PERANCANGAN ALAT PROSES PERANCANGAN STORAGE VESSEL
DISUSUN OLEH : Nama
: 1. Khoirul Huda (12 644 001) 2. Niken Widianti (12 644 009) 3. Rita Ahtagia (12 644 011) 4. Mardiah (12 644 025)
Kelompok
: I (Satu)
Kelas
: IV - S1 Terapan JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA 2014
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah swt. karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas yang berjudul Perancangan Storage Vessel ini dapat diselesaikan. Tugas ini bertujuan untuk memenuhi salah satu tugas mata pelajaran Perancangan Alat
Proses. Penulis menyadari bahwa selama penulisan makalah ini penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu, penulis mengucapkan terimakasih. Tugas ini bukanlah karya yang sempurna karena masih banyak kekurangan, baik dalam hal isi maupun sistematika dan teknik penulisannya. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempernaan makalah ini. Akhirnya semoga makalah ini bisa memberikan manfaat khususnya bagi penulis umumnya bagi pembaca. Amin.
Samarinda, 04 Maret 2014
Penulis
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perancangan alat-alat proses yang dalam praktek merupakan bagian terpenting
dan perancangan pabrik kimia, memiliki beberapa macam tingkatan perancangan sesuai dengan perancangan pabrik kimia. Perancangan alat proses dapat dilakukan dengan cara menggunakan rumusrumus dan pengetahuan teknik kimia, tetapi dapat juga mempergunakan bantuan pertolongan hasil pengalaman orang lain atau pabrik pembuat alat yang dirancang, yang biasanya berbentuk : informasi langsung rumus empiris, tabel-tabel dan grafik. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa saja bentuk dan Jenis Vessel ? 2. Bagaimana kondisi Operasi Vessel? 3. Jelaskan Perancangan Tebal Plat untuk dinding/Shell? 4. Jelaskan Perancangan untuk design stabilitas dari Vessel? 5. Bagaimanakah perhitungan Kemiringan Vessel? 1.3 Tujuan Masalah 1. Untuk mengetahui bentuk dan Jenis Vessel 2. Untuk mengetahui bagaimanakondisi Operasi Vesse. 3. Untuk mengetahui Perancangan Tebal Plat untuk dinding/Shell 4. Untuk mengetahui Perancangan untuk design stabilitas dari Vessel 5. Untuk mengetahui bagaimanaperhitungan Kemiringan Vessel.
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Bentuk dan Jenis Vessel Di industri banyak dijumpai berbagai jenis ataupun bentuk beserta fungsi dari vessel. Secara umum vessel dikenal dengan sebutan bejana bertekanan. Dalam arti
pada pemakaianya selalu bekerja dengan beban tekan (under working pressure). Jika didasarkan pada bentuk geometrik dari vessel, dikenal ada vessel Vessel berbentuk bola Vessel berbentuk silinder Jika didasarkan pada fungsi / penggunaan vessel, di industri dijumpai ada vessel yang berfungsi untuk: Berlangsungnya suatu proses kimia (vessel proses mis. Reaktor, menara pemisah / destilation tower dll.) Untuk melakukan penyimpanan bahan kimia. Secara umum vessel yang pada penggunaannya sebagai tempat penyimpanan (storage vessel), dikenal dengan sebutan tangki storage Baik vessel ataupun tangki storage pada pemakaian dapat pada beban tekanan yang tinggi (pressure vessel, stoarage vessel: tangki bola), ataupun pada beban tekanan yang rendah ( under vacuum pressure), bahkan pada tekanan atmospherik (tang penyimpan silinder tegak ) Jika didasarkan pada bentuk tangki silinder, ada yang berbentuk silinder tegak (pada umumnya flat bottom dan conical roof ataupun dome roof dan silinder horisonatl (formed heads/closures). Untuk silinder tegak pada umunya dipakai untuk menyimpan zat cair yang tidak bersifat volatil ataupun juga boleh zat cair volatil, dengan kondisi tekanan penyimpanan atmospherik ( 1 atm absolut). Suhu zat cair yang disimpan pada umunya pada suhu didihnya (jika suhu didih dibawah suhu lingkungan) ataupun pada suhu lingkungan (jika zat cair yang disimpan suhu didihnya lebih tinggi dp suhu lingkungan). Untuk tangki silinder tegak, konstruksi atap (roof) dapat berupa fixed roof ataupun floating roof. Untuk zat cair yang sangat volatil, untuk meminimasi loss dan konsequences, dipakai konstruksi floating roof. Jika designer memilih tangki silinder tegak, maka tangki silinder diletakan secara outdoor system, jika silinder yang dipilih horisontal untuk tujuan storage, mka dipakai indoor sistem dengan cara dikubur di bawah tanah, Tangki penyimpan bentuk bola, pada umunya dipakai untuk meneyimpan zat cair yang volatil
