BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar BelakangPerkembangan zaman yang semakin maju oleh
ilmu pengetahuan dan teknologi menuntut manusia pada zaman ini
harus semakin aktif terhadap produk hasil teknologi.Beberapa alat
dari perkembangan tersebut bahkan sudah mampu menggeser fungsi
manusia dalam melakukan pekerjaannya.Tetapi bukan berarti
pergeseran fungsi tersebut membuat manusia harus menjauh dari
perkembangan zaman, manusia hanya perlu selektif dalam memilih dan
dapat memposisikan diri terhadap kemajuan ilmu pengetahuan dan
teknologi tersebut secara bijak agar kedepan fungsi manusia dan
mesin tidak tumpang tindih atau bahkan saling mentiadakan.Alat-alat
yang tercipta memang sangat membantu pekerjaan manusia, terutama
dalam bidang industri yang membutuhkan alat-alat berat yang tidak
mungkin manusia dapat menggantikan peran alat didalamnya. Dalam
dunia industri terutama dalam bidang fluida bertekanan,
pengolahannya membutuhkan perhatian lebih dan peran alat didalamnya
karena fluida merupakan senyawa yang kompleks. Bejana tekan
(pressure vessel) merupakan alat penunjang dalam proses produksi
yang melibatkan fluida bertekanan. Bejana bertekanan berfungsi
sebagai media untuk memproses dan menyimpan material fluida
sehingga dapat mengkonversi kondisi fluida yang setelahnya dapat
digunakan sesuai kebutuhan.Bejana tekan memiliki tekanan pada
bagian internal akibat tingginya suhusehingga adanya perbedaan
tekanan antara internal dengan luar bejana yang menghasilkkan
tekanan external.Selain akibat perbedaan tekanan dengan internal,
bejana bertekanan juga sangat sensitif terhadap keadaan dari luar
seperti korosi, angin dan gempa yang merupakan beberapa faktor yang
sangat berpengaruh dalam perencanaan, pembuatan dan pemasangan
bejana tekan.Tingginya tekanan dan temperatur mengakibatkan
perencanaan bejana membutuhkan angka keamanan yang sangat tinggi.
Maka perencanaan design bejana tekan sangat penting agar tidak
terjadi kecelakaan kerja dan kegagalan produk.Sebagai mahasiswa
Teknik Pengelasan perlu adanya pemahaman tentang perencanaan design
pressure vessel agar nantinya dapat menentukan jenissambungan yang
aman. Hal ini berpengaruh pada kekuatan pressure vesselterhadap
tekanan internal, tekanan external, tegangan-tegangan karena adanya
saddle, dan lainnya yang berhubungan dengan kekuatan sambungan
terhadap kekuatan konstruksi vessel baik itu korosi, pengaruh
angin, ataupun gempa. Oleh sebab itu, penulis membuat design ulang
pressure vessel dengan menggunakan data vessel yang sudah ada
berdasarkan buku panduan (Pressure Vessel Handbook oleh Engene F.
Megysey) dan standart tentang pressure vessel serta sambungan las
(ASMESection).Selain itu juga sebagai bahan pembelajaran dan untuk
melengkapi tugas sebagai syarat kelulusan mata kuliah DFKI
KU&BT jurusan Teknik Pengelasan semester IV di Politeknik
Perkapalan Negeri Surabaya.
