BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN
4.1 Perhitungan dan Pemeriksaan Kekuatan 4.1.1
Perhitungan Tutup Bejana Dari hasil pengumpulan data, tutup bejana (head) yang dipakai adalah jenis
Ellipsoidal, data yang diberikan sebagai berikut. A. Ketebalan minimum tutup Bejana Berdasarkan data diatas, maka ketebalan minimum tutup bejana dengan kondisi diatas adalah : (rumus 2.7)
t
1 1875 3 (2 123 ,1 1) (0,2 1)
t 10,6mm Dengan demikian ketebalan minimum yang diizinkan akibat tekanan dalam yang diberikan kepada bejana tekan tersebut adalah 10,6 mm B. Tekanan maximum Tekanan maximum yang mampu ditahan oleh bejana tersebut adalah : (rumus 2.8)
P
2 123 ,1 1 (10 ,6 3) 1875 0,2 (10 .6 3)
P
1871 ,12 1876 ,52
P = 0,997 N/mm2
21
Untuk alasan keamanan, dalam penentuan tekanan makimum tersebut harus dikalikan dengan nilai safety factor. Nilai safety factor yang diterapkan pada perhitungan disini adalah 2. f=2 Maka tekanan maksimum yang mampu ditahan tutup bejana adalah perkalian tekanan yang dizinkan dengan factor keamanan yaitu :
Pa
f
P
Pa 2 0,997 Pa = 1,994 N/mm2 Pa = 19,94 bar C. Pemeriksaan pengujian reduksi tegangan akibat proses pembentukan Pada waktu head dibentuk, plate tersebut akan mengalami perpanjangan dan menyebabkan pengurangan ketebalan akibat penarikan pada waktu proses berlangsung. Dari hasil proses pembentukan ini ketebalan bahan akan berkurang, dan juga mengakibatkan berkurangnya tegangan izin bahan. Untuk mengembalikan nilai tegangan izin semula, harus dilakukan proses penemperan pada tutup bejana tekan tersebut. Tetapi tidak semua tutup bejana tekan harus mengalami proses penemperan. Sehingga jika bahan memiliki elongasi panjang kurang dari 5% maka walaupun ditemukan karakteristik 1,2,3 dan 4 , tutup bejana tersebut tidak perlu ditemper. Tetapi jika perpanjangan bahan lebih dari 5% dan salah satu dan lebih dari kondisi diatas dipenuhi, maka tutup bejana harus ditemper.
75 Ta (1
Rf ) Ro
Rf
…………………………………… (4.1 )
Dimana :
ε = Perpanjangan / Elongasi Ta = Tebal setelah dibentuk Rf = Radius Akhir = 0,1727 x D = 0,1727 x 1875 = 323,8 Ro = Radius awal = 0,904 x D = 0,904 x 1875 = 1696 22
75 11,43 (1
323,8 ) 1696
323,8
2,14%
Terlihat bahwa perpanjangan kurang dari 5% yaitu sebessar 2,14%. Dari perhitungan ini maka tutup bejana tersebut tidak perlu ditemper lagi setelah proses pembentukan. 4.1.2
Perhitungan Dinding Bejana Pada bejana tekan khususnya bejana udara, dinding bejana akan menerima
tekanan dari dalam berupa udara yang dipompakan dan menerima beban dari luar berupa peralatan yang dipasang padanya
A. Ketebalan dinding minimum Untuk mencari ketebalan dinding bejana akibat tekanan yang diberikan adalah (Rumus 2.13)
P R Ca E 0,6 P
t
t
1 937 ,5 3 123 ,1 1 0,6 1 T= 10,6 mm
B. Tekanan Maksimum Tekanan maksimum yang mampu ditahan oleh dinding bejana ini adalah : (Rumus 2.14)
P
P
R
E (Ta Ca) 0,6 (Ta Ca)
123 ,1 1 (12 ,7 3) 937 ,5 0,6 (12 ,7 3) P = 1,26 N/mm2 23
Karena perhitungan diatas merupakan perhitungan yang statis (keadaan ideal), maka harus dihitung faktor keamanan ( safety faktor) yang nilainya f=2. Karena pada dasarnya kondisi bejana tersebut pada saat operasional ialah dinamis. Pa = P x f Pa = 1,26 x 2 = 2,52 N/mm2
4.1.3
Berat bejana Berat bejana akan menyebabkan gaya tekan pada penyangga petana tekan ini.
