Vortex Induced Vibration on Pipeline

Aliran air tegak lurus pipe span dapat membentuk vortex di belakang pipa. Vortex muncul  ini disebabkan  oleh turbulence dan ketidakstabilan dibelakang pipa. Vortex shedding dapat menyebabkan perubahan tekanan hydrodinamik pada pipa secara berkala sehingga menyebabkan munculnya getaran pada pipa.

Frekuensi dari vortex shedding bergantunpada diameter pipa dan kecepatan aliran. Jika frekuensi vortex, yang dikenal juga sebagai frekuensi strouhal, berdekatan dengan frekuensi natural dari pipa maka akan terjadi resonansi yang menyebabkan terjadinya getara. Telah banyak laporan mengenai kerusakan pipa yang disebabkan oleh getaran yang disebabkan oleh vortex. Gambar dibawah ini menunjukan ilustrasi vortex induced vibration.

Getaran pada pipa dapat terjadi pada arah cross-flow maupun pada arah in-line terhadap aliran. Sejauh ini getaran lebih banyak terjadi pada arah cross-flow. Secara umum getaran akibat aliran fluida pada arah in-line tidak memberikan getaran berarti pada pipa. Getaran akibat vortex dapat dihindari jika frekuensi vortex shedding dan frekuensi natural pipa berjauhan. Berikut adalah persamaan untuk menghitung frekuensi vortex shedding :

Berikut adalah ilustrasi vibrasi yang terjadi pada arah cross-flow dan inline-flow.

 

Untuk keperluan praktis pada pipeline biasanya nilai strouhal digunakan 0.2.

Nilai frekuensi natural pada pipa bergantung pada kekakuan pipa, kondisi ujung pipa, panjang span, dan added mass pipa. Besarnya added mass biasanya berkisar Antara 1 hingga 2 kali dari massa air yang dipindahkan oleh pipa. Berikut adalah persamaan untuk menghitung natural frekuensi pipa :

 

Sebagai contoh jika ujung pipa diasumsikan simply supporyed, nilai C adalah 1,57. Jika kedua ujung diasumsikan sebagai jepit, nilai C digunakan sebesar 3.50. Dalam prakteknya sangat sulit untuk menentukan kondisi ujung pipa secara tepat. Namun, dalam banyak kasus penggunaan kondisi simply supported memberikan nilai yang lebih konservatif  terhadap potensi terjadinya getaran akibat adanya vortex pada pipa.

Studi lainya menunjukan bahwa adanya kaitan Antara getaran akibat vortex dengan Kecepatan tereduksi. Berikut adalah formula untuk menghitung kecepatan tereduksi :

Studi ini menunjukan bahwa pipa akan mulai bergetar pada arah inline jika nilai reduced velocity 1,3. Dengan bertambahnya kecepatan aliran, getaran pada arah cross flow mulai terjadi, getaran ini berkorespondensi dengan nilai reduced velocity sebesar 5.

Referensi:

Lee,J.E,2007, Introduction to Offshore Pipelines and Risers.

Palmer,C.A, 2008, Subsea Pipeline Engineering, Usa : Penwell Corporation

Mousselli,A.H,1981, Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods, Usa : Penwell Corporation

Guo,B.,2005, Offshore Pipeline, UK: Elsevier

Bai,Y.,2005, Subsea Pipelines and Risers, UK: Elsevier