vii DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PENGESAHAN ii
HALAMAN PERNYATAAN iii
NASKAH SOAL TUGAS AKHIR iv
HALAMAN PERSEMBAHAN v
KATA PENGANTAR vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xii
DAFTAR LAMPIRAN xiii
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN xiv
INTISARI xv
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang Masalah 1
1.2 Rumusan Masalah 3
1.3 Asumsi dan Batasan Masalah 3
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Penyederhanaan Model Aksisimetris 5
2.2 Tegangan Termal 10
2.3 Tegangan Kontak 17
BAB III LANDASAN TEORI 23
3.1 Pengertian Wellhead 23
3.2 Surface Metal Seals (SMS) Unitized Wellhead 23 3.3 Surface Metal Seal (SMS) Packoff 23 3.4 Mekanisme pemasangan Surface Metal Seal (SMS) pada Unitized
Wellhead 26
3.5 Perangkat Lunak Metode Elemen Hingga 30
3.6 Metode Elemen Hingga 31
3.6.1 Langkah-Langkah Penyelesaian Analisis Menggunakan
Metode Elemen Hingga 33
3.6.2 Tipe – Tipe Elemen Dalam Metode Elemen Hingga 34 3.7 Konsep Tegangan – Regangan 35
viii
3.7.2 Konsep Regangan 37
3.7.3 Hubungan Tegangan dan Regangan 39
3.8 Deformasi Plastis 41
3.9 Distribusi Suhu 42
3.10 Pemilihan Elemen 43
3.11 Sifat Mekanik Bahan 44
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 48
4.1 Alat dan Materi Penelitian 48
4.1.1 Alat 48 4.1.2 Materi Penelitian 48 4.2 Tahap Perancangan 51 4.2.1 Asumsi 51 4.2.2 Penyederhanaan Model 52 4.2.3 Simulasi 53 4.3 Metode Penelitian 60
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 63
5.1 Hasil Simulasi 63
5.1.1 Analisis Thermal Study I 63 5.1.2 Analisis Thermal Study II 64 5.1.3 Analisis Nonlinear Static Study I 65 5.1.4 Analisis Nonlinear Static Study II 68
5.2 Validasi Hasil 69
5.2.1 Perhitungan manual tegangan akibat kenaikan suhu dari 25 °C
ke 176.7 °C 70
5.2.2 Perbandingan nilai tegangan hasil simulasi dengan hasil
dengan perhitungan manual 71
5.3 Iterasi Simulasi 73
5.3.1 Langkah Iterasi I 74
5.3.2 Langkah Iterasi II 75
5.3.3 Langkah Iterasi III 76
5.3.4 Langkah Iterasi IV 77
5.3.5 Langkah Iterasi V 78
5.3.6 Langkah Iterasi VI 79
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 81
6.1 Kesimpulan 81
ix DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 1/20 bagian dari model wellhead tampak atas (Olafsson,
2011) 5
Gambar 2.2 model 1/20 wellhead 3D(Olafsson, 2011) 6 Gambar 2.3 jenis elemen SOLID87 dan SOLID92 (Olafsson, 2011) 6 Gambar 2.4 Model tiga dimensi flange pada wellhead setelah
dilakukan mesh(Olafsson, 2011) 7 Gambar 2.5 symmetry boundary conditions (Olafsson, 2011) 7 Gambar 2.6 Perbandingan antara model elemen hingga dengan
aksisimetris (Novo, dkk, 2011) 8 Gambar 2.7 perbandingan hasil analisis tegangan; a) PLANE 183, b)
SOLID 95, c) SHELL 181 (Kozak, dkk, 2010) 9 Gambar 2.8 Kasus pembebanan maximum design loads(Olafsson,
2011) 11
Gambar 2.9 Distribusi suhu dan tegangan Von Mises untuk kasus
pembebanan maximum design loads (Olafsson, 2011) 12 Gambar 2.10 Distribusi tegangan Von Mises (atas) dan tegangan luluh
(bawah) pada lower gasket (Olafsson, 2011) 13 Gambar 2.11Thermal boundary condition pada gearbox casing (Patel
dan Shah, 2012) 14
Gambar 2.12Fixed support of bottom in gearbox casing (Patel dan
Shah, 2012) 15
Gambar 2.13 Beban pada gearbox casing (Patel dan Shah, 2012) 15 Gambar 2.14 Tegangan Von-mises pada upper gearbox casing (Patel
dan Shah, 2012) 16
Gambar 2.15 Tegangan Von-mises pada lower gearbox casing (Patel dan Shah, 2012)
16
6 Gambar 2.16 Model mesh pada bagian gear yang mengalami kontak
(Wei, 2004) 17
Gambar 2.17 Model mesh control pada dua permukaan yang
mengalami kontak (Wei, 2004) 18 Gambar 2.18 Distribusi tegangan akibat kontak antara dua permukaan
gigi gear (Wei, 2004) 18
Gambar 2.19 tipe elemen yang dipakai dalam analisis spherical joint
(Novo, dkk, 2011) 19
Gambar 2.20 mesh model pada analisis spherical joint (Novo, dkk,
2011) 19
Gambar 2.21 distribusi tegangan von mises pada ukuran mesh yang
x Gambar 2.22 grafik perbandingan nilai tegangan maksimum pada
analisis menggunakan ukuran mesh yang berbeda (Novo,
dkk, 2011) 20
Gambar 2.23 pemberian beban torsi pada permukaan inner shaft
(Novo, dkk, 2011) 21
Gambar 2.24 distribusi tegangan von mises pada permukaan kontak
(Novo, dkk, 2011) 21
Gambar 3.1 Gambar desain SMS Packoff menggunakan SolidWorks
Design 2012 24
Gambar 3.2 Susunan part pada komponen SMS Packoff 24 Gambar 3.3 Pencucian tubuh wellhead bagian dalam dengan
