## PERHITUNGAN TEGANGAN PIPA DARI DISCHARGE KOMPRESOR MENUJU AIR COOLER MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II 5.10 PADA PROYEK GAS LIFT COMPRESSOR STATION

## Arief Maulana
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercubuana Jakarta Email: ariefmaulana01.am@gmail.com
Abstrak -- Gas lift merupakan suatu metode pengangkatan fluida dari lubang sumur yang mengandung minyak bumi dengan cara menginjeksikan gas bertekanan tinggi kedalam kolom fluida. Gas bertekanan berasal dari sumur gas yang ditekan dengan menggunakan kompresor dan terhubung dengan peralatan lain seperti bejana bertekanan dan air cooler yang dihubungkan dengan rangkaian sistem perpipaan. Peningkatan  tekanan  dan  temperatur  pada  discharge  kompresor  menyebabkan  terjadinya  tegangan sepanjang pipa sistem perpipaan tersebut sehingga perlu dilakukan perhitungan tegangan agar sistem perpipaan aman pada saat beroperasi. Hasil yang diharapkan dari perhitungan ini adalah tercapainya desain sistem perpipaan yang aman dengan penyangga pipa yang mampu menahan beban pipa serta tegangan pipa. Perhitungan ini dilakukan  dengan  menghitung tegangan sustain dan  ekspansi  termal menggunakan  program CAESAR II.5.10  maupun perhitungan  manual dengan  mengacu  pada ASME B31.3 sebagai nilai batasan tegangan izin, dengan jalur pipa yang dihitung adalah dari discharge nozzle kompresor  menuju  inlet  nozzle  air  cooler  pada  proyek  gas  lift  compressor  station  yang  berada  di Azerbaijan,  Asia  Tengah.  Hasil  perhitungan  menunjukan  bahwa  nilai  tegangan  sustain  tertinggi menggunakan program CAESAR II.5.10 sebesar 47746,6 kN/m² dengan batas tegangan izin sebesar 137895,14 kN/m², sedangkan untuk nilai tegangan akibat beban ekspansi terbesar dari hasil CAESAR II.5.10 adalah 23428,73 kN/m² dengan batas tegangan izin 206842,71 kN/m².
Kata Kunci: Tegangan Pipa, Air Cooler, Kompresor, Penyangga Pipa, Software CAESAR II.5.10.
Abstract -- Gas lift is a method of fluid removal from the wellbore containing crude oil by injecting of high pressure into the well column. The pressurized gas suppressed by compressors with connected to other equipment such as pressure vessels and air cooler are connected by piping systems. Increasing of the pressure and temperature in piping system of discharge compressor causing stresses across in piping system, so that the piping stress calculation needed to be done in order to safe piping system. The expected result of this calculation is to achieve of a safe and good design of piping system with safe pipe  support  installation  that  can  support  the  weight  and  stresses  of  pipe  stress.  This  calculation  is performed  by  calculating  the  stress  due  to  sustain  load  and  stress  due  to  thermal  expansion  using CAESAE II.5.10 and manual calculation method with reference to ASME B31.3 code as the stresses limit permits, with a line pipe calculated is from discharge nozzle of compressor into air cooler nozzle at gas lift compressor station project has located in Azerbaijan, Central Asia. The calculation shown the highest stress due to sustain load using CAESAR Program at 477746,6 kN/m² with allowable stress limit is 137895,14 kN/m² and the highest stress due to thermal expansion is 23428,73 kN/m² with allowable stress limit is 206824,71 kN/m².
Keywords : Pipe Stress, Air Cooler, Compressor, Pipe Supports, Software CAESAR II.5.10.

## 1.  PENDAHULUAN
Sumur-sumur  minyak  yang  laju  produksinya sudah  rendah  atau  bahkan  sudah  tidak  mampu mengalirkan  minyak  ke  permukaan  dapat ditingkatkan/ dihidupkan kembali dengan menggunakan  pompa  atau  gas. Gas  lift merupakan  proses  atau  metode  pengangkatan fluida dari lubang sumur dengan cara menginjeksikan gas yang relatif bertekanan tinggi ke  dalam  kolom  fluida.  Secara  garis  besar komponen utama dari suatu sistem gas lift dapat
dikelompokan ke dalam peralatan permukaan dan peralatan  dalam  sumur.  Peralatan  permukaan meliputi  sumber gas tekanan tinggi  yang berasal dari sumur gas ataupun kompresor, pipa saluran gas  injeksi,  dan  alat  pengukur  laju  aliran  gas injeksi.  Sedangkan  peralatan  dalam  sumur meliputi satu atau beberapa gas lift mandel (GLM) dan katup gas lift yang dipasang di dalam mandel. Untuk  menghantarkan  fluida  dari  satu  tempat  ke tempat  lainya  dibutuhkan  pipa  sebagai  sarana transportasi  dan  distribusi  fluida,  semua  pipa tersebut  perlu  dilakukan  perencanaan  jalur  yang
baik tentunya
dengan pertimbangan- pertimbangan  lain  sesuai  dengan  kaidah  sistem perpipaan  yang  diatur  oleh  kode  tertentu  agar memperoleh  keamanan  pada  saat  proyek tersebut berjalan untuk beberapa tahun kedepan. Atas dasar pemikiran tersebut maka penulis akan melakukan  perhitungan  tegangan  pipa  yang dimulai  dari discharge kompresor  menuju air cooler dimana pada discharge kompresor terjadi peningkatan  tekanan  dan  temperatur  yang mengakibatkan  terjadinya  tegangan  sepanjang sistem perpipaan tersebut.

