ANALISA PENGARUH UKURAN PARTIKEL TERHADAP PATAHAN GRITCONE PADA VERTICAL ROLLER MILL DENGAN SIMULASI EXPLICIT DYNAMIC (LS-DYNA)

TUGAS AKHIR – TL141584

ANALISA PENGARUH UKURAN PARTIKEL TERHADAP PATAHAN GRITCONE PADA VERTICAL ROLLER MILL DENGAN SIMULASI EXPLICIT DYNAMIC (LS-DYNA)

Muhammad Arsyad Putra P NRP 2712 100 065 Dosen Pembimbing : Mas Irfan P. Hidayat, S.T., M.Sc., Ph.D. Ir. Rochman Rochiem, M.Sc. JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

i

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

FINAL PROJECT - TL141584

ANALYSIS THE EFFECT OF PARTICLE SIZE TO GRITCONE FRACTURE AT VERTICAL ROLLER MILL USING EXPLICIT DYNAMIC SIMULATION (LSDYNA) FECT OF PARTICLE SIZE TO GRITE FRACTURE AT VERTICAL ROLLER MILL USING EXPLICIT DYNAMIC SIMULATION (LS-DYNA) Muhammad Arsyad Putra P NRP 2712 100 065

Advisor Lecturer : Mas Irfan P. Hidayat, S.T., M.Sc., Ph.D. Ir. Rochman Rochiem, M.Sc.

MATERIALS AND METALLURGICAL ENGINEERING DEPARTEMENT Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology

Surabaya 2017

iii


ANALISA PENGARUH UKURAN PARTIKEL

v

(Halaman ini Sengaja dikosongkan)

HALAMAN JUDUL ANALISA PENGARUH UKURAN PARTIKEL TERHADAP POLA PATAHAN GRITCONE PADA VERTICAL ROLLER MILL DENGAN SIMULASI EXPLICIT DYNAMICS (LSDYNA) Nama NRP Jurusan Dosen Pembimbing

: Muhammad Arsyad Putra P : 2712100065 : Teknik Material dan Metalurgi, ITS : Mas Irfan P. H., ST., M.Sc., P.hD Ir. Rochman Rochiem M.Sc.

ABSTRAK Polysius vertical roller mill (Polysius VRM) adalah alat penggiling yang digunakan di PT Holcim Indonesia Tuban Plant untuk menggiling batu bara yang digunakan sebagai bahan bakar kiln pada tahap produksi semen. Pada pengoperasiannya sering terjadi kegegalan pada bagian Gritcone. Komponen ini mengarahkan batu bara yang ukurannya tidak sesuai lolos penyaringan oleh separator kembali ke grinding table untuk digiling kembali. Dengan menggunakan simulasi Explicit Dynamuc Ls- Dyna melalui software ANSYS dapat diketahui ketebalan Gritcone setelah satu siklus. Pada simulasi kali ini diperoleh ketebalan gritcone setelah satu kali siklus dengan hasil sebagai Ketebalan gritcone minimum pada Persebaran 75 % dan 100 % adalah 0.00998403 m dan 0.00999324 m. Ketebalan gritcone maksimum pada Persebaran 75 % dan 100 % adalah 0.00998715 m dan 0.0099775 m. Kata kunci : Desain, Grit Cone, Batu Bara, Polysius Vertical Roller Mill, Holcim, Expilicit Dynamic Ls Dyna, ANSYS

vii


ANALYSIS THE EFFECT OF PARTICLE SIZE TO GRITCONE FRACTURE AT VERTICAL ROLLER MILL USING EXPLICIT DYNAMIC SIMULATION (LS-DYNA) Name SRN Major Advisor Lectures

: Muhammad Arsyad Putra Pratama : 2712100065 : Material and Metallurgical Engineering Dept : Mas Irfan P.H., S.T., M.Sc., Ph.D. Ir. Rochman Rochiem, M.Sc. Abstract

Polysius vertical roller mill (VRM Polysius) is a tool grinder that is used in PT Holcim Indonesia Tuban Plant for grinding coal is used as fuel in cement kilns in the production phase. In operation often occurs Flaws in the Gritcone. This component directs coal size does not fit escape filtering by the separator back to the grinding table to ground again. By using simulation Explicit Dynamuc Ls- Dyna through ANSYS software can be known thickness Gritcone after one cycle. In the simulation this time obtained thickness gritcone after one cycle findings as the minimum thickness gritcone in Distribution 75% and 100% is 0.00998403m and 0.00999324 m. Maximum thickness gritcone in Distribution 75% and 100% is 0.00998715 m and 0.0099775 m

Keywords: Finite Element Analysis, laser forming, laser bending, laser power, scanning path, scanning speed, tube advanced manufacture

ix


KATA PENGANTAR Puji Syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, sehingga dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul : “ANALISA PENGARUH UKURAN PARTIKEL TERHADAP PATAHAN GRITCONE PADA VERTICAL ROLLER MILL DENGAN SIMULASI EXPLICIT DYNAMICS (LS-DYNA)”. Adapun laporan ini disusun dan diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan studi di Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya. Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih adanya keterbatasan dan kekurangan di dalam penyusunan laporan ini. Besar harapan penulis akan saran, dan kritik yang membangun. Hal ini dikarenakan adanya keterbatasan kemampuan penulis dalam penyusunan laporan ini. Namun, penulis dapat mewujudkan laporan ini secara lengkap berkat adanya perhatian, bimbingan, dan petunjuk dari berbagai pihak. Demikian penulis berharap semoga laporan ini dapat memberikan manfaat yang sebesar-besarnya khususnya bagi sesama mahasiswa yang menggeluti bidang pemodelan.

Surabaya, Januari 2017 Penulis

xi

(Halaman ini Sengaja dikosongkan)

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL............................................................. ...... i LEMBAR PENGESAHAN.........................................................v ABSTRAK ................................................................................. v KATA PENGANTAR ............................................................vvii DAFTAR ISI ...........................................................................xiii DAFTAR GAMBAR................................................................ xv DAFTAR TABEL ..................................................................xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................... 2 1.3 Batasan Masalah .............................................................. 2 1.4 Tujuan Penelitian............................................................. 2 1.5 Manfaat Penelitian........................................................... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penilitian Sebelumnya ..................................................... 3 2.2 Teori Kegagalan .............................................................. 3 2.3 Analisa Kegagalan........................................................... 6 2.4 Vertical Roller Mill ......................................................... 8 2.5 Permodelan Dalam Erosi ............................................... 10 2.6 Permodelan dalam Aliran Fluid .................................... 11 2.7 Analsa Explicit Dynamic............................................... 11 2.8 Elemen Solid Shell ........................................................ 12 2.9 Ukuran Partikel terhadap tingkat kehalusan .................. 17 2.10 Klasifikasi Impak.........................................................18 BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Penelitian................................................. 19 3.2 Material Penilitian ......................................................... 20 3.2.1 Vertical Roller Mill ............................................... 20 3.2.2 Batubara Bitouminous ........................................... 22 3.2.3 Peralatan Penilitian ............................................... 23 3.3 Pemodelan dengan Ansys 17.1 ...................................... 23 3.3.1 Pemodelan gritcone Vertical Roller Mill .............. 25 3.3.2 Parameter Penilitian .............................................. 25

