SIMULASI THERMAL STRESS PADA TUBE SUPERHEATER PACKAGE BOILER
TESIS
Oleh HAMDANI 097015011/MTM
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012 i UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SIMULASI THERMAL STRESS PADA TUBE SUPERHEATER PACKAGE BOILER
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh HAMDANI 097015011/MTM
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Telah diuji pada Tanggal:
PANITIA PENGUJI TESIS KETUA
: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME
ANGGOTA
: 1. Dr. Eng. Ir. Indra, MT 2. Dr. -Ing. Ikhwansyah Isranuri 3. Ir. Tugiman, MT 4. Ir. Syahrul Abda, MSc
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Judul Tesis
: SIMULASI THERMAL STRESS PADA TUBE SUPERHEATER PACKAGE BOILER
Nama Mahasiswa
: HAMDANI
Nomor Pokok
: 097015011
Program Studi
: MAGISTER TEKNIK MESIN
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Ketua
Ketua Program Studi
Dr. Eng. Ir. Indra, MT
Dr. Eng. Ir. Indra, MT Anggota
Dekan Fakultas Teknik USU
Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME
Tanggal Lulus: 06 Juni 2012
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Penelitian ini menginvestigasi perilaku thermal stress dan mekanisme kegagalan tube superheater dengan metode eksperimental dan analisa numerik. Kajian pertama menggunakan prosedur analisa kegagalan untuk menentukan akar penyebab, kemudian tube yang gagal dievaluasi dengan pengujian tak merusak. Untuk analisa numerik, kajian pertama adalah tegangan elastis akibat tekanan internal. Berikutnya efek gradien temperatur dan kombinasi temperatur dengan tekanan internal. Kemudian beban tekanan pada titik mulur dinaikkan untuk menimbulkan perilaku plastis dengan pengerasan regangan material isotropic hardening. Akhirnya tube superheater dievaluasi dengan teori kegagalan von-Mises. Hasil pengamatan visual menunjukkan penyumbatan dalam header akibat diaphragma yang yang telah bergeser dari posisinya menyebabkan temperatur pada dinding tube menjadi naik. Tube yang gagal ditandai dengan "bulging" atau kembung dan adanya efek mulut ikan atau "fish mouth". Gejala ini menunjukkan bahwa tube telah mengalami pemanasan berlebih dalam periode waktu yang lama. Hasil pengujian eksperimental pada tube yang gagal menunjukkan bahwa diameter dan ketebalan rata-rata tidak sesuai dengan standar, kekerasan rata-rata pada lokasi kegagalan meningkat dan komposisi elemen sisa masih sesuai dengan yang tertera dalam spesifikasi material. Untuk tegangan elastis, model elemen hingga memberikan korelasi yang baik dengan solusi analitis, dan tube superheater masih dapat menahan tegangan elastis. Kombinasi temperatur dan tekanan internal menunjukkan temperatur dan fluks panas maksimum terjadi di bagian dalam tube, sedangkan thermal stress meningkat tajam dan mencapai batas elastis. Pengaruh strain hardening pada permukaan mulur tidak mampu menghambat kegagalan akibat deformasi plastis.
Kata kunci: analisa kegagalan, diaphragma yang bergeser, overheating, tube super heater, thermal stress, deformasi plastis.
ii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRACT
This project investigates the thermal stress behavior and the mechanisms of superheater tube failure with experimental method and numerical analysis. First of all the procedures for failure analysis were applied to determine the root cause of them. A visual assessment of boiler critical pressure parts was carried out, and then the failed tube is examined by nondestructive evaluation. For the numerical domain, initially the elastic solution for a superheater tube subjected to an internal pressure is discussed. Next the effects of a temperature gradient across the tube were examined both by itself and in combination with a pressure load. Then the yield pressure load is increased to induce plastic behavior in the tube for an isotropic hardening material. Finally the tube was evaluated using von-Mises yield criteria. Results of the visual examination showed that the clogging inside the header caused by a failed diaphragm affects the imbalance steam flow and makes excessive heat input at the tube wall. The failed tube was characterized by “bulging” and “fish mouth” effects. It is shown that the tube has experienced overheating for a long period of time. The experimental results indicate that the mean diameter and thickness of the failed tube are out of standard. The average hardness on the failure location increases and the remaining elements composition still range as in the appropriate material specification. For the elastic domain, the finite-element models provide excellent correlation with analytical solutions, and tube can still withstand elastic stress. In the combination of temperature and internal pressure, the maximum temperature and heat flux are on the inside of the tube, while the thermal stresses quickly increase and exceed the elastic limit. The effect of strain hardening on the yielding surface is not able to resist the failure due to plastic deformation.
