Analisis Symmetrical dan Nonsymmetrical Vertical Expansion Loop untuk Meningkatkan Fleksibilitas dan Menurunkan Tegangan Pipa Berdasarkan ASME B31.3
Pekik Mahardhika*, Adi Wirawan Husodo, George Endri Kusuma, R. Dimas Endro Witjonarko, Ekky Nur Budiyanto
Program Studi D4 Teknik Perpipaan, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Jl. Teknik Kimia Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya 60111

## Abstrak
Sistem  perpipaan  merupakan  media  yang  digunakan  untuk  membawa,  mendistribusikan,  mencampur, memisahkan,  melepaskan,  mengukur,  mengontrol  atau  mengecek  aliran  fluida,  serta  mentransmisikan tekanan fluida. Desain sistem perpipaan pasti mengalami tegangan yang disebabkan oleh efek termal dan tekanan.  Efek  termal  menyebabkan  terjadinya  ekspansi  pada  pipa.  Ekspansi  pipa  berpengaruh  terhadap fleksibilitas pipa sehingga perlu didesain expansion loop. Expansion loop merupakan alat yang digunakan untuk  meningkatkan  fleksibilitas  pada  sistem  perpipaan.  Artikel  ini  bertujuan  menganalisis  symmetrical dan  nonsymmetrical  pada  vertical  expansion  loop  apakah  dapat  meningkatkan  fleksibilitas  dan menurunkan  tegangan  pipa.  Artikel  ini  dilakukan  desain  expansion  loop  dengan  3  trial  yaitu  trial  1 (Vertical Expansion Loop Symmetrical), trial 2 (Vertical  Expansion Loop Nonsymmetrical 1), dan trial 3 (Vertical  Expansion  Loop  Nonsymmetrical  2).  Ketiga  trial  tersebut  dibandingkan  nilai  fleksibilitas  dan tegangannya berdasarkan persyaratan ASME B31.3. Hasil studi menunjukkan bahwa semua trial 1, trial 2, dan trial 3 memiliki fleksibilitas yang baik dengan nilai 0,00016 karena tidak melebihi persyaratan ASME B31.3. Nilai tegangan code desain tertinggi pada trial 1 yaitu 5955 psi (Node A07F), trial 2 yaitu 5906 psi (Node A05F), dan trial 3 yaitu 5906 psi (Node A06N). Semua trial memiliki tegangan code tidak melebihi tegangan  yang  diijinkan  (20000  psi).  Sehingga  desain  symmetrical  atau  nonsymmetrical  pada  vertical expansion loop sama-sama dapat meningkatkan fleksibilitas dan menurunkan tegangan pipa.
Kata kunci : fleksibilitas; ekspansi pipa; tegangan; termal; symmetrical & nonsymmetrical loop
Abstract
[Title: Analysis of Symmetrical and Nonsymmetrical Vertical Expansion Loop to Increase Flexibility And Reduce Pipe Stress Based On ASME B31.3] The piping system is a medium used to convey, distribute, mix, separate,  discharge,  meter,  control  or  snub  fluid  flows,  and  transmit  a  fluid  pressure.  The  piping  system design will have stresses due to thermal and pressure effect. The thermal effect induce pipe expansion. The pipe expansion affect to pipe flexibility, so it is necessary to design an expansion loop. Expansion loop is a method  used  to  increase  flexibility  in  piping  systems.  This  article  aims  to  analyze  symmetrical  and  non- symmetrical  in  vertical  expansion  loops  whether  it  can  increase  flexibility  and  reduce  pipe  stress.  This article  conducts  an  expansion  loop  design  with  3  trials,  namely  trial  1  (Vertical  Expansion  Loop),  trial  2 (Nonsymmetrical Vertical Expansion Loop 1), and trial 3 (Nonsymmetrical Vertical Expansion Loop 2). The three trials were compared for flexibility and stress values  based on ASME B31.3 requirements. The study results  show  that  all  trial  1,  trial  2,  and  trial  3  have  good  flexibility  with  a  value  of  0.00016  because  not exceed the requirements of ASME B31.3.  The highest design code  stress value in trial 1 is 5955 psi (Node A07F), trial 2 is 5906 psi (Node A05F), and trial 3 is 5906 psi (Node A06N). All trials have a code stress not exceeding the allowable stress (20000 psi). So that the symmetrical or nonsymmetrical design of the vertical expansion loop can both increase flexibility and reduce pipe stress.
