Kata Pengantar
Puji syukur kepada Allah subhanawataalla, karena atas berkat, rahmat dan kuasanya serta anugerah yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya, walaupun banyak kendala dan rintangan yang di hadapi. Adapun penyusunan makalah ini di buat sebagai salah satu kewajiban untuk menyelesaikan tugas di Institut Teknologi Budi Utomo Jakarta.Kususnya di mata kuliah Bejana tekan.
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pada saat ini, dunia industri memegang peranan vital dalam perekonomian, oleh karena itu perancangan plan industri yang efisien sangat penting. Dari bermacam-macam subsistem yang terdapat pada sebuah plan industri, terdapat komponen yang berfungsi menangani fluida dan gas bertekanan, salah satu komponen yang penting adalah bejana tekan, yang fungsinya sebagai wadah fluida dan gas bertekanan. Bejana tekan memiliki spesifikasi khusus, sebab harus mampu bertahan dari tekanan fluida atau gas yang ditampungnya ditambah beban akibat berat bejana itu sendiri dan berbagai beban eksternal lainnya. Tegangan yang timbul akibat beban-beban tadi menjadi sebuah pertimbangan yang penting pada saat merancang bejana tekan. Pemilihan ketebalan dinding misalnya, harus mampu menahan tekanan ataupun beban. Sebab kompleksitas perancangan bejana tekan, badan standarisasi internasional juga mengeluarkan standar-standar yang diharapkan menjadi patokan perancang saat merancang bejana tekan. Bejana tekan pun memiliki bentuk yang beragam, yang umum antara lain bejana tekan horizontal, vertikal dan spherical. spherical. Lain bentuk lain pula beban-beban yang harus dipertimbangkan. Pemilihan bentuk terserah kepada perancang namun diikuti konsekuensi-konsekuensi yang harus dihadapi karena b entuk yang dipilihnya.
1.2. Perumusan Masalah
Perancangan bejana tekan menjadi suatu aspek asp ek yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan suatu proses yang memerlukan suatu wadah sebagai alat penampung fluida atau gas dengan tekanan operasi yang relatif tinggi maupun sebagai wadah suatu proses dalam industri. Pemilihan ketebalan pelat bejana tekan dengan pertimbangan beban yang diterima harus diperhitungkan sesuai dengan peraturan yang telah dibuat sehingga kegagalan yang dapat menyebabkan kerusakan dapat dihindari. Kode standar yang dikeluarkan oleh ASME BPV-VII-1 tentang bejana tekan yang penulis gunakan sebagai acuan untuk menjawab berapa performance bejana tekan jenis absorber.
1.3. 1.3 . Batasan Masalah
Batasan masalah yang diberikan pada tugas ini dimaksudkan agar pembahasan penilitian lebih maksimal dan terfokus. Adapun batasan masalah pada makalah ini adalah : 1. Menghitung tebal pelat (shell) yang di gunakan gunak an untuk bejana tekan jenis absorber. 2. Menghitung tegangan dan tekanan dalam pada bejana tekan jenis absorber.
1.4. 1.4 . Metode Penelitian
Metodelogi dalam penulisan makalah ini berupa kegiatan studi dan melalui informasi yang didapatkan dari berbagai sumber berupa buku-buku perpus takaan, jurnal-jurnal yang diperoleh dari internet.
1.5. 1.5 . Hipotesis
Dalam merancang sebuah bejana tekan, diperlukan perhitungan kekuatan terhadap beban-beban yang terjadi. Rancangan tersebut secara teknikal digunakan sebagai jaminan bahwa peralatan tersebut aman terhadap beban yang terjadi. Kalkulasi Kalkulasi perhitungannya sendiri ditentukan berdasarkan pada spek dari client dan beberapa acuan lain seperti standard code ASME, API, TEMA, TEMA, UBC, WRC,Standar tebal pelat (shell) untuk perancangan sebuah bejana tekan adalah ≤ 5 inch . Standar ini telah di tetukan dalam buku acuan brownel design of
pressure vessel ASME 1969 dan dari kegiatan studi kuliah perancangan bejan tekan.
