1

DAFTAR ISI

1. INTRODUCTION

1.1 Philosophy ............................................................................................. 3

1.2 Tentang Caesar II ................................................................................... 3

2. MENU UTAMA PADA CAESAR

2.1 New File ................................................................................................ 4

2.2 Input Menu ............................................................................................ 5

2.3 Analysis Menu ....................................................................................... 6

2.4 Output Menu .......................................................................................... 7

2.5 Tools Menu ............................................................................................ 8

3. PIPE STRESS REQUIREMENT

3.1 Tegangan Pada Pipa .............................................................................. 12

3.2 Code & Standard yang digunakan CAESAR II v. 5.1 ............................ 13

4. INPUT PIPING

4.1 Spreadsheet Overview ........................................................................... 14

4.2 Data Field ............................................................................................. 15

4.2.1 Nomor Node ................................................................................. 15

4.2.2 Elements Length ........................................................................... 15

4.2.3 Pipe Section Properties .................................................................. 16

4.2.4 Operating Conditions .................................................................... 16

4.2.5 Special Element Information ......................................................... 17

4.2.6 Boundary & Loading Condition .................................................... 17

4.2.7 Piping Material, Density & Elastic Properties ............................... 18

2

5. APLIKASI KHUSUS

5.1 Bend, Valve, Expansion joint, Reducer dan Tee .................................... 19

5.2 Restrain, Hanger, Noozle dan Displacement ......................................... 27

5.3 Latihan .................................................................................................. 31

3

1. INTRODUCTION

1.1 Philosophy

Untuk merancang/modifikasi sistem perpipaan, engineer harus memahami

perilaku sistem dibawah pembebanan dan juga persyaratan Code yang harus

dipenuhi

Parameter fisik yang dapat digunakan untuk quantifikasi perilaku suatu

“mechanical system” antara lain : percepatan, kecepatan, temperatur, gaya

dalam & momen, stress, strain, perpindahan, reaksi tumpuan, dll

Nilai batas yang diijinkan untuk setiap parameter ditetapkan untuk

mencegah kegagalan system

WHY DO WE PERFORM STRESS ANALYSIS ???

Untuk menjaga tegangan di dalam pipa dan fitings tetap dalam range yang

diijinkan Code

Untuk menghitung ‘design load’ yang diperlukan untuk menentukan support

dan restraints

Untuk menentukan perpindahan pipa _ interference checks

Untuk mengatasi problem getaran pada sistem perpipaan

Untuk membantu optimasi design sistem perpipaan

1.2 Tentang Caesar II

CAESAR II adalah program computer untuk perhitungan Stress Analysis

yang mampu mengakomodasi kebutuhan perhitungan Stress Analysis seperti

tersebut dalam par. 1.1. Software ini sangat membantu dalam Engineering

terutama di dalam desain Mechanical dan system perpipaan. Pengguna Caesar

4

II dapat membuat permodelan system perpipaan dengan menggunakan “simple

beam element” kemudian menentukan kondisi pembebanan sesuai dengan

kondisi yang dikehendaki. Dengan memberikan/membuat inputan tersebut,

Caesar II mampu menghasilkan hasil analisa berupa stress yang terjadi, beban,

dan pergeseran terhadap system yang kita analisa.

CAESAR STRESS DOCUMENTATION

Data masukan :

dimensi dan jenis material

parameter operasi : temperatur, tekanan, fluida

parameter beban : berat isolasi, perpindahan, angin, gempa, dll

Code yang digunakan

Pemodelan : Node, elemen, tumpuan

Aturan penempatan node:

definisi geometri : system start, interseksi, perubahan arah, end

perubahan parameter operasi : perubahan temp, tekanan, isolasi

definisi parameter kekakuan elemen : perubahan ukuran pipa, valve, tee, dll.

posisi kondisi batas : restrain, anchor

aplikasi pembebanan : aplikasi gaya, berat isolasi, gempa, dll

pengambilan informasi dari hasil analisis : gaya dalam, stress, displacement,

reaksi tumpuan, dll

2. MENU UTAMA PADA CAESAR

2.1 New File

Untuk memulai program Caesar II, kita pilih “File - New”

5

Ketika memilih “new” kita harus memilih apakah pekerjaan yang akan kita buat

adalah “piping input” atau “structural input” .

