redesain shell and tube heat exchanger …repository.ppns.ac.id/2517/2/0715040039 - fattah jati...

TUGAS AKHIR (607408A)

REDESAIN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER MENGGUNAKAN SOFTWARE HTRI XCHANGER SUITE 6.0, PV ELITE 2015 DAN ANALISA TEGANGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

FATTAH JATI PANGESTU 0715040039

Dosen Pembimbing :

Moh. Miftachul Munir, ST., MT.

Tarikh Azis Ramadani, ST., MT.

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PENGELASAN

JURUSAN BANGUNAN KAPAL

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

SURABAYA

2019

( Halaman ini sengaja dikosongkan )

i

TUGAS AKHIR (607408A)

REDESAIN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

MENGGUNAKAN SOFTWARE HTRI XCHANGER SUITE

6.0, PV ELITE 2015 DAN ANALISA TEGANGAN

MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

FATTAH JATI PANGESTU 0715040039

Dosen Pembimbing :

Moh. Miftachul Munir, ST.,MT.

Tarikh Azis Ramadani, ST., MT.

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PENGELASAN

JURUSAN BANGUNAN KAPAL


SURABAYA

2019

ii


iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

REDESAIN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER MENGGUNAKAN

SOFTWARE HTRI XCHANGER SUITE 6.0, PV ELITE 2015 DAN

ANALISA TEGANGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Disusun Oleh:

Fattah Jati Pangestu

0715040039

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Kelulusan

Program Studi D4 Teknik Pengelasan

Jurusan Teknik Bangunan Kapal


Disetujui oleh Tim penguji Tugas Akhir Tanggal Ujian : 05 Agustus 2019

Periode Wisuda : September 2019

Menyetujui,

Dosen Penguji NIDN Tanda Tangan

1. M. Miftachul Munir, S.T., M.T. (0030086807) (……………………………)

2. Usman Dinata, S.T., M.M. (0017126006) (…………........……………)

3. Tarikh Azis Ramadani, S.T., M.T. ( - ) (……………………………)

Dosen Pembimbing NIDN Tanda Tangan

1. M. Miftachul Munir, S.T., M.T. (0030086807) (…………………..….……)

2. Tarikh Azis Ramadani, S.T., M.T. ( - ) (…………….………..……)

Mengetahui

Koordinator Program Studi,

M. Ari, S.T., M.T

NIP. 197408282003121001

Menyetujui

Ketua Jurusan,

Ruddianto, S.T., M.T., MRINA

NIP. 196910151995011001

iv

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

v

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

No.

Date

Rev.

Page :

: F. WD I. 021

: 3 nopember 2015

: 01

: 1 dari 1

1 PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Fattah Jati Pangestu

NRP : 0715040039

Jurusan/Prodi : Teknik Bangunan Kapal/Teknik Pengelasan

Dengan ini menyatakan dengan sesungguhnya bahwa :

Tugas Akhir yang akan saya kerjakan dengan judul :

“REDESAIN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER MENGGUNAKAN


ANALISA TEGANGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN

HINGGA”

Adalah benar karya saya sendiri dan bukan plagiat karya orang lain.

Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah tersebut,

maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan yang berlaku.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan penuh tanggung jawab.

Surabaya, 2 Agustus 2019

Yang membuat pernyataan,

Fattah Jati Pangestu.

NRP. 0715040039

vi


vii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan

rahmat dan hidayah-Nya, Sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini

dengan judul :

“ REDESAIN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER MENGGUNAKAN


ANALISA TEGANGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN

HINGGA”

Pembuatan dan penyusunan buku tugas akhir ini dibuat sebagai salah satu

syarat untuk menyelesaikan studi Diploma-4 (D4) dan memperoleh gelar Sarjana

Sains Terapan (S.ST) di program studi D4 Teknik Pengelasan Politeknik

Perkapalan Negeri Surabaya.

Keberhasilan penulis dalam penyusunan tugas akhir ini, banyak disebabkan

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis

mengucapkan syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Allah SWT, yang karena rahmat, taufik, serta ridhonya tugas akhir ini

dapat terselesaikan.

2. Kedua Orang tua yang selalu memberikan dorongan baik moril maupun

materil serta do’a nya.

3. Bapak Ir. Eko Julianto, M. Sc., FRINA., selaku direktur PPNS.

4. Bapak Ruddianto, ST.,MT., MRINA selaku ketua Jurusan Teknik

Bangunan Kapal.

