pada piping system yaitu dengan :
Pilih expansion joint modeler pada icon di seperti tampak atas,
kemudian kita akan diberikan pilihan yang telah tersedia di dalam
data base CAESAR II sbb:
Kemudian pada spreadsheet akan ditampilkan model expansion
joint yang telah kita buat seperti di bawa ini :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 24
BY ANDREY PURUHITA
Kemudian cara kedua yang dapat kita lakukan yaitu dengan klik 2
kali expansion joint pada check box seperti terlihat di bawah ini :
Pemodelan cara ke-2 ini kita lakukan jika kita telah mengetahui
terlebih dahulu nilai axial, translation, bending, dan torsi stiffnessnya
sehingga kita masukkan nilai tersebut di dalam kotak yang tersedia.
5.1.4 Reducer
Pemodelan reducer pada piping dapat kita lakukan dengan cara
sebagai berikut :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 25
BY ANDREY PURUHITA
Klik reducer pada spreadsheet kemudian kita isikan diameter 2 dan
tebal pipa dan memberikan panjang reducer tersebut.
5.1.5 SIF / Tee
Jika kita ingin membuat tee, klik SIFs & Tees pada node yang ingin
kita beri tee kemudian isi type tee yang diinginkan dan SIF (jika
ada).
Untuk tee reducer kita dapat memodelkan dengan menggunakan
langkah yang sama namun pada elemen yang tereduksi kita ubah
diameter pipa pada spreadsheet sesuai dengan yang diinginkan.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 26
BY ANDREY PURUHITA
5.2 Restrain, Hanger, Noozle dan Displacement
5.2.1 Restrain
Untuk memberikan restrain pada piping kita dilakukan dengan cara memilih
restrain pada check box di atas dan memasukkan type restrain di dalam kotak
sebelah kanan yang telah tersedia.
Ada berbagai macam type restrain yang dapat di aplikasikan di dalam Caesar
II sesuai dengan fungsi yang diinginkan, yaitu :
Restraint Type Abbreviation 1 - Anchor .....................................................................................ANC
2 - Translational Double Acting ............................................ X, Y, or Z
3 - Rotational Double Acting ......................................... RX, RY, or RZ
4 - Guide, Double Acting ............................................................... GUI
5 - Double Acting Limit Stop .......................................................... LIM
6 - Translational Double Acting Snubber ..............XSNB,YSNB, ZSNB
7 - Translational Directional ............................... +X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z
8 - Rotational Directional ..................................... +RX, -RX, +RY, etc.
9 - Directional Limit Stop ................................................... +LIM, -LIM
10 - Large Rotation Rod .....................................XROD, YROD, ZROD
11 - Translational Double Acting Bilinear ............................ X2, Y2, Z2
CAESAR II TUTORIAL I
Page 27
BY ANDREY PURUHITA
12 - Rotational Double Acting Bilinear ......................... RX2, RY2, RZ2
13 - Translational Directional Bilinear ..................... -X2, +X2, -Y2, etc.
14 - Rotational Directional Bilinear ................ +RX2, -RX2, +RY2, etc.
15 - Bottom Out Spring ......................................... XSPR, YSPR, ZSPR
16 - Directional Snubber .........................+XSNB, -XSNB, +YSNB, etc
5.2.2 Hanger
Dengan cara klik 2 kali Hanger checkbox pada pipe spreadsheet
untuk memasukkan hanger spring data untuk node-node khusus.
Untuk modeling hanger sederhana tidak memerlukan input
tambahan karena Caesar akan secara otomatis memberikan
nilainya dengan memilih salah satu “hanger table” yang telah
disediakan seperti contoh berikut :
Ilustrasi hanger drawing dari input di atas :
CAESAR II TUTORIAL I
Page 28
BY ANDREY PURUHITA
(simple hanger design)
5.2.3 Flexible Nozzle
Funsi tampilan di atas adalah sebagai pelengkap untuk
mendeskripsikan koneksi fleksibel nozzle pada pipa. Jika
memasukkan fungsi ini, CAESAR II akan menghitung secara
otomatis fleksibilities-nya dan menempatkannya di lokasi yang
dikehendaki. CAESAR II melakukan perhitungan nozze load
berdasarkan kriteria WRC 297, API 650 atau BS 5500.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 29
BY ANDREY PURUHITA
5.2.4 Displacement
Tampilan di atas berfungsi untuk memberikan nilai pergeseran
(displacement) hingga 2 node untuk tiap-tiap spreadsheet. Jika nilai
pergeseran dimasukkan dengan nilai “0.0” maka system akan
dianggap “fully restrain” pada arah tersebut.
CAESAR II TUTORIAL I
Page 30
BY ANDREY PURUHITA
5.3 Latihan
Perintah :
1. Buatlah Pemodelan di atas dengan panjang seperti diketahui dengan beberapa
ketentuan sebagai berikut :
- Di awal node (node 5) adalah discharge pompa
- Di akhir node (40) adalah nozzle dan vessel