..sedikit berbagi ilmu..

ketika ilmu begitu bermanfaat

Analisa Dinamis Vibrasi SBC dengan ANSYS

SBC adalah small bore connection, merupakan sambungan pada pipa dengan diameter maksimal sekitar 2 inch. Sehingga pada system sambungan ke pipa utama tidak menggunakan tee melainkan langsung dilakukan pengelasan.

sbc

Gambar 1. Small Bore Connection

….

Ketika pipa utama dialiri aliran fluida yang bersifat turbulen, maka pipa pasti akan mengalami getaran / vibrasi. Dan jika pada pipa mempunyai SBC maka getaran ini akan menyebabkan SBC ikut bergetar. Akibatnya apabila sambungan antara pipa utama dan SBC tidak kuat maka bisa dipastikan akan terjadi kerusakan pada bagian tersebut dikarenakan getaran yang terjadi terus menerus. Untuk mengetahui apakah sambungan SBC relative kuat menahan getaran bisa kita analisa dengan menggunkan bantuan software ANSYS. Konsepnya sederhana, kita menghitung berapa tegangan / stress yang dihasilkan oleh getaran tersebut kemudian dibandingkan dengan allowable stressnya pada bagian sambungan tersebut. Kita asumsikan jenis sambungan SBC menggunakan BS7608 dengan weld class F2 maka kita akan memperoleh hasil dengan membaca kurva S-N bahwa untuk jenis ini maksimal bisa menahan beban dinamis sebesar 35MPa (peak to peak).

2Gambar 2. Kurva S-N

….

Selanjutnya kita hitung berapa beban dinamis yang terjadi dengan beberapa langkah di bawah ini:

1. Analisa Aliran Fluida dalam Pipa dengan ANSYS CFD

Untuk menganalisa pressure akibat fluida yang mengalir pada daerah sekitar SBC dilakukan dengan bantuan software ANSYS CFD, yang terdiri dari ANSYS ICEM untuk pemodelan dan meshing dan ANSYS CFX untuk analisa fluidanya.

3Gambar 3. Tampilan software ANSYS ICEM

…..

Pada analisis fluida yang dimodelkan dan dimeshing adalah fluidanya. Fluida dialirkan melalui pipa yang mepunyai sambungan SBC dan berada dekat pada elbow dengan boundary condition yang digunakan adalah inlet, outlet, dan wall. Gambar di atas adalah tampilan software ANSYS ICEM yang digunkan untuk pemodelan dan meshing model. Tahapan selanjutnya setelah pemodelan dan meshing adalah melakukan analisis dengan menggunakan ANSYS CFX. Jika terdapat error maka harus dilakukan perubahan pada model. Ada tiga tahapan yang hasrus dilakukan pada analisis menggunakan ANSYS CFX.

Tahapan-tahapan tersebut adalah:

1. Pemberian boundary condition dan memasukkan properti fluida yang telah ditentukan pada ANSYS CFX-Pre.

2. Running pada ANSYS CFX-Solver.

3. Pembacaan hasil output pada ANSYS CFX-Post.

Berikut ini adalah gambar tampilan ANSYS CFX-Pre, ANSYS CFX-Solver dan ANSYS CFX-Post.

4Gambar 4. Tampilan ANSYS CFX-Pre

…..

5Gambar 5. Tampilan ANSYS CFX-Solver

….6Gambar 6. Tampilan ANSYS CFX-Post

…..

2. Analisa Kekuatan Pipa secara Dinamis dengan ANSYS Multiphysics

Setelah kita mendapatkan data besaran pressure akibat fluida yang mengalir hasil dari output ANSYS CFD, kemuadian kita menganalisa kekuatan struktur terhadap beban pressure tersebut dengan menggunakan ANSYS Multiphysics. Jenis analisa yang dipilih adalah analisa dimanis harmonis karena beban pressure fluida tersebut mengenai pipa secara terus menerus. Oleh karena itu, perlu dicari terlebih dulu besaran frekuansi natural pipa tersebut. Setelah data didapatkan, tahap selanjutnya adalah memodelkan pipa dengan sambungan SBC pada software ANSYS Multiphysics. ANSYS menyediakan dua macam metode penyelesaian untuk analisa struktural, yaitu h-method dan p-method. H-method diguna-kan untuk semua tipe analisis. Sedangkan p-method hanya dapat digunakan untuk analisa struktural linear statis. Penelitian ini, metode yang digunakan adalah h-method.