## 1.1 Tegangan Pipa
Perhitungan tegangan pipa merupakan salah satu bagian dari proses perancangan sistem pemipaan yang berkaitan erat dengan perencanaan  tata  letak  pipa  dan  perencanaan sistem  spesifikasi  pipa,  serta  perencanaan tumpuan  /  penyangga  pipa  ( pipe  support ). Perhitungan tegangan pipa merupakan teknik yang  diperlukan  oleh  enjineer  untuk  mendesain sistem  perpipaan  tanpa  tegangan  berlebih  dan beban  berlebih  pada  komponen  pipa  dan peralatan  yang  terhubung  oleh  pipa.  Dalam melakukan perancangan sistem perpipaan, tidak semua sistem perpipaan perlu dilakukan perhitugan  tegangan  pipa  ataupun  perhitungan fleksibilitas  pipa,  hanya  sistem  perpipaan  yang dinyatakan  dalam  kondisi  kritis  saja  yang  perlu dilakukan  perhitungan  tegangan  pada  pipa. Penentuan  kondisi  tersebut  didasarkan  pada diameter  pipa  yang  digunakan  dalam  desain sistem perpipaan, serta temperatur yang beroperasi pada sistem tersebut.
Gambar 1. Pemilihan Kriteria Kondisi Kritis Pada Sistem Perpipaan yang Dihubungkan Dengan Nozzle Static Equipment
Terdapat  2  kategori  sistem  perpipaan  yang dinyatakan berada pada kondisi kritis yang perlu dilakukan perhitungan tegangan yakni:
 Kategori 1
Sistem  perpipaan  yang  dihubungkan  dengan nozzle dari  peralatan  statis  ( static  equipment ) seperti  bejana  bertekanan  dan  tanki-tanki penyimpanan .
 Kategori 2
Sistem  perpipaan  yang  dihubungkan  dengan nozzle peralatan  yang  memiliki  rotor  bergerak ( rotating  equipment )  berputar  seperti  pompa, kompresor, turbin, air cooler , dll).

## Gambar 2. Pemilihan Kriteria Kondisi Kritis Pada Sistem Perpipaan yang Dihubungkan Dengan Nozzle Rotating Equipmen
Untuk  kategori  1,  seluruh  sistem  perpipaan yang tidak termasuk dalam kriteria “C”, tidak perlu dilakukan  perhitungan  tegangan  pipa  secara intensif, hanya perlu dilakukan koreksi penempatan  penyangga  pipa  dengan  standar pipe  span yang  sudah  ada.  Sedangkan  pada kategori  2,  sistem  perpipaan  yang  berada  pada kriteria  “A”  tidak  perlu  dilakukan  analisis tegangan,  pada  kriteria  “B”  diperlukan  koreksi metode analisis fleksibilitas sederhana, sedangkan pada kriteria “C”, diperlukan perhitungan tegangan  pipa secara mendetil baik menggunakan software komputer atau perhitungan  matematis  dengan  teori-teori  yang berkaitan.
1.2 Tegangan longitudinal pipa a) Tegangan Aksial
Gambar 3. Gaya Aksial Pada Pipa
σ ax = F ax = P .A
Am =   (d o 2 – d i 2 )
Dimana:
P = Tekanan fluida dalam pipa (N/m 2 )
F ax = Gaya aksial (N)
A   = Luas diameter dalam pipa (m 2 ) Am = Luas permukaan pipa (m 2 ) d o = diameter luar pipa (m) d i = diameter dalam pipa (m)
b)  Tegangan Akibat Tekanan Dalam Pipa ( Internal Pressure )
Jika  fluida  yang  mengalir  melewati  pipa,  maka praktis  akan  memberikan  tekanan  terhadap dinding  pipa  baik  searah  dengan  panjang  pipa maupun  merata  pada  dinding  pipa,  hal  tersebut akan  memberikan  tegangan  internal  pada  pipa ( σ IP ).
Gambar 4. Tekanan Dalam Pipa Ke Segala Arah
σ ip = .
Dimana: P = tekanan fluida dalam pipa (N/m 2 ) A i = luas permukaan dalam pipa (m 2 ) t = ketebalan dinding pipa (m)
c)  Tegangan Akibat Momen Tekuk ( Bending Stress ) Momen bending menghasilkan distribusi teghangan yang linear dengan tegangan terbesar
berada  pada  bagian  terluar  permukaan  yang terjauh dari sumbu aksis bending.
S b =   . y = / =
Dimana: S b = tegangan tekuk (kN/m 2 )
M = bending momen (Nm)
I p = momen inersia penampang pipa (m 4 ) R = radius lengkungan pusat bending pipa (m) E = modulus Elastisitas (N/m 2 )
y = radius pipa dari pusat netral ke titik yang diperhatikan (m)
Z = modulus cross section pipa ( I / y )