Dalam hal ini kita akan melakukan pemodelan piping sehingga kita pilih

“piping input”

Kemudian klik ”OK”

2.2 Input Menu

Di dalam Input Menu ada 3 pilihan yang dapat kita pilih yaitu :

Piping - adalah input Caesar II untuk pemodelan piping

Underground – adalah input Caesar Ii untuk pemodelan “Burried Pipe”

Structural Steel – adalah input Caesar II iuntuk pemodelan Struktur.

6

2.3 Analysis Menu

Di dalam analysis menu memberikan kita pilihan untuk melakukan

perhitungan yang kita inginkan sesuai dengan permasalahan yang kita

simulasikan, yaitu sebagai berikut :

Static – Analisa ini digunakan untuk analisa pemodelan pipa / struktur

dengan beban statis / tetap.

Dynamics – Analisa ini digunakan untuk analisa pemodelan pipa / struktur

dengan beban yang dinamis

SIFs – Digunakan untuk menghitung Stress Intensification Factor pada

Intersection dan Bend.

WRC 107/297 – Untuk menghitung stress pada vessel akibat dari

sambungan dengan pipa.

Flanges – Melakukan perhitungan stress dan kebocoran pada flange.

B 31.G – Memperkirakan ketahanan / umur pipeline

7

Expansion Joint Rating – Mengevaluasi expansion joint dengan

menggunakan persamaan EJMA.

AISC – Melakukan pengecekan kode AISI pada elemen structural steel.

NEMA SM23 – Mengevalusi beban pipa pada steam turbin noozle

API 610 – Mengevaluasi beban pipa pada pompa centrifugal

API 617 – Mengevalusi beban pipa pada compressor.

HEI Standard – Mengevalusi beban pipa pada feedwater heater

API 650 – Mengevalusi beban pipa pada fired heater.

2.4 Output Menu

8

2.5 Tools Menu

Tools menu merupakan salah satu fungsi yang penting dalam Caesar dimana

didalamnya terdapat berbagai macam fungsi,penting antara lain :

Konfigurasi - Pada menu ini kita dapat membuat setup yang berbeda tentang

berbagai macam hal seperti interval node, min. tebal pipa yg ditoleransi, dll.

Sesuai dengan project data atau kehendak klien.

Kalkulator – Menjalankan fungsi kalkulator pada layar

Make Unit Files – Membuat unit file sesuai yg kita butuhkan

9

Setting default CAESAR II adalah menggunakan unit “English”, oleh karena

itu jika kita menginginkan untuk menggunakan unit yang lain misalnya ke

dalam SI unit, maka kita harus membuat unit yang baru.

Cara untuk membuat unit file tersebut adalah seperti di bawah ini :

Kita klik review existing unit file (unit fie yang aktif saat ini), kemudian kita

create unit file dengan nama yang dikehendaki dan selanjtnya klik view/edit

file.

Kemudian akan muncul spreadsheet seperti di bawah ini :

10

Setelah kita sesuaikan dengan unit file yang diinginkan, klik OK/save dan

kemudian pada menu “Tools” kita pilih convert input to new unit seperti terlihat

di bawah ini :

Browse file yang ingin kita ubah unit filenya, kemudian kita cari nama unit

yang telah kita buat dan selanjtnya kita pilih “OK”.

Material Data Base – Melakukan editing atau menambahkan material baru

pada data base Caesar II.

Edit Material

11

Kita pilih Edit material pada slah satu tools yang terdapat di dalam spreadsheet

di atas, kemudial akan muncul :

Selanjtnya kita tinggal pilih material apa yang ingin kita edit propertisnya,

kemudian kita simpan (save), spt contoh di bawah:

12

Menambahkan Material

Dengan langkah-langkah yang sama seperti tersebut di atas kita dapat

menambahkan jenis material yang ingin kita tambahkan apabila material yang

kita inginkan tidak terdapat di dalam data base Caesar II ini.

3. PIPE STRESS REQUIREMENT

3.1 Tegangan Pada Pipa

Secara umum tegangan pada pipa dapat dibagi menjadi dua : tegangan

normal dan tegangan geser

Tegangan normal

Tegangan arah longitudinal _ longitudinal stress

Tegangan arah tangensial _ hoop stress

Tegangan arah radial _ radial stress

Tegangan geser

Tegangan akibat gaya geser _ shear stress

Tegangan akibat momen puntir _ torsional stress

13

PIPING CODE PUBLICATION REVISION ANSI B31.1 (2004) August 16, 2004

ANSI B31.3 (2004) April 29, 2005 ANSI B31.4 (2002) October 4, 2002

ANSI B31.4 Chapter IX (2002) October 4, 2002 ANSI B31.5 (2001) May 30, 2005

ANSI B31.8 (2003) February 6, 2004 ANSI B31.8 Chapter VIII (2003) February 6, 2004

