caesar II tutorial-i

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


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


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.


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”


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


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.


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 :


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 :


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.


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:


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


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


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.


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


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


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


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.


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 :


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


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.


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 :


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.


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 :


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 :


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.


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


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 :


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.


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.


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

caesar II tutorial-i

Documents

tentang caesar

caesar stress documentation

pengguna caesar

andrey puruhita caesar

menu utama pada caesar

analysis menu

untuk menjaga tegangan

input menu