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.