BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Perpipaan
Pipa digunakan untuk mengalirkan fluida (zat cair atau gas) dari satu atau
beberapa titik ke satu titik atau beberapa titik lainnya. Sistem perpipaan (piping
sistem) terdiri dari gabungan pipa-pipa yang memiliki panjang total relatif pendek
dan digunakan untuk mengalirkan fluida dari suatu peralatan ke peralatan lainnya
yang beroperasi pada suatu plant. Sistem perpipaan dilengkapi dengan
komponen-komponen seperti katup, flens, belokan, percabangan, nozzle, reducer, tumpuan,
isolasi, dan lain-lain.
Dalam dunia industri, biasa dikenal beberapa istilah mengenai sistem perpipaan
seperti piping dan pipeline. Piping adalah sistem perpipaan di suatu plant, sebagai
fasilitas untuk mengantarkan fluida (cairan atau gas) antara satu komponen ke
komponen lainnya untuk melewati proses-proses tertentu. Piping ini tidak akan
keluar dari satu wilayah plant.Sedangkan Pipeline adalah sistem perpipaan untuk
mengantarkan fluida antara satu plant ke plant lainnya yang biasanya melewati
beberapa daerah.Ukuran panjang pipa biasanya memiliki panjang lebih dari 1 km
bergantung jarak antar plant.
Sistem perpipaan dapat ditemukan hampir pada semua jenis industri, dari
sistem pipa tunggal yang sederhana sampai sistem pipa bercabang yang sangat
kompleks. Contoh sistem perpipaan adalah, sistem distribusi air minum pada gedung
penyimpan, sistem distribusi udara pendingin pada suatu gedung, sistem distribusi
uap pada proses pengeringan dan lain sebagainya.
Sistem perpipaan meliputi semua komponen dari lokasi awal sampai dengan
lokasi tujuan antara lain, saringan (strainer), katup atau kran, sambungan, nosel dan
sebagainya. Untuk sistem perpipaan yang fluidanya liquid, umumnya dari lokasi
awal fluida, dipasang saringan untuk menyaring kotoran agar tidak menyumbat aliran
fuida. Saringan dilengkapi dengan katup searah ( foot valve) yang fungsinya
mencegah aliran kembali ke lokasi awal atau tandon. Sedangkan sambungan dapat
berupa sambungan penampang tetap, sambungan penampang berubah, belokan
(elbow) atau sambungan bentuk T (Tee).
2.2 Teori Tegangan
Pengetahuan mengenai sifat-sifat mekanik material sangat penting.Melalui
pengetahuan ini dapat diperkirakan tegangan-tegangan yang terjadi pada sistem
perpipaan.Dalam kode ditetapkan aturan-aturan agar pada sistem perpipaan tidak
terjadi tegangan yang berlebih sehingga dapat terhindar dari kegagalan.Secara umum
teori tegangan pada sistem perpipaan merupakan pengembangan dari teori tegangan
dalam mekanika.Oleh sebab itu, dapat digunakan dalam perhitungan dan analisis
tegangan pada sistem perpipaan.
2.2.1. Tegangan Satu Arah (Uniaxial)
Tegangan uniaxial adalah tegangan yang bekerja pada suatu benda dimana
merupakan tegangan tarik untuk keadaan normal ( tanpa terbentuk sudut ). Untuk
tegangan yang terdapat pada benda dengan sudut tertentu,maka akan dihasilkan
tagangan geser dan tegangan tarik dalam arah 𝜃𝜃.Keadaan tegangan ini pada aplikasi
suatu batang lurus berpenampang A dengan gaya dan arah yang ditunjukkan seperti
gambar 2.1. Dianggap bahwa tegangan terbagi rata diseluruh penampang yang tegak
lurus dengan luasan pada benda, dimana gaya yang bekerja terdapat pada koordinat
sumbu x.
Gambar 2.1 Distribusi Tegangan Uniaxial
Akibat dari gaya-gaya yang bekerja pada benda, maka akan terbentuk sudut
potong pada benda sebesar 𝜃𝜃. Dimana dengan sudut tersebut akan diproyeksikan
nilai tegangan – tegangan yang terjadi pada benda tersebut seperti tegangan geser
dan tarik dalam arah 𝜃𝜃. Kesetimbangan gaya dan tegangan dapat dilihat pada gambar
2.2.
Gambar 2.2 Distribusi Tegangan Uniaxial
Persamaan untuk distribusi tegangan pada gambar 2.2 dapat dilihat pada
persamaan dibawah ini.
A
F F
𝜎𝜎=𝐹𝐹
𝐴𝐴
F 𝜃𝜃
𝜎𝜎=𝐹𝐹
dimana:
σ
= tegangan (N/𝑚𝑚2)P = gaya (N)
A = luas penampang (𝑚𝑚2)
Gambar 2.3 distribusi tegangan pada penampang sederhana
Gambar 2.4 Distribusi Tegangan Uniaxial terhadap sudut 𝜃𝜃
Pada gambar 2.3 terlihat beberapa tegangan yang terdapat pada benda yang
membentuk sudut 𝜃𝜃. Dengan menuliskan bentuk persamaan dari gambar tersebut
kedalam kesetimbangan gaya maka akan diperoleh nilai tegangan tarik dan tegangan
geser.