## 1.3 Tegangan Radial
Tegangan  radial  adalah  tegangan  yang  bekerja pada  dalam  arah  radial  pipa  atau  jari-jari  pipa. Besar  tegangan  ini  bervariasi  dari  permukaan dalam  pipa  ke  permukaan  luarnya  dan  dapat dinyatakan dengan persamaan tegangan tangensial. Dimana pada permukaan dalam pipa, besarnya  sama  dengan  tekanan  dalam  atau tekanan  yang  disebabkan  oleh  fluida  yang  ada dalam  pipa  dan  permukaan  luar  pipa  besarnya sama  dengan  tekanan  atmosfer.  Tegangan  ini berupa  tegangan  kompresi  (negatif),  dan  jika ditekan  dari  dalam  pipa  akibat  tekanan  dalam ( internal  pressure )  dan  berupa  tegangan  Tarik (positif)  jika  didalamnya  pipa  terjadi  tekanan hampa ( vacuum pressure ).
Gambar 5. Tekanan Radial Pada Pipa
σ r = ² ² ( )
Dimana: r o = Radius luar pipa (m) r i = Radius dalam pipa (m) P = Tekanan fluida dalam pipa (N/m 2 ) R = Radius pipa yang diperhatikan (m)
Karena  jika r = r 0 maka σ r =  0  dan  jika r = r i maka σ r = - p. yang artinya tegangan ini bernilai 0 pada titik dimana tegangan lendutan maksimum, oleh karena itu tegangan ini seringkali diabaikan.
1.4 Tegangan Sirkumferensial ( Hoop Stress )
Tegangan  ini  disebabkan  oleh  tekanan  dalam pipa dimana tekanan ini bersumber dari fluida dan nilainya  selalu  positif  jika  tegangan  cenderung membelah pipa menjadi dua. Tekanan dalam ini bekerja kearah tangensial dan besarnya bervariasi  terhadap  tebal  dinding  dari  pipa,  nilai tekanan yang diberikan kepada dinding pipa atau nilai  tekanan  yang  dialami  dinding  pipa  sama dengan tekanan yang diberikan oleh fluida.
Gambar 6. Tegangan Sirkumferensial ( Hoop Stress ) .............. σ H =
Dimana:
r o = radius luar pipa (m)
r i = radius dalam pipa (m)
P = tekanan fluida dalam pipa (N/m 2 )
R = radius pipa yang diperhatikan pipa (m)

## 1.5 Tegangan Berdasarkan Kode Desain
Dalam  analisis  sistem  pemipaan  ini,  penulis mengacu  kepada  standar  ASME  B31.3  yang diperuntukan untuk pengolahan bahan kimia dan petroleum .  Dimana  pada  standar  tersebut terdapat  3  (tiga)  persamaan  tegangan  yang menjadi  fokus  perhatian  dalam  melakukan analisis tegangan pipa, tegangan tersebut antara lain:
a)  Tegangan karena beban tetap ( Sustain load ).
b)  Tegangan karena beban okasional ( Occasional load )
c)  Tegangan karena beban ekspansi termal
( Thermal Expansion load )
a)  Tegangan Karena Beban Tetap ( Sustain Load )
Tegangan  yang  terjadi  pada  beban  sustain merupakan jumlah dari tegangan longitudinal ( σ l ) akibat  efek  tekanan,  berat,  dan  beban  sustain yang  lain,  dengan  tidak  melebihi  batasan tegangan  dasar  yang  diizinkan  ( S h )  yang didasarkan pada standar ASME B31.3 edisi 2014.
Adapun persamaan tegangan akibat sustain load antara lain:
S l = (| | + ) + (2 )² ≤ S h σ ax = S t = .
Dimana: S l =  Tegangan akibat  beban tetap ( sustain load ) (kN/m 2 ). S b = Tegangan tekuk (kN/m 2 ). S ip = Tegangan  yang disebabkan tekanan dalam pipa (kN/m 2 ). S h =  Tegangan  dasar  yang  diizinkan  material,
berdasarkan ASME B31.3.
i i ,i o = Faktor intensifikasi tegangan (SIF) in-plane dan out-plane.
M i =  momen  lendutan  dalam  bidang  ( in-plane ) karena beban tetap (Nm).
M o =  momen  lendutan  luar  bidang  ( out-plane ) karena beban tetap (Nm). Z = effective modulus section F ax = Gaya aksial yang disebabkan oleh tekanan pipa (kN).
I a = Sustain load faktor (1,00). A m = Luas penampang pipa (m 2 ).
Untuk  mendapatkan  momen  dan  reaksi  yang terjadi  pada  penyangga,  dapat  menggunakan persamaan  kesetimbangan  gaya  yang  umum digunakan  atau  teori  batang  sederhana.  Atau dapat  menggunakan  rumus  cepat  seperti dibawah ini.
Gambar 7. Model Tumpuan Sederhana Dengan Beban Merata
M Max = . ²
Untuk  model  tumpuan  sederhana  dengan pembebanan menumpu pada titik tengah adalah
Gambar 8. Model Tumpuan Sederhana Dengan Beban Terpusat Tidak Ditengah
M Max = . .