3.3.3 Meshing ................................................................. 25 3.4 Rancangan Penilitian ..................................................... 26 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analias Data .................................................................. 29 4.1.1 Persebaran Partikel 75 % ...................................... 30 4.1.1.1 Ukuran Partikel 100 µm ............................. 30 4.1.1.2 Ukuran Partikel 120 µm ............................. 32 4.1.1.3 Ukuran Partikel 150 µm ............................. 34 4.1.2 Persebaran Partikel 100 % .................................... 36 4.1.2.1 Ukuran Partikel 100 µm ............................. 36 4.1.2.2 Ukuran Partikel 120 µm ............................. 38 4.1.2.3 Ukuran Partikel 150 µm ............................. 40 4.2 Pembahasan .................................................................. 41 4.2.1 Persebaran partikel 75% dan 100 %. ..................... 41 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan......................................................................... 45 5.2 Saran ................................................................................... 45 DAFTAR PUSTAKA..............................................................xviii LAMPIRAN UCAPAN TERIMA KASIH BIODATA PENULIS

xiv

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Representasi teori tegangan normal maksimum (a) Tegangan normal pada gambar 3D ; (b) Tegangan normal dalam 2D............................6 Gambar 2. 2 Representasi teori tegangan geser maksimum..........7 Gambar 2.3 Grafik representasi teori tegangan distorsi energy.....7 Gambar 2.4 Bentuk dari Vertical Roller Mill..............................11 Gambar 2.5 eight node solid shell element.................................15 Gambar 2.6 Konstruksi permukaan acuan elemen shell solid Terpisah dari evaluasi pokok........................................................18 Gambar 2.7 Pengaruh laju kehausan material terhadap kekerasan......................................................................................19 Gambar 3.1 Daigram Alir............................................................21

Gambar 3. 2 Gambar 2D grit cone....................................... Gambar 3.3 Diagram alir pemodelan menggunakan software ANSYS..................................................................... Gambar 3.4 Hasil meshing gritcone vertical roller mill desain awal.............................................................................. Gambar 4.1 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 75%, pada ukuran partikel 100 µm ........................................................ Gambar 4.2 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Gambar 4.3 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 75%, pada ukuran partikel 120 µm ........................................................ Gambar 4.4 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Gambar 4.5 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 75%, pada ukuran partikel 150 µm........................................................ Gambar 4.6 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Gambar 4.7 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 100%, pada ukuran partikel 100 µm ....................................................... Gambar 4.8 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Gambar 4.9 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 100%, pada ukuran partikel 120 µm ....................................................... Gambar 4.10 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone ..................................................................................................... xv

Gambar 4.11 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 100%, pada ukuran partikel 150 µm .............................................. Gambar 4.12 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone........................................................................................... Gambar 4.13 Penipisan yag terjadi pada persebaran 75%............. Gambar 4.14 Penipisan yag terjadi pada persebaran 100%...........

xvi

DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Permasalahan dalam kegagalan komponen mesin...................................................................6 Tabel 2. 2 Kasus kegagalan material akibat perawatan komponen mesin. .............................................7 Tabel 2. 3 Kasus kegagalan material akibat kondisi kerja yang ekstrim.........................................................................8 Tabel 2.4 Faktor yang berpengaruh dalam erosi...............10

Tabel 3. 1 Komposisi Kimia Thyssenkrupp XAR® 400..............................................................................22 Tabel 3. 2 Sifat Mekanik Thyssenkrupp XAR® 40022 Tabel 3. 3 Kompoisi kimia batubara Bituminous......23 Tabel 3. 4 Parameter Penelitian.................................23 Tabel 3. 5 Tabel Rancangan Penelitian.....................27 Tabel 3. 6 Tabel timeline penilitian dari percobaan kali ini...............................................................................28 Tabel 4.1 Kondisi Simulasi.......................................29 Tabel 4.2 Simulasi Pada Kondisi Persebaran 75%...........42 Tabel 4.3 Simulasi Pada Kondisi Persebaran 100%.........43

xvii


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Vertical Roller Mill memiliki banyak bentuk yang berbeda, tetapi bekerja pada prinsip sama. Semua jenis Vertical Roller Mill memiliki bentuk yang sama yaitu dengan adanya roller dan roller yang bergerak sepanjang jalur dari lingkaran oleh rol penggilingan dalam bentuk tekanan vertikal sehingga menghasilkan kompresi yang bertujuan untuk menghancurkan material benda tersebut.Pada Holcim Indonesia alat yang digunakan untuk menghasilkan batu bara yang sesuai maka digunakan Vertical Roller Mill. PT Holcim Indonesia yang berada di tuban memiliki 2 buah Vertical Roller Mill yang terus beroperasi . Pada pengoprasian Vertical Roller mill sering terjadi kerusakan maka dari itu diperlukan permodelan untuk menganalisa kerusakan.pemodelan secara numerik ini banyak dilakukan karena dapat menjadi kerusakan pada bagian gritcone.dan dari pihak holcimpun sudah berusaha untuk melakukan maintanance pada Gritcone , namun hasil yang diperolah belum memuaskan. Maka dari itu diperlukan evaluasi pada ukuran partikel coal mill. Agar mendapatkan hasil penelitian yang baik maka digunakan pemodelan dengan menggunakan konsep Explicit Dynamic LS-Dyna yang bertujuan untuk mengamati aliran fluida Batu Bara pada Vertical Roller Mill. Metode bahan evaluasi yang efektif dan efisien dalam penelitian. Salah satu software yang menggunakan prinsip Explicit Dynamic LS-Dyna adalah ANSYS. Penggunaan simulasi dengan software ANSYS dilakukan karena lebih efisien waktu dan harga (Tayade, 2015). Dalam penelitian ini akan di lakukan analisis aliran fluida pada Vertical Roller Mill dengan Pengaruh pada ukuran partikel Coal dengan menggunakan

1

2

software ANSYS/Mechanical APDL memperoleh desain yang paling optimal.

Ver

17.1

untuk

1.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang dibahas dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Bagaimana Pengaruh ukuran partikel terhadap kegagalan pada gritcone ?

1.3 Batasan Masala Beberapa batasan masalah dan asumsi yang digunakan agar penelitian dapat berjalan dengan baik adalah : 1. Kondisi operasi diasumsikan sesuai dengan standar. 2. Posisi pemasangan diasumsikan sudah sesuai dengan prosedur. 3. Komponen gritcone pada vertical roller mill memiliki komposisi material dan sifat mekanik yang homogen. 1.4 Tujuan Penilitian Adapun Tujuan yang dilaksanakan pada penelitian ini adalah: Menganalisis ukuran partikel pada gritcone yang mengalami kegagalan

1.5 Manfaat Adapun manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah didapatkan informasi mengenai Ketebalann gritcone akibat pengaruh distribusi ukuran partikel. Hal ini dapat menjadi acuan pencegahan terjadinya kembali kegagalan yang serupa pada gritcone dan dasar pengembangan pada ilmu berikutnya.

Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Sebelumnya Kegiatan analisa kegagalan ditujukan untuk mengetahui penyebab terjadinya kerusakan yang spesifik dari peralatan, perlengkapan, dan instalasi pabrik serta untuk menentukan tindakan pencegahan agar kerusakan tidak terulang. Manfaat dari analisis kegagalan ini dalam jangka pendek diharapkan dapat memperbaiki proses dan metode fabrikasi peralatan. Untuk jangka panjang digunakan dalam rangka pengembangan material dan sebagai metoda terkini, untuk evaluasi dan memperkirakan unjuk kerja material, serta untuk memperbaiki sistem pemeliharaan dimana hal ini sangat penting dan banyak berguna pada dunia industri, sehingga banyak peneliti yang tertarik dan melakukan penelitian pada bidang ini. V.B. Nguyen (2016) yang membahas efek dari ukuran partikel dengan sifar erosi.dari jurnal tersebut menggunakan 2 metode yaitu dengan dengan cara eksperimen dan simulasi numerical. Dan dari situ dapat terlihat. Dan laju erosi tidak berbanding lurus dengan ukuran partikel.karena partikel yang kecil memiliki daya pantul yang lebih tinggi dibandingkan dengan material besar. Halima Hadžiahmetović (2014) dari jurnal tersebut melihat erosi pada pipa siku-siku . metode yang digunakan dalam jurnal tersebut adalah dengan 2 cara yaitu dengan cara simulasi numerical dan dengan cara eksperimen . dan kedua hasil tersebut saling membantu untuk melihat kondisi turbulance didlam pipa siku. 2.2 Teori kegagalan Kegagalan dapat terjadi karena beberapa faktor yaitu beban statik dan beban mekanis, sehingga sering timbulnya tegangan akibat beban yang melebihi yield strength. Pada dasarnya kegagalan dapat terjadi dikarenakan besaran akibat kondisi operasi > sifat kritis material. Pada umumnya teori kegagalan terbagi menjadi tiga yaitu :