Keywords : flexibility;  pipe  expansion;  stress; thermal; symmetrical & nonsymmetrical
------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi E-mail: pekikmahardhika@ppns.ac.id

## TEKNIK, 42 (1), 2021, 64

## 1. Pendahuluan
Sistem  perpipaan  merupakan  media  yang digunakan untuk membawa, mendistribusikan, mencampur,  memisahkan,  melepaskan,  mengukur, mengontrol  atau  mengecek  aliran  fluida,  serta mentransmisikan tekanan fluida (T he American Society of  Mechanical  Engineers ,  2016) . Desain  sistem perpipaan  pasti  mengalami  tegangan  yang  disebabkan oleh efek termal dan tekanan. Efek termal menyebabkan terjadinya ekspansi pada pipa. Ekspansi pipa berpengaruh  terhadap  fleksibilitas  dan  tegangan  pipa sehingga perlu didesain expansion loop. Tegangan yang terjadi melebihi tegangan yang diijinkan code maka bisa terjadi  deformasi  pipa  ataukah  kegagalan  sistem perpipaan (Mahardhika, Julianto, Indartono, & Kusuma, 2018).  Tegangan  pada  desain  suatu  sistem  perpipaan harus  dirancang  agar  mampu  menahan  beban  yang terjadi  (Hasan,  Santoso,  &  Mahardhika,  2017). Expansion  loop merupakan  suatu  metode  yang digunakan  untuk  meningkatkan  fleksibilitas  pada  jalur perpipaan. Expansion  loop memiliki  3  jenis  yaitu horizontal expansion loop , vertical expansion loop , dan 3 dimensional  expansion  loop .  Desain expansion  loop yang  dioptimalkan  secara  signifikan  akan  menghemat jumlah  material  dan  jumlah support yang  digunakan dalam  sistem  perpipaan  (Shehadeh,  Ranganathan,  & Abed,  2016).  Walaupun  lebih  hemat  tetapi  desain expansion loop
perlu diperhatikan
jumlah support /penopang  pipa  karena  juga  berpengaruh terhadap  tegangan  pipa . Sehingga  penentuan maximum allowable pipe span antara penyangga sangatlah penting karena  mempertimbangkan  keselamatan  serta  biaya (Vakharia  &  Farooq,  2009) .  Support berfungsi  untuk menumpu  berat  dari  sistem  perpipaan  (Mahardhika, 2017) . Kadang di  industri  untuk  mengatasi  sistem perpipaan yang tidak fleksibel menggunakan expansion joint .  Tetapi  harga expansion  joint termasuk  mahal dibandingkan expansion  loop pada  jalur  pipa.  Jenis expansion loop di industri yang sering digunakan adalah symmetrical expansion loop. Pada artikel ini direncanakan juga non symmetrical karena area di dekat pipa  bisa  saja  memiliki  ruang  yang  berbeda  beda  dan belum  tentu  ruangnya  cukup  untuk  jenis symmetrical sehingga harus diketahui seberapa signifikan perbedaan nilai  fleksibilitas  dan  tegangan  pipanya  dari  keduanya.
Artikel  ini  bertujuan  mempelajari symmetrical dan nonsymmetrical pada vertical  expansion  loop apakah dapat  meningkatkan  fleksibilitas  dan  menurunkan tegangan  pipa.  Acuan  desain  menggunakan code perpipaan  proses  ASME  B31.3.  Visualisasi vertical expansion loop dapat dilihat pada Gambar 1.

## 2. Metode Penelitian
Pada  penelitian  ini  dilakukan  3 trial vertical expansion  loop yaitu trial  1  (Vertical  Expansion  Loop Symmetrical),  trial  2  (Vertical  Expansion  Loop Nonsymmetrical  1), dan trial  3  (Vertical  Expansion Loop  Nonsymmetrical  2). Dari  ketiga trial tersebut ditentukan  jarak  antar support (untuk  penempatan support ).  Pada  jalur  pipa  yang  diidentifikasi  dilakukan penentuan  kriteria critical  line pipa  apakah  termasuk jalur critical atau non critical . Dari hasil 3 trial dihitung manual tegangan  & gaya termal  yang terjadi pada pipa serta  simulasi  tegangan  pipa code menggunakan software Bentley Autopipe apakah tegangan code desain yang  terjadi  masih  memenuhi  persyaratan  menurut ASME  B31.3.  Untuk  perhitungan  fleksibilitas  pipa menggunakan  metode simplified  flex  analysis akan menunjukkan  apakah  jalur  pipa  tersebut  fleksibel  atau non  fleksibel  untuk  menerima  beban  yang  terjadi  pada pipa. Yang terakhir adalah melakukan pengecekan arah gaya  dan  momen  pada  ujung  pipa  masing-masing trial menggunakan software Bentley  Autopipe.  Gambar  2 menunjukkan diagram alir pada penelitian ini.