5. Bapak M. Ari, ST.,MT selaku ketua prodi Teknik Pengelasan.

6. Bapak Mohammad Miftachul Munir, ST.,MT dan bapak Tarikh Azis

Ramadani, ST., MT selaku dosen pembimbing serta pematik semangat

dalam segala ketidak mungkinan.

viii

7. Seluruh jajaran dosen pengajar progam studi D4 Teknik Pengelasan

8. PT Robutech dan PT Trans Pacific Indotama Tuban yang telah

memberikan kesempatan On the Job Training dan pengumpulan data.

9. Kepada Iqbal, Satria, Ardin dan Kevin yang membantu dan selalu

mensupport pengerjaan tugas akhir ini.

10. Teman-teman di PPNS, dan keluarga besar TL-8B angkatan 2015

terimakasih atas dukungannya.

Masih banyak kekurangan dalam penyusunan tugas akhir ini, oleh karena itu

penulis berbesar hati menerima kritik dan saran sehingga bisa menyempurnakan

tugas akhir ini. Harapan penulis semoga tugas akhir ini bermanfaat dan bisa

memberikan masukan yang berarti bagi yang membaca tugas akhir ini.

Surabaya, 26 Juli 2019

Penulis


x

REDESAIN SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

MENGGUNAKAN SOFTWARE PV ELITE 2015 DAN ANALISA

TEGANGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA


ABSTRAK

Produksi minyak dan gas semakin kini semakin meningkat sehingga untuk

memenuhi permintaan maka dari itu dibutuhkan shell and tube heat exchanger

dengan kapasitas lebih besar dan memiliki ukuran yang efisien. Untuk mendesain

shell and tube heat exchanger harus memperhatikan beberapa faktor seperti tipe,

jenis zat yang beroperasi, temperatur kerja dan kapaitas produksi. Dalam mendesain

shell and tube heat exchanger digunakan code ASME sec. VIII div. 1 untuk

menentukan ketebalan yang dipakai. Perhitungan manual ini terlalu membutuhkan

waktu yang relatif lama, untuk mempercepat waktu mendesain maka digunakan

HTRI Xchanger Suite 6.0, PV Elite 15 dan dianalisa tegangannya menggunakan

metode elemen hingga. Hasil penghitungan required area heat transfer

menggunakan HTRI menghasilkan required area seluas 4124,65 𝑚2 dengan

overdesign sebesar 5,18 % yang menghasilkan deviasi sebesar 1,8 % dengan hasil

perhitungan manual, kemudian hasil pressure vessel dengan perhitungan manual

didapatkan ketebalan shell sebesar 1,75 in, head sebesar 0,935 in, skirt sebesar 1 in

dan basering setebal 1,8 in yang memiliki rata-rata deviasi sebesar 5,14 % untuk

thickness shell, 6,09 % untuk head dan 0,6 % untuk basering, kemudian hasil stress

yang terjadi berdasarkan perhitungan von mises adalah sebesar 11885,205 psi dan

hasil von mises Ansys adalah 11523 psi dan menghasilkan deviasi sebesar 3,04 %

dan hasil safety factor yang dihasilkan berdasarkan von mises perhitungan manual

adalah sebesar 3,23 dan berdasarkan stress yang terjadi pada Ansys maka didapat

safety factor 3,33.

Kata kunci : design, shell and tube heat exchanger, ASME section VII div.1,

software HTRI Xchanger Suite 6.0, PV Elite15, TEMA, metode elemen hingga, von

misses

xi


xii

SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER REDESIGN WITH

SOFTWARE HTRI XCHANGER SUITE 6.0, PV ELITE 2015

AND ANALYZE USE FINITE ELEMENT METHOD


ABSTRACT

The production of oil and gas is getting increased so as to fulfill the demand

and needed shell tube heat an exchanger with the capacity of larger used to process

oil and gas. To design a shell and tube heat an exchanger must consider to several

factors, as the type, kind of substance that operate, temperature of work and

production capacity. In designing shell and tube heat an exchanger use ASME code

sec .VIII div. 1 to determine the thickness used. Manual calculation is too requires

a relatively long time, to accelerate time desain then used software Elite PV 15 and

analyze the stress use finite element methode. The result of required area heat

transfer using HTRI produce required area 4124,65 𝑚2with overdesign 5,18 % that

produce margin of error 1,8 %. Then manual calculation from vessel produce shell

thickness 1,75 in, head 0,935 in, skirt 1 in, and basering 1,7 in that have average

margin of error 5,14 % for thickness shell, 6,09 for head and 0,6 % for basering.