( ditengarai dengan titik didih dibawah suhu lingkungan) dengan kondisi tekanan penyimpanan pada elevated pressure ( tergantung suhu zat cair dalam tangki bola). Tangki bola selalu diletakkan outdoor sistem. Hampir semua vessel di industri dijumpai bentuk formed head vesse. Bentuk tuitup dari vessel ini bermacam - macam tergantung dari kondisi tekanan dalam vessel. Untuk proses vesel pertimbangan konstruksi veseel itu apakah tegak / horosontal sangat tergantung pada pertimbangan kebutuhan prosesnya (bukan operating condition). Seperti vessel untuk reaktor, salah satu kebutuhan adaiah distribusi bahan dalam reaktor, apa yang didapat jika vessel ini dipasang horisontal 2.2 Kondisi Operasi Vessel Tergantung fungsi dari vessel itu dalam perancangannya. Jika vessel dirancang untuk kebutuhan proses, maka kondisi pernacangan harus sesauai dengan pertimbangan proses (tekanan, suhu agar proses berjalan dengan optimal). Penetuan kondisi optimal ini, akan lebih baik jika perancang mempunyai wawasan inherently safer design, yaitu process (condition) attenuation -> less hazardous condition but design intention achievable. Yang terkait dengan kondisi proses ini, selain kebtuhan proses, maka designer harus benar memilih bahan konstruksi untuk vesselnya. Sifat yang familiar adalah, hampir semua bahan konstruksi vessel itu memiliki thermal properties ataupun mechanical properties yang menuran pada suhu yang lebih tinggi -> maksimum allowable stress, yield stress ataupun kompresive stress dan juga tingkat korosifitas bahan naik dengan suhu -> contoh amonia pada suhu yang tinggi sangat sangat korosif -> bahan kontruksi dipakai urea grade stailess steel. Untuk storage vessel (tangki), the rulke of thumbs : zat cair yang non volatil -> tekanan operasi 1 atmosphere, suhu penyimpanan sama dengan suhu lingkungan. Untuk zat cair yang "the most volatile" (gas - gas yang dicairkan) -> penyimpanan pada tekanan yang cukup tinggi pada kondisi kejenuhan (suhu penyimpanan pada titik didihnya).
2.3 Pemilihan Head untuk Vessel Silinder dengan Penutup Pada awalnya dipakai paku keiing unluk penyambungan head dengan shell pada berbagai macam vessel. Tetapi ternyata sering timbul masalah yaitu seringnya terjadi kebocoran pada daerah sekitar paku keiing, terutama ketika tekanan operasi jauh lebih besar dari tekanan luar. Selain itu sering pula terjadi lepasnya paku keiing. Untuk mengatasi hal tersebut mak dikembangkan jenis paku keiing yaitu dengan fillet welding dan seal welding. Kemudian ditemukan bahwa temyata denagn adanya pengelasan kekuatan menjadi lebih besar, sehingga dewasa mi penggunaan las menjadi cara yang dipakai pada kebanyakan sambungan head pada shell. Vessel silinder dengan head sudah digunakan secara luas. Secara umum penggunaan vessel dapat dikelompokkan dalam tiga katagori : 1. Fungsi 2. pertimbangan tekanan 3. batasan ukuran Pada peralatan proses seperti kolom distilasi, unit desorpsi, menara bahan isian, evaporator, kristalizer dan HE pengggunaan head sangat penting dengan berbagai perlengkapan proses lairmya. Jika tekanan proses tidak atmosferis, penggunaan head menjadi penting untuk menutup vessel. Semua vessel silinder yang beroperasi pada tekanan bagian nap sekitar 5 psig atau lebih diproduksi dengan formed head. Vessel flat-bottomed dengan diameter besar, tangki penyimpanan cone-roofed terbatas pemakaiannya untuk tekanan pada bagian uap beberapa ons. Vessel silinder
