Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN TUGAS AKHIR
Pemakaian Intermediate Stiffening Ring Pada Jacketed Reactor Vessel,
dan Pengaruhnya Terhadap Konsumsi Material, Serta Buckling Load
Factor Berdasarkan Finite Element Method
Diajukan Guna Memenuhi Syarat Kelulusan Mata Kuliah Tugas Akhir Pada
Program Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh :
Nama : Anwar Budi Setiawan
NIM : 41312110032
Program Studi : Teknik Mesin
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA
2015
ii
iii
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas terselesaikannya penulisan
laporan skripsi ini. Hanya dengan seizin Allah SWT penulis dapat menyusun skripsi hingga
selesai seperti yang telah tersaji dalam laporan ini. Skripsi yang berjudul “Pemakaian
Intermediate Stiffening Ring Pada Jacketed Reactor Vessel, dan Pengaruhnya
Terhadap Konsumsi Material, Serta Buckling Load Factor Berdasarkan Finite
Element Method” ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Sarjana dalam bidang Teknik Mesin (ST) di Universitas Mercu Buana.
Dalam menyusun laporan skripsi ini, penulis banyak menerima saran dan
bimbingan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Yth. Ketua Program Studi Teknik Mesin.
2. Yth. Ir. Nanang Rukhyat, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah
tulus memberikan banyak bimbingan dan bantuan selama penulisan tugas akhir ini.
3. Yth. para Dosen dan Tenaga Administrasi Program Studi Teknik Mesin Fakultas
Teknologi Industri Universitas Mercu Buana yang telah banyak memberikan
bantuan selama penulis melaksanakan studi.
4. Istri saya tercinta (Ummi Rummanah) yang telah banyak memberikan dukungan
do’a serta selalu setia menemani saat membuat skripsi ini.
5. Yang tercinta ananda “Azzam” dan ade “Nada” yang lucu dan sangat menghibur
dan menjadi dorongan semangat bagi saya menyelesaikan skripsi ini.
6. Ibu saya tercinta yang selalu tulus mendoakan dan rela memberikan segalanya demi
kebaikan dan kesuksesan anak-anaknya.
7. Ibu saya tercinta yang selalu tulus mendoakan dan rela memberikan segalanya demi
kebaikan dan kesuksesan anak-anaknya.
8. Bapak Asep Mulyadi, dan rekan-rekan design engineering yang selalu memberikan
dorongan dan semangat kepada saya selama menempuh study.
9. Sahabat-sahabat angkatan XXI Program Kelas Karyawan Ekstensi DIII, terima
kasih atas dukungan dan kerjasamanya.
vi
10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis sangat menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak terdapat
kekurangan, maka kritik dan sumbang saran guna penyempurnaan dalam penulisan skripsi
ini sangat diharapkan. Akhirnya, semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi
yang membacanya.
Jakarta, Februari 2015
Penulis,
vii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................................................... i
Halaman Pernyataan ........................................................................................................................ ii
Halaman Pengesahan ...................................................................................................................... iii
Abstrak .............................................................................................................................................. iv
Kata Pengantar .................................................................................................................................. v
Daftar Isi Rumusan Masalah ............................................................................................................. vii
Daftar Tabel ...................................................................................................................................... x
Daftar Gambar ................................................................................................................................. xi
Daftar Grafik ................................................................................................................................. xvii
Daftar Notasi dan Lambang ........................................................................................................ xviii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................................................. 3
1.4 Batasan Dan Ruang Lingkup Penelitian ........................................................................... 3
1.5 Metode Penelitian ................................................................................................................ 4
1.5.1 Studi Literatur .............................................................................................................. 4
1.5.2 Pengumpulan Data ....................................................................................................... 4