## b) Tegangan Karena Beban Occasional
Beban  okasional  adalah  beban  yang  bekerja secara  berubah-ubah  menurut  fungsi  waktu 5 . Suatu  sistem  perpiaan  yang  terletak  di outdoor haruslah  mampu  menahan  beban  dinamis, seperti  beban  terpaan  angin  maksimum,  gempa bumi  ( seismic )  dan  beban  transient  karena perubahan  tekanan.  Karena  beban  ini  terjadi dengan  siklus  waktu  yang  singkat,  kegagalan beban  ini  tidak  akan  mengakibatkan  kegagalan karena rangkak ( creep ), sehingga tegangan yang terjadi  diperbolehkan  melebihi  tegangan  akibat beban  primer  yang  tetap  ( sustained  load ).
Keringanan  ini  berbeda  antara  kode  pipa,  yaitu 33%  pada  ANSI  /  ASME  B31.3  dan  15%  -  20% untuk  ASME  B31.3.  Tegangan  akibat  beban okasional  dikombinasikan  dengan  beban  tetap seperti persamaan berikut:
S l + S occ ≤ 1.33 S h
Dimana: S l = Tegangan Sustain (N/m 2 ). S occ = Tegangan Occasional (N/m 2 ). S h =  Tegangan  dasar  yang  diizinkan  material, berdasarkan ASME B.31.3.
c)  Tegangan Akibat Beban Ekspansi Termal ( Expansion Load ) Expansion  load adalah  tegangan  yang  terjadi akibat  adanya  perubahan  temperatur,  jika temperatur naik maka mengakibatkan pemuaian, sedangkan  jika  temperatur  menurun  maka  akan mengakibatkan penyusutan pada pipa. Pemuaian dan penyusutan akan mengakibatkan kegagalan dan  kebocoran  pada  sambungan,  misalnya sambungan  pada  kompresor,  pompa,  bejana bertekanan, serta peralatan lainya.
Gambar 9. Pemuaian akibat Temperatur
Δ l = α . L. ΔT S e = α .L.E
Dimana: S e = Tegangan ekspansi akibat ekspansi thermal atau pergerakan anchor (kN/m 2 ) α =  Koefisen  ekspansi  linear  material  akibat beda temperature tertentu
= α m . ΔT
ΔT = Perubahan temperatur pada sistem (°C)
L = Panjang Pipa
ΔL = Perubahan Panjang Pipa
Jika perubahan panjang ΔL ini tertahan oleh suatu  sebab  tertentu  seperti anchor-anchor seperti pada gambar 2.17, maka akan tejadi gaya aksial  yang  diakibatkan  oleh  tekanan  akibat pemuaian pipa.
Gambar 10. Gaya Aksial Akibat Ekspansi
P = E.A. ΔL/L = E.A.α
F ax = P .A
Dimana: P = Tekanan akibat perubahan panjang pipa (kN/m²)
F ax = Gaya Aksial akibat perubahan panjang (kN)
E = Modulus Elastisitas bahan
A = Luas Permukaan Pipa (m²)
Pada ASME B31.3 edisi 2014 yang dievaluasi pada  beban  ekspansi  adalah  tegangan  aksial akibat  pertambahan  panjang,    akibat  momen lentur  dan  tegangan  geser  akibat  momen  torsi, dari persamaan tegangan geser maksimum dapat diperoleh persamaan:
S e = (| | + ) + (2 )² ≤ S a
Adapun  batasan tegangan maksimum  yang diizinkan karena beban ekspansi adalah sebagai berikut:
S a = f (1.25 S c + 0.25 S h )
Dimana: S b = Resultan tegangan tegangan tekuk (kN/m 2 ). S e = Tegangan ekspansi akibat ekspansi thermal atau pergerakan anchor (N/m 2 ) σ ax =  Tegangan  aksial  akibat  pertambahan panjang = F ax / A m (kN/m 2 ). S c = Basic  material  allowable  stress pada temperatur  minimum  dari  tabel  tegangan  izin (kN/m 2 ). S h = Basic  material  allowable  stress pada temperatur  maximum  dari  tabel  tegangan  izin (kN/m 2 ). S t = M t / 2Z = tegangan puntir (N/m 2 ). M t = Momen puntir (Nm) A m = Luas Penampang pipa (m²) f = faktor siklus yang dialami oleh pipa tersebut.

