Analisa Perbandingan Penggunaan Flens JIS 10 K Dengan PN 16 Pada Sistem Pemanas Muatan yang Terdapat di Kapal Tanker 6300 DWT Menggunakan Metode Finite Element *Dyan Fatmawati Yusuf **Ir. Hari Prastowo, M.sc *Mahasiswa Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS **Dosen Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS Email :
[email protected]
Abstrak – Perbedaan pendapat antara owner dengan pihak galangan pada pemasangan flens sistem pemanas muatan (cargo heating system) yang terdapat di Kapal Tanker 6300 DWT yang menggunakan AALBORG thermal oil heating system, dimana owner menginginkan seluruh flens menggunakan jenis PN 16 (sesuai spesifikasi AALBORG), sedangkan Galangan menggunakan jenis flens JIS 10 K (didasarkan pertimbangan ekonomis). Oleh karena itu dilakkan analisa perbandingan untuk mengetahui besarnya pressure yang terjadi pada masing-masing flange serta tegangan dan regangan yang dihasilkan oleh pressure tersebut. Dalam skripsi ini akan disimulasikan dengan menggunakan metode Finite Element yaitu software ANSYS 11.0. dengan. Dari hasil analisa yang telah dilakukan didapatkan hasil bahwa Flens jenis PN 16 menghasilkan Tegangan dan Regangan yang lebih kecil bila dibanding dengan jenis flens JIS 10 K
Persyaratan sebuah sambungan pipa adalah rapat, dapat menampung gaya-gaya yang bekerja searah garis sumbu pipa. Gaya ini timbul karena tekanan lebih dalam pipa dan perubahan temperatur. Serigkali diisyaratkan bahwa sambungan itu dapat dilaksanakan dan dilepaskan dengan mudah. Sambungan pipa menggunakan jenis sambungan flens apabila digunakan pada sambungan yang bersifat rigid (tetap). Sambungan ini paling banyak dijumpai. Flens mampu menerima gaya yang besar tanpa menyebabkan sambungan bocor. Ada berbagai standar flens yang ada di seluruh dunia. Untuk mempermudah fungsi dan antar-tukar, flens dirancang untuk memiliki standar dimensi. Standar umum dunia termasuk ASA (American Standards) atau biasa disebut ANSI merupakan standar Amerika (USA), PN (Plate Number) atau disebut juga DIN (Deutche Industrie Normen) merupakan standar Eropa, sedangkan BS (British Standards) merupakan standar Inggris dan juga Australia, JIS (Japanese Industrial Standards) merupakan standar Jepang.
I. PENDAHULUAN I.1. LATAR BELAKANG
Kapal Tanker 6300 DWT merupakan salah satu produk PT.DOK & Perkapalan Surabaya yang sistem pemanas muatannya (cargo heating system) menggunakan AALBORG thermal oil heating system, yang mana pada spesifikasi dari AALBORG thermal oil heating system disebutkan bahwa maximum allowable pressure adalah 10 bar, namun pada spesifikasi accecoriesnya disebutkan bahwa memakai flens PN 16, yang berarti flens yang dapat menahan maximum pressure sebesar 16 bar. Hal ini memicu timbulnya perbedaan pendapat antara Owner Kapal
Untuk transportasi gas dan zat cair, instalasi saluran pipa dalam industri kimia, industri petrokimia, industri bahan makanan, pelayaran dan industri perkapalan dan dalam penyediaan energi, menduduki tempat yang sangat penting. Pada umumnya suatu instalasi saluran pipa itu berawal di bagian perencanaan dimana disusun skema saluran pipa tersendiri untuk setiap gas atau zat cair. Katup penutup, keran, flens, kopling, instrumen dan sebagainya dalam suatu saluran pipa, yang disebut kelengkapan
1
Dyan Fatmawati Yusuf – 4207 100 611
Stress yang ditentukan oleh The American Society of Mechanical Engineering (ASME) Boiler And Pressure Vessel Code Division 2 tahun 1989
Tanker 6300 DWT dengan pihak galangan yaitu PT.DOK & Perkapalan Surabaya, yang mana Owner menginginkan seluruh flens menggunakan jenis PN 16 sedangkan pihak Galangan menggunaka jenis flens yaitu JIS 10 K dipilih karena mengacu pada spesifikasi dari AALBORG thermal oil heating system menyebutkan bahwa maximum allowable pressure adalah sebesar 10 bar. Pihak galangan memutuskan hal tersebut berdasarkan pertimbangan ekonomis, mengingat harga flens PN 16 lebih mahal dibandingkan flens JIS 10 K. Oleh karena itu diperlukan suatu kajian yang cukup mendalam untuk menganalisa apakah memungkinkan untuk pemakaian jenis flens JIS 10 K pada Kapal Tanker 6300 DWT dengan tolok ukur maximum pressure serta pengaruh temperatur yang bekerja.
