TINJAUAN DESAIN DAN ANALISIS DAMPAK

PENGETESAN HIDROSTATIK 1000 PSI PADA

BADAN UTAMA DAN GASKET DI KATUP BOLA

Tugas Keprofesian C

Oleh:

Arsyil Dwinda Putra 13113050

Dwi Mulyaningsih 13113131

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

i

KATA PENGANTAR

Penulis memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas

segala limpahan rahmat sehingga dapat menyelesaikan penyusunan laporan akhir

yang berjudul “Analisis Dampak Pengetesan Hidrostatik 1000 psi Pada Badan

Utama dan Gasket di Katup Bola”. Laporan akhir ini digunakan untuk

menyelesaikan tugas mata kuliah Keprofesian C di Institut Teknologi Bandung.

Dalam penulisan laporan akhir ini, penulis menemukan beberapa

permasalahan, namun dapat diatasi berkat bantuan dari berbagai pihak. Maka

penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Djoko Suharto M.Sc, selaku koordinator mata kuliah

Keprofesian C yang telah bersedia memberikan waktu untuk mendidik,

memberi motivasi, dan semangat berkarya selama penulisan laporan

akhir ini.

2. Satrio Wicaksono, S.T , selaku dosen pembimbing yang dengan sabar

mengajar, menuntun dan mengarahkan penulis hingga dapat

menyelesaikan laporan akhir ini.

Penulis masih memiliki banyak kekurangan dalam penulisan laporan akhir ini.

Sehingga penulis menerima seluruh kritik dan saran.

Bandung, 30 Juli 2015

Penulis

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................. i

DAFTAR ISI ........................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. iv

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... vi

BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Identifikasi Masalah, Tujuan, dan Batasan Masalah ................................ 1

1.3 Metodologi Penelitian .............................................................................. 2

BAB 2 STUDI PUSTAKA ..................................................................................... 4

2.1 Pengertian Christmas Tree ....................................................................... 4

2.2 Kontruksi Katup bola ............................................................................... 5

2.2.1 Pengertian Katup ............................................................................... 5

2.2.2 Katup bola ......................................................................................... 5

2.2.3 Jenis Katup bola ................................................................................ 6

2.3 Pengenalan Metode Elemen Hingga ........................................................ 8

2.4 Prosedur perhitungan manual pembebanan pada gasket, dan badan utama

. ................................................................................................................. 9

2.4.1 Badan Utama ..................................................................................... 9

2.4.2 Gasket .............................................................................................. 10

BAB 3 DATA DAN PERHITUNGAN MANUAL .............................................. 11

3.1 Data Badan Utama .................................................................................. 11

3.2 Data Gasket ............................................................................................ 11

3.3 Pembebanan pada Badan Utama ............................................................ 12

3.3.1 Perhitungan manual pada bagian kanan/kiri badan utama .............. 13

3.3.2 Perhitungan manual pada bagian bawah ......................................... 14

3.3.3 Perhitungan manual pada bagian atas ............................................. 15

3.3.4 Perhitungan manual pada lubang oli ............................................... 16

3.4 Pembebanan pada gasket ........................................................................ 17

iii

3.5 Simulasi Pengetesan Hidrostatik dengan Menggunakan ANSYS ........... 18

3.5.1 Simulasi pada badan utama ............................................................. 18

3.5.2 Simulasi pada gasket ....................................................................... 21

BAB 4 ANALISIS ................................................................................................ 25

4.1 Analisis Gasket ....................................................................................... 25

4.2 Analisis Body ......................................................................................... 26

BAB 5 KESIMPULAN ......................................................................................... 27

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 27

5.2 Saran ....................................................................................................... 27

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 28

LAMPIRAN A GAMBAR TEKNIK ................................................................... 29

LAMPIRAN B SKETSA ...................................................................................... 38

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Christmas Tree sederhana .................................................................. 4

Gambar 2.2 Katup Bola........................................................................................... 6

Gambar 2.3 Ball valve single body ......................................................................... 6

Gambar 2.4 Ball valve three-piece body ................................................................. 6

Gambar 2.5 Ball valve split body ............................................................................ 6

Gambar 2.6 Ball valve top entry ............................................................................. 6

Gambar 2.7 Ball valve welded ................................................................................ 7