1.2. Tujuan Perancangan Mengetahui dan memahami perancangan
design bejana tekan Mengetahui kekuatan design sambungan pengelasan
terhadap tekanan, beban-beban dan tegangan-tegangan yang terjadi
pada bejana tekan Mengetahui dan memahami perhitungan design bejana
tekan serta dapat memahami kode yang digunakan dalam perhitungan
sehingga dapat memilih hitungan yang digunakan untuk aplikasi
lapangan Mengetahui cara membuat detail drawing bejana tekan dan
menganalisa tekanan, tegangan, ataupun beban-beban menggunakan
finite element Mengetahui proses pembuatan bejana tekanserta
inspeksi konstruksi bejana tekan Menerapkan keilmuan yang didapat
di bangku kuliah
1.3. Manfaat Perancangan Menambah pengetahuan tentang
perancangan bejana tekan Dapat memilih design sambungan pengelasan
pada bejana tekan dengan tepat Menambah keilmuan untuk menghitung
perhitungan yang ada pada bejana tekan, baik cara menghitung
ataupun memilih hitungan yang digunakan Menambah pengetahuan
tentang analisa bejana tekan dengan finite element(Patran &
Nastran) Menambah keilmuan untuk dapat membuat detail drawing
bejana tekan Menambah pengetahuan tentang proses pembuatan dan
inspeksi konstruksi bejana tekan
1.4. Rumusan Masalah Apa itu bejana tekan (pressure vessel)?
Bagaimana perancangan design bejana tekan yang tepat? Bagaimana
menghitung dan memilih perhitungan yang tepat dalam bejana tekan?
Bagaimana bentuk detail drawing bejana tekan? Bagaimana menganalisa
konstruksi bejana tekan dengan finite element? Bagaimana proses
fabrikasi dan inspeksi bejana tekan?
BAB IIMETODOLOGI
2.1. Tinjauan Pustaka2.1.1. Teknologi Pressure VesselsPada masa
sekarang ini, kemajuan ilmu dan teknologi berkembangsangat pesat.
Para pengguna jasa teknologi dituntut perannya secara aktifuntuk
kritis terhadap perkembangan yang ada di depan mata.
Perkembanganini membuat semua manusia tidak lepas dari produk atau
hasil teknologi.Pabrik yang menjadi garda depan manusia untuk
memenuhi kebutuhanmanusia tidak akan lepas dan mesin dan peralatan
guna memperkecil tugasmanusia dalam memenuhi kebutuhannya. Salah
satu cara yang mulai banyakdigunakan dalam dunia industri adalah
menggunakan system komputasinumeric dengan memanfaatkan fasilitas
perangkat keras (hardware) danperangkat lunak (software), hal ini
dilakukan karena teknologi komputasimemberikan kemudahan dan
fasilitas untuk memperoleh kualitas produkyang lebih baik dan
proses produksi dengan biaya yang lebih rendah.Akan tetapi banyak
peristiwameledaknya steam boiler pada pabriktahu yang tidak jarang
hingga menelan korban jiwa mengindikasikandengan kuat bahwa standar
keamanan (safety standar) maupun pirantikeamanan (safety measure)
steam boiler di kebanyakan pabrik tahu masihsangat rendah.Ketiadaan
safety system maupun safety measure yang memadaiinilah yang menjadi
sebab utama kecelakaan di tempat kerja.Atau bisa jadisebenarnya
safety system atau measure telah ada dan memadai, namun
tidakberjalan sebagai mana mestinya.Dalam hal ini perawatan
pengujian berkalasafety measure di tempat kerja berperan besar
dalam kecelakaan di tempatkerja.Penyebab yang lain adalah kesalahan
manusia (human error). Bisajadi sebenarnya standar maupun piranti
keamanan di tempat kerja telah adadan memadai, namun karena
kelalaian atau kurangnya kefahaman operatorterhadap system yang ia
hadapi berakibat pada kecelakaan kerja.Analisis kecelakaan(accident
analysis) pada suatu kecelakaan ditempat kerja menjawab
pertanyaan-pertanyaan mendasar : bagaimanakecelakaan itu terjadi,
apa yang menyebabkan kecelakaan itu terjadi danmengapa kecelakaan
itu tidak bisa dihindari.Tidak jarang analisis kecelakaan pada
suatu kecelakaan di tempatkerja tidak menemukan satupun kesalahan,
baik pada system dan pirantikeamanan yang ada (system keamanan
sudah memadai, piranti keamananberfungsi normal), maupun pada
operatornya (operator tidak lalai dalammenjalankan alat).Pada kasus
seperti ini pada akhimya didapati bahwasystem keamanan yang selama
ini umum dipakai dan dianggap telahmemadai, ternyata tidak bisa
mencegah terjadinya kecelakaan.System keamanan baru yang lebih
handal biasanya kemudiandirekomendasikan untuk mencegah kecelakaan
serupa terulang kembali dimasa yang akan datang. Atau, bisa jadi
karena hebatnya akibat yangditimbulkan oleh suatu kecelakaan, bukan
hanya system keamanan baruyang direkomendasikan, tetapi keseluruhan
system produksi pada suatupabriklah yang direkomendasikan untuk
diganti.