Untuk persamaan tegangan tarik pada gambar 2.3 diperoleh dengan
menjumlahkan tegangan pada garis sumbu yang sama, dimana tegangan terhadap
sudut 𝜃𝜃 bekerja pada arah yang samadengan tegangan 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 , dengan menggunakan kesetimbangan gaya akan diperoleh persamaan 2.1.
𝜃𝜃
𝜎𝜎𝑥𝑥
𝜎𝜎𝑥𝑥
𝜃𝜃
𝜃𝜃
𝐴𝐴𝜃𝜃
𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 -𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 = 0 (2.1)
Untuk menentukan nilai 𝐴𝐴𝑥𝑥 dapat diubah ke dalam bentuk A𝜃𝜃 dengan menggunakan persamaan 2.2 :
(𝐴𝐴 − 𝐵𝐵) =𝐴𝐴𝑥𝑥 = 𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
(𝐴𝐴 − 𝐶𝐶) =𝐴𝐴𝑦𝑦 = 𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 (2.2)
Dengan demikian nilai 𝐴𝐴𝑥𝑥 pada persamaan 2.2, dapat disubstitusikan kedalam persamaan 2.1 sehingga akan diperoleh persamaan tegangan tarik 𝜎𝜎𝜃𝜃yang bekerja terhadap sumbu 𝜃𝜃,dapat dilihat pada persamaan 2.3:
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃-𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃= 0
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥(𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃)𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃 (2.3)
Pada saat kondisi 𝜃𝜃 = 0 , maka persamaan 2.3 akan berubah menjadi
persamaan 2.4 :
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥(12)
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥 (2.4)
𝐴𝐴𝑦𝑦
𝜃𝜃 𝐴𝐴𝜃𝜃
𝐴𝐴𝑥𝑥
𝐴𝐴 𝐵𝐵
Untuk persamaan tegangan geser pada gambar 2.3 diperoleh dengan
menjumlahkan semua tegangan pada garis sumbu yang sama, dimana tegangan geser
terhadap sudut 𝜃𝜃 bekerja pada arah yang sama dengan tegangan 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃, dengan menggunakan kesetimbangan gaya akan diperoleh persamaan 2.5 :
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃= 0
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝜏𝜏𝜃𝜃 =𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 (2.5)
Melalui persamaan trigonometri diketahui bahwa :
𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃 = 2𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃= 1
2 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃
Dengan merubah persamaan trigonometri diatas kedalam persamaan
trigonometri pada persamaan tegangan geser maka akan dihasilkan persamaan akhir
untuk tegangan geser, yaitu pada persamaan 2.6 :
𝜏𝜏𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝜏𝜏𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥12𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃 (2.6)
Pada saat kondisi 𝜃𝜃 = 0 dan 𝜃𝜃 = 45𝑐𝑐 , akan diperoleh tegangan geser:
𝜃𝜃 = 0 𝜃𝜃 = 45𝑐𝑐
𝜏𝜏𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥12𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2(0) 𝜏𝜏𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥12𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2(45°)
Tegangan tarik maksimum adalah nilai tegangan pada batas tertinggi yang
dapat diterima oleh benda yang mengalami gaya tarik pada luasan .Tegangan tarik
maksimum merupakan batas pada benda untuk berubah bentuk ketika diberikan
pembebanan secara terus menerus sehingga melewati batas nilai tegangan
maksimum.Nilai dari tegangan ini dapat dihitung melalui perhitungan secara
matimatik pada lingkaran mohr pada gambar 2.4.
Syarat untuk memperoleh tegangan tarik maksimum adalah :
Syarat 𝜕𝜕𝜎𝜎𝜃𝜃 𝜕𝜕𝜃𝜃 = 0
𝑑𝑑(𝜎𝜎𝑥𝑥 2 +
𝜎𝜎𝑥𝑥
2 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃)
𝑑𝑑𝜃𝜃 = 0
0 + −2 �𝜎𝜎𝑥𝑥
2 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃� = 0
−2�𝜎𝜎𝑥𝑥
2 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃� = 0
𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃 = 0 −𝜎𝜎𝑥𝑥 = 0 2𝜃𝜃= 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠−10
𝜃𝜃 = 1 2 (𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠
−10)
𝜃𝜃 = 0, 90, 180
𝜃𝜃 = 0,𝜋𝜋 2,𝜋𝜋
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎2𝑥𝑥 + 𝜎𝜎2𝑥𝑥 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎2𝑥𝑥+ 𝜎𝜎2𝑥𝑥 (1) = 𝜎𝜎𝑥𝑥
𝜎𝜎𝜃𝜃𝑚𝑚𝜃𝜃𝑥𝑥 = 𝜎𝜎𝑥𝑥 ( 2.7)
Tegangan geser maksimum adalah tegangan yang paling besar diterima benda
ketika diberikan gaya F pada arah 𝜃𝜃. Dengan demikian tegangan geser maksimum
merupakan batas dari tegangan yang dapat diterima oleh benda yang jika diberikan
gaya yang lebih besar maka akan terjadi perubahan bentuk pada benda.