flat-
bottomed dengan diameter kecil digunakan untuk tekanan operasi beberapa psig dengan roof berbentuk payung atau kubah. Alat yang digunakan pada tekanan di bawah atmosferis juga memerlukan formed head. Tangki penyimpanan horizontal yang kecil biasanya juga memakai formed head. Pada umumnya yang menentukan tangki vertikal atau horizontal adalah fungsi tangki tersebut. Sebagai contoh kolom distilasi dan menara bahan isian yang memanfaatkan gaya grafitasi untuk memisahkan fasa, memerlukan instalasi vertikal. Heat exchanger dan tangki penyimpanan bisa berbentuk vertikal maupun horizontal. Pada heat exchanger penentuan horizontal dan vertikal ditentukan oleh arah aliran fluida dan pertimbangan perpindahan panas. Pada tangki penyimpanan penentuan
horizontal vertikal lebih ditentukan oleh tempat instalasi. Jika tangki penyimpanan dipasang di luar ruangan maka angin mempunyai pengaruh pada kekuatan penyangga, sehingga tangki horizontal lebih ekonomis. Selain itu pertimbangan penting lainnya seperti ketersediaan, ruang head pemeliharaan menjadi faktor penentu. Vessel (dengan head yang dibentuk = vessel with formed head) umumnya dibuat dari bahan low carbon steel, yang mana bahan ini akan jadi pilihan yang lebih murah apabila dikaitkan dengan pertimbangan suhu dan korosi. Selain itu, bahan ini memiliki kekuatan yang cukup tinggi, mudah dibuat dan baja lunaknya (sebagai bahan dasar baja) mudah didapat. Sedangkan low dan high alloy steel umumnya digunakan untuk keperluan-keperiuan fabrikasi tertentu. Baja yang umum digunakan terbagi menjadi dua kategori umum: • Baja yang dispesifikasi oleh ASME Lebih sering merujuk pada boilerplate steel. Digunakan untuk vessel bertekanan. • Struksural grade steel Sebagian baja ini ada yang sesuai dengan spesifikasi dari ASME yang khusus digunakan untuk keperluan fabrikasi tertentu dan juga yang khusus digunakan untuk konstruksi vessel storage (vessel penyimpan) Perancangan vessel yang sesuai dengan standar ASME akan dibicarakan lebih detail dalam bab 13, meliputi penjabaran tentang bahan dan spesifikasi. Dalam bab ini pembicaraan akan dibatasi hanya pada penggunaan baja untuk fabrikasi vessel (dengan head yang dibentuk = vessel with formed head) yang tidak perlu disesuaikan dengan standar ASME. Tipe structural steel plates : Jenis tipe ini yang banyak tersedia dapat dilihat pada daftar 67, pada ASTM A654T. Tipe yang cocok untuk konstruksi vessel adalah A-7, A-113, A-131 dan A-283. Spesifikasi ASTM-A6-54T memberikan pertimbangan umum, seperti variasi dimensi dan berat yang diijinkan, metode pengetesan, koreksi, ASTM A-7, A-283 grade C dan A-283 grade D adalah yang paling umum digunakan untuk konstruksi
vessel penyimpanan dan vessel dengan head yang dibentuk, khususnya baja yang didesign, seperti ASTM A-283 grade C. Baja A-283-54 tipe structural digunakan untuk fabrikasi vessel secara umum. Tipe ini tersedia dalam 4 grade yaitu A, B, C dan D dengan daya regang minimum sebesar 45.000,50.000,55.000 dan 65.000 psi. ketebalannya tersedia dari ukuran 2 in keatas. Tapi untuk perancangan vessel, ketebalannya dibatasi dari ukuran % in keatas. Grade A dan B memiliki duktilitas (kegetasan) yang tinggi dan daya regang yang rendah sementara grade D duktilitasnya tidak memadai untuk membentuk shell dan head dan lebih sulit di las. Sehingga grade C-lah yang paling banyak digunakan untuk konstruksi vessel. Yang paling banyak adalah untuk tangki penyimpanan minyak, tangki bertingkat, pipa air tegak, dan berbagai penggunaan tangki. Baja A-7 umumnya digunakan untuk konstruksi jembatan, bangunan, dan berbagai aplikasi structural lainnya. Tipe ini memiliki sifat fisis yang mirip dengan A-283 grade D. Dua tipe baja ini dibuat dengan proses yang