ANSI B31.11 (2002) May 30, 2003 ASME SECT III CLASS 2 (2004) July 1, 2005

ASME SECT III CLASS 3 (2004) July 1, 2005 U.S. NAVY 505 (1984) N/A CANADIAN Z662 (9/95) N/A

CANADIAN Z662 Ch 11 (9/95) N/A BS 806 1993, ISSUE 1, SEPTEMBER 1993 N/A

SWEDISH METHOD 1 2ND EDITION STOCKHOLM 1979 N/A

SWEDISH METHOD 2 2ND EDITION STOCKHOLM 1979 N/A ANSI B31.1 (1967) N/A

STOOMWEZEN (1989) N/A RCC-M C (1988) N/A

RCC-M D (1988) N/A CODETI (2001) June 2004

NORWEGIAN (1999) N/A FDBR (1995) N/A

BS7159 (1989) N/A UKOOA (1994) N/A IGE/TD/12 (2003) N/A

DnV (1996) N/A EN-13480 (3/2002) N/A

GPTC/192 (1998) N/A

3.2 Code & Standard yang digunakan CAESAR II v. 5.1

14

4. INPUT PIPING

4.1 Spreadsheet Overview

Spreadsheet di atas adalah fungsi utama yang akan menjelaskan elemen

demi elemen tentang desain piping yang kita buat. Di dalamnya terdapat data

field yang berguna untuk memasukkan berbagai informasi tentang masing-

masing kondisi elemen piping dan beberapa menu perintah dan toolbars yang

mana dapat digunakan untuk menjalankan perintah yg kita inginkan.

Disebelah samping piping input adalah tampilan gambar dari input yang kita

buat/masukkan.

15

Pada contoh diatas kita masukkan panjang ke arah sumbu X dengan nilai

100 in (unit default menggunakan English) maka secara langsung hasil inpu

akan ditampilkan pada gambar di samping piping input tsb.

Untuk membuat input berikutnya kita pilih continue pada navigation tools

seperti di

bawah ini :

4.2 Data Field

4.2.1 Nomor Node

Dalam desain piping Caesar, masing-masing elemen pipa akan

diidentifikasikan dengan nomor node. Setting default pada CAESAR II

memberikan nilai interval node sebesar 10. Jika anda ingin mengubah

interval tersebut dapat dilakukan dengan mengganti setting interval pada

4.2.2 Elements Length

Panjang elemen yang kita masukkan dalam CAESAR adalah dalam bentuk 3

dimensi dimana memilii koordinat (X, Y, dan Z). Sumbu Y adalah sebagai

16

sumbu vertical. DX,DY,DZ adalah mendeskribsikan pengukuran terhadap

X,Y,Z antara node awal (from node) dan node tujuan ( To node).

4.2.3 Pipe Section Properties

Sebelum kita melanjutkan untuk membuat modelling kita harus mengisi

properties pipa sesuai dengan kondisi yang diinginkan.

4.2.4 Operating Conditions

Caesar II memiliki 9 kondisi temperature dan tekanan serta tekanan

hydrotest yang dapat diberikan untuk masing-masing elemen pipa.

Caesar II mempergunakan data temperature tersebut untukmendapatkan

thermal strain/regangan akibat temperature dan allowable stress/tegangan

yang diijinkan dari suatu elemen dari material data base. Input temperature

17

dan takanan ini juga berfungsi untuk mensimulasikan kondisi pembebanan

ketika kita akan melakukan analysis.

Caesar II menggunakan parameter standard untuk temperature sebesar 70

deg. F, jika kita ingin merubahnya sesuai dengan kondisi lingkungan dapat

dilakukan dengan menggunakan Special Execution Parameters Option pada

box yg terdapat di spreadsheet sheet input piping.

4.2.5 Special Element Information

Komponen khusus seperti bend, rigid, expansion joint, reducer dan Tee

diberikan di dalam check box di atas. Jika akhir node elemen pada

spreadsheet adalah bend, elbow, atau mitered joint, maka bend checkbox

harus dipilih dengan meng-klik 2 kali.

Untuk Rigid checkbox digunakan untuk valve dan flange.