1.6. 1.6 . Tujuan Penelitian
Tujuan penulisan ini antara lain : 1. Menentukan ketebalan dinding yang sesuai berdasar tekanan operasi dan tekanan desain. 2. Untuk mengetahui berapa tegangan dan tekanan dalam pada bejana tekan jenis absorber.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bejana Tekan
Bejana tekan merupakan suatu wadah untuk menyimpan fluida bertekanan. Fluida yang disimpan dapat mengalami perubahan keadaan pada saat berada di dalam seperti pada kasus boiler atau dapat digabungkan dengan suatu reagen lainnya seperti pada pabrik kimia. Bejana tekan dirancang dengan pertimbangan yang perlu diperhatikan karena pecahnya bejana tekan berarti terjadinya ledakan yang dapat menyebabkan hilangnya nyawa dan kerusakan benda sekitar. Berdasarkan dimensinya bejana tekan dapat dibagi menjadi 2, yaitu : 1. Bejana tekan dinding tebal yaitu bejana yang memiliki ketebalan dinding shell lebih dari 1/20 diameter shell. 2. Bejana tekan dinding tipis yaitu bejana yang memiliki ketebalan dinding shell kurang dari 1/20 diameter shell
Gambar 2.1 Distribusi tegangan (a) Bejana tekan dinding tipis, (b) Bejana tekan dinding tebal
Perbedaan bejana tekan dinding tipis dengan dinding tebal berada pada distribusi tegangan yang terjadi pada dinding bejana tekan tersebut, bejana tekan dinding tebal memiliki ditribusi tegangan yang harus diperhitungkan sedangkan pada bejana tekan dinding tipis distribusi tegangan dapat diabaikan karena perbedaan diameter luar dengan diameter dalam sangat tipis sehingga distribusi tegangan yang terjadi sangat kecil, dapat dilihat seperti pada Gambar 2.1 di atas. Bejana tekan digunakan dalam sejumlah industri, seperti industri pembangkit listrik dengan bahan bakar fosil dan nuklir, industri petrokimia sebagai tempat penyimpanan dan pengolahan minyak bumi dalam tangki seperti tempat penyimpanan pada stasiun bahan bakar, dan beberapa beber apa industri kimia (pada reaktor kimia). Penggunaannya telah berkembang di seluruh dunia. Bejana tekan dan tangki faktanya merupakan elemen penting pada industri perminyakan, kimia, petrokimia, dan industri nuklir. Hal ini dikarenakan peralatan tersebut merupakan tempat terjadinya suatu proses, pemisahan, dan penyimpanan bahan baku. Bejana tekan juga memiliki 8 fungsi dan salah satunya adalah sebagai absorber yang akan di bahas dalam makalah ini.
Absorber adalah alat yang digunakan untuk memisahkan satu komponen atau lebih dari campurannya menggunakan prinsip perbedaan kelarutan. Solut adalah komponen yang dipisahkan dari campurannya. Sedangkan pelarut (solvent ; sebagai separating agent) adalah cairan atau gas yang melarutkan solut. Karena perbedaan kelarutan inilah, transfer massa solut dari fase fa se satu sa tu ke fase yang lain dapat terjadi. Absorbsi adalah operasi pemisahan solut dari fase gas ke fase cair,yaitu dengan mengontakkan gas yang berisi solut dengan pelarut cair (solven /absorben) yang tidak menguap.
2.2. Beban yang Bekerja pada Bejana Tekan
Bejana tekan dikenai bermacam-macam pembebanan yang berbeda-beda pada setiap komponennya. Kategori dan intensitas gaya-gaya gaya-g aya ini menjadi fungsi dari pembebanan alami dan geometri serta kontruksi dari komponen bejana.
2.2.1. Tekanan Desain
Tekanan desain adalah tekanan yang digunakan untuk menentukan ketebalan shell minimum yang diperlukan bejana. Tekanan desain besarnya diatas tekanan operasi (10% dari tekanan operasi atau minimum10 psi) ditambah dengan besarnya static besarnya static head dari fluida kerja. Tekanan desain minimum untuk bejana Code nonvacuum adalah 15 psi. Untuk tekanan desain yang lebih kecil Code tidak berlaku. Bejana dengan tekanan operasi terukur harganya negatif umumnya didesain untuk bejana vakum.
