BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Beban yang Terjadi pada Sambungan
2.6.1 Sambungan Flange
Standar prosedur perencanaan flange pertama sekali dikembangkan pada tahun 1930 dan mengadobsi ASME Pressure Vessel Section VIII. Flange secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian : flange ring, hub ring dan pipa yang terkoneksi. Berikut akan dijelaskan beban yang bekerja pada sambungan flange, pembebanan yang terjadi pada flange dapat dilihat pada gambar 2.10 (Peng, Ling-Chuan, dan Tsen Long Peng, 2009).
Gambar 2.10 Pembebanan pada Flange
= ... (2.35)
= ... (2.36)
= ( 2 ) ... (2.37) Dimana:
= tekanan dan gaya dari pipa (KPa) = tekanan pada permukaan flange (KPa)
= gaya gasket untuk seal (N) = jarak dudukan (mm)
= faktor gasket
Kemudian untuk menghitung momen flange total adalah:
= ℎ + ℎ + ℎ ... (2.38) Dimana:
= momen total flange (N.mm)
Menghitung tegangan yang terjadi pada flange, ada tiga tegangan yang dapat dihitung pada flange yaitu: tegangan longitudinal ( ), tegangan radial flange ( ) dan tegangan tangensial ( ).
= ... (2.39)
= ( , ) ... (2.40)
= − ... (2.41)
2.6.2 Sambungan nozzle pada pompa
Pompa adalah jenis peralatan berputar (rotating equipment) yang banyak digunakan pada industri. Pada sambungan pompa dengan pipa terdapat nozzle, agar sistem perpipaan dapat beroperasi dengan baik sebaiknya dilakukan pengecekan gaya dan momen yang bekerja akibat pipa terhadap nozzle apakah masih sesuai dengan gaya dan momen yg diizinkan ( Kannappan, Sam, 1986 ).
Standart yang sering digunakan dalam pengecekan gaya dan momen yang diizinkan terhadap nozzle adalah API Standard 610 Centrifugal Pump. API
610 memiliki detail beban pipa yang diizinkan. Berikut adalah tabel API Std-610 pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Gaya dan momen yang diizinkan pada pompa sentrifugal
Sumber : API 610, hal 12
Berikut adalah pompa horizontal berdasarkan API Standart 610 khusus untuk jenis pompa sentrifugal. Dimana jenis dari pompa ini ada beberapa jenis yang dibedakan berdasarkan posisi nozzle saluran masuk dan nozzle saluran keluar dari pompa yaitu side nozzle, top nozzle, dan end nozzle. Jenis pompa ini sering digunakan dalam perusahaan atau pabrik-pabrik sehingga API 610 ini sudah menjadi acuan dalam suatu perancangan. Jenis pompa ini digunakan untuk industri perminyakan, industri petrochemical dan industri gas.
Penentuan nilai gaya dan momen yang diizinkan adalah dengan cara mengetahui diameter dari nozzle atau nominal pipe size (NPS) setelah ditentukan diameter kemudian gaya yang digunakan sebagai batas izin adalah berdasarkan posisi nozzle dari pompa itu sendiri sedangkan nilai momen pada setiap posisi nozzle adalah sama Berikut akan diperlihatkan bagian pompa jenis side by side pada gambar 2.11 ( American Petrolium Institute, 2004 ).
Gambar 2.11 Pompa dengan dua sisi nozzle discharge dan suction
API std 610 merupakan standar internasional yang menetapkan persyaratan untuk pompa horizontal. Pompa berdasarkan kriteria untuk design pipa untuk pompa horizontal harus memenuhi kriteria F1.2a, F1.2b, F1.2c (Peng, Ling-Chuan, dan Tsen Long Peng, 2009).
Dimana:
1. F1.2a, gaya dan momen yang ada tabel API 610 tetapi jika gaya dan momen lebih dari 1x tabel tetapi kurang dari 2x tabel maka nozzle pompa harus memenuhi kriteria F1.2b dan F1.2c
2. F1.2b, gaya resultan ( , ) dan Momen resultan ( , ) yang bekerja pada masing-masing nozzle pompa harus memenuhi kriteria berikut :
Dimana:
= resutan gaya (discharge & suction) aktual (N)
= resultan momen (discharge & suction) aktual (N.mm) = resultan gaya yang diizinkan pada tabel (N)
= resultan momen yang diizinkan pada tabel (N.mm)
3. F1.2C dengan masing-masing flange nozzle pompa harus diterjemahkan ke pusat pompa. Besarnya gaya resultan yang diberikan
, momen resultan dibatasi oleh kriteria berikut.
