PERHITUNGAN PANJANG BENTANGAN PIPA Pendahuluan o Panjang bentangan (span) pipa maks,.m.um yang diijinkan untuk sistem perpipaan Hi:il1?:f,i?ff:,. ?f["i,tri:;j) il;ffi ; "Lnsk,ns ro",o i,g stress), 2) ' Panjang bentangan pipa harus rebih. kecir .daripada, jarak penyangga (support) yang dihitung berdasar tegangan rengkung oan i&exsi. Panjang Bentangan pipa o Panjang bentangan pipa untuk kondisi kedua ujung ditumpu sendi_sendi : , - FJ3zq "-1/.- vw - tAEr L-4t==- \ zz,sw ' Panjang pipa untuk beban terdistribusi merata dan kondisi ujung-ujungnya merupakan rerata sendi_sendi dan jepit_jepit. r - F,+zs, "-V- * . t^Er L-41_- \il3,5w (berdasa rkan persyaratan tegangan) (berdasarkan persyaratan defteksi) (berdasarkan persyaratan tegangan) (berdasa rkan persyarata n defleksi) Dengan : L Z Sn W : Panjang bentang pipa (ft) : modulus penampang pipi 1inu1 : tegangan tarik bahan ying'diijint<an p?g3 temperatur desain (psi) ' Lff::l",at pipa tiap pinja.g (ib/ftj terdiri d;,.i ;;;;ii,rr, fruidi dan : defleksi yang diijinkan (in) : momen inersia luas (ina) : modulus elastisitas pipa pada temperatur desain (psi) A I E Frekuensi Alami pipa o Frekuensi aramifn (daram cps) dinyatakan dengan persamaan : f = I P -s,tz -n zn\ t -;E-
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PERHITUNGAN PANJANG BENTANGAN PIPA
Pendahuluano Panjang bentangan (span) pipa maks,.m.um yang diijinkan untuk sistem perpipaan
Hi:il1?:f,i?ff:,. ?f["i,tri:;j) il;ffi ; "Lnsk,ns
ro",o i,g stress), 2)
' Panjang bentangan pipa harus rebih. kecir .daripada, jarak penyangga (support)yang dihitung berdasar tegangan rengkung oan i&exsi.
Panjang Bentangan pipao Panjang bentangan pipa untuk kondisi kedua ujung ditumpu sendi_sendi :
, - FJ3zq"-1/.-vw
- tAErL-4t==-\ zz,sw
' Panjang pipa untuk beban terdistribusi merata dan kondisi ujung-ujungnyamerupakan rerata sendi_sendi dan jepit_jepit.
r - F,+zs,"-V- *. t^ErL-41_-
\il3,5w
(berdasa rkan persyaratan tegangan)
(berdasarkan persyaratan defteksi)
(berdasarkan persyaratan tegangan)
(berdasa rkan persyarata n defleksi)
Dengan :
LZSn
W
: Panjang bentang pipa (ft): modulus penampang pipi 1inu1: tegangan tarik bahan ying'diijint<an p?g3 temperatur desain (psi)' Lff::l",at
pipa tiap pinja.g (ib/ftj terdiri d;,.i ;;;;ii,rr, fruidi dan
: defleksi yang diijinkan (in): momen inersia luas (ina): modulus elastisitas pipa pada temperatur desain (psi)
AI
E
Frekuensi Alami pipa
o Frekuensi aramifn (daram cps) dinyatakan dengan persamaan :
f = I P -s,tz-n zn\ t -;E-
. r,i.r,.
2
R?Y" A : defleksi maksimum (in), g : percepatan gravitasi (386 ints2 atau 32,2
' Frekuensi arami untuk pipq penyuringan minyak (refinery piping)sebesar 4 cpso Dengan menghubungkan frekuensi itami dan defleksi mata o"apri oi.rri panjangbentang pipa L. Panjang.bentangan ini kemudian'Jitrtit rn dengan faktor reduksi
B"#il?1rof'f#J:ouCtion tact6i r vang nit;i.y; kurans d;il seperti pada
; e 0.16C.s 4
Fcf *G E{.3.8*(TrGL 3.l
Cr:c 6
Gambar 1. Enam kasus faktor reduksi span
Jika pipa berupa simpte beam (sendi-sendi pada kedua_ ujungnya) dan katupberada ditengah bentangan 1a=o=Lt2paoa kd;; pada Gb.1 di atas) maka :
Tegangan lengkung =l,5wl2 + 3W
Defleksi _ 22,5wLa + 36W "ril
EIdengan W" : beban titik seperti katup (dalam satuan in).Untuk menghitung panjang bentang untuk pipa dengan beban titik (kasus 6 padaGambar 1 di atas) maka hirus ,",iggrnrkan faktori"ort ri bentangan ( f).Untuk bentangan pipa dengan kedua-ujung jepit-jepit, besar nitai ( f) adarah :
B=;
f = o.84C:sc 3
fE(164c.r.5
o Nilaif untuk nirai o dan B dapat dirihat pada Taber 1 di bawah.