Keywords: failure analysis, a failed diaphragm, overheating, superheater tube, thermal stress, plastic deformation.
ii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
RIWAYAT HIDUP
Data Pribadi Nama Tempat/tgl. lahir Alamat Kantor
Alamat Rumah Telepon & E-mail
: Hamdani : Lb. Kt. Barat, 11 Juli 1974 : Departemen Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. Banda Aceh - Medan Km. 280,3 P.O. Box 90 Buketrata - Lhokseumawe : Jl. Banda Aceh Medan, Gampong Tingkeum Manyang Kec. Kutablang Kab. BIREUEN – ACEH 24356 : Mobile +62 085 260 462 751
[email protected]
Pendidikan 1981 - 1986 1986 - 1989 1990 - 1993 1993 - 1996 2001 - 2003 2009 - 2012
: : : : :
Madrasah Ibtidaiyah Negeri (MIN) - Makmur Madrasah Tsanawiyah Negeri (MTsN) - Gandapura Madrasah Aliyah Negeri (MAN) - Banda Aceh Politeknik Negeri Lhokseumawe Politeknik Negeri Bandung (Politeknik ITB), Program D4 : Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara (USU)
Kursus & Training 1996
1998 2000 2002 2005
: Training CAD CAM Programmer for Laser Cut & Punching. Advanced Metal Form Industry (AMFI) SDN BHD, Penang – Malaysia : Training Autocad 2D & 3D. Netindo, Lhokseumawe. : Training Jurnalistik Islam. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Training Corrosion Prevention for Gas Supply Pipe. PT Arun NGL Co., Lhokseumawe. : Training Foundry Engineering. Politeknik Manufaktur (POLMAN) Bandung. iii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Simposium/Seminar 2003
2003
2004
2006
2009
2010
2010 2010 2011
2011
: Indonesian Microstructure Competition and Exhibition 2003. Bandung. Material Engineering Study Program Institut Teknologi Bandung (ITB). : In House Training Total Quality Management. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Managemen Laboratorium dan Bengkel (Workshop). Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : In House Training AutoCad 2D & Catia Part Design. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Seminar Nasional; Reposisi & Reorientasi Jurusan Teknik Mesin. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Metodologi Pengajaran Menggunakan Audio Visual. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Workshop Metodologi Pengajaran. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : In House Training Perawatan Mesin Perkakas. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Standard Operational Procedure (SOP) Laboratorium dan Bengkel (Workshop) Teknik Mesin. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : Seminar Nasional; Kurikulum dan Silabus Berbasis Kompetensi Sesuai dengan Pasar Kerja. Lhokseumawe. Politeknik Negeri Lhokseumawe. : In House Training for Biomass Gasification and Seminar on Numerical & Experimental Mechanics. Medan. Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. : The 5th Regional Seminar on Materials, Energy, and Structure (MAESTRUCT 2010). Medan. Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. : The 2nd IT Exhibition on IT Education & Products. Medan. IC-STRAR USU : Seminar Nasional II Teknologi dan Rekayasa. Medan. Fakultas Teknik Universitas Islam Sumatera Utara (UISU) : The 6th Regional Seminar on Materials, Energy, and Structure (MAESTRUCT 2011). Medan. Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. : Seminar Ilmiah dalam rangka Dies Natalis USU ke-59. Medan. Universitas Sumatera Utara (USU).
iv UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan nikmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan akhir penelitian tesis yang berjudul “SIMULASI THERMAL STRESS PADA TUBE SUPERHEATER PACKAGE BOILER“. Laporan akhir tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa agar mendapatkan gelar Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik Mesin FT-USU. Laporan akhir tesis ini merupakan suatu studi kasus kegagalan komponen di industri petrokimia, yaitu PT Pupuk Iskandar Muda (PIM) Lhokseumawe yang kemudian diintensifkan pengkajiannya oleh penulis dibawah arahan komisi pembimbing. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., selaku ketua komisi pembimbing dan Dr. Eng. Ir. Indra, MT., selaku anggota komisi pembimbing. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin FT-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administratif selama penulis mengikuti pendidikan. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Drs Mashudianto, MM (Direktur Utama PT PIM Lhokseumawe), Ir. Masridar, dan Usman, AMd., yang telah banyak membantu penulis selama survey dan mengambil data di PT PIM Lhokseumawe. v UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Juga kepada bunda, ayah, isteri tersayang, anak-anakku, yang selalu setia dan sabar, sehingga penulis dapat menyelesaikan studi dengan baik. Harapan penulis semoga dengan penelitian tesis ini dapat memberikan manfaat yang berarti terutama kepada penulis sendiri, dan penulis sangat berbesar hati jika tulisan ini dapat berguna bagi orang lain. Akhirnya penulis akan menampung saran dan kritik yang membangun dari pihak-pihak yang terlibat dalam penyelesaian penelitian ini sehingga dapat membantu memperbaiki dan agar diperoleh hasil yang lebih baik.