3

4

1. Kegagalan statik / static failure Kegagalan statik adalah kegagalan yang disebabkan adanya beban dari luar secara statik seperti adanya pengaruh tekanan, beban, momen dan statik lainnya. 2. Kegagalan fatigue / fatigue failure Kegagalan fatigue adalah kegagalan yang terjadi karena dipengaruhi oleh waktu dan juga akibat adanya pembebanan secara dinamik yang menyebabkan suatu struktur menjadi lelah. 3. Kegagalan retak / fracture failure Kegagalan yang terjadi dikarenakan pengaruh lingkungan. Pada kegagalan secara statik dapat terbagi menjadi tiga teori, yaitu : a. Teori tegangan normal maksimum Kegagalan akan terjadi apabila tegangan utama maksimum sama atau lebih besar dibandingkan tegangan normal maksimum. Untuk tegangan normal positif, keadaan suatu material dikatakan luluh jika misal ada suatu pembebanan dengan σ max. Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan normal masimum. Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat pembebanan berada diluar batas. Berikut gambar penjelasan teori tegangan normal maksimum :

Gambar 2. 1 Representasi teori tegangan normal maksimum (a) Tegangan normal pada gambar 3D ; (b) Tegangan normal dalam 2D b. Teori tegangan geser maksimum Teori tegangan geser maksimum sering digunakan pada material yang bersifat ulet. Besarnya nilai tegangan geser maksimum adalah Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

5

setengah dari nilai tegangan normal maksimum. Keadaan suatu material luluh jika misal ada suatu pembebanan dengan τmax. Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan geser masimum. Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat pembebanan berada diluar batas. Berikut gambar penjelasan teori tegangan geser maksimum :

Gambar 2. 2 Representasi teori tegangan geser maksimum c. Distorsi energy Aplikasi dari teori tegangan geser maksimum sering digunakan untuk kasus pada material ulet. Keadaan suatu material akan luluh jika adanya suatu pembebanan dengan S. Berikut grafik tegangan distorsi energi dalam 2D:

Gambar 2.3 Grafik representasi teori tegangan distorsi energy


6

Penggunaan tiga teori kegagalan yang ada, disesuaikan dengan material yang dipakai. Untuk material getas, teori tegangan normal lebih efektif digunakan, sedangkan untuk material ulet teori tegangan geser dan teori distorsi energi lebih efektif digunakan. 2.3 Analisa Kegagalan Kegagalan atau kerusakan yang biasa terjadi bisa terjadi karena 2 hal yaitu karena umur pakai komponen yang sudah saat nya rusak atau memang karena adanya factor lain yang bisa menyebabkan kerusakan sehingga sebelum umur pakai nya komonen sudah mengalami kerusakan. Jika kerusakan terjadi sebelum umur pakai yang seharusnya maka dibutuhkan suatu analisa untuk mengetahui penyebab terjadinya kegagalan tersebut, sehingga selanjutnya kerusakanyang serupa dapat dihindari. Menurut sumber-sumber penelitian yang ada di dunia industri (Brook & Choudury, 2002), faktor penyebab kegagalan yang sering terjadi di dunia industri dapat dikarenakan karena beberapa hal yaitu sebagai berikut: Faktor kesalahan Pemilihan Material, pada tabel 2.1 dibawah ini menunjukkan statistik tentang permasalahan dalam masalah kegagalan material Tabel 2. 1 Permasalahan dalam kegagalan komponen mesin (Brook & Choudury, 2002) Permasalahan Prosentase (%) 38 Kesalahan pemilihan material 15 Cacat produksi 15 Kesalahan perlakuan panas 11 Kesalahan desain mekanik 8 Kondisi operasi yang berlebihan Kondisi lingkungan yang tidak terkontrol 6 5 Pemeriksaan yang kurang baik 2 Material yang tidak jelas Perawatan Komponen yang Kurang Baik. Proses perawatan komponen mesin yang kurang baik termasuk salah satu Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

7

penyebab kegagalan yang paling dominan. Tabel 2.2 menunjukan data mengenai kasus kegagalan material yang terjadi. Tabel 2. 2 Kasus kegagalan material akibat perawatan komponen mesin (Brook & Choudury, 2002) Permasalahan Prosentase (%) 44 Perawatan yang kurang baik 17 Cacat saat fabrikasi 16 Defisiensi desain 10 Pemakaian yang abnormal 7 Cacat material 6 Penyebab yang tidak jelas Kesalahan dalam Perancangan Komponen. Faktor kesalahan dalam proses perancanagan komponen mesin adalah sebagai berikut:  Kegagalan ulet akibat pembebanan yang melebihi kekuatan material  Kegagalan getas akibat beban kejut  Kegagalan pada temperatur tinggi (pemuluran)  Static delayed fracture  Proses perancangan yang terlalu banyak memicu konsentrasi tegangan seperti takikan  Analisa tegangan komponen yang kurang detail yang menyebabkan rawan terjadi kegagalan akibat overload  Kesalahan dalam menentukan material dari komponen mesin sehingga mempengaruhi hitungan yang dilakukan. Kondisi Kerja yang Ekstrim. Permasalahan yang spesifik dalam kegagalan komponen mesin akibat kondisi kerja yang ekstrim disajikan dalam Tabel 2.3 berikut ini:


8

Tabel 2. 3 Kasus kegagalan material akibat kondisi kerja yang ekstrim (Brook & Choudury, 2002) Permasalahan Prosentase (%) 29 Korosi 25 Kelelahan (fatigue) 16 Kegagalan getas (britlle fracture) 11 Kelebihan beban 7 Korosi temperature tinggi Korosi SCC, korosi lelah penggetasan 6 hydrogren 3 Pemuluran 3 Abrasi, erosi 2.4 Vertical Roller Mill Vertical roller mill (VRM) merupakan salah satu alat grinding yang terdapat dalam industri semen. Ukuran vertical roller mill bekisar antara 2 sampai 6 M tergantung pada diameter table. Vertical roller mill didesign untuk proses grinding berbagai macam raw material seperti: batu kapur, tanah liat, dan batu bara dengan perbedaan kohesi, particle size distribution (PSD), dan kekerasan.


9

Gambar 2.4 Bentuk dari Vertical Roller Mill Vertical roller mill dilengkapi dengan 4 proses utama, yaitu: grinding, dying, separation, transport. Secara umum proses dalam vertical roller mill dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Grinding: proses pengurangan ukuran partikel bahan dari bentuk kasar menjadi ukuran yang lebih halus. Proses ini dilakukan dengan cara meletakkan raw material pada griding table lalu dilewatkan pada roller mill. Metode kominusi merupakan metdoe yang paling efisien dalam sebuah proses grinding. 2. Separation: material yang telah mengalami pengurangan ukuran akan menuju ke separator dengan cara diangkat menggunakan udara panas. Di dalam separator, material yang masih kasar akan jatuh kembali pada grinding table. Sedangkan yang telah halus akan melewati separator dan memasuki proses selanjutnya. Proses pengeringan material terjadi pada grinding dan separation. 3. Drying: Proses pengeringan terjadi selama proses penggilingan dan proses pemisahan. Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

10

4.