Syarat untuk terjadinya tegangan geser maksimum adalah :
𝜕𝜕𝜏𝜏𝜃𝜃
Sehingga dengan memasukkan besaran sudut yang menghasilkan tegangan
geser maksimum akan diperoleh nilai maksimum dari tegangan geser yaitu pada
2.2.1.1 Lingkaran Mohruntuk Tegangan Uniaxial
Persamaan lingkaran mohr untuk tegangan uniaxial diperoleh dengan
menjumlahkan kuadrat dari tiap –tiap tegangan geser dan tegangan tarik pada arah 𝜃𝜃
yang merupakan bentuk dari persamaan dasar lingkaran. Persamaan yang dibentuk
akan menjadi persamaan lingkaran mohr untuk tegangan uniaxial, merupakan bentuk
perwakilan dari besaran besaran nilai tegangan kedalam bentuk gambar.
Penyederhanaan persamaan untuk lingkaran mohr dapat dilakukan dengan
menggunakan persamaan trigonometri dalam aturan kosinus sebagai berikut.
cos 2𝜃𝜃 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃 − 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃
Cos 2𝜃𝜃 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃 −(1− 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃)
cos 2𝜃𝜃 = 2𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃 − 1
2cos 2𝜃𝜃 = 1 +𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
cos2𝜃𝜃= 1 2 +
1
2 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
Persamaan untuk tegangan tarik pada arah 𝜃𝜃 dengan menggunakan
penyederhanaan aturan kosinus.
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥 ( 1
2 + 1
2 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃)
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎2𝑥𝑥 +𝜎𝜎2𝑥𝑥 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
Persamaan untuk tegangan geser pada permukaan 𝜃𝜃 yaitu :
Pada penjumlahan eliminasi yang sama sehingga akan menghasilkan persamaan
lingkaran mohr sebagai berikut:
(𝜎𝜎𝜃𝜃 −𝜎𝜎𝑥𝑥
Dengan demikian persamaan lingkaran mohr diperoleh pada persamaan 2.12:
(𝜎𝜎𝜃𝜃 −𝜎𝜎𝑥𝑥 2)
2 +𝜏𝜏
𝜃𝜃2 = = (𝜎𝜎2𝑥𝑥) 2 ( 2.12 )
Gambar 2.5 Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Uniaxial
Gambar 2.5 pada lingkaran mohr merupakan bentuk perhitungan tegangan
secarah menyeluruh, dimana dengan gambar tersebut akan dapat lebih mudah untuk
menentukan tegangan maksimum dan minimum yang dialami oleh benda yang dapat
dilihat melalui ilustrasi gambar. Pada lingkaran mohr untuk tegangan uniaxial dapat
dilihat bahwa nilai dari tegangan minimum adalah nol untuk tegangan tarik.
A O
𝜏𝜏
𝜎𝜎
B
𝐵𝐵′ M
𝜎𝜎𝑥𝑥 2
𝜎𝜎𝜃𝜃−𝜎𝜎2𝑥𝑥
𝜎𝜎𝑥𝑥 2
2𝜃𝜃 𝜏𝜏𝜃𝜃
𝜎𝜎𝑚𝑚𝜃𝜃𝑥𝑥 𝜎𝜎𝜃𝜃
x y
n
𝜃𝜃 𝜃𝜃
2.2.2. Tegangan Dua Arah (Biaxial)
Tegangan biaxial adalah tegangan yang bekerja pada suatu benda dimana
gaya yang berkerja terjadidalam dua arah. Tegangan dalam dua arah meliputi
tegangan terhadap sumbu x dan terhadap sumbu y.Tegangan yang dialami oleh
benda merupakan tegangan tarik untuk keadaan normal ( tanpa terbentuk sudut ).
Untuk tegangan yang terdapat pada benda dengan sudut tertentu,maka akan
dihasilkan tagangan geser dan tegangan tarik dalam arah 𝜃𝜃. sehingga dengan
menggunakan kesetimbangan energi akan diperoleh persamaan persamaan untuk
tegangan geser dan tegangan tarik. Pada tegangan biaxial terdapat tiga tegangan yang
bekerja pada tiap garis yang sama yaitu tegangan pada sudut 𝜃𝜃, tegangan pada luasan
sumbu y dan tegangan pada sumbu x yang diproyeksikan terhadap satu garis yang
sama.
Gambar.2.6 tegangan biaksial
Dari gambar 2.6 akan diperoleh persamaan untuk tegangan tarik dan geser
dengan menggunakan kesetimbangan gaya pada satu sumbu garis yang sama.Untuk
persamaan tegangan tarik pada gambar 2.5 diperoleh dengan menjumlahkan
tegangan pada garis sumbu yang sama, dimana tegangan terhadap sudut 𝜃𝜃 bekerja
pada arah yang samadengan tegangan 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 dan 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 pada dua luasan yang berbeda dengan menggunakan kesetimbangan gaya akan diperoleh persamaan 2.13.