Medan,
Mei 2012
Penulis,
Hamdani 097015011
vi UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK .......................................................................................................
i
ABSTRACT ......................................................................................................
ii
RIWAYAT HIDUP .........................................................................................
iii
KATA PENGANTAR ....................................................................................
iv
DAFTAR ISI ...................................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xi
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................
xiv
DAFTAR SIMBOL .........................................................................................
xv
BAB 1
PENDAHULUAN ........................................................................ 1.1. Latar Belakang ..................................................................... 1.2. Perumusan Masalah ............................................................. 1.3. Tujuan Penelitian ................................................................. 1.3.1. Tujuan umum ........................................................... 1.3.2. Tujuan khusus .......................................................... 1.4. Manfaat Penelitian .............................................................
1 1 5 6 6 7 7
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA ............................................................ 2.1. Pendahuluan ........................................................................ 2.2. Review Literatur .................................................................. 2.3. Package Boiler ..................................................................... 2.3.1. Skema package boiler …………………………….. 2.3.2. Superheater ……………………………………….. 2.3.3. Header dan tubing 2.4. Gejala dan Penyebab Kegagalan pada Komponen Boiler ... 2.5. Analisa Kegagalan ……………………………………….. 2.6. Metode Analisa Kegagalan ………………………………. 2.7. Tegangan Elastis pada Silinder …………………………... 2.7.1. Tegangan tangensial ……………………………… 2.7.2. Tegangan radial …………………………………...
8 8 9 15 16 18 20 23 24 25 27 27 28
vii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2.7.3. Tegangan aksial …………………………………… Regangan Elastis pada Silinder …………………………… Tegangan Equivalen (von-Mises) ………………………… Regangan Equivalen (von-Mises) ………………………… Distribusi Temperatur …………………………………….. Fluks Panas ……………………………………………….. Tegangan Termal pada Silinder ………………………….. 2.13.1. Tegangan termal arah tangensial …………………. 2.13.2. Tegangan termal arah radial ……………………… 2.13.3. Tegangan termal arah aksial ……………………… Regangan Termal pada Silinder ………………………….. Thermal Stress pada Silinder …………………………….. 2.15.1. Thermal stress arah tangensial …………………… 2.15.2. Thermal stress arah radial ………………………... 2.15.3. Thermal stress arah aksial ……………………….. 2.15.4. Thermal stress maksimum ……………………….. Teori Kegagalan (Failure/Yield Criteria) ………………... 2.16.1. Teori kegagalan von-Mises ………………………. 2.16.2. Hardening rule …………………………………… Simulasi Numerik ………………………………………… 2.17.1. Simulasi struktur …………………………………. 2.17.2. Simulasi termal …………………………………… 2.17.3. Simulasi thermal stress …………………………… Ansys Workbench ………………………………………… 2.18.1. Workbench environment ..........................................
28 29 29 30 30 31 31 31 32 32 32 33 33 33 33 34 34 34 35 37 37 38 38 38 40
METODE PENELITIAN ............................................................. 3.1. Tempat dan Waktu ………………………………………... 3.1.1. Tempat …………………………………………….. 3.1.2. Waktu ……………………………………………... 3.2. Diagram Penelitian ……………………………………….... 3.3. Pengamatan Visual ………………………………………... 3.4. Pengujian Eksperimental …………………………………... 3.4.1. Pengukuran dimensi ………………………………. 3.4.2. Pengujian kekerasan ………………………………. 3.4.3. Pengujian komposisi kimia ……………………….. 3.5. Simulasi Numerik …………………………………………. 3.5.1. Simulasi tegangan elastis …………………………. 3.5.1.1. Data material (engineering data) ………… 3.5.1.2. Geometrid dan mesh …………………….. 3.5.1.3. Kondisi batas dan beban (setup) …………. 3.5.1.4. Solusi (solution) ………………………….. 3.5.1.5. Hasil (result) ……………………………….