Pada tahap simulasi tegangan pipa menggunakan software Autopipe.  Nilai  tegangan  yang sudah  disimulasikan  kemudian  disesuaikan  dengan
Gambar 1. Vertical Expansion Loop
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
kriteria  penerimaan  menurut  ASME  B31.3  Perpipaan Proses.  Kriteria  penerimaan  merupakan  acuan  yang digunakan untuk memastikan keselamatan dan keamanan  sistem  perpipaan  telah  sesuai  dengan peraturan  yang berlaku  untuk suatu desain  sistem. Dari hasil  semua  tahapan  di  atas  akan  dianalisis  apakah symmetrical dan nonsymmetrical pada vertical expansion  loop dapat  meningkatkan  fleksibilitas  dan menurunkan tegangan pipa. Data desain pada penelitian ini ditunjukkan tercantum Tabel 1 dan Tabel 2. 2.1 Expansion Loop Expansion  loop adalah  suatu  metoda  yang digunakan  pada  desain  sistem  perpipaan  yang  intinya mengurangi  tegangan  akibat  pemuaian  dan  penyusutan pipa  (Migas  Indonesia  Online,  2010).  Ekspansi  termal akan terjadi di antara titik tetap ( fixed points ) di sistem perpipaan.  Jika  sistem  perpipaan  memiliki  kesamaan ketinggian expansion loop , titik tetap alami akan terjadi di tengah jalur pipa antara 2 expansion elbow . Petunjuk  untuk  desain expansion  loop yaitu expansion  loop biasanya  diletakkan  di  jalur  yang memiliki  temperatur  tinggi, expansion  loop harus diletakkan  di  tengah  jarak  antara  2 anchor ,  dan e xpansion  loop biasanya  memiliki  tinggi  2  kali  dari lebarnya  (H=2.W).  Persamaan  untuk  menentukan loop length minimum yaitu (Stewart, 2016): √ (1) (2) √ (3) (4) (5)
Di  mana  L  adalah  jarak  antar anchor (ft);  L1  adalah jarak  antar guide  support (ft);  L2  adalah loop  length minimum untuk  menyerap  ekspansi  (ft);  E  adalah modulus  elastisitas  (psi);  D  adalah Outside  Diameter (in);  Δ  adalah  ekspansi  yang  diserap loop (in);  SA adalah Code  Allowable  Stress  Range (psi);  dan  ΔT adalah perbedaan temperatur (F).
2.2 Maximum Allowable Pipe Span Maximum  allowable  pipe  span yang  diijinkan
untuk  sistem  perpipaan  horisontal  dibatasi  3  faktor utama  yaitu  tegangan  tekuk,  defleksi  vertikal,  dan frekuensi alami. Persamaan untuk perhitungan maximum allowable  pipe  span horisontal  diasumsikan  ujung  pipa menggunakan fixed/clamp  support yaitu  berdasarkan batasan tegangan menggunakan Persamaan 6.
√ (6) Berdasarkan batasan defleksi, menggunakan Persamaan
7.
√ (7)
Di mana Ls adalah maximum allowable pipe span (ft); S adalah  tegangan  yang  dijinkan  (psi);  Z  adalah section modulus pipa (in 3 ); w adalah berat total pipa per satuan panjang (lb/ft); Δ  adalah  defleksi  yang  diijinkan  (in);  I adalah momen inersia pada bentangan pipa (in 4 ); dan  E adalah modulus elastisitas pada temperatur desain (psi).