I.3. BATASAN MASALAH Pembatasan masalah dilakukan dengan maksud agar permasalahan yang dibahas tidak terlalu melebar, karena hal itu akan semakin sulit dalam proses pembahasan terhadap permasalahan. Dalam Skripsi ini batasan masalah yang akan dibahas adalah sebagai berikut : 1. Interior pipa dan flange diasumsikan smooth / halus, tidak terdapat resistance bagi fluida 2. Temperatur yang ada pada model diasumsikan uniform 3. Pembebanan yang dilakukan adalah statis
Analisa ini dilakukan dengan metode Finite Element (Metode Elemen Hingga) yang nantinya akan diketahui pressure yang bekerja di tiap-tiap bagian pipa beserta accecoriesnya yang terdapat pada sambungan yang dianggap kritis (critical point), sehingga dapat diketahui seberapa besar deformasi serta distribusi tegangan yang terjadi. flens jenis manakah yang benar-benar sesuai dengan kondisi pressure yang ada pada sistem pemanas muatan pada Kapal Tanker 6300 DWT dan pada akhirnya sistem pemanas muatan pada Kapal Tanker 6300 DWT dapat berjalan secara optimal
I.4. TUJUAN PENULISAN Tujuan Penulisan dari Skripsi ini adalah : 1. Mengetahui pressure yang bekerja pada flange yang terdapat pada critical point pada sistem pemanas muatan (cargo heating system) yang terdapat di Kapal Tanker 6300 DWT 2. Mengetahui besarnya tegangan dan regangan yang terjadi akibat adanya pembebanan yaitu berupa pressure yang bekerja pada flange 3. Mengetahui jenis flens manakah yang dapat dipakai pada Kapal Tanker 6300 DWT berdasarkan nilai Design Stress yang telah ditentukan oleh The American Society of Mechenical Engineering (ASME) Boiler And Pressure Vessel Code Division 2 tahun 1989
I.2. PERUMUSAN MASALAH Permasalahan yang akan dibahas pada Skripsi ini adalah : 1. Berapakah pressure yang bekerja pada flange yang terdapat pada critical point pada sistem pemanas muatan yang terdapat di Kapal Tanker 6300 DWT 2. Berapakah besarnya tegangan dan regangan yang terjadi akibat adanya pembebanan yakni pressure yang bekerja pada flange 3. Jenis flens manakah yang dapat dipakai pada Kapal Tanker 6300 DWT berdasarkan nilai Design
I.5. MANFAAT PENULISAN Digunakannya metode Finite Element (Metode Elemen Hingga) yakni
2
Dyan Fatmawati Yusuf – 4207 100 611
Pada bab ini akan berisi kesimpulan dari Skripsi yang telah selesai dikerjakan dan saran-saran. DAFTAR PUSTAKA
dengan menggunakan software ANSYS 11.0, dapat dibuat model dari sistem pemanas muatan (cargo heating system) pada Kapal Tanker 6300 DWT, sehingga kita dapat mengetahui pressure yang ada pada sistem tersebut termasuk pressure yang ada pada pada tiap-tiap sambungan. Dengan mengetahui pressure yang ada, maka kita dapat menganalisa tegangan dan regangan yang terjadi, sehingga dapat diketahui flens jenis manakah yang mengalami tegangan dan regangan yang lebih besar. Kemudian kita dapat mengetahui apakah nilai tegangan tersebut melebihi nilai tegangan desainnya (Design Stress ) yang terdapat pada ASME ( The American Society of Mechanical Engineering) Dengan adanya Skripsi ini diharapkan dapat dijadikan sebagai pertimbangan dalam pemilihan atau perencanaan flens yang sesuai dengan kondisi pressure yang ada pada sebuah sistem, sehingga sistem tersebut dapat bekerja secara optimal tanpa ada permasalahan yang berkaitan dengan pemilihan flens yang tidak sesuai.