42 42 42 42 43 44 50 50 51 53 57 58 59 59 63 64 64
2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13.
2.14. 2.15.
2.16.
2.17.
2.18.
BAB 3
viii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
3.5.2. Validasi hasil tegangan elastis …………………….. 3.5.3. Simulasi thermal stress …………………………… 3.5.3.1. Data material (engineering data) ………… 3.5.3.2. Geometrid dan mesh …………………….. 3.5.3.3. Kondisi batas dan beban (termal) ………... 3.5.3.4. Solusi (termal) …………………………… 3.5.3.5. Kondisi batas dan beban (struktur) ……… 3.5.3.6. Solusi (solution) …………………………. 3.5.3.7. Hasil (result) ……………………………..
64 65 65 67 69 70 70 71 71
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 4.1. Pendahuluan ………………………………………………. 4.2. Hasil Pengamatan Visual …………………………………. 4.3. Hasil Pengujian Eksperimental …………………………… 4.3.1. Hasil pengukuran dimensi ………………………… 4.3.2. Hasil pengujian kekerasan ………………………… 4.3.3. Hasil pengujian komposisi kimia …………………. 4.4. Hasil Analisa Numerik Tegangan Elastis …………………. 4.4.1. Tegangan tangensial dan tegangan radial ………….. 4.4.2. Tegangan aksial dan tegangan von-Mises …………. 4.4.3. Regangan tangensial dan regangan radial ………… 4.4.4. Regangan von-Mises dan deformasi total …………. 4.5. Validasi Hasil Tegangan Elastis …………………………… 4.5.1. Tegangan tangensial ……………………………….. 4.5.2. Tegangan radial ……………………………………. 4.5.3. Tegangan aksial ……………………………………. 4.5.4. Regangan tangensial ……………………………….. 4.5.5. Tegangan equivalen (von-Mises) …………………... 4.6. Hasil Analisa Numerik Thermal Stress ……………………. 4.6.1. Distribusi temperatur ………………………………. 4.6.2. Fluks panas ………………………………………… 4.6.3. Thermal stress ……………………………………... 4.6.4. Regangan elastis equivalen (von Mises) …………... 4.6.5. Regangan termal …………………………………… 4.6.6. Regangan plastis equivalen (von-Mises) ………….. 4.6.7. Deformasi total ……………………………………. 4.6.8. Hasil analisa kriteria kegagalan …………………….
72 72 72 77 77 78 80 81 81 81 82 82 83 83 83 83 83 83 85 85 86 88 89 89 90 90 91
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 5.1. Kesimpulan ……………………………………………….. 5.2. Saran .....................................................................................
93 93 94
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................
95
ix UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR TABEL Nomor
Judul
Halaman
2.1
Material yang biasa digunakan untuk tube superheater ................
22
3.1
Tempat dan aktivitas penelitian .....................................................
42
3.2
Kondisi operasi pada saat kegagalan .............................................
46
3.3
Material komponen superheater ....................................................
46
3.4
Spesifikasi material superheater pada temperatur kamar ..............
47
3.5
Komposisi kimia material superheater ..........................................
47
3.6
Temperatur maksimum SA 213 T11 .............................................
47
3.7
Pengaruh laju pendinginan dan kekerasan .....................................
49
3.8
Identifikasi elemen dengan X-MET5100 Type XRF ....................
57
3.9
Data material SA 213 T11 .............................................................
59
3.10
Tegangan desain izin maksimum SA 213 T11 ..............................
64
3.11
Data material SA 213 T11 (temperature-dependent) ....................
66
3.12
Sifat multilinear isotropic hardening ............................................
67
4.1
Toleransi ukuran SA 213 T11 ........................................................
77
4.2
Hasil pengukuran diameter ............................................................
78
4.3
Hasil pengukuran tebal dinding .....................................................
78
4.4
Hasil pengujian kekerasan .............................................................
79
4.5
Hasil pengujian komposisi kimia ...................................................
80
4.6
Validasi hasil analisa tegangan elastis ...........................................
84
x UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR GAMBAR Nomor
Judul
Halaman
1.1.
PIM-2 Lhokseumawe ..................................................................
1
1.2.
Macchi Package Boiler ...............................................................
2
1.3.
Superheater header sebelum dan sesudah dibuka casing ...........
3
1.4.