Komponen Pressure Vessel
Pada gambar di atas dijelaskan beberapa bagian - bagian komponen
dari sebuah Pressure vessel horizontal. Pada gambar vessel diatas
disebutkan bagian - bagian sebuah vessel, yaitu antara lain :1.
Headatau dishead2. Shell (tubuh vessel)3.Kerucut atau cones
reducers 4.Lampiran seperti nozel, manholes, pendukung sadel, skirt
support, pendukung kaki, Trunnion, lugs lifting, platform dan
mendukung tangga, dll.Pembuatan head dan cones yang dianggap lebih
sulit daripada yang dari shell karena kesulitan dalam mengendalikan
dimensi kedua benda. (Sedangkan dimensi bagian shell, misalnya,
dapat dikendalikan dengan tepat). Untuk alas an ini, jika vessel
mempunyai head dengan bentuk dishead atau kerucut, mereka harus
terlebih dahulu (tentu saja, dalam toleransi kode) dan shell yang
dibuat kemudian untuk ini sesuai dengan head dan cone.
2.2. Dasar TeoriSteam boiler adalah alat untuk memproduksi
steam. Steam sendiri banyak digunakan di industri dalam spectrum
yang sangat luas, mulai dari media pemanas di industri kecil
sederhana, hingga penggerak turbin pada unit pembangkit listrik
raksasa berkapasitas puluhan megawatt. Sebagai contoh, pada fire
tube boiler di dalam pipa-pipa (tube) yang berada dalam shell
(tabung luar) mengalir gas panas hasil pembakaran untuk mendidihkan
air yang berada di dalam shell. Sebaliknya pada water tube boiler,
air dididihkan di dalam pipa-pipa yang berada di dalam ruang
pembakaran (combution chamber) dimana panas hasil pembakaran
ditransfer menuju pipa-pipa tersebut, baik secara radiasi maupun
konveksi. Fire tube boiler biasa digunakan untuk memproduksi steam
bertekanan rendah hingga sedang. Ini disebabkan konstruksinya yang
sederhana. Sedangkan water tube boiler digunakan untuk steam
bertekanan tinggi dan kapasitas besar. Hal ini cocok dengan
konstruksinya dimana tube-tube yang berada di dalam combution
chamber bisa diatur sedemikian rupa sehingga yang dihasilkan bisa
di-superheat lebih lanjut di dalamnya.Tidak sebagaimana alat
penukar panas lainnya, seperti shell and tube heat exchanger, steam
boiler tidak memiliki standar desain maupun fabrikasi yang baku.