7Gambar 7. Tampilan Model Struktur pada ANSYS Multiphysics

….

8Gambar 8. Tampilan Pipa yang telah Dimeshing pada ANSYS Multiphysics

9aGambar 9. Tampilan Output Sebaran Tegangan Von Misses

….

Pipa yang telah selesai dimodelkan kemudian dimeshing dan diberikan constrain serta pembebanan. Pembebanan yang diberikan berupa pressure akibat fluida yang mengalir yang merupakan output dari ANSYS CFX. Langkah selanjutnya adalah melakukan running. Jika running tidak dapat berjalan karena terdapat error maka model yang sudah dibuat hasus dievaluasi lagi. Hasil running dapat dilihat dalam menu general post processor. Hasil dapat diplot dengan output berupa sebaran tegangann von Mises yang terjadi akibat beban dinamis pressure fluida ke pipa. Kemuadian dari hasil running ini dilakukan analisis dan pembahasan yaitu dengan membandingkan apakah nilai tegangan von Mises ini masih dibawah tegangan dinamis yang diijinkan atau tidak.

..

-vlad-

Advertisements

February 9, 2009 Posted by | Piping/Pipeline | , , , , | 16 Comments

Analisa Dinamis Vibrasi Pipa

Analisa Dinamis Vibrasi pada Pipa dengan Bantuan ANSYS 11.0

Fluida yang mengalir di dalam pipa bisa menyebabkan pipa mengalami kegagalan. Hal ini terjadi jika tegangan yang dihasilkan oleh fluida yang diterima dinding pipa melebihi tegangan ijin dari material pipa tersebut. Apalagi jika pipa tersebut mempunyai sambungan SBC (small bore connection) maka yang menjadi batasan maksimal adalah berapa tegangan yang diijinkan terjadi pada daerah sambungan SBC. Dimana nilainya tergantung pada jenis dan tipe sambungan SBC yang mana mempunyai grafik S-N (fatigue/kelelahan) yang berbeda-beda.

Menganalisa fenomena ini bisa digunakan bantuan Finite Elemen Method (FEM) dengan bantuan piranti komputer. Ada beberapa software yang bisa digunakan untuk menyelesaikan masalah ini dan yang saya rekomendasikan adalah software ANSYS. ANSYS adalah software multi guna yang bisa digunakan untuk memodelkan dan menyelesaikan berbagai macam masalah dalam dunia industri. Untuk masalah pipa sebenarnya ada beberapa software yang bisa membantu seperti CAESAR dan AutoPipe. Namun untuk analisa dinamis akibat vibrasi karena fluida yang mengalir di dalam pipa sejauh yang saya pahami kedua software tersebut tidak mampu untuk melakukannya. CAESAR dan AutoPipa lebih pada analisa statis biasa dan analisa dinamis lebih pada analisa untuk masalah water hammer dan fluid transient.

Untuk analisa dengan bantuan ANSYS yang perlu dipersiapkan adalah 3 jenis software ANSYS yaitu ANSYS ICEM, ANSYS CFX dan ANSYS Multiphysic, semuanya tersedia dalam package ANSYS version 11.0

ANSYS ICEM

Digunakan untuk memodelkan fluida dimana model fluida sama dengan model pipa itu sendiri karena seperti yang kita ketahui bentuk fluida tergantung pada wadahnya. Jadi intinya di ANSYS ini semua geometri yang digunakan adalah geometri pipa, yaitu diameter dalam dan panjang pipa. Kita tidak memasukkan ketebalan pipa. Setelah model jadi, kemudian kita lakukan meshing. Meshing adalah bagian terpenting dalam ANSYS. Usahakan membuat ukuran meshing sekecil mungkin sehingga output hasil analisa akan semakin valid.