Gambar 2.9 Katup Bola tipe trunnion ..................................................................... 7

Gambar 2.8 Katup Bola tipe floating ...................................................................... 7

Gambar 2.10 Skema Sederhana konsep Metode Elmen Hingga............................. 8

Gambar 3.1 Gambar teknik gasket ........................................................................ 12

Gambar 3.2 Diagram Benda Bebas Badan Utama ................................................ 13

Gambar 3.3 Tampak depan dan samping badan utama......................................... 13

Gambar 3.4 Baut pada kiri/kana badan utama ...................................................... 14

Gambar 3.5 Tampak bawah badan utama dan baut bawah ................................... 14

Gambar 3.6 Tampak atas badan utama dan baut atas ........................................... 15

Gambar 3.7 Baut penutup oli pada sisi badan utama ............................................ 16

Gambar 3.8 Diagram benda bebas pada gasket .................................................... 17

Gambar 3.9 Pemodelan pembebanan badan utama............................................... 18

Gambar 3.10 Meshing pada badan utama ............................................................. 19

Gambar 3.11 Data hasil konvergensi pada badan utama ...................................... 19

Gambar 3.12 Grafik hasil konvergensi ................................................................. 20

Gambar 3.13 Badan utama sebelum terdeformasi ................................................ 20

Gambar 3.14 Badan utama setelah terdeformasi................................................... 21

Gambar 3.15 Pemodelan pembebanan pada gasket .............................................. 22

Gambar 3.16 Meshing pada gasket ....................................................................... 22

Gambar 3.17 Data hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada gasket ........... 23

Gambar 3.18 Grafik hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada gasket ........ 23

v

Gambar 3.19 Gasket sebelum terdeformasi .......................................................... 24

Gambar 3.20 Katup setelah terdeformasi .............................................................. 24

Gambar 4.1 Potongan penampang gasket ............................................................. 25

Gambar 4.2 Potongan penampang badan utama ................................................... 26

vi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A.1 Gambar susunan katup bola ........................................................... 29

Lampiran A.2 Gambar subsusunan badan penutup............................................... 30

Lampiran A.3 Gambar subsusunan badan katup................................................... 31

Lampiran A.4 Gambar komponen bola ................................................................. 32

Lampiran A.5 Gambar komponen badan utama ................................................... 33

Lampiran A.6 Gambar komponen penampang ..................................................... 34

Lampiran A.7 Gambar komponen badan pada badan katup ................................. 35

Lampiran A.8 Gambar komponen penampang bawah .......................................... 36

Lampiran A.9 Gambar komponen penampang atas .............................................. 37

Lampiran B.1 Sketsa penampang atas .................................................................. 38

Lampiran B.2 Sketsa badan utama ........................................................................ 39

Lampiran B.3 Sketsa badan pada subsusuna badan katup .................................... 40

Lampiran B.4 Sketsa penampang atas .................................................................. 41

Lampiran B.5 Sketsa bola ..................................................................................... 42

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknik mesin mempelajari banyak hal yang berguna bagi kehidupan. Tidak hanya

di dunia otomotif, teknik mesin juga membahas banyak bidang, seperti bidang

perindustrian, bidang transportasi dan juga bidang perminyakan. Dalam setiap

bidang terdapat alat kerja yang tersusun atas beberapa komponen mesin.

Mahasiswa teknik mesin dituntut mampu menggambar teknik dan menganalisis

komponen tersebut.

Melalui mata kuliah ini, setiap kelompok diberikan komponen yang berbeda dari

bidang otomotif, perminyakan, dan pertanian. Penulis mendalami katup bola yang

digunakan pada bidang perminyakan.

Proses pengeboran membutuhkan teknologi yang canggih karena reservoir yang

akan dibor berada di lapisan bumi yang sangat dalam. Christmas tree adalah

rangkaian katup pada kepala sumur untuk mengendalikan tekanan di dalam sumur

dan kecepatan aliran fluida ke permukaan. Katup merupakan komponen utama

penyusun christmas tree.

Untuk mencegah terjadinya kebocoran atau kerusakan pada katup bola, maka

setiap komponen pada katup harus dapat menahan tekanan. Terdapat beberapa

komponen pada katup yang rentan mengalami kegagalan, contohnya gasket.

