Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer

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


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


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$


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


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


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


7/22

9$ !uatlah sket#h pada permukaan untuk dibuat hole$

:$ pilih menu e1trude kemudian pilih menu #ut untuk membuat lubang


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


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$


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


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$


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


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


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$


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


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


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)


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


19/22

7$ Selanjutnya pilih menu simulate % lalu klikrun untuk memulai analisis tegangan

9$ Sehingga didapatkan gambar seperti di bawah ini


20/22

:$ sehingga didapatkan data sebagai berikut5

Nodes 5 67//

Type 5 Lon ises Stress

Unit 5 ksi

.,$ berikut gambar dari simulasi gerakan material


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


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$

Documents

Laporan Tugas Desain Berbasis Komputer