sama yaitu dengan proses pada tungku perapian terbuka atau electric furnace. Bagaimanapun juga, baja A-7 juga dibuat melalui proses acid-Bassemer, dan baja yang dibuat melalui proses ini tidak direkomendasikan untuk konstruksi vessel. Baja A-7 tersedia dalam berbagai ukuran fcetebalan standar. Baja ASTM A-l 13-55 merupakan baja structural yang umum digunakan untuk konstruksi lokomotif dan jalan rel. Dibuat melalui proses tungki perapian terbuka atau proses menggunakan electric furnace. Baja ini juga tersedia dalam berbagai ukuran ketebalan standar dan dalam ti§a grade yaitu A, B dan C. Baja A-113-55 grade B memiliki sifat fisis diantara baja A-283 grade B dan C, tapi daya regangnya kurang lebih sama dengan baja A-283. Tidak ada keuntungan lain lebih memilih baja tipe ini dibandingkan dengan baja A-283 kecuali bahwa baja ini tersedia dalam bentuk yang siap pakai. Baja ini juga bisa digunakan untuk konstruksi vessel untuk mendapatkan spesifikasi yang sama dengan batasan seperti baja A-283. Baja ASTM A-131-55 merupakan baja structural yang lebih baik dan digunakan untuk konstruksi kapal. Spesifikasi baja ini pada dasarnya mirip dengan baja A-7 dan A-283 grade D. Untuk memperbaiki mutu dari baja kapal ini, tahun 1950 spesifikasinya pernah diubah dengan menambah ketebalan. Peningkatan kualitas
dengan menambah ketebalan, memberikan dampak pada baja ini sebagai bahan konstraksi. Untuk baja ini, terdapat batasan persen maksimum kandungan karbon dan batasan 0,6% - 0,9% kandungan mangan untuk fcetebalan yang kurang dari ½ inch begitu juga untuk fcetebalan baja 1 in atau lebih, dipersyaratkan kandungan silicon sebesar 0,15% - 0,3%. Baja ini tersedia dalam banyak ukuran ketebalan dan memiliki kualitas yang lebih tinggi dari baja A-7 tapi tidak diijinkan penggunaannya untuk konstruksi vessel bertekanan yang sesuai standar. Ukuran plat baja yang lebih tebal akan lebih mahal harganya. Baja structural lain yang distandarkan ASTM untuk perancangan adalah A-8, A-94, A-284 dan A-242. Baja A-8 memiliki kandungan 3% - 4% baja nikel dan kandungan karbon maksimum sebesar 0,43% dengan daya regang sebesar 90.000 psi hingga 115.000 psi. Digunakan untuk beban tegangan yang sangat besar. Tambahan nikel menyebabkan baja ini lebih kokoh, kuat dan lebih berkilau dibandingkan kilau carbon steel, meningkatkan yield point, batas kelelahan, dan menambah kekuatan. Kesulitan dalam pengelasan dan biaya extra karena penambahan nikel menyebabkan baja ini tidak digunakan untuk konstruksi vessel. Baja A-94 merupakan baja silicon structural yang mimiliki kandungan karbon maksimum 0,2% dan kandungan silicon minimum 0,2% dengan daya regang berkisar antara 80.000 psi hingga 95.000 psi. Yield point minimum sebesar 45.000 psi. Baja ini juga dihindari penggunaannya untuk konstruksi vessel sebab pengelasannya sulit dan ada biaya extra untuk pematian sempurna baja (fully killed steel). Baja A-284 merupakan baja silicon-karbon dengan kekuatan rendah hingga menengah yang memiliki 0,1% - 0,3% kandungan silicon dan daya regang sebesar 50.000 hingga 60.000 psi, tergantung pada grade yang dimiliki. Baja ini memiliki ukuran butir yang kasar dan dibutuhkan proses pemanasan lebih lanjut untuk perbaikan ukuran butir. Adanya silicon yang terpisah ikatan dari karbon (untuk membentuk grafit yang lebih halus) menyebabkan lemahnya sambungan las, ditambah lagi dengan adanya biaya extra untuk pematian sempurna bajanya menyebabkan baja ini tidak ekonomis jika digunakan untuk kontruksi vessel. Baja A-242 merupakan low alloy structural steel yang digunakan terutama
