Upload
phungdat
View
235
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Oleh : Ari Widiyanto
NRP : 4303.100.006
Dosen Pembimbing:
1.Prof. Dr. Ir. Paul Indiyono, M.Sc, Ph.D
2.Ir. Joswan J. Soedjono, M.Sc
Analisa Aliran Fluida Internal dan Vibrasi
pada Expansion Loop dengan Variasi
Jumlah Elbow
Latar Belakang
Dalam dunia industri khususnya industri
migas selalu membutuhkan sistem
perpipaan.
Sistem perpipaan rentan mengalami
pemuaian akibat perbedaan suhu fluida
internal dan eksternal.
1. Bagaimana pengaruh variasi jumlah elbow pada
expansion loop terhadap aliran di dalam pipa?
2. Bagaimana velocity yang terjadi pada tiap-tiap variasi
expansion loop akibat aliran fluida internal?
3. Bagaimana keamanan dari setiap expansion loop
karena adanya flow induced vibration?
1. Mengetahui pengaruh variasi jumlah elbow
pada expansion loop terhadap aliran di dalam
pipa.
2. Mengetahui velocity yang terjadi pada tiap-tiap
expansion loop akibat aliran fluida internal.
3. Mengetahui nilai keamanan setiap expansion
loop karena adanya flow induced vibration.
1. Memberikan informasi mengenai karakteristik
dari expansion loop 90° dengan jumlah 4 elbow, 5
elbow, 6 elbow.
2. Diharapkan dapat menjadi acuan dalam
pemilihan penggunaan expansion loop
khususnya dengan 4 elbow, 5 elbow, 6 elbow.
1. Piping system diasumsikan berada dalam keadaan steady state.
2. Fluida diasumsikan incompressible, viscous, dan uniform.
3. Dinding pipa bagian dalam dianggap halus.
4. Pengaruh eksternal pipa tidak diperhitungkan.
5. Karakteristik struktur yang ditinjau adalah frekuensi natural dan pressure yang dialami oleh expansion loop.
6. Vibrasi karena pengaruh velocity dan panjang bentangan, eksitasi lainnya tidak diperhitungkan.
7. Tegangan sisa yang dialami pipa tidak diperhitungkan.
8. Analisa hidrodinamika internal fluida untuk pola dan laju aliran.
9. Sudut kemiringan loop tidak diperhitungkan dalam analisa.
Mulai
Studi Literatur
Data
Desain Expansion Loop
Pemodelan dengan ANSYS
Analisa Kecepatan dan Pola Aliran
Input berupa Lajudan Pola Aliran
A
A
Perhitungan Vibrasi
Perhitungan Velocity manual
Validasi Hasil
Kesimpulan
Selesai
Analisa Vibrasi
PEMODELANData Desain Pipa
umur desain pipa 25 tahun
massa pipa 720.78
tekanan operasi 53.3 Mpa
suhu desain 560C
suhu tanah 190C (66.2 F ) - 320C (89.6 F)
Data material pipa
material grade API 5L X42
modulus young 200 Gpa
diameter luar pipa (5 variasi diameter luar)
6 in (152.4 mm)
8 in (203.2 mm)
10 in (254 mm)
12 in (304.8 mm)
16 in (406.4 mm)
Diameter dalam pipa
4.876 in (123.85 mm)
7 in (177.8 mm)
9.18 in (233.17 mm)
10.576 in (268.63 mm)
15.250 in (387.35 mm)
ketebalan pipa
0.562 in (14.275 mm)
0.5 in (12.7 mm)
0.41 in (10.414 mm)
0.712 in (18.085 mm)
0.375 in (9.525 mm)
Allowable stress 30250 psi (208 Mpa)
Menghitung Thermal Expansion:
ΔL= C x L x)Tf-Tg) x 12 in./ft.