1.5.3 Perhitungan, Simulasi dan Pembahasan ................................................................... 4
1.5.4 Pengambilan Kesimpulan dan Saran ......................................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................................................... 5
Bab I Pendahuluan .......................................................................................................... 5
Bab II Tinjauan Pustaka .................................................................................................. 5
Bab III Metode Penelitian ................................................................................................ 5
Bab IV Perhitungan, Simulasi, dan Pembahasan........................................................... 5
viii
Bab V Penutup .................................................................................................................. 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................................... 7
2.1 Jacketed Vessel .................................................................................................................... 7
2.1.1 Jenis Konstruksi Jacketed Vessel .............................................................................. 8
2.1.2 Jacket Clossure pada Conventional Jacket ............................................................ 10
2.1.3 Intermediate Stiffening ring pada Conventional Jacket ........................................ 13
2.2 Tekanan Pada Pressure Vessel ......................................................................................... 14
2.3 Perhitungan Tebal shell .................................................................................................... 14
2.3.1 Perhitungan Internal Pressure ................................................................................. 14
2.3.2 Perhitungan External Pressure ................................................................................ 15
2.4 Metode Elemen Hingga (Finite Elemen Methode) ....................................................... 21
2.4.1 Software Solidwork untuk Metode Element Hingga ............................................ 21
2.4.2 Buckling Simulation................................................................................................... 22
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................................... 24
3.1. Diagram Alir ...................................................................................................................... 24
3.2. Rancangan Desain Vessel Awal ...................................................................................... 25
3.3. Penentuan Variasi Desain ................................................................................................. 28
3.4. Pemodelan Jacketed Reactor Vessel ............................................................................... 30
3.4.1 Persiapan ..................................................................................................................... 30
3.4.2 Part Design ................................................................................................................. 31
3.5. Simulasi Jacketed Reactor Vessel ................................................................................... 32
BAB IV PERHITUNGAN, SIMULASI DAN PEMBAHASAN ............................................ 37
4.1 Perhitungan Tebal Jacket Closure dan Intermediate Stiffening Ring ......................... 37
4.2 Perhitungan Kebutuhan Tebal Shell Terhadap Internal Pressure ............................... 39
4.3 Perhitungan Tebal Shell Terhadap External Pressure .................................................. 40
4.3.1 Perhitungan Tebal Shell Tanpa Intermediate Stiffening Ring .............................. 41
4.3.2 Perhitungan Tebal Shell Dengan 1 Intermediate Stiffening Ring ........................ 43
4.3.3 Perhitungan Tebal Shell Dengan 2 Intermediate Stiffening Ring ........................ 45
4.3.4 Perhitungan Tebal Shell Dengan 3 Intermediate Stiffening Ring ........................ 48
ix
4.3.5 Perhitungan Tebal Shell Dengan 4 Intermediate Stiffening Ring ........................ 51
4.4 Simulasi Finite Element .......................................................................................................... 53
4.4.1 Pemodelan dan Buckling Simulation Jacketed Vessel Tanpa
Intermediate Stiffening Ring .................................................................................. 54
4.4.2 Pemodelan dan Buckling Simulation Jacketed Vessel Dengan 1
Intermediate Stiffening Ring ..................................................................................... 57
4.4.3 Pemodelan dan Buckling Simulation Jacketed Vessel Dengan 2
