Perhitungan Stress Intensity Factors untuk Retak Permukaan pada Oxide Scale di Dinding Eksternal Pipa pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Abstract
Integritas struktural merupakan faktor fundamental penunjang keberlangsungan operasi di
dunia industri. Pada bidang pembangkitan listrik, kegagalan struktur umumnya dipengaruhi
oleh creep dan oksidasi. Penelitian ini tentang perhitungan Stress Intensity Factor sebagai
parameter kegagalan untuk menentukan ukuran kritis retak yang memicu penipisan dinding
pipa sehingga berpotensi menyebabkan creep sebelum waktunya.
Tujuan dari penelitian ini adalah (1) menghitung nilai Stress Intensity Factors untuk retak
permukaan pada oxide scale di dinding eksternal pipa, (2) menentukan pengaruh geometri
retakan pada oxide scale terhadap Stress Intensity Factors, dan (3) menentukan pengaruh
modulus elastisitas oxide scale terhadap Stress Intensity Factors. Metode yang digunakan untuk memperhitungkan Stress Intensity Factors berupa model elemen hingga dan metode
numerik. Model pipa bi-material dengan retak permukaan eksternal yang dikenai tekanan
internal untuk berbagai geometri retak dan modulus elastisitas disimulasikan. Rasio
kedalaman relatif 𝑎⁄𝑡 divariasikan sebesar 0,2 dan 0,5, rasio eliptis 𝑎⁄𝑐 divariasikan sebesar
0,4 dan 1,0, sementara modulus elastisitas oxide scale divariasikan sebesar 150 GPa, 180
GPa, dan 210 GPa. Berdasar simulasi dan validasi yang telah dilakukan diperoleh tren kurva
yang sesuai terhadap laporan teknis terpublikasi dengan galat kurang dari 5%.
Hasil penelitian menunjukkan SIF terbesar terjadi pada oxide scale 210 GPa dengan
konfigurasi 𝑎⁄𝑡 = 0,5 dan 𝑎⁄𝑐 = 0,4 yang bernilai 27,3 MPa√mm. Sementara SIF paling
kecil pada oxide scale 150 GPa dengan konfigurasi 𝑎⁄𝑡 = 0,2 dan 𝑎⁄𝑐 = 0,4 yang bernilai 9,1 MPa√mm. Diketahui juga geometri retakan mempengaruhi besar Stress Intensity
Factors. SIFs yang lebih besar cenderung terjadi pada kedalaman relatif 𝑎⁄𝑡 lebih besar dan
rasio elipstis 𝑎⁄𝑐 tidak sama dengan satu. Terakhir, diketahui modulus elastisitas oxide scale
berpengaruh terhadap nilai SIFs. Semakin tinggi modulus elastisitas oxide scale semakin
besar nilai SIFs.