Untuk memastikan setiap komponen mampu menahan tekanan, maka dilakukan

pengujian berdasarkan API 598 (Valve Inspection and Testing). Sesuai standar

pengujian, maka dilakukan pengujian hidrostatik pada gasket dan badan utama.

Besar tekanan kerja yang diberikan saat pengujian hidrostatik seperti spesifikasi

yang telah diberikan oleh pihak produsen.

1.2 Identifikasi Masalah, Tujuan, dan Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dapat ditarik rumusan masalah

mengenai besar tegangan maksimum yang dialami katup bola saat dilakukan

pengujian hidrostatik. Sehingga dapat ditentukan kemampuan komponen pada

saat proses pengeboran.

2

Adapun tujuan dari laporan tugas akhir ini adalah:

1. Menggambar teknik gambar susunan dan komponen katup bola.

2. Menganalisis tegangan maksimum yang diterima oleh gasket dan badan

utama saat pengujian hidrostatik.

3. Menganalisis kemampuan gasket dan badan utama setelah dilakukan

pengujian hidrostatik.

4. Menganalisis faktor keamanan gasket dan badan utama.

Beberapa batasan diberikan dalam menganalisis masalah tersebut yaitu:

1. Analisis pada gasket dan badan utama katup bola.

2. Jenis gasket yang digunakan adalah O-ring.

3. Dilakukan pengujian hidrostatik dengan tekanan kerja yang diberikan

1000 psi sesuai spesifikasi.

1.3 Metodologi Penelitian

Untuk mendapatkan tujuan tersebut yang diinginkan, penulis melakukan beberapa

tahapan, diantaranya:

a. Studi Pustaka

Mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan standar gambar teknik, proses

pengeboran, katup bola, pengujian hidrostatik, pembebanan pada gasket

dan badan utama, analisis elemen dengan solid model, tegangan, regangan

dan faktor keamanan. Sumber yang dijadikan referensi antara lain buku

teks, standar, tugas akhir, dan artikel yang berkaitan.

b. Perhitungan manual

Perhitungan ini dilakukan untuk memperoleh pembebanan pada gasket dan

badan utama saat pujian hidrostatik.

c. Penelitian eksperimental semu

Proses ini menggunakan perangkat lunak ANSYS 2015, penulis melakukan

simulasi pembebanan pada gasket dan badan utama untuk memperoleh

tegangan maksimum.

3

d. Analisis

Berdasarkan data yang telah diperoleh dari simulasi tersebut, maka didapat

kelayakan komponen serta faktor keamanan.

e. Penarikan kesimpulan dan pengajuan saran

Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan, maka dapat ditarik

kesimpulan yang menjawab tujuan dan mengajukan saran.

4

BAB 2

STUDI PUSTAKA

2.1 Pengertian Christmas Tree

Christmas tree menurut API memiliki pengertian yaitu rankaian dari beberapa

valve yang berguna untuk kontrol produksi yang ditempatkan di kepala sumur.

Valve sebagai komponen yang paling penting di christmas tree berguna untuk

mengatur laju fluida. Jumlah valve pada christmas tree beragam sesuai dengan

kegunaan, tetapi pada dasarnya katup penyusun christmas tree terdiri dari master

valve, wing valve, swab valve, dan choke seperti pada gambar 2.1.

Master valve terdiri dari menjadi lower master valve dan upper master valve.

Lower master valve dioperasikan secara manual sedangkan upper master valve

dioperasikan dengan bantuan hidrolik. Fungsi master valve adalah untuk mengatur

fluida dari dasar sumur menuju permukaan.

Pada bagian kiri dan kanan terdapat wing valve berupa gate valve yang memiliki

fungsi untuk membuka dan penutupan secara manual. Fungsi wingvalve kanan

Gambar 2.1 Christmas Tree sederhana

5

dan kiri berbeda, pada bagian kiri dinamakan kill wing valve yang memiliki

fungsi untuk menginjeksikan fluida seperti inhibitor terhadap korosi dan methanol

untuk mencegah terjadinya hidrasi dan formasi. Pada bagian kanan dinamakan

production wing valve atau flow wing valve berfungsi untuk mengalirkan fluida

menuju fasilitas produksi selanjutnya.

Bagian atas terdapat swab valve yang merupakan sebuah manual gate valve yang

berfungsi mengalirkan fluida mencapai top adapter untuk dibaca tekanan

fluidanya, mengambil sample fluida dan juga untuk lewatnya wireline unit.