Tekanan Kerja Ijin Maksimum ( Maximum Allowable Working Pressure) Pressure ) didefinisikan sebagai tekanan maksimum yang terukur yang diijinkan yang diukur pada bagian paling atas dari bejana pada kondisi operasi dan pada tekanan desain. Definisi ini berdasarkan asumsi sebagai berikut:
Pada kondisi korosi.
Masih di bawah pengaruh temperatur desain.
Pada kondisi operasi normal.
Di bawah pengaruh pembebanan lain.
Tekanan yang dialami bejana bisa dikategorikan menjadi dua jenis yaitu tekan dalam (internal (internal pressure) pressure) dan tekanan luar (external (external pressure). pressure). Tekanan dalam pada bejana berasal dari fluida yang dikandung oleh bejana itu sendiri, biasanya adalah bejana yang memiliki tekanan kerja lebih besar dari tekanan atmosfir. Sedangkan tekanan luar adalah tekanan untuk bejana vakum.
oad ) 2.2.2. Bobot Mati Bejana ( D ead L oad Dead load adalah beban yang berupa berat bejana itu sendiri dan elemenelemen lain yang terpasang secara permanen pada bejana. Berat bejana bias digolongkan menjadi 3, yaitu yaitu
Bobot kosong
Adalah berat bejana tanpa insulasi luar, fireproofing luar, fireproofing , panel-panel operasi, atau struktur luar dan perpipaan. Pada dasarnya ini adalah berat bejana yang hanya terdiri dari shell dari shell dan head .
Bobot operasi
Adalah berat bejana pada kondisi terpasang dan beroperasi penuh. Ini adalah berat bejana dengan tambahan insulasi internal maupun eksternal, fireproofing eksternal, fireproofing , segala elemen internal, opening yang menghubungkan system perpipaan, semua
struktur yang diperlukan pada system bejana , dan peralatan yang lain ( heat exchangers). exchangers).
Shop test dead load
Berat bejana yang hanya terdiri dari shell dari shell saja setelah proses pengelasan selesai dan diisi dengan fluida tester (air).
2.2.3. Beban Angin
Angin yang dimaksud adalah angin dengan aliran yang turbulen dipermukaan bumi dengan kecepatan yang bervariasi. Angin disini juga diasumsikan sebagai angin yang mempengaruhi kecepatan rata-rata terentu pada fluktuasi aliran turbulen tiga dimensi lokal. Arah aliran biasanya horizontal meskipun bisa saja menjadi vertikal ketika melewati permukaan yang berintangan. Kecepatan angin diukur berdasarkan ketinggian standar 30 ft.
2.2.4 Beban karena Gempa
Kekuatan seismik pada bejana berasal dari pergerakan getaran yang tidak teratur secara tiba-tiba di dalam tanah tempat bejana berada dan bejana terpengaruh oleh gerakan tersebut. Faktor utama yang merusakan struktur bejana akibat getaran adalah intensitas dan durasi gempa yang terjadi. Gaya dan tegangan yang terjadi selama gempa paada struktur adalah transien, tegangan dinamik alami, dan tegangan kompleks. Untuk menyederhanakan prosedur desain komponen vertikal pergerakan gempa biasanya diabaikan dengan asumsi pada arah vertikal struktur memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan pergerakan gempa. Gaya aksi akibat gempa arah horizontal pada bejana direduksi dalam gaya statik equivalen. Hal yang terpenting untuk mengatasi kekuatan gempa pada sebuah struktur adalah struktur yang paling beresiko mengalami kegagalan terhadap pengaruh seismik gempa harus didesain untuk bisa menahan gaya geser horizontal minimum yang diterima pada bagian dasar bejana pada
segala arah. Tegangan yang terjadi pada bejana tekan vertikal akibat beban seismik adalah tegangan geser di dasar bejana dan momen. Tegangan geser dasar adalah tegangan geser total akibat beban seismik pada dasar bejana.