Daalam perhitungan penyangga bejana tekan ini, berat bejana dipergunakan sebagai beban yang diberikan ke penyangga. Disamping berat bejana dipergunakan untuk menghitung penyangga, berat bejana juga digunakan untuk menghitung plat pengangkat sewaktu mengangkat bejana tersebut.
A.
Berat bejana pada kondisi kosong Dalam perhitungan tidak semua komponen dihitung satu persatu, namun
bisa diambil dari tabel yang ada. Dalam penulisan ini untuk mengetahui berat bejana penulis langsung mengambil data dilapangan dengan menimbang bejana ini yaitu dengan total berat = 4504 kg
B.
Berat bejana pada kondisi pengoperasian Wo = We + Wf ……………………………… (4.2 ) Wo = 4504 + 0 = 4504 kg
dimana : Wo = berat bejana pada kondisi pengoperasian We = berat bejana pada kondisi pengoperasian Wf = berat fluida ( udara )
24
C.
Berat bejana pada kondisi hidrostatic Berat bejana pada kondisi pengujian hidrostatik adalah berat bejana kosong
ditambak berat media untuk hidrostatic, daalam hal ini air. Sehigga berat bejana pada pengujian hidrostatic sebesar: Wt = Wo + Wft = 4504 + 15000 = 19504 kg dimana : Wo = berat bejana pada kondisi pengoperasian Wt = berat bejana pada kondisi pengujian Wft = berat air yang digunakan untuk pengujian = Berat jenis air x Volume Bejana = 1000 x 15 m3 = 15000 kg
4.1.4
Beban Angin
Tekanan Angin Tekanan yang dihasilkan akibat adanya beban dari angin adalah sebagai berikut: Pw = Tekanan angin (Kg/m2) V = Kecepatan angin = 33,6 m/s Pw = 0,0025 x V2 …………………………………… (4.3 ) Pw = 2,82 kg/m2 Tegangan geser Besarnya tegangan geser total dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut : V = Pw x D x H …………………………………… (4.4 ) Dimana : V = Tegangan geser total (lb) D = Diameter luar bejana (ft) H = Tinggi Bejana (ft) 1 meter = 3,2 ft 25
1 pound = 4,44 N Sehingga besarnya tegangan geser total adalah : V = 2,82 x (1,9 x 3,2) x (6,18x 3,2) = 339,07 lb V = 339,07 x 4,44 N = 1505,4 N Momen karena angin Besarnya momen pada dasar bejana karena angina dirumuskan sebagai berikut : M = Pw x D x H x h …………………………………… (4.5 ) Dimana : M=
Momen pada dasar bejana (lb.ft)
Pw =
Tekanan angina (kg/m2)
h=
H/2
H=
Tinggi bejana (ft)
D=
Diameter luar bejana (ft)
Sehingga besarnya momen akibat angina pada dasar bejana adalah : M = 2,82 x (1,9 x 3,2) x (6,18 x 3,2) x (3,09 x 3,2) M = 3352 lb.ft = 4544 Nm Momen yang terjadi ini digunakan sebagai dasar penyangga bejana. Selain menimbulkan momen pada bejana tersebut, beban angin juga akan menyebabkan getaran pada bejana. Besarnya getaran ini harus dibatasi, hal ini dikarenakan bila besar dari getaran ini terlampau tinggi akan menyebabkan pada bejana tekan akan terjadi kelelahan, selanjutnya bejana tersebut akan rusak.