2.2 Kontruksi Katup bola

2.2.1 Pengertian Katup

Katup adalah komponen mesin yang banyak digunakan, kegunaannya adalah

untuk mengatur dan mengendalikan aliran fluida, dalam posisi katup yang terbuka

maka aliran akan mengalir dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah. Karena

digunakan dalam banyak hal maka katup memiliki banyak jenis sesuai dengan

kegunaanya seperti ball valve, gate valve, globe valve, butterfly valve, check valve

solenoid valve dan relief valve.

2.2.2 Katup bola

Salah satu katup yang banyak digunakan dalam dunia engineering adalah katup

bola. Katup bola (pada gambar 2.2) merupakan katup yang membuka dan

menutupnya hanya menggunakan seperempat putaran sehingga operasinya

tergolong cepat dibandingkan dengan jenis katup lainnya. Katup bola memiliki

bola yang berlubang lurus dari satu sisi ke sisi lainnya yang sejajar dengan arah

aliran pada badan utama. Material dasar dari katup bola dapat berupa kuningan,

perunggu, besi cor, tembaga, logam campuran, stainless steel dan plastik (CPVC,

PVC).

Katup bola merupakan katup yang memiliki ketahanan yang baik, dapat

beroperasi dengan setelah mengalami banyak siklus tutup dan buka. Katup bola

juga memiliki nilai toleransi yang tinggi sehingga jarang terjadi kebocoran dan

kehilangan tekanan yang sangat rendah. Katup bola sangat cocok digunakan untuk

fluida kerja yang berupa gas.

6

2.2.3 Jenis Katup bola

Secara general katup bola dapat dibagi berdasarkan bentuk badan katupnya yaitu

single body(gambar 2.3), three-piece body(gambar 2.4), split body(gambar 2.5),

top entry(gambar 2.6) dan welded(gambar 2.7)

Gambar 2.2 Katup Bola

Gambar 2.3 Ball valve

single body

Gambar 2.4 Ball valve

three-piece body

Gambar 2.5 Ball valve

split body

Gambar 2.6 Ball valve

top entry

7

Sedangkan berdasarkan strutur desain pembuatan ada dua jenis katup bola yaitu

katup bola tipe floating dan katup bola tipe trunnion.

Katup bola tipe floating memiliki bola sebagai bagian yang membuka dan

menutup mempunyai satu pegangan gagang, bola dalam posisi bebas namun

terjepit oleh lembar ball seat dan seal seperti pada gambar 2.8. Katup bola tipe

floating sesuai untuk penggunaan nonkritis, karena desainnya dan jumlah bagian

yang sedikit sehingga harga dan pemeliharaannya lebih murah

Katup bola tipe Trunnion memiliki bola yang tetap dari atas ke bawah pada

sebuah batang yang di seal pada ball seatnya seperti pada gambar 2.9. Katup bola

tipe Trunnion digunakan untuk tekanan tinggi dan ukuran yang lebih besar.

Desain dan bagiannya tidak sesederhana tipe floating sehingga harganya lebih

mahal.

Gambar 2.7 Ball valve

welded

Gambar 2.8 Katup Bola tipe

floating

Gambar 2.9 Katup Bola tipe

trunnion

8

2.3 Pengenalan Metode Elemen Hingga

Metode Elemen Hingga (MEH) adalah suatu metode untuk menyelesaikan suatu

permasalahan dalam bidang rekayasa dengan cara membagi obyek yang di analisa

menjadi bagian-bagian kecil yang jumlahnya terhingga. Bagian-bagian kecil ini

disebut dengan elemen dan antar elemen akan dihubungkan dengan nodal (node).

Tiap-tiap elemen ini akan di analisis hasilnya dan digabungkan untuk

mendapatkan hasil keseluruhan obyek.

Pembagiann obyek menjadi elemen-elemen kecil disebut dengan disktritasi.

Secara fisika membagi obyek menjadi bagian-bagian kecil menuntun kita pada

pembuatan persamaan diferensial. Jadi metode elemen hingga secara matematis

dapat dianggap sebagai penyelesaian masalah persamaan difereinsial dengan

teknik numerik.