2.3  Kriteria Critical Line
Kriteria critical  line merupakan  fungsi temperatur  dan  diameter  pipa  yang  ditunjukkan  pada gambar  3  (Chamsudi,  2005).  Kriteria critical  line dibedakan menjadi 2 jenis yaitu critical piping dan non critical  piping . Critical  Piping adalah  jalur  perpipaan atau line  number pipa  yang  harus  dipertimbangkan dalam  analisis  tegangan  karena  temperatur  fluida  di dalam  pipa  memenuhi  ketetapan  kriteria. Non  critical piping adalah  semua  jalur  perpipaan  yang  tidak dipertimbangkan  dalam  analisis  tegangan  pipa  karena temperatur  fluida  di  dalam  pipa  tidak  memenuhi ketetapan  kriteria.  Kriteria critical  line ada  yang terhubung  dengan non  rotating  equipment/static equipment dan  terhubung  dengan rotating  equipment . Gambar  3  merupakan  jalur  perpipaan  yang  terhubung dengan nozzle static equipment sesuai penelitian ini. Hasil  penentuan critical  line berdasarkan temperatur  dan  NPS  nantinya  akan  dikategorikan menjadi  3  kriteria  yaitu  A,  B,  dan  C.  Kriteria  A  yaitu tidak  perlu  dianalisis  lanjut.  Kriteria  B  yaitu  harus dikoreksi  dengan  metode  sederhana.  Kriteria  C  yaitu detail  analisis  harus  disimulasi  dengan  bantuan komputer.
2.4 Thermal expansion – stress & force
Persamaan  8  sampai  11  digunakan  untuk menghitung ekspansi termal/ekspansi pipa, gaya termal, tegangan  termal,  dan  tegangan  tekuk  (Kannappan, 1986).
Tabel 1. Spesifikasi Pipa Data Spesifikasi Material A106 Gr.B NPS 6 Sch 40 t (in) 0,28 OD (in) 6,625 ID (in) 6,065 ρ pipa (lb/in 3 ) 0,283 Modulus Elastisitas (psi) 27,7 x 10 6 Thermal cofficient (in/ft) 0,0114 Koefisien ekpansi termal (in/in.F) 6,7 x 10 -6 Panjang pipa (ft) 200 Tabel 2. Data Sifat Fluida Data Nilai Satuan Jenis Fluida Steam ρ fluida 2,3 x 10 -5 lb/in 3 Tekanan Desain (P) 15,95 psi Temperatur Desain (T) 216 F

## TEKNIK, 42 (1), 2021, 66
Ekspansi Termal (8) Gaya Termal (9) Tegangan Termal Δ (10) Tegangan Tekuk (11)
Di  mana  ΔL  adalah  ekspansi  termal  (in);  C  adalah koefisien  ekpansi  termal  (in/in.F);  L  adalah  panjang pipa (ft); ΔT adalah perbedaan temperatur (F); F adalah Gaya Termal (lb); E adalah  modulus elastisitas (psi); adalah linier  thermal  expansion (in/100ft);  A adalah luas permukaan pipa (in 2 ); Tf adalah temperatur desain/operasi (F); dan Tg adalah temperatur awal (F). 2.5 Fleksibilitas Pipa
Metode  pendekatan  ini  digunakan  untuk  mengecek fleksibilitas  sistem  perpipaan/jalur  perpipaan.  Metode pendekatan  ini  mempertimbangan  kekuatan,  reaksi bahaya  dan service  hazard ,  dan  beberapa  pendapat sehingga  dibentuklah  batas  ukuran  pipa,  tekanan,  dan temperatur. Pendekatan sistem perpipaan yang dibutuhkan  untuk  dianalisis  fleksibilitasnya  dengan kondisi maksimum nominal temperatur operasi material melebihi  800  F, service  pressure melebihi  15  psi,  dan Nominal Pipe Size melebihi 6 inch (Kellogg, 1956). Jika nilai  fleksibilitas  sesuai  dengan  persamaan  12  maka jalur  pipa  fleksibel  dan  tidak  perlu formal  analysis (Kannapan, 1986)
(12)
Di  mana  D  adalah Nominal  Pipe  Size (inch);  Δ  adalah r esultant total displacement (inch);  L adalah d eveloped lenght di antara anchor (ft); U adalah jarak antar anchor (ft); S A adalah code allowable stress range (psi); dan E a
adalah modulus elastisitas pada kondisi dingin (psi).