TABLE 3.l Spen Rcdrction Feetor f for Velve Locerion (lsing Eq. 3j)aF-i,
'i. 23 26 3'| il il li li li 1: ;: :;35 39 1' 45 4g 5' 54 59
4
Tabel2 (lanjutan)
Pipo Siu {iu.)
I t tl 13 t{l2l0 t6 lE 20 24
BnmStrcn3
Schcdrdc 80
SchcOuic'tOli
..'.| :
Schcdulc.l20
$chcdulc 140
Schcdulc 160
tuL'Ll
.LL'LLtLL.LLI
t7t1t7t7
5l54
63
6l65
6t67
62
6?'6268
63
l3t3ltl3
19 24 27 33
19 23 26 32l0 24 21 33t9 2t ?6 t2
48 49
49 5l55 58
52 55
56 !953 s6.37 6l54 5?
58 6l54 s?58 62
54 S?
t1 4lt6 40l7 42
36 40
38 43
37 4I39 4437 4l40 .ie
t1 42
40 45
31 42
4t 44
43 44
46 4844 46
41 49
45 17
48 3t45 47
.49 il45 4849 5l45.48
46tl6
52
s0
5tt0
.545l54
5t55
5l
13 t7t.1 t7
20 25
19 7t
28 34
77 32
28 34
"77 3329 33
L'.t 33
'lfrx l; H *i:I1*Jtlltfl;,liliTlliJlilllii[Tf,yilffiJlA d,v,&r, hv 2.
Beberapa asumsi yang dibuat:1. Bahan pipa baja karbon A53 Grade A2' lnterval temperatur 650 oF dimana sh = 12000 psi, E = 25,2.106 psi3. Specific gravity fluida 1,0 (untuk air) I -''4. Berat jenis isolator 1 1 lb/ft3. Tebal isolator tergantung diameter pipa.
Tebal 1%in untuk diameter pipa 1_4 in "Tebal 2 in untuk diameter pipa 6_14 inTebal 2% in untuk diameterpipa 16_24 in5' Pipa dianggap horizontal dengan ditumpu pada ujung_ujungnya, bebanterdistribusi merata.
6. Defleksi maksimum 1 in dan frekuensi alami 3,12 cps.7. Tegangan lengkung maksimum yang diijinkan = 0.5 x Sn
TABT,E 1,II' Crlcrh{lrn Snclon (C', q, rn{ G} lor Spur.ll thc rllonrhlo irrcrr. 8*h.Mulilply rtr Bpnn L
'Sprn L ru crleutrrcd nrlnr E:.3.- ,-"1!! llqling hendtng srrcs ol .S1 <tivtdcd hy 2.Spun L'ru dcrennlmd r"li l f.q. 1.2 ntrh lnrlrtft mniii'i.rr..ir"n ur r ln.
\
-....,.'so Nilai tegangan ijin, defleksi dan frekuensi alami pada Tabel 3 di atas dikalikan ,dengan span calculation factor Cr, Cz dan C3. -
1. Untuk tegangan ijin Sh, panjang bentang maksimum adalah C1L dengan :
C1 = (Sh/12000)%
2. untuk defreksi kurang dari 1 in, panjang bentang maksimum adarah czl,dengan :
C2= (AtL)%
3' untuk frekuensi arami f setain 3,12 cps, panjang bentang maksimum adarahC3L'dengan :
Cs = (3, nn*
Perhitungan Bentang pipa Akibat Beban Dinamis
' Perhitungan panjang bentang (span) maksimum akibat beban dinamis ;
Dengan K: koefisien gempa
o Defleksi maksimum panjang bentang dengan ujung sendi-sendi sebesar:
Maksimum o = ##o_Dengan :
m : massa pipa per ftE : modulus elastisitas (osi)| : momen inersia (in+r
"
A"n : percepatan pipa akibat gempa, (fUsr)
Aturan Panjang Bentang Akibat Beban Angino Tabel 4 di bawah berisi aturan panjang bentang untuk pipa vertikar' Tabel 5 di bawal, *ririaturan jroi, plnyrnggi Grpport) menurut ASME NucrearCode, Section lll, Division 1 '
L <2.19-l "h"' V 12xw
TABLE 3.I }Idnur Se.dl3 of addcs
Noririnal pipc Sbc (io-, Gdac Sprdng (f0
\_
..;F"
6
Ili234.6' 8.