Langkah umum dalam metode elemen hingga (gambar 2.10) adalah :

1. Membagi obyek yang dianalisa menjadi elemen-elemen kecil, biasa

disebut dengan meshing.

2. Melakukan modelisasi sederhana untuk tiap elemen. Misalkan dimodelkan

dengan pegas, dimana pegas memiliki sifat yang sederhana yaitu gaya

pegas berbanding lurus dengan pertambanan panjang pegas.

3. Membuat formula sederhana untuk tiap elemen tersebut. Contoh pegas

memiliki persamaan umum f = k.x. dengan f sebagai gaya, k sebagai

konstanta pegas dan x adalah pertambahan panjang pegas.

4. Kemudian tiap-tiap elemen kecil tersbut akan di kombinasikan untuk

mendapatkan persamaan yang berlaku untuk seluruh obyek.

Gambar 2.10 Skema Sederhana

konsep Metode Elmen Hingga

9

Dengan perkembangan dunia komputasi yang berkembang pesat saat ini banyak

sekali software-software pendukung untuk menyelesaikan permasalahan rekayasa

dengan metode elemen hingga. Salah satu software yang banyak digunakan

adalah ANSYS. Pengguna software hanya perlu memodelkan fisik suatu benda

(bisa dengan CAD atau Solidworks) kemudian di impor ke program ansys untuk

membagi model fisik suatu benda menjadi elemen-elemen kecil, mendefinisikan

sifat material, memberikan kondisi batas dan pembebanan, kemudian menjalankan

software tersebut untuk mendapatkan solusinya dinamakan dengan pre-

processing. Bagian tersulit dari penggunaan software MEH adalah pada bagian

post-processing karena pengguna harus dapat menginterpretasikan hasil,

menganalis fisik dan angka yang dihasilkan dan mengevaluasi hasilnya jika

kurang memuaskan.

2.4 Prosedur perhitungan manual pembebanan pada gasket, dan badan

utama.

2.4.1 Badan Utama

1. Tentukan nilai dari tekanan kerja, temperatur kerja dan dimensi serta geometri

yang digunakan dalam penelitian.

2. Memberikan tekanan saat pengetesan hidrostatik sebesar 1000 psi. Tekanan ini

terdistribusi merata didalam rongga badan utama.

3. Menghitungan tegangan geser setiap baut pada badan utama saat pengetesan

hidrostatik. Tekanan pengetesan hidrostatik akan menghasilkan tegangan normal

pada tiap baut, kemudian dicari nilai gayanya dengan mengalikan tegangan

normal ini dengan luasan lubang baut. Karena gaya pada ujung baut sama dengan

sisi baut, maka tegangan geser baut dapat dicari dengan membagi gaya ini dengan

luasan ulir pada sisi baut.

10

2.4.2 Gasket

1. Tentukan nilai dari tekanan kerja, temperatur kerja dan dimensi serta geometri

yang digunakan dalam penelitian.

2. Memberikan tekanan pengujian hidrostatik sebesar 1000 psi pada bagian dalam

gasket.

11

BAB 3

DATA DAN PERHITUNGAN MANUAL

Untuk memperoleh tegangan maksimum pada gasket dan badan utama dengan

pengujian hidrostatik sebesar 1000 psi, dapat dilakukan secara analitik, numerik,

dan eksperimen. Diperlukan besar pembebanan pada gasket dan badan utama

untuk melakukan analisis secara numerik.

3.1 Data Badan Utama

Badan utama katup bola berbahan Carbon Steel A 105N dengan beberapa sifat

mekanik seperti berikut :

Modulus elastis = 29.000.000 psi

Modulus geser = 11.500.000 psi

Tensile Strees = 70000 psi

Tegangan yield = 36000 psi

Rasio Poisson = 0.29

3.2 Data Gasket

Untuk menentukan kekuatan material sedangkan dimensi ditunjukka pada gambar

3.1.

o Deskripsi material :

1. Tipe = O-Ring

2. Material = Karet

3. Modulus elastis = 5 Mpa

4. Yield strength = 0

5. Tensile strength = 2320,6 psi

6. Rasio poisson = 0.48

o Dimensi :

1. Diameter luar = 1,95 in

12

2. Diameter dalam (Ddlm) = 1,46 in

3. Diameter luar alur gasket (G) = 1,7047 in

4. Tinggi (t) = 0,24 in

5. Faktor (m) = 0

3.3 Pembebanan pada Badan Utama

Untuk melakukan simulasi pembebanan, maka memindahkan gaya yang terjadi

ketika penujian hidrostatik terhadap badan utama. Diagram benda bebas pada

badan utama seperti gambar 3.2.