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃−𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥cos θ −𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴𝑦𝑦 sin θ =0
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥cos θ + 𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴𝑦𝑦 sin θ
𝜎𝜎𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥(𝐴𝐴𝜃𝜃 cos θ) cos θ + 𝜎𝜎𝑦𝑦(𝐴𝐴𝜃𝜃 sin θ) sin θ
𝜎𝜎𝜃𝜃= 𝜎𝜎𝑥𝑥 cos2θ + 𝜎𝜎𝑦𝑦 sin2
𝜎𝜎𝜃𝜃= 1
2 (𝜎𝜎𝑥𝑥 + 𝜎𝜎𝑦𝑦) + 1
2 (𝜎𝜎𝑥𝑥− 𝜎𝜎𝑦𝑦) cos 2θ ( 2.13 ) θ
Jadi persamaan untuk menentukan tegangan maksimal pada tegangan dua arah
adalah :
𝝈𝝈𝜽𝜽= 𝟏𝟏𝟐𝟐 (𝝈𝝈𝒙𝒙 + 𝝈𝝈𝒚𝒚) + 𝟏𝟏𝟐𝟐 (𝝈𝝈𝒙𝒙− 𝝈𝝈𝒚𝒚) cos 2θ (2.14)
Untuk persamaan tegangan geser pada gambar 2.5 diperoleh dengan
menjumlahkan semua tegangan pada garis sumbu yang sama, dimana tegangan geser
terhadap sudut 𝜃𝜃 bekerja pada arah yang sama dengan tegangan 𝜎𝜎𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 dan
𝜎𝜎𝑦𝑦 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃pada dua gaya yang bekerja pada permukaan 𝜃𝜃 dengan menggunakan
𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 − 𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴𝑦𝑦 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 = 0
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 =𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴𝑦𝑦 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 =𝜎𝜎𝑥𝑥(𝐴𝐴𝜃𝜃 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃)𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑦𝑦(𝐴𝐴𝜃𝜃 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝜏𝜏𝜃𝜃 = 𝜎𝜎𝑥𝑥 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑦𝑦𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃
𝝉𝝉𝜽𝜽= 𝟏𝟏𝟐𝟐 (𝝈𝝈𝒙𝒙− 𝝈𝝈𝒚𝒚)sin2θ (2.15)
Tegangan tarik maksimum adalah nilai tegangan pada batas tertinggi yang
dapat diterima oleh benda yang mengalami gaya tarik pada luasan .Tegangan tarik
maksimum merupakan batas pada benda untuk berubah bentuk ketika diberikan
pembebanan secara terus menerus sehingga melewati batas nilai tegangan
maksimum.Nilai dari tegangan ini dapat dihitung melalui perhitungan secara
matimatik pada lingkaran mohr pada gambar 2.6 diatas.
Syarat untuk mendapatkan tegangan tarik maksimum adalah :
𝜕𝜕𝜎𝜎𝜃𝜃
𝜕𝜕𝜃𝜃 = 0
𝜕𝜕[�σx+ σy 2 �+ �
σx−σy
2 � cos2θ
𝜕𝜕𝜃𝜃 = 0
0 + −2�σx− σy
2 � sin2θ= 0
− (σx − σy) sin2θ= 0
sin2θ= 0
Tegangan tarik maksimum diperoleh dengan mensubsitusikan nilai sudut yang
mengakibatkan terbentuknya tegangan tarik maksimum untuk tegangan biaxial.
σθ= (σx+ 2σy) + (σx−σy2 ) cos 2θ
Tegangan geser maksimum adalah tegangan yang paling besar diterima benda
ketika diberikan gaya F pada arah 𝜃𝜃. Dengan demikian tegangan geser maksimum
merupakan batas dari tegangan yang dapat diterima oleh benda yang jika diberikan
gaya yang lebih besar maka akan terjadi perubahan bentuk pada benda.
Syarat untuk terjadinya tegangan geser maksimum adalah :
Dengan demikian akan diperoleh nilai dari tegangan geser maksimum dengan
memasukkan besaran dari nilai sudut yang menghasilkan tegangan maksimum.
Sehingga akan diperoleh tegangan geser maksimum untuk biaxial ditunjukkan pada
persamaan 2.17 :
τθ= �σx−σy2 �sin2 (𝜋𝜋4)
τθ= �σx−σy2 �sin 2 (45o)
τmax= � σx−σy
2 � ( 2.17)
2.2.2.1Lingkaran Mohr untuk Tegangan Biaxial
Persamaan lingkaran mohr untuk tegangan biaxial diperoleh dengan
menjumlahkan kuadrat dari tiap –tiap tegangan geser dan tegangan tarik pada arah 𝜃𝜃
yang merupakan bentuk dari persamaan dasar lingkaran. Persamaan yang dibentuk
akan menjadi persamaan lingkaran mohr untuk tegangan biaxial, merupakan bentuk
perwakilan dari besaran besaran nilai tegangan kedalam bentuk gambar.
σθ= (σx+ 2σy) + (σx−σy2 ) cos 2θ
σθ−(σx+ 2σy) = (σx−σy2 ) cos 2θ
Sehingga dengan menjumlahkan kuadrat dari tiap persamaan tegangan akan
terbentuk persamaan lingkaran dasar dalam bentuk tegangan umum yang dapat
menentukan nilai maksimum dan nilai minimum tegangan geser dan tegangan tarik.
[σθ− (σx+ σy
Gambar 2.7 Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Biaxial
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃
Gambar 2.7 pada lingkaran mohr merupakan bentuk perhitungan tegangan
secarah menyeluruh, dimana dengan gambar tersebut akan dapat lebih mudah untuk
menentukan tegangan maksimum dan minimum yang dialami oleh benda yang dapat
dilihat melalui ilustrasi gambar. Pada lingkaran mohr untuk tegangan uniaxial dapat
dilihat bahwa nilai dari tegangan minimum adalah nol untuk tegangan tarik.