Batasan  persamaan  12  adalah  pipa  harus memiliki  ukuran  diameter  yang  sama  dan  tidak memiliki lebih dari 2 titik tetap (T he American Society of  Mechanical  Engineers ,  2016).  Tabel  3  merupakan stress range reduction factors berkaitan dengan jumlah siklus suatu sistem perpipaan.
2.6 Tegangan Yang Diijinkan
Untuk menentukan besar batasan tegangan (SH) dapat juga  memilih  nilai  yang terkecil  dari satu pertiga (1/3)  dari specified  minimum  tensile  strength (SMTS) atau  dua  pertiga  (2/3)  dari specified  minimum  yield strength (SMYS).  Data  SH,  SMTS,  dan  SMYS  sudah ada di ASME B31.3 yang digunakan untuk menentukan besaran  tersebut . Persamaan  13  digunakan  untuk menentukan Code allowable stress range.
(13)
Di  mana  SC  merupakan  tegangan  yang  diijinkan  saat sistem perpipaan tidak beroperasi (psi); SH merupakan tegangan  yang  diijinkan  saat  sistem  perpipaan beroperasi (psi); f merupakan stress range factor (Lihat Tabel 3).

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pada  tahap  pertama  melakukan  perhitungan untuk  mendapatkan  desain vertical  expansion  loop. Desain vertical expansion loop menggunakan persamaan  1  sampai  5  dan  persamaan  8.  Perhitungan menggunakan  persamaan  8  untuk  mendapatkan  nilai ekspansi  termal.  Berdasarkan  perhitungan  ekspansi termal  (ΔL)  didapatkan  nilai  sebesar  2,34  in. Perhitungan menggunakan persamaan 1 sampai 5 untuk mendapatkan  nilai loop  length  minimum (L2).  Hasil perhitungan didapatkan nilai Loop length minimum (L2) untuk menyerap ekspansi termal yaitu sebesar 22,5 ft.
Gambar 3. Kriteria Critical line untuk pipa yang terhubung dengan nozzle static equipment
(Chamsudi, 2005)
Tabel 3. Stress Range Reduction Factors
Number of equivalent full temperatur cycles N f 7000 dan di bawahnya 1,0 7000 - 14000 0,9 14000 – 22000 0,8 22000 – 45000 0,7 45000 – 100000 0,6 100000 dan di atasnya 0,5 Tabel 4. Trial desain vertical expansion loop (ft)
L L1 L2 H W x y Trial 1 200 34 22,5 9 4,5 83 83 Trial 2 200 34 22,5 9 4,5 41,5 124,5 Trial 3 200 34 22,5 9 4,5 124,5 41,5
Pada  tahap  kedua  melakukan  perhitungan maximum allowable pipe span untuk mendapatkan jarak antar support dan  jumlah support. Perhitungan maximum allowable pipe span menggunakan persamaan 6  dan  7  untuk  mendapatkan  nilai maximum  allowable pipe  span berdasarkan  batasan  tegangan  dan  batasan defleksi.  Hasil  perhitungan  didapatkan  nilai maximum allowable  pipe  span berdasarkan  batasan  tegangan sebesar 58,9 ft dan nilai maximum allowable pipe span berdasarkan batasan defleksi sebesar 41,77 ft. M aximum allowable  pipe  span yang  dipilih  adalah  nilai  yang paling  kecil  yaitu  41,77  ft.  Ls  yang  digunakan  tidak boleh lebih dari itu sehingga memakai Ls sebesar 34 ft (memenuhi).  Dari  nilai  Ls  tersebut  didapatkan  jumlah support yang digunakan yaitu 6 buah.
Pada  Tabel  4  menunjukkan  dimensi  desain vertical  expansion  loop .  Desain expansion  loop ada  3 trial yaitu trial 1  (Desain Vertical Expansion  Loop Symmetrical),  trial 2 (Desain Vertical  Expansion  Loop Nonsymmetrical 1),  dan trial 3  (Desain Vertical Expansion Loop Nonsymmetrical 2). Pada trial 1 untuk expansion  loop diletakkan  pada center sepanjang line pipa dengan panjang sama x 83 ft dan y 83 ft. Pada trial 2 untuk expansion loop diletakkan pada kiri sepanjang line pipa dengan panjang x 41,5 ft dan y 124,5 ft. Pada trial 3 untuk  expansion  loop diletakkan  pada kanan sepanjang line pipa  dengan  panjang  x  124,5  ft  dan  y 41,5 ft. Visualisasi dimensi trial vertical expansion loop tersebut ditunjukkan  pada Gambar  4,  Gambar  5,  dan Gambar  6.  Pada  trial  desain  expansion  loop  yang terdapat perbedaan mendasar pada letak expansion loop serta jarak x dan y terhadap ujung-ujung pipa. Sehingga dari  trial  desain  ini  akan  dilakukan  studi  mana  yang memiliki nilai tegangan yang paling baik dan memenuhi kriteria code ASME B31.3.
