Analisis Distribusi Tegangan Pipa Berlubang Elips Yang Diperkuat Patch

HENDRIK SETYAWAN, Dr. Eng. Ir. R. Rachmat A. Sriwijaya, S.T., M.T., IPM., ASEAN. ENG.

2021 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Pipa merupakan salah satu peralatan penting dalam transportasi hasil produksi minyak dan gas bumi demi ketahanan energi nasional. Pipa polietilena makin banyak dipergunakan karena tahan terhadap korosi, aberasi, dan benturan, sehingga biaya perawatan pipa-pipa berbahan polietilena lebih rendah dibandingkan menggunakan jenis pipa berbahan logam, terutama untuk distribusi gas di perumahan. Salah satu bentuk kerusakan pada pipa polietilena yang di benam dalam tanah adalah terjadinya retakan yang apabila di biarkan terus menerus akan menyebabkan lubang pada pipa. Kebocoran pipa karena lubang ini dapat mengganggu jalannya proses produksi, mencemari lingkungan atau bahkan membahayakan terhadap masyarakat sekitar. Perbaikan pipa dengan ukuran tambalan yang berbeda akan menyebabkan distribusi tegangan yang berbeda juga pada pipa tersebut. Perbedaan nilai distribusi tegangan ini akan memengaruhi integrity pipa untuk menyalurkan fluida dalam pipa, sehingga analisis mengenai pengaruh ukuran tambalan terhadap distribusi tegangan von Mises pada pipa menjadi salah satu hal penting yang dapat dilakukan untuk mengetahui kehandalan pipa guna mendukung kelancaran proses produksi dan jaminan keselamatan yang tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi analitik tentang pengaruh panjang dan sudut (lebar) tambalan terhadap distribusi tegangan von Mises pada pipa polietilena dengan cacat lubang elips yang terbenam di tanah. Metode elemen hingga digunakan untuk mensimulasikan distribusi tegangan pada pipa polietilen dengan lubang elips yang diperkuat dengan menggunakan tambalan. Hasil simulasi menggunakan finite element analysis tool Ansys 19.2 menunjukkan pipa polietilena PE80D (MDPE) dengan lubang elips dan diperkuat oleh tambalan dengan bahan polietilena PE100 (HDPE) pada variasi panjang tambalan 60 mm (panjang tambalan terkecil dengan ketebalan tambalan adalah 40 mm dan sudut 360°) nilai von Misses adalah 7,174 MPa dan masih di bawah tegangan luluh 18 MPa. Pada variasi sudut hingga 90° (sudut tambalan terkecil) pada pipa yang memiliki lubang elips, nilai von Mises maksimum adalah 9,95 MPa dan masih di bawah nilai tegangan luluh sebesar 18 MPa. Variasi dengan pengurangan panjang patch hingga 60 mm (panjang terkecil) dan sudut hingga 90° (berkurang) masih dalam batas aman kekuatan material.

Pipelines is one of essential equipment in the transportation of oil and gas production for the national energy resilience. Polyethylene pipes are increasingly being used due to their resistance to corrosion, abrasion, and impact, so that the maintenance costs for polyethylene pipes are relatively lower than using metal pipes, especially for gas distribution in housing community. One form of damage typically occurs at buried polyethylene pipes is the occurrence of cracks which if left continuously will cause holes in the pipe. Pipelines leakage due to this hole can disrupt the production process, pollute to the environment or even endanger the surrounding community. Pipeline repair using different sizes of patch will cause different stress distributions in the pipe. The difference might affect integrity pipe's integrity to distribute the fluid in the pipe, thus the analysis of the size of patch to the distribution of von mises stresses become necessary to do in order to know integrity of the pipelines to support the smooth production process and guarantee high safety. The objective of this research is to conduct an analytical study on the impact of length and angle (width) of patch on the von Mises stress distribution in a buried polyethylene pipe with elliptical hole defect. Finite element method is used to simulate stress distribution in polyethylene pipe with elliptical hole reinforced using patches. The simulation results using the finite element analysis tool Ansys 19.2 show polyethylene pipes PE80D (MDPE) with elliptical holes and reinforced by patch with polyethylene PE100 (HDPE) material at a patch length variation of 60 mm (the smallest patch length with thickness of patch is 40 mm and angle 360°) result in value of von Misses is 7.174 MPa and still below the yield stress 18 MPa. In the variation of the angle up to 90° (the smallest patch angle) in the pipe which has an elliptical hole result in the value of maximum von Mises is 9.95 MPa and still below the yields stress value of 18 MPa. Variation with reducing patch length to 60 mm (smallest length) and angle to 90° (reduced) are still within the safe limits of material strength.

Kata Kunci : pipa polietilena, lubang elips, von Mises, tambalan, elemen hingga