Gambar 3.1 Gambar teknik gasket

13

Pada simulasi ANSYS penulis menggunakan tekanan pada bagian dalam

katup dan tegangan geser yang disebabkan oleh baut.

3.3.1 Perhitungan manual pada bagian kanan/kiri badan utama

Berikut dimensi pada bagian kanan/kiri badan utama(gambar 3.3) dan baut ulir (gambar

3.4) :

Gambar 3.2 Diagram Benda Bebas Badan Utama

Gambar 3.3 Tampak depan dan samping badan utama

14

Gambar 3.5 Tampak bawah badan utama dan baut bawah

o Dimensi :

Jari-jari lingkaran dalam (r1) = 3,295 in

Diameter lingkaran baut (d2) = 0,551 in

Kedalaman baut (l) = 0,551 in

Menghitung gaya (F1) yang terjadi saat bagian kanan/kiri ditutup :

Menghitung tekanan (P1) yang diterima oleh lingkaran baut:

3.3.2 Perhitungan manual pada bagian bawah

Berikut gambar bagian bawah badan utama dan baut pada gambar 3.5.

Gambar 3.4 Baut pada kiri/kana badan utama

15

o Dimensi :

Diameter lingkaran besar = 2,14 in

Kedalaman baut = 1,15 in

Diameter lingkaran baut = 0,47 in

Menghitung gaya (F2) yang diterima pada lingkaran bawah saat pengujian

hidrostatik :

Menghitung tekanan (P2) yang ditahan oleh baut:

3.3.3 Perhitungan manual pada bagian atas

Berikut gambar bagian atas dan baut seperti pada gambar 3.6 :

Gambar 3.6 Tampak atas badan utama dan baut atas

16

o Dimensi :

1. Diameter lingkaran atas = 2,25 in

2. Diameter baut kecil = 0,44 in

3. Diameter baut besar = 0,49 in

4. Kedalaman baut kecil = 1,23 in (1,378)

5. Kedalaman baut besar = 0,24 in

Menghitung gaya (F3) pada lingkaran atas saat pengujian hidrostatik :

Menghitung tekanan(P3) yang ditahan oleh baut kecil :

3.3.4 Perhitungan manual pada lubang oli

Berikut gambar baut penutup oli seperti pada gambar 3.7 :

o Dimensi :

Gambar 3.7 Baut penutup oli pada sisi badan utama

17

1. Diameter lingkaran penutup oli = 0.65 in

2. Kedalaman ulir penutup oli = 0.42 in

Menghitung gaya (F4) pada lubang oli saat pengujian hidrostatik :

Menghitung tekanan (P4) yang terjadi pada lubang penutup oli :

3.4 Pembebanan pada gasket

Disaat pengetesan hidrostatik maka gasket akan mendapatkan tegangan normal

pada bagian dalam gasket yang besarnya sama dengan tekanan pengetesan yaitu

1000 psi. Karena luasan bagian dalam gasket

. Sehingga gaya dibagian dalam

gasket adalah Dan gaya resultan pada bagian luar

gasket sebesar 1100 lbf. Diagram benda bebas gasket digambarkan seperti gambar

3.8. Pada simulasi ANSYS pembebanan dilakukan dalam tegangan normal dengan

nilai 1000 psi.

R F

Gambar 3.8 Diagram benda bebas pada gasket

18

3.5 Simulasi Pengetesan Hidrostatik dengan Menggunakan ANSYS

Untuk mendapatkan tegangan maksimum, maka dilakukan simulasi metode

elemen hingga menggunakan ANSYS 15. Simulasi ini dilakukan pada badan utama

dan gasket.

3.5.1 Simulasi pada badan utama

Berikut tahapan pengerjaan :

1. Impor file

Impor geometri pada Autodesk Inventor Professional 2015 pada

Workbench 15, setelah itu pilih Static Structural untuk menganalisis.

2. Mendefinisikan material komponen

Memasukkan sifat mekanik material seperti modulus elastis dan modulus

geser pada Engineering Data. Untuk besar sifak mekanik A 105 N dapat

dilihat di subbab 3.1.