2.2.3 Tegangan Utama (Principal Stress)
Tegangan maksimum atau minimum pada suatu batang dapat digambarkan
pada sebuah elemen yang mendapat beban. Dimana penjabaran tegangan yang terjadi
dapat diuraikan, sehingga nantinya mendapatkan persamaan minimum dan
maksimum untuk mencari nilai suatu tegangan. Titik centroid pada benda akan
menjabarkan tegangan-tegangan yang terjadi, sehingga untuk mendapatkan
persamaan akan lebih mudah.
Gambar.2.8 tegangan utama
Tegangan tarik utama adalah tegangan yang dibentuk dari gaya tarik utama
pada tiap – tiap sumbu yaitu tegangan tarik pada sumbu x dan tegangan tarik
terhadap sumbu y, dimana persamaan untuk tegangan tarik utama diperoleh dengan
menjumlahkan tiap tegangan pada satu sumbu yang sama dan segaris. Tegangan tarik
pada luasan θ terletak pada satu garis dengan tegangan 𝜎𝜎𝑥𝑥cos θ dan σysin θ. Dengan
penjumlahan secara vektor maka akan diperoleh persamaan untuk tegangan tarik
utama yang terlihat pada persamaan 2.18 berikut :
σθAθ = σx Axcos θ + σy Ay sin θ- 2 τ σθAθ= σ
xy Aθcos θ sin θ
x (Aθcos θ) cos θ+ σy (Aθsin θ)sin θ - 2 τ σθ = σ
xy Aθcos θ sin θ x cos2θ+ σy sin2θ- 2 τxy
𝛔𝛔𝛉𝛉 = (𝛔𝛔𝐱𝐱+ 𝟐𝟐𝛔𝛔𝐲𝐲)+(𝛔𝛔𝐱𝐱−𝟐𝟐𝛔𝛔𝐲𝐲) cos 2θ - 2 τ
cos θ sin θ
xy sin 2θ ( 2.18)
Tegangan geser utama adalah tegangan yang dibentuk dari gaya geser utama
pada tiap – tiap sumbu yaitu tegangan geser pada sumbu x dan tegangan geser
terhadap sumbu y, dimana persamaan untuk tegangan geser utama diperoleh dengan
menjumlahkan tiap tegangan pada satu sumbu yang sama dan segaris. Tegangan
geser θ yang terletak pada satu garis dengan tegangan 𝜎𝜎𝑥𝑥sin θ dan σycos θ. Dengan
penjumlahan secara vektor maka akan diperoleh persamaan untuk tegangan geser
utama yang terlihat pada persamaan 2.19(Lit.Timosenko hal 75).
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 +𝜎𝜎𝑦𝑦𝐴𝐴𝑦𝑦𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦𝐴𝐴𝑦𝑦𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑥𝑥𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 − 𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦𝐴𝐴𝑥𝑥𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 = 0
𝜏𝜏𝜃𝜃𝐴𝐴𝜃𝜃 =𝜎𝜎𝑥𝑥(𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃)𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃 − 𝜎𝜎𝑦𝑦(𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝜃𝜃)𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦(𝐴𝐴𝜃𝜃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃)𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜃𝜃 −
Tegangan tarik maksimum adalah nilai tegangan pada batas tertinggi yang
mampu diterima oleh beban. Tegangan tarik maksimum merupakan batas yang
diizinkan dalam pemberian gaya berupa pembebanan. Tagangan tarik maksimum
pada tegangan utama memiliki syarat dalam penentuan nilai sudut yang dibentuk.
Syarat untuk memperoleh tegangan tarik utama maksimum adalah :
𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃
Sehingga Tegangan Tarik Utama Maximum adalah :
𝜎𝜎𝑚𝑚𝜃𝜃𝑥𝑥 = �𝜎𝜎𝑥𝑥
Tegangan geser utama maksimumadalah batas nilai tegangan tertinggi yang
mampu diterima oleh benda pada pembentukan sudut tertentu, dimana nilai sudut
yang dibentuk dapat ditentukan dengan menentukan titik maksimum dari tegangan
geser utama.Syarat untuk menentukan tegangan geser utama maksimum
mempengaruhi besarnya pembebana yang mampu diterima oleh benda.
Syarat untuk memperoleh tegangan geser utama maksimum adalah :
𝜕𝜕𝜏𝜏𝜃𝜃
𝜕𝜕𝜃𝜃 = 0
𝜕𝜕 ��𝜎𝜎𝑥𝑥−𝜎𝜎𝑦𝑦
𝜕𝜕 �𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝜎𝜎2 𝑦𝑦� 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦(−2𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃) = 0
Sehingga Tegangan Geser Maximum Utama adalah :
𝜏𝜏𝑚𝑚𝜃𝜃𝑥𝑥 = �𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝜎𝜎2 𝑦𝑦� 𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠2𝜃𝜃+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐2𝜃𝜃
2.2.3.1. LingkaranMohr Tegangan Utama
Lingkaran mohr untuk tegangan utama dibentuk dari persamaan dasar dari
geser utama.Persamaan yang diperoleh merupakan dasar untuk membentuk
lingkaran.Tegangan maksimum dan minimum dapat dihitung melalui perhitungan
untuk titik terjauh pada lingkaran sepanjang sumbu x dan tegangan tarik utama
minimum dapat dihitung melalui penentuan titik terdekat pada sumbu x. Persamaan –
persamaan tersebut dapat dilihat pada lingkaran mohr pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Lingkaran Mohr Untuk Tegangan Utama
Dengan demikian nilai – nilai tegangan yang dapat diperhitungkan pada
pembebana yang diberikan dapat dilihat berdasarkan gambar yang dilukis
pembentuk.Diagram mohr merupakan bentuk dari semua tegangan yang
mempengaruhi benda yang dapat dilihat melalui gambar.