Untuk penerapannya akan kita bahas dalam Bab 5

4.2.6 Boundary & Loading Condition

Checkbox di atas memiliki fungsi untuk membatasi pergerakan pipa.

Pembahasan lebih lanjut tantang restrain akan diberikan pada Bab 5.

18

Checkbox diatas mengijinkan pengguna untuk menentukan beban dari

luar yang terjadi pada pipa. Pembebanan ini kemungkinan adalah sebuah

gaya atau moment yang terjadi pada point tertentu, sebuah beban

seragam/merata (yang dapat di spesifikasikan dalam gaya per satuan

panjang), atau beban akibat tekanan angin ( beban angin di spesifikasikan

sebagai wind shape factor).

4.2.7 Piping Material, Density & Elastic Properties

Caesar II membutuhkan spesifikasi material pipa, elastic modulus,

poisons ratio, density,dll. Sebagai parameter dasar yang akan digunakan

untuk perhitungan. Caesar II telah memiliki berbagai data base tentang

material dimana kita dapat memilih sesuai dengan spesisifasi yang

dikehendaki, dan atau kita dapat merubah/membuat material data base

sendiri dengan menggunakan Caesar II material data base editor.

Nilai Elastic Modulus dalam CAESAR II 5.1 akan diberikan dengan 4

nilai dimana nilainya akan diberikan secara otomatis oleh CAESAR II.

19

5. APLIKASI KHUSUS

5.1 Bend, Valve, Expansion joint, Reducer dan Tee

5.1.1 Bend

Dalam program ini terdapat 2 macam bend yang biasa di aplikasikan, yaitu :

Elbow

Elbow banyak digunakan jika kita mendesain piping di dalam suatu

pabrik/plant dimana system perpipaannya berada above ground ( di atas

tanah).

Contoh di bawah ini menunjukkan cara membuat elbow dalam

spreadsheet :

20

Pada node 20 to 30 kita klik 2 kali pada toolbox “bend” pada spreadsheet

di atas. Artinya pada akhir node (yaitu node 30) Caesar II membaca akan

diberikannya elbow/bend oleh pengguna. Kemudian pada node selanjutnya

(node 30 to 40) kita berikan panjang sebesar 100 in sehingga akan

ditampilkan seperti gambar di atas.

Ketika kita memilih bend pada spreadsheet di atas, maka Caesar II akan

secara otomatis memberikan nilai radius pada kolom “radius” di atas dengan

anggapan “elbow 900”.

Dalam contoh di atas kita menggunakan pipa dengan diameter 12”

sehingga radius akan secara otomatis diberikan oleh Caesar II sebesar 18 in

(elbow 90 deg.).

Jika kita ingin membuat elbow dengan besaran selain 900 (misalnya450),

maka kita harus terlebih dahulu mengerti tentang besaran radius sesuai

dengan diameter pipa yang kita masukkan, atau kita sebaiknya memiliki

“piping standard drawing” sebagai acuan dalam menetukan radius elbow

tersebut.

21

Bend

Di dalam pekerjaan pipa terutama pipeline seringkali kita harus

melakukan bending terhadap pipa dimana biasanya sudut yang diperlukan di

bawah 900, maka kita harus mendesain radius bending tersebut sesuai

dengan besaran yang kita inginkan/klien inginkan.

Ada 3 jenis bending yang digunakan dalam pipeline yaitu :

Hot Bend : memiliki besaran radius max 5D (5 kali diameter pipa); dan

Cold Bend : memiliki besaran radius max 40D (40 kali diameter pipa)

Tampilan berikut memperlihatkan bending sebesar 22.50 pada node 30.

5.1.2 Valve / Flange

Untuk membuat / memberikan valve / flange pada piping dapat kita lakukan

dengan langkah-langlah berikut :

22

Jika kita ingin memasukkan valve/fitting dalam spreadsheet harus pada node

yang kosong/baru dengan memilih valve flange database seperti terlihat pada

gambar di atas.

Kemudian akan tampil sheet berikut :

Kita pilih type valve / flange pada box di atas sesuai yang dikehendaki

kemudian “OK” maka pada node 50 – 60 akan diberikan valve/flange seperti

berikut ini :

23

5.1.3 Expansion Joint

Expansion joint digunakan untuk sambungan pipa dimana biasanya

terletak pada pipa yang dekat dengan sumber getaran seperti pompa atau

compressor.