Transport: pada proses ini udara panas berperan sebagai pengankut material. Selanjutnya, material yang telah melewati separator akan dikumpulkan pada silo penyimpanan.(PT Holcim)

2.5 Permodelan Dalam Erosi Erosi adalah proses yang sangat kompleks, yang melibatkan jumlah Variabel yang sangat banyak. Ada banyak jurnal yang membahas erosi, mengandung banyak pendekatan untuk memprediksi hal itu. Tabel 2.4 menunjukkan beberapa faktor yang telah dipertimbangkan dalam literatur dan dibagi menjadi tiga bagian yang berpengaruh dengan partikel, permukaan yang terlibat dalam proses atau cairan . Keberadaan variabel yang banyak dan cara untuk memprediksi hasil erosi dalam prosedur menjadi sesuatu yang umum. Biasanya, pendekatan yang berbeda dan dilakukan pengujian yang sebenarnya dan hasilnya, model dengan kasus yang sama digunakan untuk peramalan kasus serupa. Ini semua didasarkan pada asumsi dan simulasi dalam CFD cukup dekat dengan kasus sebenarnya. Hasil yang ditemukan dalam makalah ini menunjukkan bahwa, CFD kadang-kadang bisa menyesatkan jika ada kekurangan data yang diberikan.

1 2 3 4 5

Tabel 2.4 Faktor yang berpengaruh dalam erosi Carrier Particles Surface Fluid impak dan sudut Fisik pantulan Properties Pergerakan impak dan kecepatan pantulan beban bentuk Velocity Rotasi sebelum dan Tingkat sesudah impact tegangan Temperatur Komposisi Bentuk dan Ukuran tempratur Kimia Konsentrasi Volume dan Pelapisan Properties aliran Oxida Fisik


11

6 7 8 9 10

Properties Fisik Fragmentasi Interaksi Tempratur Adanya zat aditif

korosi

11 Elelctric Charge 2.6 Permodelan Aliran Fluid Komponen pertama dari teknik pemodelan adalah model aliran fluida.. Persamaan Navier-Stokes untuk aliran gas kompresibel yang diselesaikan dengan menggunakan metode computational fluid dynamics (CFD) berdasarkan dengan gerak partikel dalam komputasi. Metode yang dijelaskan tidak terbatas pada aliran atau jenis cairan. campuran gas, reaksi kimia, arus multifase, perubahan fasa, sumber tambahan dan turbulensi dapat dimasukkan ke dalam simulasi. Untuk kondisi yang dipertimbangkan dalam metode ini, turbulen, aliran gas kompresibel fase. Konservasi massa, momentum, dan energi bersama dengan persamaan keadaan untuk parameter fluida dan turbulensi yang mengatur persamaan yang digunakan untuk menentukan cairan kecepatan, tekanan, dan temperatur Pengamatan massa, momentum, dan energi bersama dengan persamaan keadaan untuk cairan dan parameter turbulensi yang mengatur persamaan yang digunakan untuk menentukan kecepatan fluida, tekanan, dan suhu. 2.7 Analisa Explicit Dynamic Pada penelitian ini penulis menggunakan analisa explicit dynamic, dimana terdapat beberapa perbedaan dengan analisa implisit. Dalam analisa statis, efek dari masa (inersia) dan/atau damping tidak diperhitungkan, berbeda dengan analisa dinamis dimana gaya pada node berhubungan dengan efek inersia dan damping


12

Dalam analisa implisit nonlinier, hasil dari setiap langkah perhitungan membutuhkan beberapa iterasi untuk membentuk kesetimbangan dengan toleransi tertentu. Pada analisia eksplisit, iterasi tidak dibutuhkan karena akselerasi dari node dihitung secara langsung. Dalam analisa dinamis eksplisit, akselerasi node diselesaikan langsung tanpa iterasi dengan melakukan inversi pada diagonal matriks massa dikalikan dengan vector tegangan node dimana tegangan node dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti pressure, body forces, kontak permukaan, tegangan elemen, damping, bulk viscosity, dan hourglass control.(LSTC, 2006) 2.8 Elemen Solid Shell Pada penelitian yang dilakukan secara explicit dynamic menggunakan element brick delapan node dengan acuan persamaan shell Hudhes-Liu dan Belytschko-Lin-Tsay. Dimana geometri diinterpolasikan dari kordinat titik node sebagai 8

𝑥𝑖 (𝑋𝛼 , 𝑡) = 𝑥𝑖 (𝑋𝛼 (𝜉, 𝜂, 𝜁), 𝑡) = ∑

𝑗=1

𝑗

𝜙𝑗 (𝜉, 𝜂, 𝜁)𝑥𝑖 (𝑡)

(2.1)

dimana fungsi bentuk 𝜙𝑗 didefinisikan sebagai 1 8

𝜙𝑗 = (1 + 𝜉𝜉𝑗 )(1 + 𝜂𝜂𝑗 )(1 + 𝜁𝜁𝑗 )

(2.2)

dimana𝜉𝑗 , 𝜂𝑗 , 𝜁𝑗 mempunyai nilai node (±1, ±1, ±1) dan 𝑥𝑗𝑖 adalah koordinat node ke-j dalam arah ke-i seperti pada gambar 2.4 Sebagai sebuah elemen solid, N adalah matriks interpolasi kotak 3 x 24 0 ∅2 0 … 0 0 ∅1 0 N(𝜉, 𝜂, 𝜁) = [ 0 ∅1 0 (2.3) 0 ∅2 … ∅8 0 ] … ∅ ∅ 0 0 0 0 0 8 1 σ adalah vektor tegangan: 𝑜 𝑡 = (𝜎𝑥𝑥 , 𝜎𝑦𝑦 , 𝜎𝑧𝑧 , 𝜎𝑥𝑦 , 𝜎𝑦𝑧 , 𝜎𝑧𝑥 ) Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

(2.4)

13

dan B adalah matriks strain-displacement 6 x 24

B=

𝜕 𝜕𝑥

0

0

0

𝜕 𝜕𝑦

0

0

0

𝜕 𝜕𝑧

𝜕 𝜕𝑦

𝜕 𝜕𝑥 𝜕 𝜕𝑧

0 𝜕

[𝜕𝑥

0

0

(2.5)

𝜕 𝜕𝑦 𝜕 𝜕𝑥 ]

Gambar 2.5 eight node solid shell element Matriks strain-displacement sudah siap untuk dikalkulasi. Tandai bahwa

(2.6) )) Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

14

𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕𝑥 𝜕∅𝑖 𝜕𝑦 𝜕∅𝑖 𝜕𝑧 = + + 𝜕𝜉 𝜕𝑥 𝜕𝜉 𝜕𝑦 𝜕𝜉 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕𝑥 𝜕∅𝑖 𝜕𝑦 𝜕∅𝑖 𝜕𝑧 = + + 𝜕𝜂 𝜕𝑥 𝜕𝜂 𝜕𝑦 𝜕𝜂 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕𝑥 𝜕∅𝑖 𝜕𝑦 𝜕∅𝑖 𝜕𝑧 = + + 𝜕𝜁 𝜕𝑥 𝜕𝜁 𝜕𝑦 𝜕𝜁 𝜕𝑧 𝜕𝑥 bisa ditulis ulang sebagai 𝜕∅𝑖 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕𝜉 𝜕𝜉 𝜕𝜉 𝜕𝜉 𝜕𝑥 𝜕𝑥 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 = =𝐽 𝜕𝜂 𝜕𝜂 𝜕𝜂 𝜕𝑦 𝜕𝜂 𝜕𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 [ 𝜕𝑧 ] [ 𝜕𝜁 ] [ 𝜕𝜁 𝜕𝜁 𝜕𝜁] [ 𝜕𝑧 ] dengan melakukan invers pada matriks Jacobian, J, bisa didapatkan bentuk 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 𝜕𝜉 𝜕𝑥 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 = 𝐽−1 𝜕𝑦 𝜕𝜂 𝜕∅𝑖 𝜕∅𝑖 [ 𝜕𝑧 ] [ 𝜕𝜁 ]

(2.7) ))

(2.8) ))