sebagai material tumpuan tegangan diantara semua baja structural yang ada, dimana berat dan tahanan korosi pada kondisi atmosferis menjadi pertimbangan penting. Ketebalannya dibatasi tidak lebih tipis dari 3/16 inch dan tidak lebih tebal dari 2 inch. Baja ini memiliki kandungan mangan sebesar 1,25% dan kadar karbon maksimum 0,2%. Yield point sebesar 50.000 psi untuk ketebalan 3/16 - 3/4 inch, 45.000 psi untuk ketebalan 3/4 - 1 ½ inch dan 40.000 psi untuk ketebalan 1 ½ - 2 inch. Bandingkan dengan yield point 30.000 psi yang dimiliki oleh baja A-283 grade C. Untuk ketebalan 1 ½ inch, mem'ngkatnya ketebalan akan meningkatkan kekuatan sebesar 50% lebih. Dengan menggunakan factor design aman yang sama berdasar pada yield point, dihasilkan bahwa penurunan ketebalan logam yang digunakan akan menurunkan pula kemampuan menahan beban yang diberikan. Pada perancangan vessel dimana tegangan bahan lebih mengontrol dibanding stabilitas elastis, maka penggunaan baja ini akan lebih aman jika dibanding dengan penggunaan baja A-283 grade C. 2.3.1 Persamaan untuk Vessel dengan Eliptical Dished Heads Volume tangki silinder tertutup dengan eliptical dished heads sama dengan volume silinder ditanbah dua kali volume head. Volume head dapat dihitung dengan menggunakan persamaan untuk silinder dengan volume yang ekivalen dan diameter dalam yang sama dengan bagian silindris dari head. Pemilihan tangki dibatasi oleh diameter atau panjang maksimum yang dapat diangkut dengan railroad flatcar ( kereta dengan gerobak datar), umumnya sekitar 13ft 6in. Tangki yang lebih besar daripada itu bisa didapatkan dengan cara: a. Diangkut dengan kapal (jika antara lokasi dan pembuat terdapat sarana transportasi laut) b. Pengelasan sambungan dan pembentukan dilakukan di lokasi c. Plat dipotong dan dibentuk di penjual dan dirakit di lokasi Hal lain yang perlu diperhatikan adalah jumlah sambungan karena berpengaruh terhadap proporsi tangki. Usahakan jumlah sambungan seminimal mungkin.
2.3.2 Pemilihan dimensi plate yang optimum Lebar Plate, tangki silinder dapat dibuat dengan meng-roll dan mengelas 1 atau beberapa plate. Pilihan pengelasan tergantung pada ukuran plate yang digunakan. Pengelasan keliling dan mendatar dapat dihilangkan dengan menggunakan plate yang ukurannya lebih besar, Plate dengan lebar lebih dari 90 inch akan lebih mahal setiap inch kelebihannya. Tetapi penghematan yang didapatkan dengan menggunakan plat yang lebih lebar sehingga mengurangi jumlah sambungan dan pengelasan melebihi biaya tambahan dari plate yang lebih lebar. Sebagai contoh penghematan yang dapat dilakukan, diberikan oleh W.G.Theisinger. Penggunaan dua buah plate menghabiskan total USD 17,440 sedangkan penggunaan satu buah plate hanya menghabiskan total USD 9,853. Penghematan yang dapat dilakukan adalah USD 7,587 dan 5800 jam kerja. Biaya ekstra yang dibutuhkan untuk plain-carbon-steel adalah : Ce= 1/145. (w-90)1,23 Dengan : Ce = dollar per 100 lb W = lebar plate, inch Biaya fabrikasi per circumferential weld adalah xc.D.Cw. Sehingga biaya
total untuk pengelasan plate sejumlah N (tanpa head) adalah : Persamaan
Persamaan di atas akan memberikan lebar plate optimum dengan biaya fabrikasi minimum. 1. Tebal Plate, Plate dengan tebal 0,5 - 1 inch tidak membutuhkan biaya tambahan. Penggunaan tebal lebih dari 1 inch akan memerlukan biaya tambahan sehingga serigkali digunakan plate yang lebih kuat. 2. Panjang Plate, Plate dengan panjang antara 8-50 feet tidak memerlukan biaya tambahan. Persediaan yang ada biasanya mempunyai panjang tidak lebih 40 ft dengan tebal % inch dan lebar plate maksimal 72 inch. Tetapi persediaan juga tergantung pada fcemampuan untuk rnenangani ukuran plate yang tersedia.
2.3.3 Tipe Head yang Umum Dipakai dan Pemilihannya Hampir semua head dibuat dari plate melingkar yang di spin atau dengan metode press. Meskipun membutuhkan biaya tambahan untuk membentuk head dari plate datar, tetapi penggunaan head yang telah dibentuk akan lebih ekonomis daripada penggunaan head yang datar, kecuali untuk diameter tangki yang kecil. Penghematan dapat diperoleh dengan berkurangnya tebal head yang digunakan.