Lebih-lebih steam boiler jenis fire tube boiler, dimana bahan bakar
yang biasa digunakan sangat bervariasi, sehingga desain
konstruksinya sangat tergantung pada jenis bahan bakar yang
digunakan.Ketiadaan standar desain ini mengakibatkan orang biasa
dengan mudah merancang dan membuat steam boiler sesuai dengan
keinginan dan kebutuhannya.Disatu sisi hal ini bisa dilihat sebagai
hal yang menguntungkan, sebab biaya pembuatan steam boiler bisa
ditekan. Akan tetapi disisi lain, temyata kemudahan ini berakibat
pada pengabaian aspek- aspek safety operability dan control dart
steam boiler tersebut akan dioperasikan. Karena fungsinya hanya
sebagai pemanas pada proses pemasakan kedelai, maka steam pabrik
tahu adalah steam bertekanan rendah. Kapasitas steam yang
dibutuhkan pun juga sangat kecil jika dibandingkan kebutuhan steam
diindustri kimia, lebih-lebih dinnit pembangkit listrik. Oleh
karena itu semua steam boiler yang digunakan dipabrik tahu adalah
jenis fire tube boiler. Menurut ASME Code Requirement, hanya
material ulet, termasuk logam yang mampu las dengan baik yang dapat
digunakan. Akan bemasalah jika menggunakan logam nonferrous sebagai
bahan baku pembuatan ketel uap. Hal ini disebabkan logam nonferrous
kurang peka terhadap kerapuhan (ulet) dan tidak tahan api. Kekuatan
logam nonferrous berkurang ketika temperatur meningkat secara
bertahap dibandingkan dengan logam ferrous Penelaahan kita mulai
dengan meninjau suatu steam boiler jenis silindris
Gambar1. Tegangan normal yang terjadi pada suatu segmen dari
bejana
Sebuah segmen dipisah tersendiri dari ketel ini dengan membuat
dua bidang tegak lurus terhadap sumbu silin der dan sebuah bidang
tambahan yang membujur melalui sumbu yang sama. Keadaan simetri
akan meniadakan terjadinya tegangan geser dalam irisan. Tegangan
yang terjadi adalah tegangan normal s1 dan s2 atau biasa disebut
dengan tegangan utama pada ketel uap. Tegangan-tegangan ini jika
dikalikan dengan masing-masing luas dimana mereka bekerja akan
menjaga elemen silinder tersebut berada dalam kesetimbangan dalam
melawan tekanan dalam.Tegangan normal (a,) atau.disebut juga
tegangan pada arah circumferential bekerja pada arah melingkar dari
bejana.
dimana :p = tekanan dalam pada ketel uap (psi atau Kpa) P =
beban (1b) D = diameter dalam dari ketel uap (inchi atau mm) L =
panjang ketel uap (inchi atau mm) t = ketebalan dari ketel uap
(inchi atau mm) 2A = luas shell dari ketel uap (inchi atau
mm)Tegangan normal (s2) atau tegangan pada arah longitudinal
bekerja pada arah membujur dan ketel uap.
Keterangan :p = tekanan dalam pada ketel uap (psi atau Kpa) P =
beban (lb) D = diameter dalam dari ketel uap (inchi atau mm) T =
ketebalan dan ketel uap (inchi atau mm)A tutup= luas dari tutup
(head) ketel uap (inchi2 atau mm)A = luas dari shell ketel uap
(inchi2 atau mm) Biasanya dalam perhitungan tegangan longitudinal
lebih kecil dari tegangan circumferential. Keretakan atau cracking
yang terjadi terdapat searah dengan tegangan keliling atau
sirkumferensial.Dalam perancangan ketel uap lebih diutamakan untuk
memperhatikan tekanan dalam dari ketel tersebut. Ketel uap ini
bekerja pada tekanan luar yang normal. Hal tersebut akan sangat
berbeda dengan bejana tekan yang bekerja pada tekanan hampa udara
maupun yang bekeria pada kedalaman tertentu seperti pada kapal
selam. Pada ketel uap yang bekerja pada kapal selam, tekanan luar
sangat menentukan ketebalan bejana karenatekanan luar dapat lebih
tinggi atau lebih rendah dari tekanan udara normal (1 atm).
Perancangan pada Pressure Vessel menurut standart Megyesy dengan
menggunakan parameter bagian luar.
1. Head tipe Sphere
2. Head tipe Ellipsoidal
3. Cone
4. Head tipe TorisphericalBila =
Bila 5/8 inci), atau pelat yang dipress dan dilas (untuk ukuran
tebal