LAMPIRAN
II. METODOLOGI DAN ANALISA Pengerjaan Skripsi ini terdiri langkah-langkah berikut, yaitu :
dari
Penggambaran Sambungan Pipa Menggunakan Software AutoCad 2006 Untuk mempermudah pembuatan model, yakni interior bagian dalam pipa beserta sambungannya pada ICEM CFX, maka terlebih dahulu kita membuat gambar model pada software AutoCad, yang mana gambar tersebut merupakan gambar 2D (2 Dimensi). Gambar 2D dibuat berdasarkan gambar model keseluruhan sistem Pemanas Muatan yang terdapat di Engine Room yang menggunakan software Tribon. Standard sambungan yang dipakai adalah menurut MCEC Standard. Computational Fluid Dynamics (CFD)
BAB I. PENDAHULUAN
Preprocessing Preprocessing adalah merupakan langkah untuk membuat sebuah model menjadi model yang dapat diterjemahkan oleh software simulasi, cara ini dapat dilakukan dengan memberikan mesh pada model tersebut. Langkah Preprocessor merupakan langkah awal dimana bahasa pemrograman desain model akan diterjemahkan oleh Solver Manager. Model akan dibentuk sedemikian rupa sehingga terdapat beberapa bagian untuk memberikan batasan-batasan aliran fluida yang dijalankan dan membuat model menjadi suatu objek yang akan dialiri fluida. Dalam tahap ini obyek yang dibentuk kemudian diberikan kondisi batas dan kondisi dari fluida yang akan mengalirdalam kondisi batas tersebut untuk dapat dianalisa.Kondisi batas (boundary)
Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang penulisan Tugas Akhir, perumusan masalah, pembatasan masalah, dan tujuan Skripsi. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini akan dibahas mengenai teoriteori yang berhubungan dengan Sambungan pipa, dan Metode Finite Element BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan dalam pengerjaan Skripsi, pengelolahan dan analisa data untuk menyelesaikan permasalahan yang diangkat sebagai topik Skripsi. BAB IV. ANALISA DATA & PEMBAHASAN Pada bab ini akan dibahas tentang penganalisaan data yang telah didapat dan permasalahan yang diangkat. BAB V. KESIMPULAN
ini berupa inlet (saluran fluda masuk), outlet (saluran fluida keluar)dan wall 3
Dyan Fatmawati Yusuf – 4207 100 611
akan kita gunakan untuk menyelesaikan masalah dalam pemodelan Untuk masalah pada skripsi ini, yaitu perbandingan flange jenis PN 16 dan JIS 10 K, maka kita memilih structural pada preferences agar dapat mengetahui distribusi tegangan yang terdapat pada flange tersebut. 2. Pembuatan Geometri Geometri pada model dilakukan dengan sistem down to up, maksudnya geometri dibuat mulai dari titik kemudian dibuat garis, luasan baru dibentuk bangun tiga dimensi yang mempunyai volume. 3. Pendefinisian Tipe Elemen dan Material Properties Dalam ANSYS semua model harus diberikan jenis elemen yang digunakan untuk dapat dilakukan meshing. Elemen yang digunakan untuk pemodelan ini adalah solid 8node185. Kemudian mendefinisikan material properties yakni memasukkan nilai poisson ratio dan modulus elastisitas dari material flange. 4. Pembentukan Elemen Hingga (Meshing) Setelah tipe elemen dan material properties telah ditentukan, maka model dapat kita meshing. Proses meshing dimulai dengan melakukan pembagian elemen, hal ini ditujukan agar hasil meshing dapat bagus dan smooth 5. Pemberian Tumpuan (Constraint) Pada model struktural salah satu bagian yang penting yang harus dilakukan sebelum pembebanan adalah pemberian kondisi batas yang berupa tumpuan (constraint). Pemberian tumpuan ini berguna agar proses perhitungan dan tegangan yang dihasilkan dapat ditampilkan. Jika model tidak diberi tumpuan, maka gaya reaksi akan sangat besar sehingga ANSYS tidak dapat menampilkan hasil pembebanan selain itu, hal ini tidak sesuai dengan dengan kondisi sebenarnya. Tumpuan dikenakan pada baut pengikat flange 6. Pembebanan (Loading) Pembebanan model didefinisikan sebagai pressure yang bekerja pada bidang luasan flange bagian dalam (interior flange). 7. Pembacaan Hasil Pembebanan Struktural Hasil yang diperoleh dari pembebanan struktural adalah tegangan dan distorsi yang