Gambar di atas menunjukkan macam-maeam head yang umum digunakan, dengan: t = tebal head, inch
icr = inside comer radius, inch sf = straight flange, inch r = radius of dish, inch OD = diameter luar, inch b =depth of dish, inch a = ID/2 = inside radius, inch s = slope of cone, deg OA = overall dimension, inch H = diameter of flat spot, inch Flanged-only Heads : Head jenis ini adalah yang paling ekonomis dalam pembuatannya, karena hanya membentuk flange dengan radius pada plate datar. Penggunaannya yang paling banyak adalah pada tangki bertekanan atmosferis. Head ini juga dapat digunakan sebagai dasar dari tangki silinder vertikal dengan diameter maksimal 20 ft. Head jenis ini diukur dengan basis diameter luar dan tersedia untuk ukuran 12-42 in dengan selisih 2 in, 42 -144 in dengan selisih 6 in, 144 - 240 in dengan selisih 12 in, juga tersedia untuk ukuran lebih dari 246 in. Flanged standard dished and Flanged shallow dished Head : Untuk meningkatkan kemampuan menahan tekanan maka bagian datar dari flanged only head harus dirubah menjadi lengkungan. Pada head semacam ini, terdapat dua radius yaitu radius lengkungan dan inside comer radius. Jika radius dari lengkungan lebih besar dari diameter luar shell maka disebut flanged and shallow dished head. Jika radius tersebut sama atau lebih kecil maka disebut flanged and standard dished head. Head yang tersedia ukurannya sama dengan Flanged only head. Head ini tidak boleh digunakan untuk tangki bertekanan tinggi, Penggunaan umumnya adalah untuk tangki vertikal dengan tekanan rendah, tangki horisontal untuk fluida yang volatile, dan tangki berdiatneter besar yang tekanan uap dan tekanan hidrostatisnya terlalu besar untuk flaged only head. Torispherical Head : Dengan mengurangi stress lokal pada inside corner head, batas tekanan dari flanged and dished head dapat ditingkatkan. Hal ini dapat dilakukan dengan membentuk head sehingga inside comer radius paling tidak sama
dengan tiga kali ketebalan plate, atau radiusnya tidak kurang dari 6% diameter dalam, dan radius lengkungan harus sama atau kurang dengan diameter head. Head ini umumnya digunakan untuk tangki bertekanan antara 15-200 psig bahkan dapat lebih dari 200 psig. Tetapi untuk penggunaan lebih dari 200 psig lebih ekonomis untuk menggunakan elliptical flanged and dished head. Head ini dapat digunakan untuk tangki vertikal maupun horisontal pada berbagai alat proses. Elliptical Dished Head : Head ini digunakan untuk tangki bertekanan antara 100 psig hingga lebih dari 200 psig. Jika rasio sumbu mayor : sumbu minor = 2:1 maka kekuatan head akan sama dengan kekuatan shell silinder dengan diameter dalam dan luar yang sama. Kedalaman bagian dalam dari lengkungan sama dengan setengah dari sumbu minor atau sama dengan \4 diameter dalam dari head. Hemispherical Head : Untuk ketebalan yang sama, Head ini merupakan yang paling kuat. Head ini dapat menahan tekanan hingga 2 kali lipat dari elliptical head ataupun shell silinder dengan tebal dan diameter yang sama. Tetapi harga pembuatan dan biaya lain-lain dari head ini paling besar dibandmgkan dengan yang lain. Ketersedian head ini juga terbatas dalam ukurannya, karena pembuatan dari plate tunggal lebih sulit. 2.4 Perancangan Tebal Plat Untuk Tutup ( Vessel Head) Mengaeu pada ASME Code (under internal working pressure) Perancangan tebal plat untuk dinding vessel mengacu pada ASME VIII div1, paragraph : Part UG- 32 (d) dan Appendix 1 ( Supplementary Design Formulas )
l-
4(c) Part UG: General requirement ( persyaratan yang harus dipenuhi secara umum) untuk semua cara / method untuk kontruksi dan berlaku untuk seaiua material Part UG -
32 : General requirement untuk : FORMED HEAD, PRESSURE
ON CONCAVE SIDE (a) Ketebalan yang diperlukan pada titik ketebalan paling tipis setelah pembentukan head jenis ellipsoidal dimana tekanan yang bekerja pada