1{'
t2l4l618
"20
24
22
2324
27?o
33tl4,454750535660
TABLE 35 Suggcsrcd pirpc Support Specing
Sqgcstcd ldaximurir'Span (ft)NominalPipc Siac
(in.) Watcr &rviceStcam. Gas, o,
Air Sirvicc
I?.
J
46I
tzt620'24
Itot2t4l7t923273o32
9t3l5172t2430353942
Noa--t. Suggtstcd oUmwr ryaclng.tctlcco pipc aryponr tor hoeiantrll
. otlS(Xlprirndiasol*cdpipe6tcdt.iii;;orrrca fu ror*ir. go ;.i.r*r,,* r,oi,;hTlil:lilffithat r rq of ot ilr. o"in*. "fp.*ililni*6la
?.,
7
ANSI PIPING CODES dan ASME CODES
o B,31.4 : Liquid transportation pipingo 831.8 : Gas transmission and distribution pipingo ASME Section lll : Nuclear Components Design-
Tekanan Dalam dan Tegangan Longitudinalo Tegangan ijin menurut Code dirancang untuk mencegah kegagalan pada sistern
perpipaan.. Dus jenis kegagatan harus dihindari, yaitu :
1- Tegangan berlebih (over stress) aiau kegagalan karena tekanan, berat, angin,gempa dan beban utama lainnya
2' Kelelahan (fati gue) atau distorsi. karena pergeseran (biasanya pengaruhthermal) yang merupakan beban sekunder.. Tegangan akiba_t beban kontinyu dan pergeseran pipa terdiri dari :
1. Tegangan akibat tekanan dalam (lnternal pressuie stress)2. Tegangan longitudinar (Longitudinalsfress) r sr , merupakan total
akibat tekanan, berat, dan beban lainnya.3. Tegangan akibat pergeseran pipa giisptacemenf sfress). lnterval
yang diijinkan (allowable sfress range) sebesar sadimana :
Sa=f(1,25Sc+0,25Sn)Dimana :
s" : tegangan ijin bahan pada temperatur rendah (psi)Sn : hot stress (psi)f : stress reduction factor (lihat tabel)
Jika nilai sn > Sr- maka sA dihitung dengan persamaan :
Sn=f[1,25(Sc+Sn)-SL)
ANSI Piping Codes dan ASME pressure Vessel(guideline) dalam perancangan pipa yang meliputi :
o 831.1 : Powerpipingo 831.3 : Process piping
TABLE 4-l Srress Rrryc Rcdrcaiotr Ftelo*
Numbq of C:rcles Factor i7,000 and less7,(X)0 to t4,(m0'14.000
'rc2a:A002a000 to 45,00045.000 to t{Xt (XX)
Ovcr tod,o00
systems
memberikan aturan
tegangan
tegangan
o.9o8o-7
o-6O:5
-t:_,.
,.,
,,I
2c.!-t!a'?,
!
otta.lra
6reI I I vi|'i I
Cr.'I I I aie- I
crgr r I ctei I
I I I I.. I
€,i-: .v-
ri <*r I
€ rat c.! tr 3 {\di { .d; t.;
loF o\9dr (+!
-64ratt t
a.i .rrtGa-
=C+ .rr(\a -
$
r,1(
:5arql
E!-ii I
td= |
lo r{'jg I
g\tdi I
NrOrrid I:--re,q'i <t I
;e-J +(\l a{ {rtrO-q
It !' ralrol -
.C
o6, ..ici I--'{-'- .,i dd t
Fl.l =
F:t vr.-:
rl.t Et\ .'| l.f
ah= lodtf'ra
-n.:t- (\a rat
t\rsaa r/!-
'q ! rrr?= vr dvr .c(\I-+
= a.l.?---
.;; !i.i!A A ?ZU
t\ rO
= Yi' <;6t-
aro# .ica-
or{i-rJ %s lNg-rrgtsd.pBrg sEcv s -oNd tof,dIelsv
PctS fofiV
Ecrd!--ntI
err r: !l 3a=6ug..P8rg golv
pots uoqrES rtElpauustul txrs ^rrl Fars ssa|ulas
I€./rF
E
tfltlo
or.,
eer/la
-rrf
I(.r-N
o^cr3?T
!u8(,
arO
g
ac.J
!t,E
a
4,J**ra,
act5
etl!