## 1.6 Flexibilitas Pipa
ASME B31.3 memberikan sebuah rumus
sederhana  yang  dapat  digunakan  sebagai  dasar apakah  sebuah  kalkulasi  formal  dari  tegangan akibat  ekspansi  termal  pada  sistem  perpipaan diperlukan  atau  tidak.  Bila  ternyata  dari  hasil perhitungan  didapat  >  K 1 ,  maka  analisis  formal diperlukan, namun bila hasil perhitungan menyatakan ≤ K 1, maka tidak diperlukan analisis formal, dan perhitungan tegangan tetap dilakukan namun tidak mendetail.
. ( )² ≤ K 1
Dimana: d o = Diameter luar pipa (m)
Δl = Pemuaian yang harus diserap pipa (mm)
L = Panjang semua pipa antara dua ankor (m)
U   = Jarak langsung antar dua ankor (m)
K 1 = 208.3

## 1.7  Ketebalan Dinding Pipa Minimum
Penentuan  ketebalan  dinding  pipa  sangatlah penting,  sebab  suatu  pipa  haruslah  mampu menahan  tekanan  fluida  yang  bekerja  dalam sistem  perpipaan  tersebut,  untuk  penentuan ketebalan  dinding  pipa  pada  proyek Gas  Lift Compressor  Station digunakan  kode  standar ASME B31.3 antara lain:
t = ( ) t m = t + c
Dimana: c =  Jumlah  dari  batas  dari  perlakuan  mesin (proses bubut, milling, dsb) adalah 0,5mm D = Diameter luar dari pipa (mm)
d = Diameter dalam pipa (mm) E = Faktor kualitas.
P = Desain tekanan (Mpa) S = Nilai tegangan yang diizinkan pada material (tabel xx.)
t m = Ketebalan minimum yang diperlukan t = Ketebelan dinding pipa dari hasil perhitungan   tekanan operasi.
W  =  Faktor  reduksi  kekuatan  sambungan pengelasan Y  =  Koefisien  dari  tabel  1,  (untuk  t  <  D/6), sedangkan  untuk  t  ≥  D/6  lihat  perhitungan dibawah ini
Y = 1.8 Jarak Penyangga Pipa ( Pipe Support
Span )
Jarak peletakan penyangga pipa sangat berpengaruh terhadap stabilitas sistem perpipaan, oleh karena itu perlu dipertimbangkan jarak  antar  masing-masing  penyangga  secara optimal.
L = .    .
Dimana: L = panjang span maksimum (m).
Z = modulus penampang ( modulus section ). S h =  tegangan  dasar  yang  diizinkan  material, berdasarkan ASME B.31.3.
W = bobot total pipa (kg/m)

## 1.9 Software CAESAR II 5.10
CAESAR  II.5.10  merupakan  salah  satu  program versi  lanjutan  dari  program  CAESAR  II  dengan basis fenite  element yang  mampu  melakukan analisis  tegangan  baik  pada  sistem  perpipaan ataupun  struktur  kerangka  suatu  bangunan. Namun  program  ini  lebih  terkenal  digunakan untuk  menganalisis  tegangan  sistem  perpipaan yang  berorientasi  berdasarkan  berat,  tekanan, temperatur,  gaya,  momen,  seismic,  angin  serta beban  dinamik  yang  dianalisis.  CAESAR  II diperkenalkan  tahun  1984  yang  dibuat  oleh perusahaan  perangkat  lunak  bernama  COADE
Inc.  Dengan  menggunakan  program  CAESAR  II maka  akan  didapatkan  hasil  perhitungan  dalam analisis  dengan  tingkat  akurasi  yang  tinggi  dan mempersingkat waktu dalam melakukan pemecahan  kasus  bagi  seorang engineer dalam merancang  sistem  perpipaan.  CAESAR  II  juga menyediakan standar-standar Internasional
seperti ASME, NEMA, API, dsb. Untuk melakukan pendekatan  terkait  sifat-sifat  fisis  material  dan
juga  mengatur  batasan-batasan  demi  sebuah keamanan  desain.  Dari  sana  lah  kita  dapat mengetahui  bahwa  apakah  desain  jalur  pipa mengalami kegagalan dan dievaluasi atau dapat dinyatakan aman untuk kondisi operasi nantinya.