< 1,5 + < 1,5 + ... (2.43) < 1,5 + Dengan, = + + ... (2.44) = + = + = +
2.6.3 Gaya Dan Momen Pada vertikal Dan Horizontal Equipment
Nozzle dengan ukuran dua inci dan lebih besar dari pada dua inci, untuk Coloum, drum, dan shell dan tube pada heat exchanger yang dibuat dari baja ataupun alloy di rekomendasikan untuk didesign mampu bertahan akibat dari gaya dan momen akibat beban pemuaian (expansion load) dan juga sustained load dari pipa. Gaya dan momen ini harus diperhitungkan untuk memulai dikerjakan pada masing-masing bagian nozzle, persamaan menentukan gaya dan momen ini diambil berdasarkan standar yang ditetapkan yaitu WRC 107/297 ( Moharir, A.S. 2004 ).
1. Orientasi dari gaya dan momen pada peralatan vertikal
Perlengkapan atau equipmen vartikel sering kita jumpai dalam plant seperti misalnya tank, vertical vessel, boiler, filter, dan lainya. Dalam menentukan gaya dan momen yang dapat ditanggung pada sambungan antara equipment dengan pipa, jika gaya dan momen yang diberikan oleh pipa melewati kemampuan equipment menahan gaya dan momen tersebut maka bisa menyebabkan kegagalan pada sambungan dan jika itu terjadi pipa yang telah direncankan harus dirancang ulang kembali. Di bawah kita dapat melihat gaya dan momen yang bekerja pada sambungan (nozzle) pada equipment pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Orientasi dari gaya dan momen pada peralatan vertikal Nozzle pada bagian samping atau bagian atas.
a. Moment
i. Momen bending longitudinal (Mx)
ii. Momen bending sirsumferensial (Mz)
∅= 100 (N.mm) ... (2.46)
iii. Momen bending resultan
= + ∅ / (N.mm) ... (2.47) iv. Torsional dan momen (My)
= 150 (N.mm) ... (2.48)
b. Gaya
i. Gaya aksial in-plane flange(Fx)
= 2000 (N) ... (2.49) ii. Gaya tangesial in-plane flange(Fz)
∅ = 1500 (N) ... (2.50)
iii. Resultan gaya geser
= + ∅ / (N) ... (2.51) iv. Tensil radial atau gaya tekan(Fy)
= 2000 (N) ... (2.52)
2. Orientasi dari gaya dan momen pada peralatan horizontal
Peralatan horizontal juga sering ditemukan pada pabrik sebagai contoh adalah heat exchanger, vessel, tank, dan lainya. Sambungan pada horizontal equipment harus didesign agar tidak terjadi gaya dan momen yang berlebih pada sambungan (nozzle), jika terjadi kelebihan gaya atau momen maka pipa tersebut dinyatakan tidak aman dan membahayakan. Setiap engineering setelah selesai dalam menghitung tegangan yang terjadi aman, maka para engineering dilibatkan dalam menganalisa apakah nozzle pada equipment mampu menerima gaya dan momen yang bekerja pada pipa. Dalam memudahkan melihat bentuk-bentuk pembebanan itu diperlihatkan gaya dan momen yang berkerja pada sambungan equipment Pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Gaya dan momen yang berkerja pada peralatan horizontal Untuk nozzle yang dibentuk menghadapa ke atas, nilai gaya dan momennya dapat ditentukan dengan persamaan di bawah ini.
a. momen.
i. Resultan momen bending
= 164 (N.mm) ... (2.53) dimana Mb adalah resultan dari komponen Mx dan Mz
ii. Momen torsi
= 150 (N.mm) ... (2.54) b. Gaya
i. Resultam gaya geser
= 2500 (N) ... (2.55) dimana Fa adalah resultan dari komponen fx dan fz
ii. Radial tensile atau gaya tekan
= 2000 (N) ... (2.56) dimana adalah kostanta yang dapat dilihat pada tabel 2.3 di bawah, dan D adalah nominal diameter dalam inci.
Tabel 2.3 kostanta FLANGE RATING
ANSI Class DIN Heat Exchanger Kolom dan drum 150# 300# 600# 900# 1500# 2500# PN 10 &16 PN 25 &40 PN 64 &100 PN 160 PN 250&320 PN 400 0.75 0.75 1.25 3.00 4.00 5.60 0.6 0.7 0.8 1.8 3.0 3.3 Sumber : WRC 107