Pada  tahap  ketiga  melakukan  penentuan critical
line  list pada  jalur  perpipaan  yang  didesain  adanya vertical  expansion  loop. Kriteria critical  line untuk spesifikasi  pipa  NPS  6”  pada  tabel  1  dan  temperatur fluida  216  F  pada  tabel  2.  Kemudian  data  tersebut dihubungkan  dengan  gambar  3,  maka  pipa A106  Gr.B NPS  6”  dan  temperatur  fluida  216  F  (102  C)  tersebut termasuk critical  line .  Pipa  tersebut  dikategorikan kriteria  B  yang  artinya  harus  dikoreksi  dengan  metode sederhana.  Hasil  tersebut  dapat  dilihat  pada  Gambar  7 hasil penentuan critical line.
Pada  tahap  keempat  melakukan  penentuan tegangan  ijin  pipa  menggunakan  persamaan  13.  Hasil perhitungan  didapatkan  nilai  tegangan  ijin code SH maupun  SC  adalah  20000  psi  dan  tegangan  ijin  (SA) code  allowable  stress  range adalah  30000  psi.  Setelah didapatkan nilai tersebut kemudian melakukan perhitungan  untuk  gaya  termal,  tegangan  termal,  dan tegangan  tekuk  menggunakan  persamaan  9  sampai  11. Hasil  perhitungan  menggunakan  persamaan  tersebut didapatkan  nilai  gaya  termal  (F)  adalah  146837,7  lb, tegangan  termal  ( )  27096,14  psi,  dan  tegangan
Gambar 4. Desain Vertical Expansion Loop Symmetrical (Trial 1)
Gambar 5. Desain Vertical Expansion Loop Nonsymmetrical 1 (Trial 2)
Gambar 6. Desain Vertical Expansion Loop Nonsymmetrical 2 (Trial 3)
Gambar 7. Hasil Penentuan Critical Line
tekuknya  (Sb)  2911,18  psi.  Nilai  tegangan  termal  dan tegangan tersebut dicek kriteria penerimaannya menurut tegangan ijin dan code allowable stress range.
Dari  hasil  perhitungan  manual  tegangan  termal dan  tegangan  tekuk  yang  ditampilkan  pada  tabel  5  dan tabel  6  dapat  disimpulkan  bahwa  tegangan  termal  dan tegangan tekuk masih di bawah tegangan yang diijinkan sehingga dinyatakan masih diterima menurut persyaratan ASME B31.3.
Pada  tahap  kelima  melakukan  perhitungan fleksibilitas  pipa  menggunakan  metode simplified  flex analysis. Perhitungan  fleksibilitas  pipa  menggunakan persamaan  12.  Perhitungan  ini  digunakan  sama  untuk semua trial yaitu trial 1, trial 2,  dan trial 3  menurut ASME  B31.3  karena  memiliki  panjang  pipa  dan  arah aliran  yang  sama.  Hasil  perhitungan  didapatkan  nilai fleksibilitas  pada  jalur  perpipaan  pada trial 1, trial 2, dan trial 3  lebih  kecil  (0,00016)  dari  pada  nilai  yang
diijinkan  (0,033)  sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa jalur perpipaan tersebut memiliki fleksibilitas yang baik untuk  menerima ekspansi termal. Jalur perpipaan harus fleksibel karena suatu desain jika nanti sudah beroperasi pasti  akan  ada  perbedaan  temperatur  sehingga  bisa mengakibatkan ekpansi atau penyusutan pipa.