Intermediate Stiffening Ring ..................................................................................... 60
4.4.4 Pemodelan dan Buckling Simulation Jacketed Vessel Dengan 3
Intermediate Stiffening Ring ..................................................................................... 64
4.4.5 Pemodelan dan Buckling Simulation Jacketed Vessel Dengan 4
Intermediate Stiffening Ring ..................................................................................... 67
4.5 Hasil dan Pembahasan ...................................................................................................... 71
4.5.1 Reduksi Minimum Thickness Shell Setiap Variasi Desain .................................. 71
4.5.2 Reduksi Nominal Thickness dan Berat Dinding Shell Setiap Variasi Desain .... 71
4.5.3 Penambahan Material Intermediate Stiffening Ring ............................................ 72
4.5.4 Nilai Buckling Load Factor (BLF) Setiap Variasi Desain ................................... 73
a. Perbandingan BLF dan Nominal Thickness Shell.................................................. 73
BAB V PENUTUP ......................................................................................................................... 76
5.1. Kesimpulan ............................................................................................................................. 76
5.2 Saran .................................................................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................... 77
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Intepretasi BLF pada Solidworks Simulation 23
Tabel 3.1 Penentuan effective supported length (L) intermediate stiffening ring 30
Tabel 4.1 Reduksi minimum thickness shell setiap variasi desain 71
Tabel 4.2 Reduksi nominal thickness dan berat shell setiap variasi desain 72
Tabel 4.3 Konsumsi material intermediate stiffening ring pada setiap variasi
desain 72
Tabel 4.4 Perbandingan buckling load factor dan nominal thickness shell pada
setiap variasi desain 73
Tabel 4.5 Perbandingan buckling load factor dan Pa pada setiap variasi desain 74
Tabel 4.6 Buckling critical pressure pada setiap variasi desain 75
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Jacketed reactor vessel dengan intermediate stiffening ring untuk
mengurangi effective supported length (L) dan tebal shell (t). 2
Gambar 2.1 Jacketed pressure vessel 7
Gambar 2.2 Jacketed vessel type 1 ~ 3 8
Gambar 2.3 Jacketed vessel type 4 ~ 5 9
Gambar 2.4 Half pipe coil jacket 9
Gambar 2.5 Dimple jacket 9
Gambar 2.6 Jenis-jenis jacket closure 11
Gambar 2.7 Parameter ukuran lasan closure ke shell 12
Gambar 2.8 Stiffening ring pada vacuum vessel 13
Gambar 2.9 Intermediate stiffening ring pada jacketed vessel 13
Gambar 2.10 Penentuan panjang desain perhitungan external pressure 20
Gambar 2.11 Contoh pembagian parsial dari suatu geometri secara 2D menjadi
beberapa elemen segitiga. 21
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 24
Gambar 3.2 Desain awal jacketed reactor vessel 26
Gambar 3.3 Penyederhanaan dari desain jacketed reactor vessel awal 27
xii
Halaman
Gambar 3.4 Effective supported length (L) perhitungan external pressure
kondisi tanpa ring 29
Gambar 3.5 Tampilan awal Solidwork 2012 30
Gambar 3.6 Contoh tampilan pembuatan sketsa pemodelan jacketed reactor
vessel menggunakan Solidwork 2012 31
Gambar 3.7 Contoh tampilan pemodelan 3D jacketed reactor vessel
menggunakan Solidwork 2012 31
Gambar 3.8 Tampilan simulation study Solidwork 2012 32
Gambar 3.9 Tampilan pemberian material 32
Gambar 3.10 Tampilan pemilihan fixture 33
Gambar 3.11 Tampilan pemberian load 34
Gambar 3.12 Tampilan meshing body pemodelan 35
Gambar 3.13 Tampilan solving analysis Pemodelan 35
Gambar 3.14 Tampilan result pemodela -36
Gambar 4.1 Parameter geometri desain jacket closure dan intermediate
stiffening ring 38
Gambar 4.2 Effective supported length pada kondisi tanpa intermediate
stiffening ring 41
xiii
Halaman
Gambar 4.3 Effective supported length dengan variasi 1 intermediate stiffening
ring 43
Gambar 4.4 Effective supported length pada kondisi tanpa intermediate
stiffening ring 46
Gambar 4.5 Effective supported length dengan variasi 3 intermediate stiffening
ring 48
Gambar 4.6 Effective supported length dengan variasi 4 intermediate stiffening
ring 51
Gambar 4.7 Desain Jacketed vessel sebelum penambahan Intermediate
stiffening ring 54
Gambar 4.8 Pemberian external pressure pada jacketed vessel tanpa
intermediate stiffening ring -54
Gambar 4.9 Pemberian temperature load pada jacketed vessel tanpa
intermediate stiffening ring 55
Gambar 4.10 Pemberian fixture load pada jacketed vessel tanpa intermediate
intermediate stiffening ring 55
Gambar 4.11 Pembuatan meshing element pada jacketed vessel tanpa