2';aaO:,t,t,
.,,t
i?<lclelcl.l!l:l!Ll3lUI.!l?lLrlJI=l;{l
Petroleum Refinery piping Codes' Tidak ada anarisa freksibiritas formar yang dibutuhkan untuk sistem yang :1' Merupakan duplikat instalasi yang'oefi;;il;tilenggantian tanpa perubahansiknifikan prq" sistem.yang- r"rprnyaicatatan kerja yang baik.
' 3ff;1,"f[,trtLrn [onii.iny" merarui p"iornoihsa; -olnsrn sistem
' '"*pffJ,?-:['J:l#ifl"',lffildak mempunvai rebih dari 2 titik ujuns tetap
ut
dI
.no
6I
"&,g
Dy - 30SA
(L-qz - Eu
: diameter nominal pipa (in)
,f:"T,:l jflr:'-".,,:?.I::qdj1?_sorbsi.oreh-sistemperpipaan(in): jarak anchor, garis turus ii ,riri*.nor (ft): panjang pipa antar anchor (ft): intervaltegangan rjin (psi): modurus erastisitas bahan pipa pada kondisidingin (psi)
lnplane and Outplane Bending Moment(Momen Lengkung Sebidang dan Di luar Bidang)
Menurut B31.3 code,.T?Tel rengkung seb.idang (Mi), di ruarbidang (Mo) dan torsiterhadap sumbu pipa (Mt) terlihat iaOa Gambar 2.
"tE-r
D
vULSnEa
Ht
oi
,t-.--..U",*"
-q,g'Ht
i
d)l"o
Gambar 2. lnplane moment dan outplane moment
(,rusq,
L5.E=ei€6-(,(aarktr.E
(.)
:r,cetE..,o
a,Caec
€ 5-*tc it9, lt-TL
\1trcto.(,art1lo
,ot,
1Z;
6%!,
o
Eg"ru
El3
alSc l.<
at l?.r lr--cl*
.tr I:l=
a1
2>EZ
.t Peo-et,=d!ax
>E
Stress lntensification Factor (SlF)o Peralatan tambahan pipa sepbrti belokan (elbow, miter) dan sambungan cabangseperti sambungan-tee mempunyai karakteristik fleksibilitas h, faktor fleksibilitask dan stress intensification factor'SlF)r Nilai-nilai h, k dan SIF sepertitabeldi bawah.
613cfEl*
o\ I3
ql*ol.s
Gl !.1.1 l;
-'l€
Bti_EsiO E."
:totil*\t
I
at
re*l{+.R
(-lf. :t81..1l
or la
qls
6l t€r.lli
?&rU
-' a,
5 coD= cg tl=c 3;'= e'C a-r, .]I.Hfi,i'6iq
"{ t-*1tt I "
@€-l s
=rrf
=\lS
+
.=
'-Ci+i rC)
s= tu*4 i.l.!:-\r-'5 {< rrEglltr
= t --F-
- G:&i
11
llnlG!.tr Stcdrltlry trfftr t rrnt lttrur trrsulGorhn Frrtrl, , (Cordrmd)
r uor:.'j Atnr8lr3lj O'lrI rorivr flotrrarsl3ru 3sluls
a?.
c.iA 6l .-. \g ta
-c{
c
=\u.8 x1r€.Y='t Iea Z,F
c., h
3.rc-gi cra(,oa
*a)
c-
tcII&o.
a'.
lt:u,
u,Zgtc
V2
rrl
f ? EEgz{sE E x €-= EE
;gg g*?EE*BEEET E;€3 E;T;
EEa E*EEE;IgTc.C'o1a,CI
rt uolJvJ'uto,
E(Jouag9'r
,lcth,
tc
u)
ItrfIatF
13
rlL
!,Fald€:
a;lc
crF
llru'..r6!