2.3. Komponen Utama Bejana Tekan Tekan
Komponen utama bejana tekan merupakan komponen yang paling dominan dan selalu ada pada setiap bejana tekan. Komponen-komponen ini antara lain; shell, lain; shell, head, nozzle, support dan skirt dan skirt support .
Shell 2.3.1. Shell Shell adalah komponen yang paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Pada umumnya ada dua tipe shell tipe shell yang ada yaitu shell yaitu shell silindris dan spherical shell . Tetapi hanya shell hanya shell silindris sering digunakan dalam desain bejana tekan. Ketebalan shell Ketebalan shell dipengaruhi oleh tekanan desain. Untuk menentukan ketebalan shell harus memperhatikan beban yang terjadi pada shell . Arah penyambungan shell juga akan mempengaruhi perhitungan ketebalan shell ketebalan shell .
2.3.2. H ead
Seluruh bejana tekan harus ditutup dengan head. Head lebih banyak berbentuk kurva dari pada pelat datar. Bentuk kurva lebih banyak memiliki keuntungan antara lain kuat sehingga ketebalan k etebalan head bisa head bisa lebih tipis, lebih lebih ringan walaupun agak mahal.
2.3.3. Nozzle/Opening
Nozel adalah adalah komponen komponen silinder yang berupa lubang yang menembus menembus shell shell atau head dari bejana tekan. Nozel memiliki beberapa fungsi antara lain:
Merekatkan pipa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dari atau ke bejana tekan.
Sebagai tempat untuk sambungan instrumen, seperti level gauges, atau pressure gauges. thermowells atau pressure gauges.
Sebagai tempat masuk orang untuk mempermudah perawatan. pe rawatan.
2.3.4. Supp S uppo or t
Komponen ini berfungsi untuk menahan bejana tekan agar tidak berpindah atau bergeser. Penyangga ini harus bisa menahan beban baik berupa beban berat bejana ataupun beban dari luar seperti angin dan gempa bumi. Perancangan penyangga tidak seperti desain bejana tekan karena penyangga tidak mempunyai mempunyai tekanan.
2.3.5. Pengelasan Bejana Tekan
Sambungan las pada bejana tekan dikategorikan menjadi beberapa bagian menurut standar ASME Part UW. 1) Kategori A Sambungan berlas longitudinal yang berada pada badan utama, ruang hubung, transisi diameter atau nozel; tiap sambungan berlas yang berada pada bejana berbentuk bola, pada formed pada formed head atau flat atau flat head , atau pada pelat sisi dari suatu bejana bersisi-datar; sambungan berlas melingkar yang menghubungkan menghubungkan hemisferis head ke badan utama, ke transisi diameter, ke nozel atau ke ruang hubung. 2) Kategori B Sambungan berlas melingkar yang berada pada badan utama, ruang hubung, nozel, atau transisi diameter termasuk sambungan antara transisi dan silinder baik pada ujung besar maupun ujung kecilnya; sambungan berlas melingkar yang menghubungkan formed menghubungkan formed head selain hemisferis ke badan utama, ke transisi diameter, ke nozel atau ke ruang hubung. 3) Kategori C
Sambungan berlas yang menghubungkan flensa, Van Stone Lap, Lap, dudukan tube, tube, atau flat cover ke badan utama, ke formed head , ke transisi diameter, ke nozel atau ke ruang hubung; tiap sambungan berlas yang menghubungkan satu pelat sisi ke palat sisi lainya lainya dari bejana bersisi-datar. 4) Kategori D Sambungan berlas yang menghubungkan ruang hubung atau nozel ke badan utama, ke bejana berbentuk bola, ke transisi diameter, ke head atau bejana bersisidatar, dan sambungan yang menghubungkan nozel ke ruanghubung (untuk nozel pada ujung kecil dari trsnsisi diameter, lihat kategori B).
Gambar 2.2 Kategori Sambungan Las Pada Bejana Tekan
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Prosedur Penelitian