Untuk mendapatkan perilaku seperti shell dari sebuah elemen solid, penting untuk menggunakan beberapa titik integrasi sepanjang ketebalan shell di sepanjang sumbu 𝜉 ketika memberikan tekanan pada bidang. Oleh karena itu, penting untuk menyusun permukaan acuan di dalam komponen shell. Pada elemen shell Belytschko-Lin-Tsay permukaan acuan terletak di antara permukaan atas dan permukaan bawah dengan persamaan matriks

Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi (2.9)

15

𝑒1𝑥 𝐴𝑥 {𝐴} = {𝐴𝑦 } = [𝑒1𝑦 𝑒1𝑧 𝐴𝑧

𝑒2𝑥 𝑒2𝑦 𝑒2𝑧

𝑒3𝑥 𝐴̂𝑥 𝑒3𝑦 ] {𝐴̂𝑦 } = [𝜇]{𝐴̂} = [𝑞]𝑇 {𝐴̂} 𝑒3𝑧 𝐴̂ 𝑧

seperti pada shell Hughes-Liu, langkah berikutnya adalah melakukan pembaruan pada Jaumann rate 𝑛 𝜎𝑖𝑗𝑛+1 = 𝜎𝑖𝑗𝑛 + 𝜎𝑖𝑗𝑛 ∆𝜔𝑝𝑗 + 𝜎𝑗𝑝 ∆𝜔𝑝𝑖

(2.10) ) untuk menghitung rotasi material antara time steps n dan n+1. Pembaruan Jaumann rate pada tensor tegangan diaplikasikan pada konfigurasi global sebelum evaluasi pokok dilakukan. Di dalam solid shell seperti shell Hughes-Liu, stress dan histori variabel tersimpan di sistem koordinat global. Untuk mengevaluasi hubungan pokok, kenaikan tegangan dan regangan dirotasikan dari koordinat global ke sistem koordinat lokal menggunakan transformasi yang dinyatakan dengan: 𝑛+1 𝑛+1 (2.11) 𝜎𝑖𝑗𝑙 = 𝑞𝑖𝑘 𝜎𝑘𝑛 𝑞𝑗𝑛 1 ) 𝑛+1⁄ 𝑙 𝑛+ ⁄2 Δ𝜀𝑖𝑗 = 𝑞𝑖𝑘 Δ𝜀𝑘𝑛 2 𝑞𝑗𝑛 (2.12) Dimana pangkat l menunjukkan komponen berada di )sistem koordinat local. Tegangan diperbarui setiap ada kenaikan: 𝑛+1

𝜎𝑖𝑗𝑙

𝑛+1

= 𝜎𝑖𝑗𝑙

𝑛+1⁄2

+ Δ𝜎𝑖𝑗𝑙


(2.13) )

16

Gambar 2.6 Konstruksi permukaan acuan elemen shell solid Terpisah dari evaluasi pokok 𝑙 𝜎33 =0

(2.14) ) yang memastikan bahwa kondisi tegangan permukaan terpenuhi, pembaruan dilakukan pada tegangan normal yang digunakan sebagai toleransi untuk menjaga ketebalan dari shell: 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑙𝑡𝑦 𝑛+1

𝜎33

𝑝𝑒𝑛𝑎𝑙𝑡𝑦 𝑛+1

= 𝜎33

𝑙 + 𝐸Δ𝜀33

(2.15) dimana E adalah modulus Young dari material. Persamaan )tensor tegangan dirotasikan kembali ke sistem global: 𝑛+1

𝑙 𝜎𝑖𝑗𝑛+1 = 𝑞𝑘𝑖 𝜎𝑘𝑛 𝑞𝑛𝑗

(2.16) ) Toleransi tensor tegangan kemudian dibentuk dengan cara mentransformasikan toleransi normal tensor teganan kembali ke sistem global: 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑙𝑡𝑦𝑛+1

𝜎𝑖𝑗

𝑝𝑒𝑛𝑎𝑙𝑡𝑦𝑛+1

= 𝑞𝑘𝑖 𝜎𝑘𝑛


𝑞𝑛𝑗

(2.17) )

17

sebelum menghitung veKtor gaya internal. Gaya internal bisa dihitung dengan: 𝑓 𝑖𝑛𝑡 = ∫ 𝐵𝑡

𝑛+1

[𝜎 𝑛+1 + 𝜎 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑙𝑡𝑦

𝑛+1

]𝑑𝑣

(2.18) ) brick shell menunjukkan tidak ada masalah apabila pendekatan tersebut diaplikasikan (LSTC, 2006) 2.9 Ukuran partikel terhadap tingkat kehalusan Dalam non logam, pengaruh ukuran partikel terkait dengan perubahan mekanisme dominan removal material. Keramik menjalani transisi ke fragmentasi di atas ukuran partikel abrasif kritis, sedangkan elastomer menjalani transisi dari elastis perilaku baik robek atau kelelahan. Dalam logam, pengaruh ukuran partikel abrasif minimal untuk ukuran partikel> 100 µm. Di bawah ukuran partikel ini, laju keausan berkurang dengan cepat dengan penurunan ukuran partikel

Gambar 2.7 Pengaruh laju kehausan material terhadap kekerasan kekerasan abrasif, atau rasio kekerasan (Vickers) dari bahan pakaian untuk kekerasan (Vickers) dari abrasif (H / Ha), Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

18

adalah parameter penting dalam keausan. Hal ini juga diketahui bahwa penurunan laju keausan abrasif sebagai kekerasan permukaan dikenakan mendekati bahwa dari abrasif. Ketika kekerasan dari bahan dikenakan melebihi dari abrasif, tingkat keausan menurun dengan cepat. Gambar 2.7 menunjukkan tertentu efek untuk logam dan keramik (Raymond G. Bayer,2002) 2.10 Klasifikasi Impak Pada suatu buku dibahas bahwa diklasifikasikan dampak-abrasi berbanding terbalik erosi, yang biasanya melibatkan partikel dalam rentang ukuran 10- 100 µm. kondisi dampak abrasif dapat terjadi sangat luas . Kondisi ini bisa dibagi menjadi dua kategori disajikan : 1. Impak-abrasi dengan dua badan bertindak: Satu tubuh menginduksi Impak dan kontak abrasif bahan tersebut. Hal ini dapat terjadi dalam situasi, di mana sebuah partikel kontak pada permukaan dan terus meluncur di atasnya setelah impak, dan yang tersisa pada dasarnya antara dua badan yang berkontak, yaitu, permukaan memakai dan kasar. Situasi ini memiliki kesamaan dengan memakai erosif, tetapi ukuran partikel yang lebih besar 2. impak-abrasi dengan tiga badan bertindak: beban dari dampak dan berikut geser gerakan pada bahan yang diinduksi oleh obyek eksternal. kontak antara obyek eksternal dan tubuh untuk dikenakan mengandung abrasive, yang menyebabkan aspek abrasif dalam kondisi. Sistem ini dipengaruhi oleh beberapa hal dibawah ini: permukaan benda, sifat abrasif, dan gaya yang ada selama kontak

(a) (b) Gambar 2.8 (a) Impak Abrasi 2 badan ; (b) Impak Abrasi 3 badan (Vilma Ratia,2015) Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian Diagram alir pada penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Diagram Alir

19

20

3.2 Materi Penelitian 3.2.1 Vertical Roller Mill Objek yang diamati pada penelitian ini adalah komponen gritcone pada Polysius vertical roller mill yang dapat dilihat di gambar 3.2

Gambar 3. 2 Gambar 2D Polysius vertical roller mill Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

21

Gambar 3. 3Gambar 2D grit cone Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