3. Memodelkan komponen

1. Mendefinisikan beban luar

Besar beban yang diberikan sesuai dengan subbab sebelumnnya.

Arah dan letak pembebanan dapat dilihat pada gambar 3.9.

2. Mendefinisikan meshing

Gambar 3.9 Pemodelan pembebanan badan utama

19

Meshing adalah pembagian sebuah benda menjadi beberapa

bagian. Pada ansys terdapat beberapa geometri yang digunakan

untuk melakukan meshing, yaitu : tetrahedrons, hex dominant,

sweep, multizone. Simulasi yang dilakukan menggunakan otomatis

seperti pada gambar 3.10 :

3. Uji konvergensi pada simulasi

Pengujian konvergensi dilakukan untu mendapatkan hasil yang

konvergen. Uji konvergensi ini dilakukan dengan mengatur jumlah

nodal dan elemen seperti pada gambar 3.11. Sehingga juga dapat

diperoleh grafik uji konvergensi seperti pada gambar 3.12.

Gambar 3.10 Meshing pada badan utama

Gambar 3.11 Data hasil konvergensi pada badan utama

20

Dari hasil uji konvergensi didapat tegangan von misses

maksimum sebesar

4. Bentuk badan utama

Sebelum terdeformasi (gambar 3.13) :

Gambar 3.12 Grafik hasil konvergensi

Jumlah elemen

Gambar 3.13 Badan utama sebelum terdeformasi

Tega

nga

n m

aksi

mu

m v

on

mis

ses

(psi

)

21

Setelah terdeformasi (gambar 3.14) :

3.5.2 Simulasi pada gasket

Berikut tahapan pengerjaan :

1. Impor file

Impor geometri pada Autodesk Inventor Professional 2015 pada

Workbench 15, setelah itu pilih Static Structural untuk menganalisis.

2. Mendefinisikan material komponen

Memasukkan sifat mekanik material seperti modulus elastis dan modulus

geser pada Engineering Data. Untuk besar sifat mekanik gasket dapat

dilihat di subbab 3.2.

3. Memodelkan komponen

a. Mendefinisikan beban luar

Besar beban yang diberikan sesuai dengan subbab sebelumnnya. Arah

dan letak pembebanan dapat dilihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.14 Badan utama setelah terdeformasi

22

b. Mendefinisikan meshing

Meshing adalah pembagian sebuah benda menjadi beberapa bagian.

Pada ansys terdapat beberapa geometri yang digunakan untuk

melakukan meshing, yaitu : tetrahedrons, hex dominant, sweep,

multizone. Simulasi yang dilakukan menggunakan otomatis seperti

pada gambar 3.16.

Gambar 3.15 Pemodelan pembebanan pada

gasket

Gambar 3.16 Meshing pada gasket

23

c. Uji konvergensi pada simulasi

Pengujian konvergensi dilakukan untu mendapatkan hasil yang

konvergen. Uji konvergensi ini dilakukan dengan mengatur jumlah

nodal dan elemen seperti pada gambar berikut 3.17. Sehingga dapat

diperoleh grafik uji konvergensi seperti pada gambar 3.18.

Dari hasil uji konvergensi didapat tegangan von misses maksimum

sebesar

4. Bentuk gasket

Sebelum terdeformasi (gambar 3.19) :

Gambar 3.17 Data hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada

gasket

Gambar 3.18 Grafik hasil simulasi pada pengujian hidrostatik pada gasket

Jumlah elemen

Tega

nga

n m

aksi

mu

m v

on

mis

ses

(psi

)

24

Setelah terdeformasi (gambar 3.20) :

Gambar 3.20 Katup setelah terdeformasi

Gambar 3.19 Gasket sebelum terdeformasi

25

BAB 4

ANALISIS

4.1 Analisis Gasket

Dari hasil simulasi pada ANSYS saat pengetesan hidrostatik tegangan von misses

maksimal yang didapat adalah sebesar seperti gambar 4.1

Pada gambar 4.1 terlihat bahwa tegangan maksimum pada gasket terjadi pada

bagian dalam gasket. Tegangan maksimum terdistribusi merata pada bagian dalam

gasket disebabkan meratanya tekanan yang diberikan pada pengujian hidrostatik.

