Perilaku Nonlinier Pipa Elbow Bertekanan dengan Beban Termal dan In-Plane Bending

Abstract

Pipa elbow merupakan salah satu komponen yang penting dalam sistem perpipaan. Disamping berfungsi untuk mengubah arah aliran fluida, pipa elbow juga berperan untuk menyerap ekspansi termal karena sifatnya yang lebih fleksibel dibandingkan dengan sebuah pipa lurus yang eqivalan. Sifat pipa elbow yang fleksibel ini adalah akibat dari ovalisasi (menjadi oval) penampangnya ketika menerima beban bending. Fleksibilitas yang baik ini juga dapat mengurangi tegangan akibat ekspansi termal. Dalam prakteknya, beban yang diterima oleh pipa elbow adalah beban bending (mechanical), beban termal dan tekanan internal (mechanical). Beban bending menyebabkan ovalisasi pada pipa elbow. Jika tekanan internal bekerja mengikuti beban bending, maka penampang yang tadinya oval akibat bending akan berkurang keovalannya (menuju lingkaran) dan pengurangan ini menunjukkan perilaku nonlinear. Sedangkan jika beban in-plane bending dan tekanan internal bekerja secara bersamaan pada pipa elbow, hubungan beban dan perpindahan radial tidak menunjukkan perilaku nonlinier. Pada kondisi actual di lapangan, beban yang diterima oleh pipa elbow adalah beban termal yang memberikan efek cenderung sama seperti akibat beban in-plane bending. Paper ini melaporkan hasil penelitian yang dilakukan untuk melihat perilaku nonlinier pipa elbow yang diberikan beban termal dan tekanan internal dibandingkan dengan beban in-plane bending dan tekanan internal. Penelitian ini dilakukan dengan metode elemen hingga menggunakan ANSYS Mechanical APDL. Material yang digunakan adalah titanium alloy (Ti-6Al-4V) dan diasumsikan berperilaku elastic-perfectly plastic. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perilaku nonlinier terlihat signifikan pada pembebanan in-plane bending dan tekanan internal. Pada pembebanan in-plane bending dan tekanan internal, perpindahan radial suatu node adalah berlawanan. Jika perpindahan radial suatu node akibat bendng adalah positif, maka beban tekanan internal yang bekerja kemudian akan mengurangi perpindahan radial ini, memberikan efek yang berlawanan dengan perpindahan yang disebabkan oleh beban in-plane bending. Sedangkan pada pembebanan termal dan tekanan internal tidak menunjukkan perilaku nonlinier. Perpindahan radial suatu node akibat beban termal dan tekanan internal adalah searah. Tegangan akibat beban in-plane bending lebih besar dibandingkan dengan akibat beban termal. Tekanan internal meningkatkan tegangan yang disebabkan pembebanan termal dan mengurangi tegangan yang disebabkan pembebanan in-plane bending.