menggunakan wash tool 27
Gambar 3.4 SMS Packoff yang telah terpasang pada running tool
diturunkan pelan-pelan sampai menyentuh casing hanger 28 Gambar 3.5 Ujung (annulus) SMS Packoff mendesak ruang di antara
dinding wellhead dan casing hanger. 28 Gambar 3.6 Split ring terdorong menempati wellhead housing groove. 29 Gambar 3.7 SMS Packoff running tool kembali diangkat setelah SMS
Packoff terpasang sempurna. 29
Gambar 3.8 Posisi SMS Packoff setelah terpasang sempurna diantara
wellhead body dan casing hanger 30 Gambar 3.9 Permodelan Suatu Benda menggunakan Metode Elemen
Hingga 32
Gambar 3.10 Elemen 1 dimensi 34
Gambar 3.11 Elemen 2 dimensi 35
Gambar 3.12 Elemen 3 dimensi 35
Gambar 3.13 Tegangan yang berkerja pada suatu bidang silindris
Timoshenko.(2000) 36
Gambar 3.14 a dan b. Isotropic dan kinematic hardening (Hosford,
2010) 41
Gambar 3.15 Elemen Tetrahedron 4 titik nodal. Indrakto. (2007) 43 Gambar 3.16 Elemen Tetrahedron 10 titik nodal. Indrakto. (2007) 44 Gambar 3.17 Diagram tegangan-regangan. Indrakto. (2007) 46
Gambar 4.1 Metal annulus seal 49
Gambar 4.2 Mandrel casing hanger 50 Gambar 4.3 Unitized wellhead body 51
Gambar 4.4 Mesh model 54
Gambar 4.5 mesh control model 54
Gambar 4.6 Bonded global contact 55 Gambar 4.7 Sisi pembebanan suhu sebesar 176.7 °C 55
xi Gambar 4.8 Kurva waktu dalam pembebanan suhu sebesar 176.7 °C 56 Gambar 4.9 Sisi fix pada wellhead body 56 Gambar 4.10 Sisi on flat face pada metal annulus seal 57 Gambar 4.11 Kurva waktu gerak translasi SMS Packoff 57 Gambar 4.12 Sisi pembebanan tekanan pada metal annulus seal 58 Gambar 4.13 Kurva waktu pada pembebanan tekanan 58 Gambar 4.14 Contact set tipe no penetration contact pair pada
mandrel casing hanger dan metal annulus seal 59
Gambar 4.15 Contact set tipe no penetration contact pair pada
wellhead body dan metal annulus seal 59
Gambar 4.16 Diagram alir metode penelitian 62 Gambar 5.1 Distribusi suhu akibat pembebanan termal sebesar 25 °C 63 Gambar 5.2 Distribusi suhu akibat pembebanan suhu sebesar 176.7
°Cpada metal annulus seal 64 Gambar 5.3 Distribusi tegangan ketika SMS Packoff dalam kondisi
terpasang 66
Gambar 5.4 Distribusi tegangan pada saat SMS Packoff mendapatkan beban tekanan sebesar 103.4 Mpa 67 Gambar 5.5 Distribusi tegangan pada saat metal annulus seal
mendapatkan beban tekanan 103.4 Mpa dan suhu sebesar
176.7 °C 69
Gambar 5.6 Grafik perbandingan tegangan maksimal pada analisis nonlinear static study I dengan analisis nonlinear static
xii DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan hasil numeris pada pressure vessel dengan
hemispherical heads(Kozak, dkk, 2010) 10 Tabel 3.1 Tegangan Normal dan Regangan Normal 40
Tabel 4.1 Penyederhanaan model 52
Tabel 5.1 Hasil analisis pada langkah iterasi I 74 Tabel 5.2 Hasil analisis pada langkah iterasi II 75 Tabel 5.3 Hasil analisis pada langkah iterasi III 76 Tabel 5.4 Hasil analisis pada langkah iterasi IV 77 Tabel 5.5 Hasil analisis pada langkah iterasi V 78 Tabel 5.6 Hasil analisis pada langkah iterasi VI 79
xiii DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Gambar Metal Annulus Seal 84 Lampiran 2. Gambar Unitized Wellhead Body 85 Lampiran 3. Gambar Mandrel Casing Hanger 86 Lampiran 4. Millcert Metal Annulus Seal (Part Number:
BB5852051R2) 87
Lampiran 5. Millcert Unitized Wellhead Body (Part Number:
BBW85201D1332W) 93
Lampiran 6. Millcert Mandrel Casing Hanger (Part Number:
xiv DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN
ζ = tegangan normal (N/m2)
F = gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan (N) A = luas bidang (m2)
ζ r = tegangan normal yang bekerja pada bidang koordinat radial ζ z = tegangan normal yang bekerja pada bidang koordinat axial ζ θ = tegangan normal yang bekerja pada bidang koordinat melingkar Ε = regangan
δ = pertambahan panjang total (m) L = panjang mula-mula (m)
εt = regangan termal
α = koefisien ekspansi termal (/°C) ΔT = kenaikan suhu (°C) f = tegangan termal E = modulus elastisitas f = tegangan termal E = modulus elastisitas Et = modulus tangen PK = Presentase Kesalahan
Ts = Nilai tegangan yang didapat dari hasil simulasi (analisis nonlinear static study II)
Tm = Nilai tegangan yang didapatkan dari penjumlahan nilai tegangan hasil analisis nonlinear static study I dengan perhitungan manual tegangan termal akibat kenaikan suhu dari 25 °Cmenjadi 176.7 °C