## 2.  METODOLOGI
Sistematika  dalam  penelitian  ini  digambarkan dalam diagram alir berikut:
Gambar 11. Diagaram Alir Penelitian

## 2.1 Teknik Pengumpulan Data
Teknik yang dilakukan untuk melakukan penelitian ini adalah:
a) Penelitian Kepustakaan
Mempelajari  buku-buku  yang  berkaitan  dengan tegangan  pipa  dan  menjadikan  dasar  teori pendukung dalam melakukan penelitian ini.
b) Diskusi
Metode  ini  dimaksudkan  untuk  mengarahkan dalam  menyelesaikan  laporan  dan  memberikan masukan  dalam  menentukan  langkah-langkah untuk  melakukan  analisis.  Metode  ini  dilakukan bersama  pembimbing,  serta  rekan-rekan  yang
terlibat pada proyek gas lift compressor station ini, sehigga  diperoleh  data-data  yang  valid  untuk mendapatkan  hasil  perhitungan  tegangan  pipa yang baik.

## 3.   PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Data – Data yang Diperoleh
Material  Pipa:  Carbon  Steel,  API  5L  Gr.B ( Seamless ) Kelas Flange :  ASTM  900  #  &  1500  #  RTJ  ( Ring Type Joint ) Diameter Luar (D): 168,3 mm (6 inch) Batas Korosi yang Diizinkan: 3,0 mm
Massa Jenis Pipa : 7833,4 kg/m 3 Desain Temperatur Sistem : 175°C Temperatur Operasi : 146,6°C Temperatur ambient : 25°C Desain Tekanan : 13600 kN/m² (13,6 Mpa) Tekanan Operasi : 12500 kN/m² (12,5 Mpa) Massa Jenis Fluida : 71,55 kg/m 3 Insulasi Pipa : Ketebalan 15mm
( mineral wool )
Massa Jenis Insulasi  : 60 kg/ m 3 Tegangan Izin material Pada T desain = 175°C : 137895,14 kN/ m²
(137,89 Mpa) Faktor Kualitas (E c ) : 1 Kode Standar Desain  : ASME B31.3

## 3.2 Perhitungan Ketebalan Dinding Pipa
Dengan  mengacu  kepada  tabel  1  dibawah  ini, untuk nilai Y.
Tabel 1. Faktor Koefisien untuk t < D/6
Untuk nilai W, dapat dilihat pada tabel 2 berikut:
Tabel 2. Faktor Reduksi Kekuatan Sambungan
Lasan
Jadi nilai ketebalan dinding pipa yang diperlukan adalah
t m = ( ) + C = , , ( , ,     , ) + 3,0 mm
= 10,98 mm.
Untuk ketebalan dinding pipa yang tersedia di pasaran  adalah  sch.120  dengan  ketebalan 14,27mm.
3.3 Menghitung Bobot Total Pipa
a)  Bobot pipa / satuan panjang (W p ) W p = ρ pipa x A pipa = 7833,4 kg/m³ x 0,0069 m²
b)  Bobot fluida / satuan panjang (W f ) W f = ρ fluida x A pipa = 71,554 kg/m 3 x 0,0153 m² = 1,097 kg/m
c)  Bobot insulasi / satuan panjang (W in ) W in = ρ insulasi x A pipa = 60 kg/m 3 x 0,0086 m² = 0,516 kg/m
d)  Bobot total (W) W  = (W p + W f + W in ) x g
= (54,05 + 1,097 + 0,516) kg/m x 9,81 m/s 2 = 546,05 N/m

## 3.4 Menghitung Modulus Penampang Pipa (Z)
Z =
I =   ( d o 4 – d i 4 ) =   [(0,1683m) 4 – (0,1397m 4 )]
= 2,06 x 10 -5 m 4 Z = 2,06 x 10 -5 m 4 / 0,084m
Z = 2,452 x 10 -4 m 3