Susunan tube di ruang superheater .............................................
3
1.5.
Perbaikan yang dilakukan pada package boiler di PT PIM
.......
4
2.1.
Package boiler ............................................................................
15
2.2.
Skema package boiler pada pembentukan uap ...........................
16
2.3.
Siklus Rankine pada pembentukan uap ………………………..
18
2.4.
Penempatan superheater pada package boiler & flue gas ……..
18
2.5.
Inverted loop superheater ……………………………………...
19
2.6.
Ligament dan tube stub pada header ...........................................
20
2.7.
Variasi temperatur pada header ..................................................
21
2.8.
Bentuk pengelasan pada header ……………………………….
22
2.9.
Penyebab kegagalan komponen boiler ........................................
23
2.10.
Tegangan normal pada silinder ...................................................
27
2.11.
Tegangan equivalen (von-Mises) ................................................
29
2.12.
Distribusi temperatur pada silinder ..............................................
30
2.13.
Konsep tegangan equivalen (von-Mises) .....................................
35
2.14.
Kriteria pemuluran (yielding) .....................................................
35
2.15.
Isotropic hardening .....................................................................
36
2.16.
Kinematic hardening ...................................................................
36
2.17.
Cara memulai analisa dengan program Ansys Workbench ........
39
2.18.
Interface pada program Ansys Workbench .................................
39
2.19.
Workbench environment .............................................................
41
3.1.
Diagram penelitian ......................................................................
43
3.2.
Header dan gambar bentangannya .............................................
44
xi UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
3.3.
Pengelasan diaphragma dalam header .......................................
45
3.4.
Alat-alat bantu yang digunakan pada survey kegagalan ..............
45
3.5.
Diagram TTT SA 213 T11 ..........................................................
48
3.6.
Diagram CCT SA 213 T11 .........................................................
49
3.7.
Pengukuran dimensi tube superheater ........................................
50
3.8.
Titik pengujian kekerasan metode Leeb ……………………….
51
3.9.
TIME Leeb Portable Hardness Tester Type HLN-11A ………..
51
3.10.
Pengujian kekerasan tube superheater …………………………
52
3.11.
X-MET5100 for PMI Type XRF ..................................................
53
3.12.
Pengujian komposisi kimia ..........................................................
54
3.13.
Memilih metode pengujian ...........................................................
55
3.14.
Memilih output setting .................................................................
55
3.15.
X-RAY ON ....................................................................................
56
3.16.
Langkah-langkah simulasi tegangan ...........................................
58
3.17.
Tree outline pada design moduler ...............................................
59
3.18.
Model dan ukuran tube superheater ............................................
60
3.19.
Geometri 3 dimensi hasil revolve 90° arah normal .....................
61
3.20.
Hasil meshing dengan Ansys Mechanical ...................................
61
3.21.
Hasil refinement mesh pada dua bidang ......................................
62
3.22.
Kondisi batas perpindahan arah X=0 ..........................................
63
3.23.
Kondisi batas tekanan internal 5 Mpa .........................................
63
3.24.
Langkah-langkah simulasi thermal stress ...................................
65
3.25.
Kekuatan SA 213 T11 pada temperatur tinggi ............................
66
3.26.
Geometri dan diameter tube ........................................................
68
3.27.
Geometri dan mesh ......................................................................
68
3.28.
Analysis setting ............................................................................
69
.29.
Kondisi batas termal ....................................................................
70
3.30.
Kondisi batas struktur ..................................................................
71
xii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
4.1.
Pergeseran diaphragma dalam header ........................................
72
4.2.
Sejarah kegagalan tube superheater ............................................
73
4.3.
Lokasi tube yang gagal ................................................................
74
4.4.
Sampel tube yang gagal ...............................................................
75
4.5.
Arah bengkak akibat overheating ................................................
76
4.6.
Titik pengujian kekerasan ...........................................................
79
4.7.
Distribusi kekerasan pada titik-titik pengujian ............................
79
4.8.
(a) Tegangan tangensial (σ H ), dan (b) Tegangan radial (σ R ) .......
81
4.9.
(a) Tegangan aksial (σ Z ), dan (b) Tegangan von-Mises (σ e ) .......
81
4.10.
(a) Regangan tangensial (ε H ), dan (b) Regangan radial (ε R ) .......
82
4.11.
(a) Regangan von-Mises (ε e ), dan (b) Deformasi total (ε tot ) .......
82
4.12.
Distribusi tegangan tangensial elastis pada dinding tube ............