Ada 2 cara yang bisa kita pergunakan untuk membuat pemodelan

expansion joint pada piping system yaitu dengan :

Pilih expansion joint modeler pada icon di seperti tampak atas, kemudian

kita akan diberikan pilihan yang telah tersedia di dalam data base CAESAR

II sbb:

24

Kemudian pada spreadsheet akan ditampilkan model expansion joint yang

telah kita buat seperti di bawa ini :

Kemudian cara kedua yang dapat kita lakukan yaitu dengan klik 2 kali

expansion joint pada check box seperti terlihat di bawah ini :

25

Pemodelan cara ke-2 ini kita lakukan jika kita telah mengetahui terlebih

dahulu nilai axial, translation, bending, dan torsi stiffnessnya sehingga kita

masukkan nilai tersebut di dalam kotak yang tersedia.

5.1.4 Reducer

Pemodelan reducer pada piping dapat kita lakukan dengan cara sebagai

berikut :

26

Klik reducer pada spreadsheet kemudian kita isikan diameter 2 dan tebal

pipa dan memberikan panjang reducer tersebut.

5.1.5 SIF / Tee

Jika kita ingin membuat tee, klik SIFs & Tees pada node yang ingin kita beri

tee kemudian isi type tee yang diinginkan dan SIF (jika ada).

27

Untuk tee reducer kita dapat memodelkan dengan menggunakan langkah

yang sama namun pada elemen yang tereduksi kita ubah diameter pipa pada

spreadsheet sesuai dengan yang diinginkan.

5.2 Restrain, Hanger, Noozle dan Displacement

5.2.1 Restrain

Untuk memberikan restrain pada piping kita dilakukan dengan cara memilih

restrain pada check box di atas dan memasukkan type restrain di dalam

kotak sebelah kanan yang telah tersedia.

Ada berbagai macam type restrain yang dapat di aplikasikan di dalam Caesar

II sesuai dengan fungsi yang diinginkan, yaitu :

Restraint Type Abbreviation

1. Anchor _ANC

2. Translational Double Acting _X, Y, or Z

3. Rotational Double Acting_ RX, RY, or RZ

28

4. Guide, Double Acting_ GUI

5. Double Acting Limit Stop_LIM

6. Translational Double Acting Snubber_XSNB,YSNB, ZSNB

7. Translational Directional_ +X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z

8. Rotational Directional_ +RX, -RX, +RY, etc.

9. Directional Limit Stop_ +LIM, -LIM

10. Large Rotation Rod_XROD, YROD, ZROD

11. Translational Double Acting Bilinear_X2, Y2, Z2

12. Rotational Double Acting Bilinear_ RX2, RY2, RZ2

13. Translational Directional Bilinear_ -X2, +X2, -Y2, etc.

14. Rotational Directional Bilinear_ +RX2, -RX2, +RY2, etc.

15. Bottom Out Spring_ XSPR, YSPR, ZSPR

16. Directional Snubber _+XSNB, -XSNB, +YSNB, etc

5.2.2 Hanger

Dengan cara klik 2 kali Hanger checkbox pada pipe spreadsheet untuk

memasukkan hanger spring data untuk node-node khusus. Untuk modeling

hanger sederhana tidak memerlukan input tambahan karena Caesar akan

secara otomatis memberikan nilainya dengan memilih salah satu “hanger

table” yang telah disediakan seperti contoh berikut :

29

Ilustrasi hanger drawing dari input di atas :

(simple hanger design)

30

5.2.3 Flexible Nozzle

Fungsi tampilan di atas adalah sebagai pelengkap untuk mendeskripsikan

koneksi fleksibel nozzle pada pipa. Jika memasukkan fungsi ini, CAESAR II

akan menghitung secara otomatis fleksibilities-nya dan menempatkannya di

lokasi yang dikehendaki. CAESAR II melakukan perhitungan nozze load

berdasarkan kriteria WRC 297, API 650 atau BS 5500.

5.2.4 Displacement

31

Tampilan di atas berfungsi untuk memberikan nilai pergeseran

(displacement) hingga 2 node untuk tiap-tiap spreadsheet. Jika nilai

pergeseran dimasukkan dengan nilai “0.0” maka system akan dianggap

“fully restrain” pada arah tersebut.

5.3 Latihan

32

Perintah :

1. Buatlah Pemodelan di atas dengan panjang seperti diketahui dengan

beberapa ketentuan sebagai berikut :

Di awal node (node 5) adalah discharge pompa

Di akhir node (40) adalah nozzle dan vessel.