Variasi desain expansion loop
1.) 4 elbow dengan suhu fluida 113 F (ΔL = 0.719 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 0.46 – 1.16 6 3
8 0.64 – 1.00 6 3
10 0.42 – 0.91 6 3
12 0.39 – 0.87 6 3
16 0.41 – 0.85 6 3
2.) 4 elbow dengan suhu fluida 149 F (ΔL = 1.27 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 1.16 – 1.87 8 4
8 1.00 – 1.64 8 4
10 0.91 – 1.44 8 4
12 0.87 – 1.34 8 4
16 0.85 – 1.32 8 4
3.) 4 elbow dengan suhu fluida 185 F (ΔL = 1.82 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 1.16 – 1.87 8 4
8 1.64 – 2.30 10 5
10 1.44 – 2.00 10 5
12 1.34 – 1.88 10 5
16 1.32 – 1.83 10 5
4.) 5 elbow dengan suhu fluida 113 F (ΔL = 0.719 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 0.46 – 1.16 6 3
8 0.64 – 1.00 6 3
10 0.42 – 0.91 6 3
12 0.39 – 0.87 6 3
16 0.41 – 0.85 6 3
5.) 5 elbow dengan suhu fluida 149 F (ΔL = 1.27 in)
Pipe Size (in) ∆L (in)Loop size (ft)
H W
6 1.16 – 1.87 8 4
8 1.00 – 1.64 8 4
10 0.91 – 1.44 8 4
12 0.87 – 1.34 8 4
16 0.85 – 1.32 8 4
6.) 5 elbow dengan suhu fluida 185 F (ΔL = 1.82 in)
Pipe Size (in) ∆L (in)Loop size (ft)
H W
6 1.16 – 1.87 8 4
8 1.64 – 2.30 10 5
10 1.44 – 2.00 10 5
12 1.34 – 1.88 10 5
16 1.32 – 1.83 10 5
7.) 6 elbow dengan suhu fluida 113 F (ΔL = 0.719 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 0.46 – 1.16 6 3
8 0.64 – 1.00 6 3
10 0.42 – 0.91 6 3
12 0.39 – 0.87 6 3
16 0.41 – 0.85 6 3
8.) 6 elbow dengan suhu fluida 149 F (ΔL = 1.27 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 1.16 – 1.87 8 4
8 1.00 – 1.64 8 4
10 0.91 – 1.44 8 4
12 0.87 – 1.34 8 4
16 0.85 – 1.32 8 4
9.) 6 elbow dengan suhu fluida 185 F (ΔL = 1.82 in)
Pipe Size
(in)∆L (in)
Loop size (ft)
H W
6 1.16 – 1.87 8 4
8 1.64 – 2.30 10 5
10 1.44 – 2.00 10 5
12 1.34 – 1.88 10 5
16 1.32 – 1.83 10 5
Pemodelan dengan ANSYS
Gambar Boundary Condition Expansion Loop 4 Elbow pada ANSYS CFX
Gambar Boundary Condition Expansion Loop 5 Elbow pada ANSYS CFX
Gambar Boundary Condition Expansion Loop 6 Elbow
pada ANSYS CFX
Output ANSYS Post
Kontur dan Kurva Velocity Expansion Loop 4 Elbow
4 elbow-6 in Med V
55
60
65
70
75
80
inlet pipe1 bend1 pipe2 bend2 pipe3 bend3 pipe4 bend4 pipe5 outlet
bagian pipa
Velocity (in/s)
Tf= 113 F
Tf= 149 F
Tf= 185 F
Analisa
Bagian pipa V (in/s) Re Pola Aliran
inlet 35.971 131220.3 Turbulen
pipe1 34.814 126999.6 Turbulen
bend1 32.012 116778 Turbulen
pipe2 32.164 117332.5 Turbulen
bend2 31.955 116570.1 Turbulen
pipe3 37.314 136119.5 Turbulen
bend3 33.575 122479.8 Turbulen
pipe4 32.509 118591.1 Turbulen
bend4 32.295 117810.4 Turbulen
pipe5 36.69 133843.1 Turbulen
outlet 35.951 131147.3 Turbulen
Pola aliran
Frekuensi natural
OD (in) fn (Hz)
6 442.3066
8 589.3552
10 742.8828
12 872.1767
16 1121.642
Frekuensi eksitasi
OD (in) Fl (Hz)
6 441.2036
8 588.858
10 742.6385
12 872.0812
16 1121.553
Kesimpulan dan SaranKesimpulan:
Dari analisa yang telah dilakukan,maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Pengaruh dari penggunaan variasi beberapa jumlah elbow pada expansion loop terhadap aliran fluida di dalam pipa dengan beberapa variasi properti fluida memberikan pola aliran yang sama yaitu pola aliran turbulen. Nilai Re terbesar terjadi pada expansion loop5 elbow diameter 12 in pada suhu fluida 149 F.
2. Velocity yang terjadi pada tiap-tiap expansion loop yang disebabkan oleh aliran fluida internal memiliki perbedaan perubahan kecepatan rata-rata di setiap bagian pipa. Nilai perubahan kecepatan fluktuatif maksimum pada expansion loop 4 elbow terjadi pada diameter 6 in suhu fluida 185 F sebesar 13.11 %, pada expansion loop 5 elbow terjadi pada diameter 12 in suhu fluida 149 F sebesar 17.68 %, pada expansion loop 6 elbow terjadi pada diameter 8 in suhu fluida 185 F sebesar 15.67 %.
3. Keamanan dari setiap expansion loop dengan adanya flow induced vibrationsangat ditentukan oleh kecepatan fluida yang mengalir di dalam pipa. Semakin kecil kecepatan fluida yang mengalir semakin kurang aman pipa expansion loop karena nilai frekuensi eksitasi semakin mendekati frekuensi natural yang akan berakibat terjadinya resonansi lebih besar dari pada kecepatan fluida yang tinggi
Saran :
Beberapa hal yang dapat disarankan pada tugas akhir ini antara lain:
1. Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai sumber-sumber yang dapat menyebabkan vibrasi pada pipa selain faktor fluida internal yang mengalir di dalam pipa (flow induced vibration),seperti adanya faktor eksternal serta kemungkinan adanya getaran mesin diesel di sekitar piping system ataupun getaran dari pompa dan rotary machine lainnya yang dekat dan atau menempel pada piping system.
2. Kecepatan fluida yang tinggi pada daerah elbow pada expansion loop dapat menimbulkan resiko erosi yang lebih tinggi, sehingga menyebabkan ketebalan pipa menjadi berkurang dan memperngaruhi kekuatan pipa. Untuk itu, diperlukan penelitian selanjutnya dengan melakukan analisis masalah erosi pada elbow agar hasil yang diperoleh lebih komprehensif.