84
4.13.
Distribusi temperatur (a) t=1 detik, dan (b) t=3 detik .................
85
4.14.
Distribusi temperatur (a) t=5,7 detik, dan (b) t=30 detik ............
85
4.15.
Grafik distribusi temperatur ........................................................
86
4.16.
Fluks panas total (a) Waktu t=1 dtk, dan (b) Waktu t=3 dtk .......
86
4.17.
Fluks panas total (a) Waktu t=5,7 dtk, dan (b) Waktu t=30 dtk ..
87
4.18.
Distribusi fluks panas pada dinding tube ....................................
87
4.19.
Thermal stress (a) t=0,2 detik, dan (b) t=0,585 detik ..................
88
4.20.
Thermal stress (a) t=0,83 detik, dan (b) t=1 detik .......................
88
4.21.
Regangan elastis equivalen .........................................................
89
4.22.
Regangan termal ..........................................................................
89
4.23.
Regangan plastis equivalen .........................................................
90
4.24.
Deformasi total ............................................................................
90
4.25.
Thermal stress maksimum pada dinding tube superheater .........
91
4.26.
Distribusi thermal stress pada dinding tube superheater ............
91
4.27.
Isotropic hardening pada dinding tube superheater ...................
92
xiii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR LAMPIRAN Nomor
Keterangan
Halaman
1.
Modulus elastisitas, rasio Poison, dan reduksi penampang SA 213 T11 .............................................................................
100
2.
Sifat termal SA 213 T11 ..........................................................
101
3.
Surat Izin Survey Lapangan untuk Penelitian .........................
102
4.
Surat Izin Pengambilan Data di PT PIM Lhokseumawe .........
103
5.
Berita Acara Serah Terima Sampel dari PT PIM Lhokseumawe ..........................................................................
104
6.
Izin Pengeluaran Sampel dari PT PIM Lhokseumawe ............
105
7.
Foto-foto Kegiatan Survey di PT PIM Lhokseumawe ............
106
xiv UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR SIMBOL Simbol
Keterangan
Satuan
σH
Tegangan tangensial ................................................................
N/mm2
σR
Tegangan radial .......................................................................
N/mm2
σZ
Tegangan aksial .......................................................................
N/mm2
P
Tekanan ...................................................................................
N/mm2
Pi
Tekanan internal ......................................................................
N/mm2
ri
Radius dalam ...........................................................................
mm
ro
Radius luar ...............................................................................
mm
r
Radius rata-rata .......................................................................
Mm
E
Modulus elastisitas ..................................................................
N/mm2
v
Rasio Poison ............................................................................
-
v'
Rasio Poison untuk regangan plastis .......................................
-
εH
Regangan tangensial ................................................................
-
εR
Regangan radial .......................................................................
-
εZ
Regangan aksial .......................................................................
-
σe
Tegangan equivalen (von-Mises) ............................................
N/mm2
εe
Regangan equivalent (von-Mises) ...........................................
-
T
Temperatur ..............................................................................
°C
To
Temperatur luar .......................................................................
°C
Ti
Temperatur dalam ...................................................................
°C
∆T
Temperatur rata-rata ................................................................
°C
T(r)
Temperatur pada radius tertentu ..............................................
°C
l
Panjang silinder .......................................................................
mm
k
Konduktivitas termal ...............................................................
W/mm°C
t
Tebal silinder ...........................................................................
mm
α
Koefisien ekspansi termal .......................................................
1/°C
Q
Fluks panas ..............................................................................
W/mm2
xv UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
σ Ht
Tegangan termal arah tangensial .............................................
N/mm2
σ Rt
Tegangan termal arah radial ....................................................
N/mm2
σ Zt
Tegangan termal arah aksial ....................................................
N/mm2
ε Ht
Regangan termal arah tangensial .............................................
-
ε Rt
Regangan termal arah radial ....................................................
-
ε Zt
Regangan termal arah aksial ...................................................
-
σ Hts
Thermal stress arah tangensial ................................................
N/mm2
σ Rts
Thermal stress arah radial .......................................................
N/mm2
σ Zts
Thermal stress arah aksial .......................................................
N/mm2
Ø
Diameter silinder .....................................................................
mm
t
Waktu simulasi ........................................................................
detik
ρ
Berat jenis ................................................................................
Kg/mm3
σt
Tegangan tarik .........................................................................
N/mm2
σy
Tegangan mulur .......................................................................
N/mm2
xvi UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