Pada  tahap  keenam  melakukan  simulasi tegangan  pipa  menggunakan software autopipe. Simulasi dilakukan pada desain trial 1, trial 2, dan trial
3.  Parameter  yang  digunakan  dalam  proses  simulasi meliputi  material  pipa,  NPS, Schedule ,  sifat  mekanik material,  densitas/ specific  gravity fluida,  temperatur, dan  tekanan.  Kode load  combination yang  digunakan dalam  simulasi  ini  adalah Load  Case  1 (Gr  +  Max  P). Hasil  simulasi  tegangan  pipa  divisualisasikan  pada Gambar  8,  Gambar  9  dan  Gambar  10.  Serta  hasil simulasi  dijabarkan  pada  grafik  Gambar  11,  Gambar 12,  dan  Gambar  13.  Nilai  tegangan  paling  tinggi  pada
Gambar 8. Simulasi Vertical Expansion Loop Symmetrical (Trial 1)
Gambar 9 . Simulasi Vertical Expansion Loop Nonsymmetrical 1 (Trial 2)
Gambar 10. Simulasi Vertical Expansion Loop Nonsymmetrical 2 (Trial 3)
trial 1 di node A04 N- dan A07 F- yaitu 5966 psi yang terletak  pada  kedua  kaki elbow  expansion  loop .  Nilai tegangan paling tinggi pada trial 2 di node A05 F- yaitu 5903  psi  yang  terletak  pada  salah  satu  kaki elbow expansion  loop tetapi  kaki elbow satunya  pada node A02  N+  memiliki  nilai  tegangan  hampir  sama  yaitu 58921  psi.  Nilai  tegangan  paling  tinggi  pada trial 3  di node A06  N+  yaitu  5903  psi  yang  terletak  pada  salah satu  kaki elbow  expansion  loop tetapi  kaki elbow satunya pada node A09 F- juga memiliki nilai tegangan hampir  sama  yaitu  5821  psi.  Disimpulkan  bahwa  pada bagian  kaki elbow expansion  loop memiliki  tegangan paling  tinggi  karena  terjadi  pemusatan  tegangan  akibat ekspansi  termal  sehingga  pada  kaki elbow tersebut terjadi  pemuaian.  Menurut  ASME  B31.3  yang didapatkan dari data material dan temperatur maka pipa yang  memiliki  desain Vertical Expansion  Loop Symmetrical maupun Vertical Expansion Loop Nonsymmetrical sama-sama  memiliki  batasan  nilai tegangan ijin yaitu 20000 psi. Hasil simulasi pemodelan menunjukkan  bahwa  nilai  tegangan  desain code pipa pada trial 1, trial 2,  dan trial 3  sama-sama  masih  di bawah  tegangan  yang  diijinkan  yaitu  20000  psi.  Nilai
tegangan yang diijinkan tersebut digunakan untuk acuan dalam hal menyatakan apakah tegangan desain tersebut masih  dalam  kondisi  aman.  Desain  pada  kondisi symmetrical maupun nonsymmetrical dinyatakan sama- sama  memenuhi  syarat  (aman)  karena  memiliki  nilai tegangan  desain code tidak  melebihi    nilai  batas tegangan izin.
Pada  tahap  ketujuh  melakukan  pengecekan gaya dan  momen ujung-ujung pipa  pada desain trial 1, trial 2,  dan trial 3.  Hal  ini  bertujuan  untuk  mengecek arah  gaya dan  momen  yang terjadi dari masing-masing trial. Hasil  pengecekan  gaya  dan  momen  melalui simulasi software Bentley  Autopipe  dapat  dilihat  pada Tabel 7.
Tabel  7  menunjukkan  bahwa  nilai  gaya  dan momen di  ujung pipa pada desain symmetrical vertical expansion  loop memiliki  nilai  yang  lebih  besar dibandingkan  kedua  desain nonsymmetrical  vertical expansion loop. Hal tersebut terjadi karena symmetrical vertical  expansion  loop dipengaruhi  ekspansi  termal yang  terpusat  di  tengah  pipa  dan  kaki-kaki elbow expansion  loop. Walaupun  begitu  ketiganya  tidak memiliki perbedaan nilai gaya dan momen yang jauh.