22

Material yang digunakan pada komponen grit cone vertical roller mill adalah Thyssenkrupp XAR® 400 dengan spesifikasi sebagai berikut: Tabel 3. 1 Komposisi Kimia Thyssenkrupp XAR® 400 (Thyssenkrupp, 2014) Unsur Kadar (%) Carbon ≤ 0,20 Silicon ≤ 0,80 Manganese ≤ 1,50 Phosporus ≤ 0,020 Sulfur ≤ 0,007 Chromium ≤ 1,00 Molybdenum ≤ 0,50 Boron ≤ 0,005 Tabel 3. 2 Sifat Mekanik Thyssenkrupp XAR® 400 (Thyssenkrupp, 2014) Sifat mekanik XAR® 400 Kekuatan luluh (MPa) 1000 Kekuatan tarik (Mpa) 1250 Elongasi saat patah 10 % Energi impak (J) 27 Kekerasan (Brinnel) 400±30 3.2.2

Batubara Bitouminous Batubara yang diproses di dalam Vertical Roller Mill di PT Holcim Indonesia Tuban Plant adalah batubara jenis Bitouminous. Bituminous adalah batubara yang relatif lunak dan mengandung zat seperti tar yang bernama bitumen. Batubara jenis


23

ini adalah batubara yang mempunyai kualitas yang rendah dibandingkan antrasit tetapi lebih tinggi dibandingkan lignit. Batubara ini dikenal sebagai batubara yang mempunyai kandungan gas bahan bakar (firedamp) yang cukup tinggi. Data – data properti batubara didapat dari jurnal (Chi Ai, 2013). Untuk komposisi kimia dapat dilihat pada tabel 3.3 sedangkan untuk properti materialnya pada tabel 3.4 Tabel 3. 3 Kompoisi kimia batubara Bituminous Sifat mekanik Kekuatan tarik (Mpa) Poisson’s ratio Kekerasan (Vickers)

Bituminous 1641 0.35 10 – 70

3.2.3 Peralatan Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. ANSYS merupakan suatu perangkat lunak komputer yang mampu menyelesaikan persoalan-persoalan elemen hingga dari pemodelan hingga analisis dengan keakuratan yang cukup tinggi. 3.3 Pemodelan dengan ANSYS 17.1 Adapun diagram alir pemodelan gritcone vertical roller mill dengan menggunakan ANSYS Mechanical APDL Release 17.1 dapat dilihat pada gambar 3.4


24

Mulai

Preferences

PreProcessor Modelling Element type Material Properties LS-Dyna Option

Solution Time Control Output Control (Ansys+LS-Dyna) Write Jobname.k

LS-Dyna Module (solver)

General PostPro

Selesai Gambar 3. 4 Diagram alir pemodelan menggunakan software ANSYS Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

25

3.3.1 Pemodelan grit cone Vertical Roller Mill Terdapat 2 jenis desain grit cone pada penelitian ini yaitu desain (1) grit cone tanpa modifikasi geometri dan (2) grit cone yang telah mengalami modifikasi geometri, desain dibuat di ANSYS Mechanical APDL Release 17.1. Tipe elemen yang digunakan adalah Thin Shell 163 dan 3D Mass 166. 3.3.2 Parameter penelitian Pada penelitian ini dilakukan input data material Thyssenkrupp XAR® 400 sebagai bahan penyusun grit cone pada Polysius vertical roller mill, data sifat mekanik material pada tabel 3.2 dimasukkan ke dalam data linear isotropik. Pengujian explicit dynamic dilakukan dengan mensimulasikan proses operasi vertical roller mill untuk menganalisa interaksi antara partikel (batu bara) dengan permukaan benda (grit cone). Adapun parameter yang digunakan dibagi menjadi beberapa jenis seperti initial velocity (on nodes), acceleration y-axis (on nodes), dan termination time disajikan dalam tabel 3.3 Tabel 3. 4 Parameter Penelitian Parameter Value Initial velocity on nodes (vx, vy, vz) 0;0;0 Acceleration on nodes (m/s2) 9.81 Termination time (s) 2

3.3.3 Meshing Metode meshing yang digunakan pada desain grit cone adalah metode mapped mesh dengan ukuran 0.5, berikut Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

26

merupakan gambar hasil meshing model dari komponen grit cone dengan geometri awal (tanpa modifikasi), terlihat pada gambar 3.5

Gambar 3. 5 Hasil meshing gritcone vertical roller mill desain awal 3.4 Rancangan Penelitian Pada penelitian ini dilakukan analisis Ketebalan Gritcone pada masing-masing kondisi sehingga pada akhir penelitian dapat dilihat Ketebalan terendah dan tertinggi dari kondisi tersebut dan juga dapat diketahui titik-titik kritis dari komponen tersebut. Secara garis besar rancangan penelitian yang dilakukan pada tugas akhir ini bisa dilihat pada table Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

27

Tabel 3. 5 Tabel Rancangan Penelitian Case 1 2 3 4 5 6

Ukuran Partikel 100 µm 120 µm 150 µm 100 µm 120 µm 150 µm

Persebaran Partikel 75% 75% 75% 100% 100% 100%


Jumlah Partikel 1980 1980 1980 1980 1980 1980

28

Berikut ini adalah rancangan penilitian atau Timeline dari dari percobaan kali ini: Tabel 3.6 Tabel timeline penilitian dari percobaan kali ini Minggu ke-Minggu ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Pembuatan Proposal pembuatan Geometri Simulasi dengan variasi ukuran Partikel Analisa Simulasi Pembuatan Laporan Sidang


BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Beberapa simulasi dengan metode elemen hingga mengenai Grit Cone pada Vertical Roller Mill telah dilakukan dengan berbagai kondisi yang berbeda dapat dilihat pada tabel 4.1.dan Untk Jenis Partikel yang kita gunakan disini adalah berjenis Batubara Bituminus. Hasil yang didapatkan dari simulasi berupa Ketebalan Maksimum dan Minimum dari Material Tersebut. Tabel 4.1 Kondisi Simulasi Case Peresebaran Ukuran Tebal Initial Partikel

Gritcone

Velocity

1

75%

100 µm

0.01 m

1 m/s

2

75%

120 µm

0.01 m

1 m/s

3

75%

150 µm

0.01 m

1 m/s

4

100%

100 µm

0.01 m

1 m./s

5

100%

120 µm

0.01 m

1 m/s

6

100%

150 µm

0.01 m

1 m/s

4.1 Analisa Data Dalam Penilitian kali ini . Dengan Menggunakan Variabel bebas ukuran Partikel yaitu sebesar 100 µm dan 120 µm. Dan Dikarenakan Elemen Type yang digunakan Mass 166 maka ukuran dari partike tersebut perlu dikonversi ke Massa dengan cara Mengalikan

29

30 Volume Partikel tersebut dengan Massa Jenis Batu bara yaitu 833 Kg/m3 . Dan Untuk Bentuk dari Partikel tersebut dianggap Berbentuk Bola . Sehingga diperoeh Massa Batu Bara pada beberbagai Ukuran Partikel. 4.1.1

Persebaran Partikel 75 %

Pada Eksperimen kali ini , Melakukan Simulasi pada 2 kondisi yaitu pada kondisi persebaran Material 75% dan 100 %. Untuk hasil-hasil yang ada dibawah disolve dengan menggunakan Software Ansys 17.1 dan untuk hasilnya dilihat dengan menggunakan Software LS Prepost . 4.1.1.1 Ukuran partikel 100µm

Gambar 4.1 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 75%, pada ukuran partikel 100 µm Pada Gambar 4.1 memunjukan tebal gritcone setelah satu siklus dan dari grafik tersebut dapat dilihat persebaran ketebalan gritcone tersebut.dan ketebalan minimum adalah 0.00998403 m dan ketebalan maksimum dari partikel tersebut 0.00998715 m . dari simulasi yang dilakukan juga dapat melihat pengaruh waktu terhadap ketebalan dari 2 lokasi tersebut


31

Gambar 4.2 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Pada Gambar 4.2 dapat terlihat bahwa Penipisan Gritcone dimulai pada saat waktu 0.5 s .setelah waktu tersebut terjadi pengurangan ketebalan yang cukup signifikan pada elemen ke 263 Dan letak Elemen tersebut berada pada ketinggian 0.8 – 1 m dari dasar Gritcone. Adapun dari simulasi kali ini diperoleh tegangaan Von Misses sebagai membantu dalam memperkuat analisa mengenai pengaruh ukuran partikel ini.