+
,€.tct
I{at
5E* = g
'Fn U & 9=-j a 5 :69oEE E i E eai E 1r : =
EE E I ZT:;3 f E :i ed>o=5E; 3 n = sEiE q E TEE Z .; E EEE -E t : E
=t 2 E *9 o€:E E g i6'= € ; = ==E r .a = . ar.! z ts E 'd- -<,
EE i fi Z .E EEi: E na!;E n i ? zzl
ig?E E EEl'E+E i aE?;Exg =
Ei EE !?E;iiAs! i iE i: #Ei*E
esE iZ EE EEEiEf5=ggE EE =E E=E;iE3;
Egi,E E€,"Egi € ir-=fEtEfg
EEiii- j;iiiiirft#rgEgEi
Tabel-tabel di atas memberikan persamaan untuk menghitung SIF dan flexibilityfactor untuk tipe percabangan berikut : I
t4
1. Tee dengan sambungah las2. Tee dengan penguat pad atau saddle3. Tee tanpa penguat atau stub_in4. Tee sambungan tas ekstrusi
! Las dengan kontur (weldolet)6. Percabangan dengan sambungan las pada fitting.
Soal:Hitung SIF dan flexibility factor untuk pipa diam eter 12 in dan schedule standar, jari-jarielbow panjang (long radius elbow)
BELOKAN MITER
Belokan miter digunakan untuk membelokkan pipa, drain line dan pipa dalampada bejana tekan dimana pemakaian erbow'tidak ,"rrnj[irffi karenaketerbatasan ruang.Belokan miter pag.a pipa hisap (suction line) dari pompa sentrifugal minimal 6kali diameter dariflens hisap (suction flange).Penyelesaian dapat dilihat pada Tabel di atas
Miter tersusun rapat jika ruang miter (s) sebesar : s < r2(1 +tan tr)
R,, = jari-jari belokan - S.coto
2
Miter tersusun longgar jika ruang miter (S) sebesar : S > rz(1+ tan D)
Rr = jari-jari belokan - rr(l+coto)2
Dengan 0 : sudut miter (daram derajat) dan 12 jari-jari pipa (inch)
sudut miter 0 = 11Ta untuk 5 potong (4 las), 0 = 15 untuk 4 potong (3 ras) dan0 = 22/z untuk 3 potong (2 lasj
o Jika tebal pad T, lebih besar daripada 1% tebalpipa T maka nilai h sebesar :
h=aIr2
o Jika kondisi ini dicapai, h tidak lagi merupakan fungsi daritebal pad.
PENGARUH TEKANAN TERHADAP SIF DAN FLEXIBILITY FACTOR
Jika pengaruh tekanan dipertimbangkan, maka nilai slF akan rendah sehinggarnenurunkan tegangan thermal.Gaya pada anchor meningkat karena flexibirity pada berokan turun.
HH:,T 8ls:l mempensaruhi frexibirity factor oan sir pada erbow tipis densan
Tabel di bawah berisi persamaan-persamaan untuk menghitung flexibilitykarakteristik h, flexibility factor k, outplane dan outprane intensi-ficatioi factor (io)dan (i) untuk elbow dan belokan.
TABLE 45 Frcxibitiiy end stress Inrcoification Fector tor gcnd
Stress Intcnsificatioo Factor
Dcscription
FlexibilityFactor
kffi.fi*11111.
Wclding elbowor pipc bend
t
d*1.65
ho.75F 0.9
FE.fR,(rJ'
o Faktor koreksi untuk frexibirity factor (cFK) sebesar:
cFK = './r)[L]"'rI.)"''"[r"][tJ (.t]. Faktor koreksi untuk SIF sebesar:
CFI = l+3,25 +)[;]"'[])"'Dengan :
T : tebal dinding nominar.f.itting untuk erbow dan miter (in)h . jarvjari rata-rata pipa (in)Rr : jar-jari belokan eibow atau belokanP : tekanan ukur (gauge pressure), dalam psiE" : modutus elastiiital dingin (psij
-'".tj.,
t7
SoalGambar di bawah memperlihatkan loop simetrisantisipasi pemuaian. pada Node S0 menggunakanHitung flexibitity factor dan SIF pada Node S-0.
beserta spesifikasinya untukelbow dengan sambungan tas.
Dhrnctg = 8.625 in.'Ttkkncsr r O.322 in.
Tfl+PR+ficllcclIcmo. - lS{l'fE$i.rsio.r catficacil = 3.16 it/Ifi) ltftrssurc - 25O oorE o 27.9 r lO. pei
Moments acting at thc intcnsection is givcn below:
IY{, tt-lb^4
M,HcaderHeaderBranch
l€g Itcg 2leg 3
-5s0425
-r80
2322t82t42o.
800
-890682
COLD SPRING
sistem perpipaan bisa diberi pegas cotd..spring (posisi terpasang) untukmengurangi gaya pada anchor dan momen akibat pe"nruaian thermar.Gambar di bawah memperrihatkan pipa sebetum oin sesudah cord spring.