bagian sisi cekungan (internal pressure), harus dihitung berdasarkan formula pada paragraph ini (b) Simbol yang dipakai t = ketebalan minimum yang diperluaka setelah pembentukan head, tidak termasuk corrosion allowance, inci P = design pressure, psi ataupun working pressure maksuimum yang diizinkan untuk vessel yang terancang ( existing vessel) D = inside diameter dari " head skirt" atau inside length dari major axis dari ellipsoidal head, inci S = tegangan maksimum yang diizinkan dari bahan konstrufcsi, psi E = efisiensi sambungan terendah pada sembarang bagian di head. Ini mencakup sambungan antara shell dan head ( head to shell joint) Untuk welded vessel, efisiensi dipergunakan mengacu pada UW-12 , yaitu pada label UW - 12 ( Max. allowable joint efficiencies for arc and gas welded joints) Part UG - 32 (d): Ellipsoidal head Ketebalan yang diperlukan untuk dished head yang berbentuk semi-ellipsoid , dimana separuh dari minor axis (inside depth dari head dikurangi fcetinggian skirt) sama dengan ¼ dari inside diameter dari" head skirt". 2.5 Perhitungan Tebal Head Mengacu Appendix 1 - 4c (Supplementary design formulas) RUMUSAN UNTUK PERANCANGAN " FORMED HEAD " UNDER INTERNAL WORKING PRESSURE (a) Rumusan dari paragraph ini berlakuk untuk perancangan tutup vessel dengan bentuk tertentu ( formed head ) dengan proporsi ukuran lain daripada seperti tertulis ada UG - 32 (ASME Div. VTII, section 2 ) dalam besaran diameter dalam (inside diameter) dan diameter luar (outside diameter) (b) Simbol yang dipakai dibawah ini digunakan dalam rumusan perancangan dari paragraph ini. t = tebal dari head minimum yang diperlukan setelah pembentukan head inci
P = tekanan perancangan ( internal design pressure ) , psi ( lihat UG-21) untuk tekanan kerja maksimum (maximum allowable working pressure untk vessel yang sudah ada, lihat UG - 98) D = diameter dalam dari " head skirt", atau inside length dari major axis dari ellipsoidal head, inci Do= diameter luar dari" head skirt" atau panjang luar dari major axis dari ellipsoidal head, inci S = tegangan kerja dari bahan konstruksi maksimum yang diperkenankan, psi E = efisiensi sambungan yang terendah dari katagori sambungan jenis A ( Category A joint ) untuk hemispherical mencakup sambungan head to shell joint. Untuk vessel dengan sambungan cara las (welded vessels, efisiensi dipakai seperti tertulis pada UW - 12 r = inside knuckle radius , inci h = one - half of length dari minor axis dari ellipsoidal head atau inside depth dari ellipsoidal head yang diukur dari tangent line (head – bend line), inci K= factor dari rumus untuk ellipsoidal head, yang harganya tergantung dari(D/2h) (D/2h) = rasio dari major axis dengan minor axis pada ellipsoidal head, harganya sama dengan inside diameter dari "skirt" dari head dibagi dengan dua kali inside height dari ellipsoidal head. 2.6 Peraneangan Tebal Plat Untuk Dinding / Shell (under internal working pressure ) Perancangan untuk menghitung ketebalan dinding shell dari vessel absorber, mengacu pada kode ASME VIII, div. 1, paragraph UG -27 (c) dan Appendix 1 - (1-1) Part UG 27 (c): Menghitung ketebalan shell under internal working pressure PartUG-27(a): Ketebalan dinding shel yang terkena beban internal working pressure haras tidak boleh lebih tipis dari ketebalan yang dihiutng dari formula (c)
PartUG-27(b) Symbol - symbol yang dipakai: t = ketebalan minimum plat yang diperlukan untuk shell, tidak termasuk corrosion allowance, inci P = design pressure, psi ataupun working pressure maksuimum yang diizinkan untuk vessel yang terancang ( existing vessel) R = inside radius dari "shell courses" yang ditinjau sebelum corrosion allowance ditambahkan, inci S = tegangan maksimum yang diizinkan dari bahan konstruksi, psi E = efisiensi sambungan terendah pada sembarang bagian di head. Ini mencakup sambungan antara shell dan head (head to shell joint) Untuk welded vessel, efisiensi dipergunakan mengacu pada UW -12 , yaitu pada label UW - 12 (Max. allowable joint efficiencies for arc and gas welded joints) Part UG- 27 (c): Ketebalan Shell Silinder Ketebalan plate minimum yang diperlukan untuk beban working pressure yang bekerja pada silinder seharusnya dipakai ketebalan yang lebih besar dari persamaa / formula dibawah ataupun ketebalan yang memberikan tekanan yang lebih rendah dari formula dibawah : 1. Circumferential stress (longitudinal joints) jika ketebalan plate tidak melebihi ½ dari inside radius atau P tidak melebihi 0.385 SE, dipakai formula sbb : t=
PR SE - 0,6P