Gambar 11. Nilai tegangan desain code dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan ( Trial 1 )
Gambar 12. Nilai tegangan desain code dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan ( Trial 2 )
Gambar 13. Nilai tegangan code desain dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan ( Trial 3 )
4. Kesimpulan
Hasil penelitian dengan menggunakan trial 1, trial 2, dan trial 3 bisa disimpulkan bahwa symmetrical dan nonsymmetrical vertical  expansion  loop sama-sama memiliki nilai tegangan code desain di bawah tegangan ijin  pipa  menurut  ASME  B31.3  (20000  psi).  Nilai tegangan code desain  setiap trial hasilnya  tidak memiliki  perbedaan  nilai  yang  jauh. Symmetrical dan nonsymmetrical pada vertical expansion loop semuanya memiliki  fleksibilitas  (0,00016)  yang  lebih  rendah  dari pada  persyaratan  ASME  B31.3  ( .  Dapat
disimpulkan bahwa desain symmetrical atau nonsymmetrical pada vertical  expansion  loop sama- sama  meningkatkan  fleksibilitas  pipa  dan  menurunkan nilai  tegangan  yang  terjadi  pada  pipa.  Sehingga non symmetrical bisa  dijadikan  alternatif  untuk  dapat diterapkan  pada  jalur  perpipaan  yang  tidak  memiliki ruang yang cukup untuk dibuat yang symmetrical .

## Daftar Pustaka
T he American Society of Mechanical Engineers (2016). ASME  B31.3:  Process  Piping,  ASME  Code  for Pressure  Piping .  USA:  T he  American  Society  of Mechanical Engineers, USA
Chamsudi,  A.  (2005). Diktat-Piping  Stress  Analysis . Diakses dari https://www.scribd.com/document/259036537/Di %0Aktat-Pipe-Stress-Analysis,  tanggal  8  Januari
2020.
Hasan, M., Santoso, E., Mahardhika, P. (2017).  Desain
Expansion  Loop  Pada  Line  116sv203-150-16h20 Faty  Acid  Destilation  PT.  Wilmar  Nabati Indonesia. Proceedings  Conference  on  Piping Engineering  and  its  Application. Surabaya: Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, 31–36. Kannappan,  S.  (1986). Introduction  to  Pipe  Stress Analysis . New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. Kellogg, M. W. (1956). Design of Piping Systems (2nd ed.). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
Mahardhika,  P.  (2017).  Penentuan  Allowable  Span
Antar Penyangga Pipa SLF Berdasarkan
Tegangan,  Defleksi,  Frekuensi  Alami. Jurnal Iptek , 21 (2), 27–34.
https://doi.org/10.31284/j.iptek.2017.v21i2.149 Mahardhika, P., Julianto, E., Indartono, A., Kusuma, G. E.  (2018).  Analisis  Pengaruh  Kenaikan  Tekanan Fluida Terhadap Tegangan Dan Fleksibilitas Pipa Blowdown  A106  Grade  A  Berdasarkan  ASME B31.3.
TEKNIK , 39 (1), 67–72. https://doi.org/10.14710/teknik.v39i1.17118
Migas  Indonesia  Online.  (2010).  Rangkuman  Diskusi Fungsi  konfigurasi  pipa  expansion  loop.  Diakses dari
http://migas- indonesia.com/2010/05/11/rangkuman- diskusifungsi-konfigurasi-pipa-expansion-loop/, tanggal 4 Januari 2020.
Shehadeh,  B.,  Ranganathan,  S.  I.,  Abed,  F.  H.  (2016).
Optimization  of  piping  expansion  loops  using ASME  B31.3. Proceedings  of  the  Institution  of Mechanical  Engineers,  Part  E:  Journal  of Process  Mechanical  Engineering , 230 (1),  56–64. https://doi.org/10.1177/0954408914532808
Stewart,  M.  (2016). Surface  Production  Operations: Volume III: Facility Piping and Pipeline Systems . Texas: Gulf
Professional
Publishing.
https://doi.org/10.1016/C2009-0-20127-9
Vakharia,  D.  P.,  Farooq,  M.  (2009).  Determination  of maximum  span  between  pipe  supports  using maximum  bending  stress  theory. International Journal  of  Recent  Trends  in  Engineering , 1 (6),
46–49.
Tabel 7. Gaya dan Momen pada ujung pipa Trial Ujung pipa Gaya (lb) Momen (ft-lb) x y z x y z 1 out 261 254 0 0 0 1134 in 261 -254 0 0 0 1134 2 out 256 157 0 0 0 243 in 256 -261 0 0 0 1199 3 out 256 261 0 0 0 1199 in 256 -157 0 0 0 243