Gambar 4.3 Von Misses Pada Gritcone untuk spesimen 1 Pada Gambar 4.3 menunjukan Distrbusi tegangan Von Misses dari Grtitcpne .Dapat ditemukan intesitas stress yang lebih tinggi Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

32 ditemukan di bagian bawah dari gritcone .dan dalam hasil tersebut terlihat stress yang paling tinggi terjadi di Elemen ke 211 berada di ketinggian 3 - 3.2 m dari dasar gritcone dengan nilai tegangan sebesar 12537200 Pa.

4.1.1.2

Ukuran partikel 120µm

Gambar 4.4 Ketebalan Gritcpone pada persebaran Material 75%, pada ukuran partikel 120 µm Pada Gambar 4.4 memunjukan tebal gritcone setelah satu siklus dan dari grafik tersebut dapat dilihat persebaran ketebalan gritcone tersebut.dan ketebalan minimum adalah 0.00998403 m dan ketebalan maksimum dari partikel tersebut 0.00998715 m . dari simulasi yang dilakukan juga dapat melihat pengaruh waktu terhadap ketebalan dari 2 lokasi tersebut.


33

Gambar 4.5 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Pada Gambar 4.5 dapat terlihat bahwa Penipisan Gritcone dimulai pada saat waktu 0.5 s .setelah waktu tersebut terjadi pengurangan ketebalan yang cukup signifikan pada elemen ke 277. Dan letak Elemen tersebut berada pada ketinggian 0.8 – 1 m dari dasar Gritcone. Adapun dari simulasi kali ini diperoleh tegangaan Von Misses sebagai membantu dalam memperkuat analisa mengenai pengaruh ukuran partikel ini.


34 ditemukan di bagian bawah dari gritcone .dan dalam hasil tersebut terlihat stress yang paling tinggi terjadi di Elemen ke 211 berada di ketinggian 3 - 3.2 m dari dasar gritcone dengan nilai tegangan sebesar 12537200 Pa. 4.1.1.3

Pada Persebaran Partikel 75% dan ukuran artikel 150µm



35

Gambar 4.8 P engaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Pada Gambar 4.8 dapat terlihat bahwa Penipisan Gritcone dimulai pada saat waktu 0.5 s .setelah waktu tersebut terjadi pengurangan ketebalan yang cukup signifikan pada elemen ke 263. Dan letak Elemen tersebut berada pada ketinggian 0.8 – 1 m dari dasar Gritcone. Adapun dari simulasi kali ini diperoleh tegangaan Von Misses sebagai membantu dalam memperkuat analisa mengenai pengaruh ukuran partikel ini.


36 ditemukan di bagian bawah dari gritcone .dan dalam hasil tersebut terlihat stress yang paling tinggi terjadi di Elemen ke 211 berada di ketinggian 3 - 3.2 m dari dasar gritcone dengan nilai tegangan sebesar 12537200 Pa. 4.1.2 Pada Persebaran Partikel 100 % 4.1.2.1 Ukuran partikel 100µm



37

Gambar 4.11 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone Pada Gambar 4.11 dapat terlihat bahwa Penipisan Gritcone dimulai pada saat waktu 0.4 s .setelah waktu tersebut terjadi pengurangan ketebalan yang cukup signifikan pada elemen ke 280. Adapun dari simulasi kali ini diperoleh tegangaan Von Misses sebagai membantu dalam memperkuat analisa mengenai pengaruh ukuran partikel ini.

Gambar 4.12 Von Misses Pada Gritcone untuk spesimen 4 Pada Gambar 4.12 menunjukan Distrbusi tegangan Von Misses dari Grtitcpne .Dapat ditemukan intesitas stress yang lebih tinggi ditemukan di bagian bawah dari gritcone .dan dalam hasil tersebut terlihat stress yang paling tinggi terjadi di Elemen ke 123 berada Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

38 di ketinggian 0.8 - 1 m dari dasar gritcone dengan nilai tegangan sebesar 2483370 Pa. 4.1.2.2



Gambar 4.14 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone


39 Pada Gambar 4.14 dapat terlihat bahwa Penipisan Gritcone dimulai pada saat waktu 0.4 s .setelah waktu tersebut terjadi pengurangan ketebalan yang cukup signifikan pada elemen ke 280. Adapun dari simulasi kali ini diperoleh tegangaan Von Misses sebagai membantu dalam memperkuat analisa mengenai pengaruh ukuran partikel ini.

Gambar 4.15 Von Misses Pada Gritcone untuk spesimen 5 Pada Gambar 4.15 menunjukan Distrbusi tegangan Von Misses dari Grtitcpne .Dapat ditemukan intesitas stress yang lebih tinggi ditemukan di bagian bawah dari gritcone .dan dalam hasil tersebut terlihat stress yang paling tinggi terjadi di Elemen ke 123 berada di ketinggian 0.8 - 1 m dari dasar gritcone dengan nilai tegangan sebesar 2483370 Pa.


40 4.1.2.3



Gambar 4.17 Pengaruh Waktu terhadap Ketebalan pada Gritcone


41 dapat terlihat bahwa Penipisan Gritcone dimulai pada saat waktu 0.4 s .setelah waktu tersebut terjadi pengurangan ketebalan yang cukup signifikan pada elemen ke 280. Adapun dari simulasi kali ini diperoleh tegangaan Von Misses sebagai membantu dalam memperkuat analisa mengenai pengaruh ukuran partikel ini.

Gambar 4.18 Von Misses Pada Gritcone untuk spesimen 6 Pada Gambar 4.18 menunjukan Distrbusi tegangan Von Misses dari Grtitcpne .Dapat ditemukan intesitas stress yang lebih tinggi ditemukan di bagian bawah dari gritcone .dan dalam hasil tersebut terlihat stress yang paling tinggi terjadi di Elemen ke 123 berada di ketinggian 0.8 - 1 m dari dasar gritcone dengan nilai tegangan sebesar 2483370 Pa. 4.2 Pembahasan Dari hasil simulasi yang sudah ada kita miliki kita menganalisa pengaruh ukuran partikel terhadap 2 Kondisi 4.2.1 Persebaran Partikel 75% dan 100 % Pada Kondisi persebaran partikel 75 % kita dapat menyimpulkan data yang kita miliki


42 Tabel 4.1 Simulasi Pada Kondisi Persebaran 75% Ketebalan (m) Ukuran Partikel Maksimum Minimum 1,29E-05 1,60E-05 100 µm 120 µm

1,29E-05

1,60E-05

150 µm

1,29E-05

1,60E-05

Dari Tabel 4.1 kita dapat menghitung pengurangan ketebalan gritcone dan dirangkum dalam Gambar 4.13

PENIPISAN GRITCONE (m)

PERSEBARAN 75% 4,00E-05

1,60E-05

1,60E-05

1,60E-05

1,29E-05

1,29E-05

1,29E-05

120 µm

150 µm

3,00E-05 2,00E-05 1,00E-05

0,00E+00 100 µm

UKURAN PARTIKEL Maksimum

Minimum

Gambar 4.19 Penipisan yag terjadi pada persebaran 75% Dari Gambar 4.13 kita dapat melihat trend yang pada pengurungan ketebalan matrial bahwa merata pada semua ukuran partikel , dan penipisan yang paling tinggi yaitu penipisan sebesar 1.6 10-5 m. Area yang memiliki ketebalan paling rendah menunjukkan tingkat keausan yang paling tinggi dan adanya potensi terbentuk initial crack pada area tersebut Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

43

Pada Kondisi persebaran partikel 100 % kita dapat menyimpulkan data yang kita miliki Tabel 4.2 Simulasi Pada Kondisi Persebaran 100% Keteblan Ukuran Partikel Maksimum Minimum 2,25E-05 6,76E-06 100 µm 120 µm