26
4.1.5
Beban Akibat Gempa
Kondisi pembebanan pada bejana tekan akibat beban gempa bumi sama dengan sebuah kantilever, dimana semakin tinggi bejana maka semakin besar momen yang terjadi. Beban Geser Pada Landasan Akibat Gempa Bumi Adalah jumlah gaya geser pada arah horizontal pada bejana tekan tersebut. (sumber : SNI 03-1726- 2002) F = Z . I. C . Wo / Rw
…………………………………… (4.6 )
dimana : Z = Faktor seismic (digunakan di Jakarta) = 1 I = Faktor kepentingan untuk bejana tekan = 1 S = kofisien untuk karakteristik tanah = 1 T = periode getaran akibat beban gempa Ct = koofisien numerik H = tinggi bejana = 6180 mm = 20,275 kaki C = koofisien numerik = 1,25 . S . / T T = Ct. H m = 0,035 . 20,2753/4 = 0,33 detik Sehingga : C = 1,25 x 1/0.33 =2,3 Rw = koofisien numerik untuk bejana tekan = 4 Wo = berat bejana pada kondisi pengoperasian = 4504 kg Sehingga gaya geser pada arah horizontal pada bejana tekan tersebut sebesar: F = Z . I. C . Wo / Rw = 1.1. 2,63 . 4504 / 4 = 2961,38 kg Jadi gaya horizontal akibat beban gempa bumi tersebut adalah sebesar 29 kN, terletak pada titik berat bejana tersebut. Letak titik berat bejana dari landasan (He) adalah : He= 2/3H = 2/3 x 6180 = 4120 mm Sehingga momen yang terjadi sebesar : Me = F x He 27
Me = 29021 x 4120 Me = 119568678,9 N.mm Maka momen yang digunakan sebagai dasar perhitungan adalah momen akibat gempa bumi yaitu sebesar 119,5 kN.m
Gambar 4.1 : Momen yang timbul pada dinding bejana
4.1.6 Pengecekan Kekuatan Sambungan Las Sambungan las pada bejana tekan sangat dituntut bermutu baik untuk dapat digunakan dengan aman. Ketidaksempurnaan dalam lasan yang melebihi batas yang ditentukan dapat menyebabkan kejadian yang fatal seperti kebocoran atau pecah. Untuk mendapatkan sambungan yang baik pada bejana tekan perlu dilakukan kwalifikasi las untuk bejana tekan. Kwalifikasi ini mengikuti "ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX. Jenis sambungan las pada bejana tekan ini ada dua yaitu: a. Sambungan Tumpul dengan alur V tunggal. b. Sambungan tumpang
28
Gambar 4.2 : Sambungan Las
Dalam pemilihan kawat las yang digunakan adalah dengan mencari tegangan luluh atau tegangan tarik yang sama dari material induk. Dalam hal ini kawat las yang digunakan adalah AWS A5.18. Besarnya tekanan yang mampu ditahan oleh sambungan las adalah :
P
P
E t R 0,6 t
422 ,5 1 12 ,7 937 .5 0,6 12 ,7
5,67 N / mm 2
Dimana :
σ : Tegangan luluh kawat las (AWS A5.18) = 422,5 N/mm2 R : Jari jari dinding bejana = 937.5 mm T : Tebal dinding = 12,7 mm E : Effisiensi sambungan = 1
29
4.2 Hasil Pemeriksaaan Dan hasil analisa dan perhitungan diatas, maka hasil
pemeriksaan untuk
bejana udara ini adalah sebagai berikut: 1.
Tutup bejana ( Head ) Tutup bejana yang dipakai dari jenis ellipsoidal head dengan ketebalan 12,7
mm dengan material A-516 Grade 70 ternyata kuat menahan tekanan dalam. Dari hasil pemeriksaan diatas didapat ketebalan minimum yang diperlukan yaitu 10,6 mm. 2. Dinding bejana ( Shell) Dinding bejana dibuat dari pelat yang diroll dengan material A-516 Grade 70 teryata kuat menahan tekanan dalam. Dari hasil pemeriksaan diatas didapat ketebalan minimum yang diperlukan 10,6 mm. 3. Beban Angin Tekanan angin = 2,82 kg/m2 Tegangan geser = 1505,4 N Momen karena angina = 4544 N.m 4. Beban Gempa Momen yang terjadi akibat beban gempa adalah 119 kN.M 5. Sambungan las Dari perhitungan kekuatan las diatas ternyata sambungan lasnya cukup kuat. Dengan besar tekanan yang mampu ditahan sambungan las sebesar 5,67 N/mm2.
30
