Vortex Induced Vibrations pada Pipa Bawah Laut

Gambar 1. VIV pada Pipa

(Sumber: http://www.ocas.be)

Aliran air yang melewati pipeline span akan membentuk formasi vortex di atas dan di bawah pipa tergantung dari kecepatan aliran air.
Vortex adalah suatu aliran dimana fluida tersebut partikelnya berotasi pada aliran rotasinya terhadap titik pusatnya. Pelepasan vortexnya disebut dengan vortex shedding, yang mempunyai kecepatan transversal dan tangensialnya konstan dan bervariasi terhadap radiusnya (Indiyono, 1994). Akibat adanya vortex shedding ini, pipa yang dilalui aliran fluida terkena distribusi tekanan lokal. Dan akibat adanya tekanan tersebut, maka pipa akan bergetar atau berosilasi dengan frekuensi tertentu. Osilasi ini akan menyebabkan kelelahan dan dapat mengakibatkan kegagalan.

Osilasi pada pipa biasanya bergerak sejajar (in line) dengan arah aliran, tetapi juga bisa bergerak tegak lurus terhadap arah aliran, tergantung pada kecepatan arus dan panjang span (Boyun Guo, 2005). Berikut ini adalah pengklasifikasian jenis osilasi (Naess,1985) a. Osilasi In-Line Flow

Suatu bentangan pipa akan berosilasi searah aliran fluida apabila nilai parameter kestabilan K_{s­ ­}< 1,2 , serta reduced velocity (U_R) berada pada rentang 1.2 dan 3.5  ( 1.2 < U_R < 3.5 ). Selain itu, osilasi jenis ini tidak akan terjadi bila memenuhi syarat sebagai berikut:
G/OD >= 0.25 OD

G adalah gap (jarak antara pipa bagian bawah dengan seabed).
b. Osilasi Cross Flow
Suatu bentangan pipa akan berosilasi searah aliran fluida apabila nilai parameter kestabilan K_{s­ ­}< 16 , serta reduced velocity (U_R) berada pada rentang 3.5 dan 10  ( 3.5 < U_R < 10 ).

Apabila aliran melewati pipa, maka aliran yang terbentuk setelah melewati pipa tidak stabil, sehingga menyebabkan pipa berosilasi. Ketika aliran melewati pipa maka akan terjadi flow separation dan terbentuk vorteks di belakang pipa. Vorteks tersebut akan menyebabkan perubahan tekanan hidrodinamis pada pipa. Frekuensi Vorteks bergantung pada kecepatan aliran dan diameter pipa. Jika frekuensi vorteks mendekati sama dengan frekuensi freespan pipa, maka akan terjadi resonansi. Hal ini dapat menimbulkan kegagalan akibat kelelahan pada pipa. Kegagalan pada struktur pipa dapat dicegah dengan menjauhkan nilai frekuensi vortex-shedding dengan frekuensi alami pipa, sehinga osilasi yang terjadi dapat diminimalkan (Benfika, 2007)

(sumber: http://vladimirsentosa.com/?p=462)