2. Longitudinal stress ( circumferential joints ) Jika ketebalan plate tidak melebihi ½ dari inside radius dari shell ataupun P tidak melebihi dari 1.25 SE , maka dipakai formula sbb. t=
PR SE - 0,4P
2.7 Perancangan Tebal Plat Untok Binding/ Shell Mengacu Appendix 1-1 APPENDIX 1 : Supplementary Design formulas 1-1 : Ketebalan untuk kulit (shell) silinder dan kulit ( shell) bola (a) : Rumusan untuk kulit silinder didasarkan pada jari - jari luar silinder analog dengan formula yang diberikan pada UG -27 (c ). Untuk ketebalan kulit silinder (under circumferential stress). t=
PR0 SE - 0,4P
dengan: Ro= out side radius dari kulit silinder yang ditinjau ( cylinder shell course ), inci 2.8 Rumusan untuk design stabilitas dari vessel (Design of vessel stability : Tall vessel design) 1. Untuk vessel / tower yang menjulang tinggi, maka pada vessel akan mendapatkan beban angin. Jika angin yang bertiup kencang, maka akan memberikan moment puntir pada vessel yang dapat mengakibaikan vessel patah (failure). Demikian juga dengan gempa. Gempa akan menggetarkan vessel, dapat mengakibatkan gaya geser bekerja pada dinding vessel dan akan menimbulkan tegangan geser bekerja pada dinding vessel ( seismic stress) 2. Kegagalan vessel di pabrik, dapat dijumpai pada bewrbagai kondisi pelayanan ( loading case) vessel itu. Ada beberapa loading case yang selalu dialami olea vessel di industri : a. Vessel kosong ( selesai didirikan = belum dipakai), boleh jadi jika design vessel keliru, begitu vessel berdiri, terkena angin / gempa vessel bias roboh ( gagal berdiri) b. Vessel dipakai untuk operasi (operating vessel). Pada keadaan ini vessel dipakai untuk keperntingan proses, sehingga didalam vessel terdapat cairan proses yang
bekerja pada tekanan dan suhu operasi yang ditargetkan. c. Vessel dipakai untuk test hidrostatik, Untuk setiap design dari vessel dan test commissioning dari vessel sebelum dilakukan penyerahan ke pemiliknya, maka selalu dilakukan test hidrostatik untuk melifaat ketahanan vessel terhadap beban yang bekerja. Pada test hidrostatik, vessel disi penuh dengan air dan tekanan test dipakai lebih besar ( kira - kiran 50 % ) dari maksimum allowable working pressure (MAWP) d. Pada tahapan perancangan, diantara tiga kondisi vessel diatas, dicari beban beban (stress atupun moment) yang bekerja, yang paling berpengaruh. Untuk mengetahui kondisi yang berpengaruh, maka dapat dilakukan perhitungan " loading case ", ataupun Netto stress yang bekerja. Loading yang paling besar ataupun netto stress yang bekerja yang paling besar, adalah yang berpengaruh. Perhitungan stress gabungan yang bekerja pada absorber
Up- wind side : Netto stress yang bekerja kearah atas , berupa tensile stress tensile stress keatas nilai positif dead weight stress araahnya selalu kebawah , nilai negatif 1. Netto stress yang bekerja untuk ketebalan plat yang terpakai : Σ Sup-wind = (Sw + Sap + Ss) - Sdw 2. Netto stress yang bekerja pada down-wind side , adalah tegaangan tekan ( compressive stress ) , denga arah kebawah nilainya positif : Σ Sdown-wind = (Sdw + Sw + Ss) - Sap Pengkajian stress yang bekerja: Plat yang dipakai oleh absorber di Pabrik akan aman ( safe in operation ) , jika memnuhi persaratan sbagai berikut : Σ Sdown-wind ≤ S allowable dari material. Σ Sdown-wind ≤ Sc allowable (= compressive stress) 2.9 Perhitungan Kemiringan dari Vessel (Design of vessel deflection) (a) Untuk menara yang terfcena beban angin ataupoun gempa, maka vessel harus dirancang agar defleksi (yang diukur sebagai penyimpan dari arah vertical / poros vessel di bagian puncak menara / vessel tidak melebihi 6 in per 100 ft ketinggian menara / vessel (b) Defleksi ini disebabkan olen beban angin yang bekerja ( wind load) pada menara. (c) Defleksi dihitung sebagai berikut:
LM = Pw xD1xHx(12xH)3 8xExI
dengan: Δ() = defleksi maksimum pada puncak menara, in PW = tekanan angin yang bekerja, Ib/ft2 D1 = diameter vessel (termasuk isolasi yang dipakai), ft H = ketinggian vessel, ft E = modulus elastisitas material yang dipakai, psi
I = moment inertia (kelebaman) dari silinder tipis I = 3.UxR3xt t = ketebalan plat yang dipakai, in
DAFTAR PUSTAKA Pemilihan Head Untuk Vessel Silinder dengan Penutup Universitas Gadjah Mada