(dinding pembatas). Sedangkan pada fluida (dalam program CFD biasanya dikenal sebagai domain). Solver Manager Solver Manager adalah langkah kedua bagian dari CFD. Pada program solver ini CFD menghitung kondisi-kodisi yang telah ditentukan pada saat preprocessing. Dalam program solver semua parameter yang telah dimasukkan akan diolah pada program ini. Proses perhitungan/iterasi harus menentukan kriteria konvergensi yang akan dihitung. Yang dimaksud dengan konvergensi adalah kesalahan atau perbedaan antara estimasi awal dan hasil akhir dari iterasi yang dilakukan oleh Solver Manager. Post – Processor Langkah Post-Processor akan menampilkan hasil perhitungan yang telah dilakukan pada tahap Solver Manager, hasil perhitungan dapat dilihat berupa data numerik dan data visualisasi aliran fluida pada model. Data numerik yang diambil adalah data nilai variable sifat fluida, data sifat fluida yang dapat diambil adalah sebagai berikut : 1. Nilai Pressure pada bagian Flange 2. Bentuk contour Pressure pada bagian Flange 3. Bentuk contour Pressure pada bagian pipa ANSYS STRUCTURE Setelah semua model telah di analisa menggunakan software CFD, dan menghasilkan output berupa force maupun pressure. Maka selanjutnya output tersebut diatas akan digunakan sebagai input pada software ANSYS Structure. Adapun langkah-langkah dalam pengerjaan pada software ANSYS Structure adalah sebagai berikut : 1.Start Select Preference Langkah pertama untuk memulai permodelan dengan menggunakan ANSYS adalah dengan memilih bidang ilmu yang
4
Dyan Fatmawati Yusuf – 4207 100 611
terjadi pada model. Distorsi dan tegangan maximum dan minimum dapa dilihat berdasarkan letaknya.
Sepinggan Tango to Lawe – Lawe Terminal. Kalimantan Timur.
III. HASIL DAN KESIMPULAN Dari pemodelan dan simulasi yang dilakukan, maka didapatkan besarnya pressure yang ada pada tiap-tiap flens, sehingga dapat diketahui besarnya regangan dan tegangan pada flens akibat pressure yang bekerja tersebut. Yang selanjutnya diharapkan dapat menjadi suatu pertimbangan dalam pemilihan jenis flens yang sesuai untuk Kapal Tanker 6300 DWT. IV. DAFTAR PUSTAKA T.Stolarski, Y. Nakasone, S. Yoshimoto, 2006. Engineering Analysis with ANSYS Software. Linacre House, Oxford OX2 8DP. Prabowo, Aji. 2008. Analisa Distorsi dan Tegangan Sisa Pada Pengelasan Sambungan Flange-Pipa Dengan Metode Elemen Hingga. Fakultas Teknologi Kelautan-Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Ika, Nur Afiyah, 2009. Analisa Penggunaan Heating Coil Pada Thermal Oil System yang Terdapat di Ruang Muat Kapal Tanker 6300 DWT Menggunakan Metode CFD. Fakultas Teknologi Kelautan-Institut Teknologi Sepuluh Nopember. AALBORG THERMAL OIL HANDBOOK C.S. Desai, Wirjosoedirdjo. 1988. DasarDasar Metode Elemen Hingga. Jee, Trevor. 2004. Offshore Pipeline Construction 2nd Volume”. Healty and Safety Executive-Offshore Technology Report, United Kingdom.. Raswari. 2007. “Perencanaan dan Penggambaran Sistem Perpipaan”. UIPress, Jakarta. Parisher Roy A. dan Robert A. Rhea. 2002. “Pipe Drafting and Desain 2nd edition”. Gulf Professional Publishing, USA. Chevron Indonesia Company, 2008. Fit For Purpose Report of 12” Oil Pipeline
5
Dyan Fatmawati Yusuf – 4207 100 611