2.3. Sistem Penumpu
Pipe support adalah salah satu bagian yang penting dalam sistem perpipaan
atau di suatu plant.Sistem penumpu berfungsi untuk menahan dan mengkondisikan
suatu sistem perpipaan sehingga aman sampai waktu yang telah ditentukan, bahkan
diharapkan berfungsi selama pipa masih digunakan.
2.3.1. Momen Lentur (Bending Momen)
Jadi momen lentur merupakan kebalikan (arah) dari tahanan momen dengan
besaran yang sama. Momen lentur juga dinotasikan dengan M. Momen lentur lebih
lazim digunakan daripada tahanan momen dalam perhitungan karena momen ini
dapat dinyatakan secara langsung dari beban atau gaya-gaya eksternalnya.
2.3.2. Gaya geser
Gaya geser adalah berlawanan arah dengan tahanan geser tetapi besarnya
sama. Biasanya dinyatakan dengan V. Dalam perhitungan, gaya geser lebih sering
digunakan daripada tahanan geser.
2.3.3. Gaya dan Momen pada tumpuan
menentukan besarnya tegangan-tegangan ini pada suatu bagian atau titik
tersebut.Untuk menentukan besarnya resultan pada tumpuan dapat menggunakan
persamaan-persamaan kesetimbangan.
Berikut ini adalah contoh analisa 1 dimensi arah x untuk menentukan arah
gaya dan momen pada sebuah pipa yang ditumpu.
RAx
RAy RBy
Gambar 2.10 Free Body Diagram kesetimbangan gaya dan momen
Dari diagram benda bebas diatas akan didapatgaya–gaya reaksi yang bekerja
pada tiap tumpuan yangterlihat pada persamaan dari gambar 2.10 :
∑𝑀𝑀𝐴𝐴 = 0
𝑃𝑃𝜃𝜃 − 𝑅𝑅𝐵𝐵𝑦𝑦(𝐿𝐿) = 0
A B
L
a b
𝑅𝑅𝐵𝐵𝑦𝑦
=
𝑃𝑃𝜃𝜃𝐿𝐿∑𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 + 𝑅𝑅𝐵𝐵𝑦𝑦− 𝑃𝑃 = 0
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 =𝑃𝑃 − 𝑅𝑅𝐵𝐵𝑦𝑦
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 =𝑃𝑃 −
𝑃𝑃𝜃𝜃
𝐿𝐿
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦
=
𝑃𝑃𝑏𝑏
𝐿𝐿
Persamaan momen untuk batasan0 ≤ 𝑥𝑥 ≤ 𝜃𝜃
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑥𝑥
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦
∑𝑀𝑀 = 0
𝑀𝑀𝑥𝑥 − 𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦(𝑥𝑥) = 0
𝑀𝑀𝑥𝑥 = 𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦(𝑥𝑥)
𝑀𝑀𝑥𝑥 = 𝑃𝑃𝑏𝑏𝐿𝐿 (𝑥𝑥)
Untuk nilai x = 0
𝑀𝑀0 = 0
Untuk nilai x = a
v
Mx
𝑀𝑀𝜃𝜃 = 𝑃𝑃𝑏𝑏𝐿𝐿𝜃𝜃
Dan untuk persamaan gaya geser diperoleh :
∑𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 − 𝑉𝑉𝑥𝑥 = 0
𝑉𝑉𝑥𝑥 =𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦
𝑉𝑉𝑥𝑥 =𝑃𝑃𝑏𝑏𝐿𝐿
Untuk nilai x = 0
𝑉𝑉0 =
𝑃𝑃𝑏𝑏
𝐿𝐿
Untuk nilai x = a
𝑉𝑉𝜃𝜃 = 𝑃𝑃𝐿𝐿𝑏𝑏
Sedangkan persamaan momen untuk batasan 𝜃𝜃 ≤ 𝑥𝑥 ≤ 𝐿𝐿
x
M
a v
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑋𝑋
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑋𝑋
Nx P
∑𝑀𝑀𝐴𝐴 = 0
𝑀𝑀𝑥𝑥 +𝑃𝑃(𝑥𝑥 − 𝜃𝜃)− 𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦(𝑥𝑥) = 0
𝑀𝑀𝑥𝑥 = 𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦(𝑥𝑥)− 𝑃𝑃(𝑥𝑥 − 𝜃𝜃)
𝑀𝑀𝑥𝑥 =
𝑃𝑃𝑏𝑏
𝐿𝐿
(𝑥𝑥)− 𝑃𝑃(𝑥𝑥 − 𝜃𝜃)Untuk nilai x = a
𝑀𝑀𝜃𝜃 =𝑃𝑃𝑏𝑏𝐿𝐿𝜃𝜃
Untuk nilai x = l
𝑀𝑀𝑙𝑙 = 0
Dan untuk persamaan gaya geser diperoleh :
∑𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 − 𝑃𝑃 − 𝑉𝑉𝑥𝑥 = 0
𝑉𝑉𝑥𝑥 =𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 − 𝑃𝑃
𝑉𝑉𝑥𝑥 =
𝑃𝑃𝑏𝑏
𝐿𝐿
− 𝑃𝑃𝑉𝑉𝑥𝑥 = −
𝑃𝑃𝜃𝜃
𝐿𝐿
Untuk nilai x = a
Untuk nilai x = l
𝑉𝑉𝑙𝑙 =
𝑃𝑃𝑏𝑏
𝐿𝐿 − 𝑃𝑃
𝑉𝑉𝑙𝑙 =−
𝑃𝑃𝜃𝜃
𝐿𝐿