## 3.5 Menghitung Panjang Maksimum
Penyangga Pipa
L = .    . = .     , . ,   / ²
, /

## = 4,97 m
3.6 Menghitung Nilai Tegangan Longitudinal
Pipa
a)  Tegangan Aksial ( σ ax ) F ax = P .A = 13600 kN/m 2 x 0,0153m 2
= 208,08 Kn
Am =   (d o 2 – d i 2 )
=   (0,1683 2 – 0,1397 2 )
= 0,00691 m 2 = 54,05 kg/m
σ ax = = , , ² = 30112,87 kN/m 2 b)  Tegangan Akibat Tekanan Dalam Pipa
( σ ip )
σ ip = . = / ²    , ( , )
= 40099 kN/m 2
c)  Tegangan Sirkumferensial ( Hoop Stress )
σ H = = / ²    , ( , )
= 80199 kN/m 2 Menghitung Fleksibilitas Pipa
Gambar 12. Isometrik Desain Rute Sistem Perpipaan Bagian-1
Gambar 13. Isometrik Desain Rute Sistem Perpipaan Bagian-2
Jarak anchor ke anchor pada  sumbu  X  (L X )  = 1,091 m Jarak anchor ke anchor pada  sumbu  Y  (L Y )  = 7,871 m Jarak anchor ke anchor pada  sumbu  Z  (L Z )  = 8,306 m Resultant  jarak anchor ke anchor (L)  = LX + LY + LZ²
= (1,091) + (7,871) + (8,306)²
= 11,5 m
Panjang total sistem perpipaan (U) = 21,22 m Koefisien muai material (α) = 1,40 inch / 100ft =
1,16mm / m. Pemuaian yang harus diserap pipa
( Δl) = 13,34 mm. Maka perhitungan
fleksibilitasnya adalah
. ( )² ≤ K 1 , , ( ,
, )² ≤ 208,3

## 23,64 ≤ 208,3
Maka sistem perpipaan tersebut sudah cukup fleksibel  untuk menyerap  ekspansi  akibat perubahan  temperatur  yang  terjadi.  Perhitungan tegangan  akibat  beban  ekspansi  termal  dengan menggunakan  CAESAR  II.5.10  dilakukan  hanya untuk memastikan keamaan dari sistem perpipaan tersebut.
3.7 Hasil Perhitungan Tegangan Dengan Software CAESAR II.5.10
Gambar 14. Permodelan Pada CAESAR II.5.10
a)  Perhitungan Tegangan Akibat Beban Tetap ( Sustain Load )
Tabel 3. Hasil Perhitungan Tegangan Akibat Beban Sustain No. Node Bending Stress (kN/m²) Torsion Stress (kN/m²) Sustain Load Stress (kN/m²) Allowable Stress (kN/m²) Ratio ( % ) 1 35 4696,9 0,0 45496,8 137892.0 33,0 2 90 3460,8 31,5 44256,4 137892.0 32,1 3 100 6950,9 -31,5 47746,6 137892.0 34,6 4 150 2265,4 295,2 43292,4 137892.0 31,4 5 160 720,0 -295,2 41755,5 137892.0 30,3 6 200 553 6,4 40936,4 137892.0 29,7 7 250 725,6 6,4 41002,2 137892.0 29,7
Gambar 15. Permodelan Tegangan Akibat Beban Sustain Pada CAESAR II.5.10
Gambar 16. Perbandingan Nilai Tegangan Sustain Dengan Tegangan Izin Material Dari  tabel  hasil  perhitungan  CAESAR  II.5.10 diatas  menunjukan  bahwa  tegangan  terbesar yang ditimbulkan akibat beban sustain ( S l ) terjadi pada node 100  dengan  tegangan  tekuk  ( σ b ) sebesar  6950  kN/m²,  dan  tegangan  aksial  ( σ ax ) sebesar  41035,5  kN/m²,  sehingga  tegangan
akibat  beban  sustainya  sebesar  47746,6  kN/m². Hasil dari perhitungan dengan software CAESAR II.5.10  menunjukan  bahwa  tegangan  tersebut masih  berada  pada  batas  tegangan  izin  material sebesar  137892,0  kN/m²  dengan  rasio  34,6  %, maka pipa tersebut tidak mengalami overstress . 0 50000 100000 150000 35 90 100 150 160 200 250 Teganga n A k iba t Beban Susta in (k N/m ²) Node Number
Perhitungan CAESAR II.5.10 Nilai Tegangan Izin Material