intermediate stiffening ring 56
Gambar 4.12 Buckling load factor yang terjadipada jacketed vessel tanpa
intermediate stiffening ring 56
xiv
Halaman
Gambar 4.13 Desain jacketed vessel dengan penambahan 1 Intermediate
stiffening ring 57
Gambar 4.14 Pemberian external pressure pada jacketed vessel dengan 1
intermediate stiffening ring 58
Gambar 4.15 Pemberian temperature load pada jacketed vessel dengan 1
intermediate stiffening ring 58
Gambar 4.16 Pemberian fixture load pada jacketed vessel dengan 1 intermediate
stiffening ring 59
Gambar 4.17 Meshing element pada jacketed vessel dengan 1 intermediate
stiffening ring 59
Gambar 4.18 Buckling load factor yang terjadi pada jacketed vessel dengan 1
intermediate stiffening ring 60
Gambar 4.19 Desain jacketed vessel dengan penambahan 2 Intermediate
stiffening ring 61
Gambar 4.20 Pemberian external pressure pada jacketed vessel dengan 2
intermediate stiffening ring 61
Gambar 4.21 Pemberian temperature load pada jacketed vessel dengan 2
intermediate stiffening ring 62
Gambar 4.22 Pemberian fixture load pada jacketed vessel dengan 2 intermediate
stiffening ring 62
xv
Halaman
Gambar 4.23 Pembuatan meshing element pada jacketed vessel dengan 2
intermediate stiffening ring 63
Gambar 4.24 Buckling load factor yang terjadipada jacketed vessel dengan 2
intermediate stiffening ring 63
Gambar 4.25 Desain jacketed vessel dengan penambahan 3 Intermediate
stiffening ring 64
Gambar 4.26 Pemberian external pressure pada jacketed vessel dengan 3
intermediate stiffening ring 65
Gambar 4.27 Pemberian temperature load pada jacketed vessel dengan 3
intermediate stiffening ring 65
Gambar 4.28 Pemberian fixture load pada jacketed vessel dengan 3 intermediate
stiffening ring 66
Gambar 4.29 Pembuatan meshing element pada jacketed vessel dengan 3
intermediate stiffening ring 66
Gambar 4.30 Buckling load factor yang terjadipada jacketed vessel dengan 3
intermediate stiffening ring 67
Gambar 4.31 Desain jacketed vessel dengan penambahan 4 Intermediate
stiffening ring 68
Gambar 4.32 Pemberian external pressure pada jacketed vessel dengan 4
intermediate stiffening ring 68
xvi
Halaman
Gambar 4.33 Pemberian temperature load pada jacketed vessel dengan 4
intermediate stiffening ring 69
Gambar 4.34 Pemberian fixture load pada jacketed vessel dengan 4 intermediate
stiffening ring 69
Gambar 4.35 Pembuatan meshing element pada jacketed vessel dengan 4
intermediate stiffening ring 70
Gambar 4.36 Buckling load factor yang terjadipada jacketed vessel dengan 4
intermediate stiffening ring 70
xvii
DAFTAR GRAFIK
Halaman
Grafik 2.1 External pressure chart untuk menentukan nilai factor A untuk
perhitungan external pressure pada silindrical shell untuk semua
material 17
Grafik 2.2 External pressure chart untuk menentukan nilai factor B untuk
perhitungan external pressure pada silindrical shell untuk material
stainless steel SUS309 (max 5950C), SUS310, 316, 321, 347, 329Jl
(max 4000C), dan SUS430 (max 370
0C) 18
Grafik 4.1 Nilai A pada L/Do = 1,14 dan Do/t=98,49 42
Grafik 4.2 Nilai B pada nilai A = 0,0012 dan temperatur desain 3200C 42
Grafik 4.3 Nilai A pada L/Do = 0,57 dan Do/t=111,9 44
Grafik 4.4 Nilai B pada nilai A = 0,002 dan temperatur desain 3200C 45
Grafik 4.5 Nilai A pada L/Do = 0,38 dan Do/t=119,9 47
Grafik 4.6 Nilai B pada nilai A = 0,003 dan temperatur desain 3200C 47
Grafik 4.7 Nilai A pada L/Do = 0,29 dan Do/t=125,4 49
Grafik 4.8 Nilai B pada nilai A = 0,0038 dan temperatur desain 3200C 49
Grafik 4.9 Nilai A pada L/Do = 0,23 dan Do/t=128,8 52
Grafik 4.10 Nilai B pada nilai A = 0,0012 dan temperatur desain 3200C 52
xviii
DAFTAR NOTASI DAN LAMBANG
A = Nilai yang didapat dari external pressure chart pada annex E gambar 10 untuk
material dinding shell yang direncanakan, pada L/Do dan Do/t
B = Nilai yang didapat dari external pressure chart pada annex E gambar 9 untuk
material dinding shell yang direncanakan, pada design temperature dan pada nilai
A (N/mm2)
ca = Corrosion Allowance (mm)
Di = Diameter dalam dinding shell (mm)
Do = Diameter luar (mm)
BLF = Buckling Load Factor
E = Modulus elastisitas material shell pada temperature desain (N/mm2)
h = Tinggi head (¼ x ID head)
J = Jarak antara shell & jacket (mm)
L = Effective supported length dinding shell (mm)
P = Internal/external Pressure (mm)
Rs = Radius luar Shell (mm)
t = Minimum thickness dinding shell yang dibutuhkan (mm) atau
t = Minimum thickness dinding shell yang diasumsikan (mm)
T = Design temperature (0C)
Y = Jumlah dari a dan b pada lasan jacket closure (mm)
Z = Minimum ukuran lasan untuk menjaga nilai minimum Y (mm)
Atau minimum ukuran lasan pada sambungan jacket closure atau intermediate
stiffening ring ke shell (mm)
η = Joint efficiency pengelasan pada dinding shell (mm)
σa = Maximum Allowable Stress Material (N/mm2)
