Analisis Tegangan pada Pipa Bawah Laut (Pipeline Stress Analysis)

Tegangan pada pipa bawah laut dihasilkan oleh berat pipa itu sendiri, tekanan, temperatur, dan geometri bidang pipa. Pipa bawah laut akan mengalami kegagalan saat tegangan yang terjadi melebihi tegangan leleh material dari pipa itu sendiri. Karena itu perhitungan analisis tegangan pada pipa bawah laut penting dilakukan saat desain pipa.

Vladimir Sentosa dalam blognya (http://vladimirsentosa.com/?p=262) menyatakan:
Untuk melakukan sebuah pipe stress analysis biasanya para piping engineer memakai pendekatan finite element method dengan memakai beberapa software umum di dunia perpipaan yaitu CAESAR II, AutoPipe, ROHR2 atau CAEPIPE.

Ada beberapa macam mode kegagalan yang bisa terjadi pada suatu sistem perpipaan. Para piping engineer bisa melakukan tindakan pencegahan untuk melawan mode kegagalan tersebut dengan melaksanakan stress analysis berdasarkan ketentuan dan aturan dalam dunia perpipaan. Dua macam mode kegagalan yang biasa terjadi pada pipa adalah sebagai berikut:

• Kegagalan karena tegangan yield (material melebihi deformasi plastis):
• Kegalalan karena fracture (material patah/fails sebelum sampai batas tegangan yieldnya):
  • Brittle Fracture: Terjadi pada material yang getas (mudah pecah/patah)
  • Fatigue (kelelahan): Disebabkan oleh adanya beban yang berulang

Teori maximum principal stress adalah yang digunakan dalam ASME B31.3 sebagai dasar teori untuk analisa pipa. Nilai maksimum atau minimum dari normal stress bisa disebut sebagai principal stress. Selanjutnya tegangan (stress) dapat dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu:

• Primary Stresses
  • Terjadi karena respon dari pembebaban (statis dan dinamis) untuk memenuhi persamaan antara gaya keluar dan gaya ke dalam, serta gaya momen dari sebuah sistem pipa. Primary stresses are not self-limiting.
• Secondary Stresses
  • Terjadi karena perubahan displacement dari struktur yang terjadi karena thermal expansion dan atau karena perpindahan posisi tumpuan. Secondary stresses are self-limiting.
• Peak Stresses
  • Tidak seperti kondisi pembebanan pada secondary stress yang menyebabkan distorsi, peak stresses tidak menyebabkan distorsi yang signifikan. Peak stresses adalah tegangan tertinggi yang bisa menyebabkan terjadinya kegagalan kelelahan (fatigue failure).

Tujuan utama dari piping stress analysis adalah untuk memastikan beberapa hal berikut:

• Keselamatan sistem perpipaan termasuk semua komponennya
• Keselamatan sistem peralatan yang berhubungan lansung dengan sistem perpipaan dan struktur bangunan pendukung sistem tersebut
• Defleksi pipa agar tdak melebihi limitasinya.
  
  
  Gambar 1. Scope of work piping engineer
   

Sumber: vladimirsentosa.com/?p=262