2,25E-05

6,76E-06

150 µm

2,25E-05

6,76E-06

Dari Tabel 4.2 kita dapat menghitung pengurangan ketebalan gritcone dan dirangkum dalam Gambar 4.14

PENIPISAN GRITCONE (m)

PERSEBARAN 100% 3,50E-05 3,00E-05 2,50E-05 2,00E-05 1,50E-05 1,00E-05 5,00E-06 0,00E+00

6,76E-06

6,76E-06

6,76E-06

2,25E-05

2,25E-05

2,25E-05

100 µm

120 µm

150 µm

UKURAN PARTIKEL Maksimum

Minimum

Gambar 4.20 Penipisan yag terjadi pada persebaran 100%


44 Dari Gambar 4.14 kita dapat melihat trend yang pada pengurungan ketebalan matrial bahwa merata pada semua ukuran partikel , dan penipisan yang paling tinggi yaitu penipisan sebesar 6.76 10-6. Area yang memiliki ketebalan paling rendah menunjukkan tingkat keausan yang paling tinggi dan adanya potensi terbentuk initial crack pada area tersebut. Dari hasil diatas seusai dengan jurnal Girish R Desale yang menjelaskan Massa Jenis , kekeraan, sudut pantul, bentuk partikel itu lebih berpengaruh dalam menaikan tinggkat ke erosion dari suatu sistem ketimbang pada kenaikan massa. Sehingga didapatkan hasil yang hampir merata, dan menuurut . Dalam logam, pengaruh ukuran partikel

abrasif minimal untuk ukuran partikel> 100 µm. Di bawah ukuran partikel ini, laju keausan berkurang dengan cepat dengan penurunan ukuran partikel


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan Dari Hasil simulasi yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pengaruh ukuran partikel tidak memberikan pengaruh terhadap kegagalan yang terjadi dan dari penilitian kali ini didapatkan data sebagai berikut  Ketebalan gritcone minimum pada Persebaran 75 % dan 100 % adalah 0,00998403 m dan 0,00999324  Ketebalan gritcone maksimum pada Persebaran 75 % dan 100 % adalah 0,00998715 m dan 0,0099775 5.2 Saran Dari penilitian yang telah dilakukan , ada beberapa saran , yaitu: 1. Penilitian lebih lanjut dengan variasi ukuran partikel lebih banyak 2. Penilitian lebih lanjut dengan memasukan kontak antar partikel 3. Penilitian lebih lanjut dengan mengenai bentuk partikel terhedap kegagalan Gritcone

45

(Halaman ini Sengaja dikosonngkan)

DAFTAR PUSTAKA Arabnejad. 2014. A Guideline to Calculate Erosional Velocity due to Liquid Droplets for Oil and Gas Industry, in : proceeding of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Belanda Brook, C. R. & Choudhury, A., 2002. Failure Analysis of Engineering Materials. New York: McGraw Hills Thyssenkrupp Steel Europe. 2014. XAR® 400 Datasheet. Germany Altun, Deniz. 2016. Operational Parameters Affecting The Vertical Roller Mill Performance. Turki : Hacettepe University Hallquist, John. 2006. LS-DYNA Theory Manual. Amerika Serikat : Livermore Software Technology Corporation Nguyen ,V.B.. 2015. Effect of particle size on erosion characteristics. Singapore : National University of Singapore Hadžiahmetović,Halima.,2015,Computational Fluid Dynamic (CFD) Based Erosion Prediction Model In Elbows. Austria : University of Sarajevo Desale ,Girish R. 2005 Effect Of Physical Properties Of Solid Particle On Erosion Wear Of Dctile Material. USA : Indian Institute of Technology Bayer, Raymond G., 2002, Fundamentals of Wear Failure, USA, HNB Pub Ratia, Vilma., 2015, Behavior of Martensitic Wear Resistant Steels in Abrasion and Impact Wear Testing Conditions, USA , Temepre University of Technology

LAMPIRAN Gambar- Gambar Kerusakan Gritcone di Lapangan

UCAPAN TERIMA KASIH Ditengah kelemahan dan kekurangan yang kami miliki, penulis menyampaikan terima kasih atas terbentuknya Laaporan Tugas Akhir ini kepada: 1. Allah SWT atas nikmat serta anugerah-Nya kepada penulis. 2. Kedua Orang tua penulis, yang senantiasa menjadi penyemangat, pemberi restu, pemberi doa, dan pemberi dukungan moril serta materiil sehingga penulis bisa sampai di titik ini. 3. Bapak Ir. Rochman Rochiem, M.Sc dan Bapak Mas Irfan P. Hidayat, ST., MT., Ph.D. selaku dosen pembimbing penulis yang selalu menyediakan waktu untuk memberikan ilmu dan pengalamannya. 4. Bapak Dr. Agung Purniawan, ST., M.Eng sebagai Ketua Jurusan Teknik Material & Metalurgi. 5. Bapak Ir. Rochman Rochiem, M.Sc selaku dosen wali penulis. 6. Seluruh bapak ibu dosen dan karyawan di lingkungan Teknik Material & Metalurgi yang tak kenal lelah mencetak generasi-generasi terbaik unggulan bangsa. 7. Mas Essa Abu Bakar Wahid dan mbak Agita Offi Riani MT06 serta seluruh staff dan karyawan PT. Holcim Indonesia, Tbk. yang memberikan kesempatan bagi penulis untuk mengerjakan topik Tugas Akhir dan memberikan ilmu serta pengalamannya. 8. Andika Rizaldy dan Muhammad Arsyad Putra Pratama sebagai partner dalam pengerjaan Tugas Akhir yang telah banyak membantu dan berbagi ilmu. 9. Rifqi Zufar Saputro, Caesario Isak Cornelis, Kamil Akbar Ernas Amarullah, Muhammad Yusuf Baihaqi dan seluruh penghuni Laboratorium Komputasi dan Pemodelan

10. 11.

12.

13.

Material yang telah banyak membantu dan menjadi tempat berkeluh kesah tentang Tugas Akhir ini. Keluarga kecil Veteran MT14. Terima kasih atas kebersamaan selama 4 tahun lebih berkuliah di ITS. Keluarga terbaik, teman terhebat selama berkuliah di ITS, MT 14. Terimakasih atas pengalaman dan kebersamaan selama 4 tahun bersama berkuliah di ITS. Keluarga besar kontrakan Meteor Garden jalan Bahagia 2 nomer 47 yang selalu mengingatkan dan berbagi pengalaman. Seluruh orang hebat dan teman-teman penulis selama menempuh pendidikan di ITS yang tidak akan bisa disebutkan satu-persatu.

Penyusun menyadari adanya keterbatasan di dalam penyusunan laporan ini. Besar harapan penulis akan saran, dan kritik yang sifatnya membangun. Selanjutnya semoga tulisan ini dapat selalu bermanfaat. Aamiin. Surabaya, Januari 2017

Penulis

BIODATA PENULIS Penulis yang bernama lengkap Muhammad Arsyad Putra Pratama dilahirkan di Jakarta pada tanggal 2 Agustus 1994. Penulis merupakan anak pertama dari 1 bersaudara, dan telah menempuh pendidikan formal yaitu SD Fajar Hidayah Cileungsi, SMP Al-Azhar 9 dan SMAN Al-Azhar 4 Kemang Pratama. Setelah lulus dari SMA, penulis mengikuti tes dan diterima sebagai calon Mahasiswa Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012. Penulis melanjutkan studi di Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI ITS dengan nomor registrasi pokok 2712 100 065 . Selesainya tugas akhir ini mengantarkan penulis memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Institut Teknologi sepuluh Nopember Surabaya. Email : [email protected]

ANALISA PENGARUH UKURAN PARTIKEL TERHADAP PATAHAN GRITCONE PADA VERTICAL ROLLER MILL DENGAN SIMULASI EXPLICIT DYNAMIC (LS-DYNA)

Recommend Documents