Untuk memudahkan pemodelan dalam ANSYS ICEM, bagi yang terbiasa menggunakan software AutoCAD kita bisa menggukannya. Modelkan di AutoCAD lalu filenya dipanggil di ANSYS ICEM. Jadi setelah memanggil file kita tinggal melakukan meshing.

ANSYS CFX

Digunakan untuk menganalisa fluida yang sudah dimodelkan dalam ANSYS ICEM. Di sini kita memanggil file model yang sudah dimeshing oleh ANSYS ICEM. ANSYS CFX bisa mengeluarkan output mulai dari pressure fluida ke segalah arah maupun resultannya, force, temperatur, sebaran kecepatan fluida, dan lain-lain. Seperti ANSYS pada umumnya ANSYS CFX terdiri dari 3 bagian pengerjaan yaitu Pre, Solver dan Post. CFX-Pre mendefinisikan fluida yang akan dianalisa, mulai dari menentukan kecepatan fluida di inlet dan outlet, tekanan dan temperature fluida dan boundary condition yang diperlukan. Kemudian CFX-Solver akan menganalisa (running) semua yang telah ditetapkan di CFX-Pre dan hasilnya dapat dilihat pada CFX-Post berupa tabel, grafik maupun kontur berupa gambar lengkap dengan sebaran warnanya.

ANSYS Multiphysics

ANSYS jenis ini adalah ANSYS yang biasa digunakan untuk mengalisa model teknik. Di ANSYS ini yang dimodelkan bukan lagi fluidanya melainkan struktur pipanya. Ada 2 macam pekerjaan yang dilakukan, yaitu global analysis untuk mencari frekuensi natural pipa dan local analysis untuk menganalisa kekuatan pipa akibat beban dinamis vibrasi pipa.

Untuk mencari frekuensi natural (natural frequency), pipa dimodelkan sempurna sesuai dengan geometrinya di lapangan. Setelah model selesai, tentukanlan peletakan support dengan mendefinisikan displacement arah Y sama dengan 0 (nol), dan pada bagian kedua ujung pipa diasumsikan dijepit sehingga gaya ke segala arah adalah 0 (nol), lalu dilakukan modal analysis sehingga diperoleh output berupa mode shape dan frekuensinya.

Setalah itu dilakukan analisa dinamis vibrasi pipa. Pada dasarnya ANSYS melakukan local analysis bukan global analysis sehingga untuk analisa ini kita tidak memodelkan pipa keseluruhan tetapi hanya pada bagian kritis saja. Bagaimana pemilihan bagian yang akan dimodelkan adalah tergantung hasil output dari ANSYS CFX. Pada ANSYS CFX kita bisa melihat pada bagian mana terdapat sebaran tegangan terbesar. Bagian itulah yang kemudian kita modelkan dalam ANSYS Multiphysiscs. Setelah model selesai, seperti biasa kita lakukan meshing. Meshing sempurna dan tidak ada error, dilanjutkan dengan melakukan harmonic analysis. Pada analisa ini kita memasukkan inputan berupa nilai sebaran gaya (force) yang dihasilkan dari ANSYS CFX pada model di ANSYS Multiphysiscs. Penempatan tegangan harus sesuai lokasinya seperti output dari ANSYS CFX. Kemudian kita masukkan nilai frekuensi yang telah diperoleh sebelumnya, time step serta nilai koefisien damping. Setelah itu running!

Hasil output berupa sebaran tegangan yang biasa disebut sebagai tegangan Von Misses. Hasil tegangan ini sangat tergantung nilai frekuensi yang dimasukkan dan nilainya bisa jauh sekali jika dibandingkan dengan hasil dari ANSYS CFX. Sebagai contoh, untuk input force dari ANSYS CFX sebesar 25N (F=P*A, dari tegangan P = 15.625 Pa dengan luas sebaran A = 0,0016m2) dengan frekuensi 10Hz diperoleh hasil tegangan Von Misses pada ANSYS Multiphysics sebesar 12,5.106Pa atau 12,5 MPa.

-www.vladvamphire.wordpress.com-

January 19, 2009 Posted by | Piping/Pipeline | , , , , , | 23 Comments