## b)  Perhitungan Tegangan Akibat  Ekspansi Termal Pada CAESAR II.5.10
Tabel 4. Hasil Perhitungan Tegangan Akibat Ekspansi Termal
No. Node Bending Stress (kN/m²) Torsion Stress (kN/m²) Expansion Stress (kN/m²) Allowable Stress (kN/m²) Ratio ( % ) 1 10 17364,6 7864,1 23428,73 206842,72 11,3 2 35 14041,1 6535,2 20895,13 206842,72 10,1 3 40 16302,5 6990 21327,21 206842,72 10,31 4 80 22762,9 694,2 22805,2 206842,72 11,02 5 90 19338,9 2892,5 20185,52 206842,72 9,75 6 100 15102,5 2716,1 16049,74 206842,72 7,75 7 110 16785,9 3168,3 17942,09 206842,72 8,67 8 120 8653,9 7643,0 17565,64 206842,72 8,49 9 130 16203,2 -4040,4 18106,4 206842,72 8,75 10 140 17982,9 -2192,0 18509,56 206842,72 8,94 11 150 17240 -2192,0 17788,67 206842,72 8,6 12 160 18743,4 2192,0 19444,07 206842,72 9,4 13 170 21945,5 697,9 21989,84 206842,72 10,63 14 180 21550,71 1697,0 21816,32 206842,72 10,57 15 190 22802,9 1220,9 22933,26 206842,72 11,08 16 200 22289,9 1220,9 22423,24 206842,72 10,84 17 240 21091 0,3 21091 206842,72 10,19 18 250 20876,8 -122,6 206842,7 206842,72 10,09 19 290 20796,1 -158,9 20798,52 206842,72 10,05
Gambar 17. Permodelan Tegangan Akibat Beban Ekspansi Pada CAESAR II.5.10
Gambar 18. Perbandingan Nilai Tegangan Akibat Ekspansi Termal Dengan Tegangan Izin Material
Dari  hasil  perhitungan  tegangan  akibat  beban ekspansi  termal  dari software CAESAR  II.5.10 menunjukan  bahwa  tegangan  terbesar  terjadi pada node 10,  yakni  sebesar  23428,73  kN/m² sedangkan  nilai  tegangan  tekuknya  sebesar 17364,6  kN/m²  dan  tegangan  torsinya  sebesar 7864,1 kN/m², namun hasil perhitungan menunjukan  tegangan  tersebut  masih  berada dibawah  batas  tegangan  izin  ( allowable  stress ) yang ditentukan ASME B31.3 sebesar 206842,72 kN/m²  dengan  rasio  antara  tegangan  ekspansi dan tegangan izin sebesar 11,30 %. Hal tersebut menunjukan  bahwa  pada  sistem  perpipaan tersebut tidak terjadi overstress .

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  tegangan  pada sistem  perpipaan  dari discharge  kompres or menuju air cooler dengan perhitungan manual dan program  CAESAR  II.5.10  dapat  disimpulkan sebagai berikut:
a)  Nilai  tegangan  akisal  yang  didapat  dari perhitungan manual adalah sebesar 30112,87 kN/m 2 .
b)  Nilai  tegangan  akibat  tekanan  dalam  pipa adalah sebesar 40099 kN/m 2
c)  Nilai  tegangan  sirkumferensial  atau hoop stress dari  sistem perpipaan tersebut adalah sebesar 80199 kN/m 2 .
d)  Nilai  tegangan  akibat  beban  tetap  ( sustain load ) terbesar yang dihitung dengan menggunakan software
CAESAR  II.5.10 terjadi  pada node 100  dengan  nilai  47746,6 kN/m 2 ,  namun  masih  berada  dibawah  batas tegangan  izin  maksimum  material  sebesar
137895,14  kN/m 2 degan  rasio  keduanya adalah 34,6%.
e)  Nilai tegangan akibat beban ekspansi termal terbesar yang dihitung dengan menggunakan software  CAESAR  II.5.10  terjadi  pada node 10  dengan  nilai  23428,73  kN/m 2 ,  namun masih  dibawah  batas  tegangan  maksimum material  sebesar  206842,71  kN/m 2 dengan rasio keduanya adalah 11,34%.
f)  Sistem  perpipaan  tersebut  cukup  fleksibel untuk  menyerap  ekspansi  akibat  perubahan temperatur dan dari hasil perhitungan sistem perpipaan  tersebut  dapat  dinyatakan  aman dan tidak terjadi overstress.

## 5.  DAFTAR PUSTAKA
[1].  Kannapan, Sam. (1985). Introducion To Pipe Stress  Analysis. Knoxville,  Tennesse:  John Wiley & Sons, Inc.
[2].  Chamsudi.  (2005).  Piping  Stress  analysis. Modul Diktat. PT Rekayasa Industri.
[3].  ASME  B31.3.  (2014). Process  Piping. American  Society  of  Mechanical  Engineers. New York, NY.
[4].  Susanto.  (2015). Analisa  Tegangan  Pipa Unloading  Line  dari  Pelabuhan  ke  Suatu Pabrik  Oli  Pelumas  di  Marunda  Center Industrial Estate Bekasi. Tugas akhir. Jakarta:
Universitas Mercubuana.
[5].  Mulyadi,  Ade.  (2012). Analisa  Tegangan Sistem  Pipa  Gas  Dari  Vessel  Suction Scrubber  Ke  Booster  Pump  Compressor. Tugas akhir. Jakarta: Universitas Mercubu
0 50000 100000 150000 200000 250000 10 35 40 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 240 250 290 Tega ng an E k spa nsi Term a l (k N/m ²) Node Number
Tegangan Ekspansi
Batas Tegangan Izin