Dari hasil penurunan persamaan diatas untuk momen dan gaya geser akan
didapat bentuk diagram untuk masing-masing persamaan momen dan gaya geser
dimana gambar yang dihasilkan berdasarkan bentuk dari diagram benda bebas pada
gambar 2.11 :
Gambar 2.11 Diagram gaya geser dan momen lentur
A B
L
a b
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑥𝑥
𝑅𝑅𝐴𝐴𝑦𝑦 𝑅𝑅𝐵𝐵𝑦𝑦
P
𝑃𝑃𝑏𝑏
𝐿𝐿 𝑃𝑃𝜃𝜃
𝐿𝐿
−
+
2.4 Klasifikasi Tegangan
Tegangan yang tejadi dalam sistem perpipaan dapat dikelompokkan ke dalam
dua kategori, yakni Tegangan Normal (Normal Stress) dan Tegangan Geser (Shear
Stress). Tegangan normal terdiri dari tiga komponen tegangan, yang masing-masing
adalah:
1. Tegangan Longitudinal (Longitudinal Stress), yaitu tegangan yang searah
panjang pipa.
2. Tegangan Tangensial atau Tegangan Keliling (Circumferential Stressatau
Hoop Stress), yaitu tegangan yang searah garis singgung penampang pipa.
3. Tegangan Radial (Radial Stress), yaitu tegangan searah jari-jari penampang
pipa.
Tegangan Geser terdiri dari dua komponen tegangan, yang masing-masing adalah:
1. Tegangan Geser (Shear Stress), yaitu tegangan akibat adanya gaya yang
berimpit atau terletak pada luas permukaan pipa.
2. Tegangan Puntir atau Tegangan Torsi (Torsional Stress), yaitu tegangan yang
terjadi akibat momen puntir pada pipa.
2.4.1 Tegangan Longitudinal ( Longitudinal Stress)
Tegangan Longitudinal merupakan jumlah dari Tegangan Aksial (Axial
Stress), Tegangan Lentur (Bending Stress) dan Tegangan Tekanan Dalam (Internal
2.4.1.1 Tegangan Aksial
Tegangan aksial adalah tegangan yang ditimbulkan oleh gayaF
axyang
bekerjasearah dengan sumbu pipa, dan dapat diperlihatkan seperti gambar 2.12:
Gambar 2.12Tegangan Aksial
σ
Dimana :
ax = 𝐹𝐹𝜃𝜃𝑥𝑥
𝐴𝐴𝑚𝑚
(2.20)
σ
axAm = luas penampang pipa =tegangan aksial
= 𝜋𝜋 4(do
2
– di2
do = diameter luar
)
di = diameter dalam
Fax = gaya normal (N)
2.4.1.2Tegangan Lentur (Bending Stress)
Tegangan yang ditimbulkan oleh momen M yang bekerja diujung-ujung
lentur maksimum terletak pada permukaan pipa dan nol pada sumbu pipa, dapat
ditunjukkan pada gambar 2.13:
Gambar 2.13.Bending Momen
𝜎𝜎
𝑏𝑏=
𝑀𝑀𝐼𝐼𝑥𝑥𝑐𝑐 (2.21)Tegangan maksimum terjadi pada dinding terluar dari pipa
𝜎𝜎
𝑏𝑏𝑚𝑚𝜃𝜃𝑥𝑥=
𝑀𝑀𝑥𝑥𝐼𝐼𝑅𝑅𝑐𝑐=
𝑀𝑀𝑍𝑍(2.22)
Dimana :
M = momen bending
c = jari-jari terluar pipa
I = Momen inersia penampang
I = 𝜋𝜋 64( do
4 – di4
Z = section modulus
= 𝐼𝐼 𝑅𝑅𝑐𝑐
)
2.4.2 Tegangan Geser
bekerja sejajar terhadap permukaan pipa. Tegangan geser terjadi diakibatkan oleh
gaya yang bekerja sejajar dengan permukaan pipa dan karena adanya momen torsi
yang terdapat pada pipa, momen torsi ini dapat berupa dua gaya yang bekerja sejajar
dengan arah yang berlawanan (momen kopel).
2.4.2.1 Akibat gaya geser (V)
Tegangan geser akibat gaya geser (V) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan 2.23:
τ
Dimana :
max
=
𝑉𝑉
𝐴𝐴 (2.23)
V = Gaya Geser
A = Luas penampang
Tegangan ini mempunyai nilai minimum di sumbu netral (di sumbu simetri
pipa) dan bernilai nol pada titik dimana tegangan lendut maksimum( yaitu pada
permukaan luar dinding pipa). Karena hal ini dan juga karena besarnya tegangan ini
biasanya sangat kecil, maka tegangan ini dapat diabaikan.