Dari potongan penampang gasket terlihat lapisan-lapisan tegangan dengan urutan

terbesar berwarna merah pada bagian dalam gasket menuju tegangan terkecil

berwarna biru pada bagian luar gasket. Ini dikarenakan sumber tekanan pengujian

hidrostatik diberikan pada bagian dalam. Hal ini menyebabkan bagian luar gasket

hanya merasakan dampak yang lebih kecil dari pada bagian dalam gasket.

Material gasket berupa rubber hanya merasakan fenomena strain hardening yang

sangat singkat sehingga tidak memiliki yield strength. Sehingga penulis

menggunakan tensile strength sebagai tegangan yang diijinkan agar gasket tidak

gagal. Nilai tensile stregnth untuk rubber sebesar Sehingga dapat

dipastikan bahwa gasket tidak akan gagal saat pengujian hidrostatik. Dengan

demikian desain gasket memiliki memiliki Safety Factor sebesar :

Gambar 4.1 Potongan penampang gasket

26

4.2 Analisis Body

Pengetesan hidrostatik pada badan utama dari hasil simulasi pada ANSYS didapat

tegangan von misses maksimum sebesar

Pada gambar 4.2 dapat terlihat bahwa tegangan maksimum ini terletak pada

lubang baut pada bagian atas badan utama. Tegangan maksimum ini disebabkan

oleh tegangan geser dari baut.

Sehingga dengan material badan utama yaitu carbon steel A105 N dengan nilai

yield strength dapat disumpulkam badan utama tidak gagal saat

pengetesan hidrostatik. Badan utama memiliki safety factor sebesar :

.

Gambar 4.2 Potongan penampang badan utama

27

BAB 5

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

1. Gambar teknik susunan dan komponen telah digambarkan.

2. Tegangan maksimum von misses pada gasket sebesar 123,52 psi

dan badan utama sebesar 26304 psi.

3. Gasket dan badan utama tidak gagal pada pengujian hidrostatik.

4. Faktor keamanan pada gasket sebesar 18 dan badan utama sebesar

1,8

5.2 Saran

1. Melakukan pengujian hidrostatik pada komponen lain untuk

mengetahui kemungkinan kegagalan.

2. Melakukan perhitungan dengan metode eksperimen dan analisis

agar dapat dibandingkan dengan hasil dari simulasi pada ANSYS

sebagai pembanding.

3. Tidak memakai tegangan maksimum von misses untuk material

karet.

28

DAFTAR PUSTAKA

Putra, F. 2015. Analisis Dampak Pengetesan Hidrostatik 15.000 psi Pada

Sambungan Flens 6BX 7-1/16 10M di PT. Aker Solutions.Fakultas Teknik Mesin

dan Dirgantara. Bandung : Institut Teknologi Bandung

https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_valve diunduh pada tanggal 25 Juli 2015

https://www.c-a-m.com/products-and-services/valves/valve-academy/how-does-

it-work-ball-valves diunduh pada tanggal 25 Juli 2015

http://www.abi-blog.com/2014/06/macam-dan-jenis-valve-bagian-dan-

fungsinya.html diunduh pada tanggal 25 Juli 2015

https://mechanicalbrothers.wordpress.com/2011/01/30/metode-elemen-hingga/

diunduh pada tanggal 27/07/2015

https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method diunduh pada tanggal

27/07/2015

29

LAMPIRAN A

GAMBAR TEKNIK

Lampiran A.1 Gambar susunan katup bola

30

Lampiran A.2 Gambar subsusunan badan penutup

31

Lampiran A.3 Gambar subsusunan badan katup

32

Lampiran A.4 Gambar komponen bola

33

Lampiran A.5 Gambar komponen badan utama

34

Lampiran A.6 Gambar komponen penampang

35

Lampiran A.7 Gambar komponen badan pada badan katup

36

Lampiran A.8 Gambar komponen penampang bawah

37

Lampiran A.9 Gambar komponen penampang atas

38

LAMPIRAN B

SKETSA

5

Lampiran B.1 Sketsa penampang atas

39

Lampiran B.2 Sketsa badan utama

40

Lampiran B.3 Sketsa badan pada subsusuna badan katup

41

Lampiran B.4 Sketsa penampang atas

42

Lampiran B.5 Sketsa bola