2.4.2.2Akibat momen puntir
Tegangan geser akibat momen puntir (Mt) dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan 2.24(Lit. Hibeller, Hal 143) :
Dimana :
Mt = Momen Puntir
J = Momen Inersia Polar
Tegangan ini terjadi akibat adanya momen yang bekerja pada pipa yang
mengakibatkan adanya pergeseran sudut terhadap sumbu pipa, momen yang bekerja
dapat berupa momen ataupun gaya yang mengakibatkan terjadinya puntiran.
2.4.3 Tegangan Torsi
Suatu bentangan bahan dengan luas permukaan tetapdikenai suatu puntiran (
twisting ) pada setiap ujungnya danpuntiran ini disebut juga dengan torsional, dan
bentangan bendatersebut dikatakan sebagai poros ( shaft ).Distribusi tegangan
bervariasi dari nol pada pusat poros sampai dengan maksimum pada sisi luar poros,
seperti diilustrasikan pada gambar 2.14:
2.4.3.1Momen Inersia( Polar )
Untuk suatu batang bulat berlubang (pipa) dengan diameter luar Do dan
diameter dalam Di
Dimana :
, momen kutub inersia (polar momen of inertia) penampang
melintang luasnya, biasanya dinotasikan dengan J (Lit.Hibbeler, hal 72).
J = 𝜋𝜋
32 (D0
4 – Di4)
Momen kutub inersia untuk batang bulat tanpa lubang (batang pejal) dapat
diperoleh dengan memberi nilai Di = 0. Kuantitas dari J merupakan sifat matematis
dari geometri penampang yang melintang yang muncul dalam kajian tegangan pada
batang atau poros bulat yang dikenai torsi.
2.4.3.2Regangan geser
Suatu garis membujur a-b digambarkan pada permukaan poros tanpa
beban.Setelah suatu momen punter T dikenakan pada poros, garis a-b bergerak
menjadi a-b’ seperti ditunjukkan pada gambar berikut.Sudut γ, yang diukur dalam
radian, diantara posisi garis akhir dengan garis awal didefinisikan sebagai regangan
geser pada permukaan poros. Definisi yang sama berlaku untuk setiap titik pada
batang poros tersebut, dapat ditunjukkan pada gambar 2.15:
2.5 Persamaan Tegangan Pada Sistem Perpipaan
Persamaan tegangan pada sistem perpipaan merupakan persamaan yang dapat
diturunkan dari persamaan untuk tegangan 𝜎𝜎1,2 yang sesuai dengan aplikasi tersebut.
Pada dasarnya persamaan tegangan yang dihasilkan pada tiap kondisi yang berbeda
diperoleh dari persamaan untuk tegangan utama, yang membedakan persamaan
tegangan pada tiap-tiap kondisi itu adalah tegangan terhadap sumbu x dan tegangan
terhadap sumbu y. Pada kondisi bending tegangan terhadap sumbu x tidak berlaku
atau diabaikan dengan sudut pembentuk
𝜃𝜃
dengan nilai 90 derajat. Secara umumakan terlihat pada gambar 2.16.
Gambar 2.16 Sistem Perpipaan Sederhana
Maka akan berlaku persamaan Tegangan Utama dengan ketentuan dimana
pada gambar diatas menunjukkan bahwa, arah tegangan terhadap sumbu x adalah 0,
dan hanya ada tegangan yang bekerja terhadap sumbu y. Tegangan geser yang terjadi
pada gambar diatas adalah tegangan geser akibat gaya geser yang bekerja searah
dengan luas penampang pipa, secara umum dapat dilihat pada persamaan dibawah ini
𝜎𝜎1,2 = � 𝜎𝜎𝑥𝑥+𝜎𝜎𝑦𝑦
2 �±�� 𝜎𝜎𝑥𝑥−𝜎𝜎𝑦𝑦
2 � 2
+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦2
Dimana 𝜎𝜎𝑦𝑦 dan 𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦 pada kondisi lentur pada sistem penumpu akan berubah menjadi
persamaan yang sesuai dengan keadaan dari bentuk beam yang dalam hal ini
berbentuk pipa dimana tidak terjadi tegangan dalam arah sumbu x (𝜎𝜎𝑥𝑥=0).
𝜎𝜎𝑥𝑥 = 0( tidak ada tegangan terhadap sumbu x )
𝜎𝜎𝑦𝑦=𝑀𝑀𝐼𝐼𝑥𝑥 𝑐𝑐
𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦= 𝑉𝑉𝐴𝐴
Dimana :
M= momen bending
C= jari-jari terluar pipa
I= Momen inersia penampang
V= Gaya Geser
A= Luas penampang
Sehingga akan diperoleh persamaan untuk tegangan lentur pada sistem penumpu
yaitu :
𝜎𝜎1,2 =�
𝜎𝜎𝑥𝑥 +𝜎𝜎𝑦𝑦
2 �±��
𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝜎𝜎𝑦𝑦
2 �
2
𝜎𝜎1,2 =
𝜎𝜎𝑦𝑦 2 ±��
𝜎𝜎𝑦𝑦 2�
2
+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦2
𝜎𝜎1 =
𝜎𝜎𝑦𝑦 2 +��
𝜎𝜎𝑦𝑦 2�
2
+𝜏𝜏𝑥𝑥𝑦𝑦2
𝜎𝜎2 =
𝜎𝜎𝑦𝑦 2 − ��
𝜎𝜎𝑦𝑦 2�
2