Then stress that happened with von mises calculation is 11885,205 psi and result

of von mises from ANSYS is 11523 psi that produce margin of error 3,04 % and

safety factor that produce by von mises stress manual calculation is 3,23 meanwhile

from ANSYS produce safety factor 3,33.

Keyword: design, shell and tube heat exchanger, ASME section VII div.1, software

PV Elite15,TEMA, finite element method, von misses

xiii


xiv

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ................................................................. v

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii

ABSTRAK .......................................................................................................... ix

ABSTRACT ....................................................................................................... xi

DAFTAR ISI ..................................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xviii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xviii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xxii

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 2

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

BAB II TINJAUANPUSTAKA ......................................................................... 5

2.1 Pressure Vessel ......................................................................................... 5

2.2 Komponen Utama Shell and Tube Heat Exchanger ................................. 6

2.2.1. Head ..................................................................................................... 6

2.2.2. Shell ...................................................................................................... 7

2.2.3. Flange dan bolt ..................................................................................... 7

2.2.4. Support .................................................................................................. 9

2.2.5. Lifting lug ............................................................................................ 10

2.3 Software HTRI Xchanger Suite 6.0 ........................................................ 10

2.4 Software PV Elite 2015 ........................................................................... 11

2.5 Metode Elemen Hingga .......................................................................... 11

2.6 Teori Tegangan ....................................................................................... 12

2.7 Teori Kegagalan Energi Distorsi Maksimum ......................................... 13

2.8 Chemical Process Calculation ................................................................ 15

2.9 Penelitian Terdahulu ............................................................................... 15

2.10 Perbandingan Heat Exchanger Vertical dengan Horizontal ................... 17

xv

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 19

3.1 Diagram Alur Penelitian ......................................................................... 19

3.2 Identifikasi dan Perumusan Masalah ...................................................... 19

3.3 Studi Literatur ........................................................................................ 20

3.4 Pengumpulan Data ................................................................................. 20

3.4.1 Data utama .............................................................................................. 20

3.5 Perancangan Dimensi ............................................................................. 20

3.6 Perancangan Vessel ................................................................................ 23

3.6.1 Perancangan shell and tube heat exchanger dengan menggunakan

software PV Elite 2015 .................................................................................. 23

3.6.2 Perancangan shell and tube heat exchanger secara manual berdasarkan

ASME 2013 section VIII division 1. ............................................................... 31

3.7 Analisa Tegangan ................................................................................... 31

3.8 Gambar Sistem ....................................................................................... 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 35

4.1 Data Desain Heat Exchanger ................................................................. 35

4.2 Perhitungan Manual Luas Heat Transfer ............................................... 36

4.3 Perhitungan Dengan HTRI ..................................................................... 36

4.3.1 Input summary .................................................................................... 36

4.3.2 Input liquid properties ........................................................................ 36

4.3.3 Output summary .................................................................................. 37

4.4 Perhitungan Manual Pressure Vessel ..................................................... 42

4.4.1 Internal pressure ................................................................................. 43

4.4.2 External pressure shell ........................................................................ 44

4.4.3 Perhitungan windload ......................................................................... 46

4.4.4 Perhitungan seismic load .................................................................... 47

4.4.5 Perhitungan skirt................................................................................. 50

4.4.6 Perhitungan bolt dan base ring ........................................................... 50

4.5 Analisis Tegangan dan Faktor Keselamatan .......................................... 53

4.5.1 Perhitungan tegangan pada tiap sumbu ............................................... 53

4.5.2 Aplikasi teori tegangan maksimum .................................................... 55

4.5.3 Aplikasi teori tresca criterion ............................................................. 55

xvi

4.5.4 Aplikasi teori von mises criterion ....................................................... 55

4.6 Finite Element Analysis .......................................................................... 56

4.6.1 Input geometry dan parameter simulasi ............................................... 56

4.6.2 Geometry mesh .................................................................................... 57

4.6.3 Running simulasi serta hasilnya .......................................................... 57

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 59

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 59

5.2 Saran ....................................................................................................... 59

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 61

xvii


xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penelitian serta jurnal terdahulu ............................................................ 18

Tabel 4.1 Data Spesifikasi Heat Exchanger .......................................................... 35

Tabel 4.2 Data Spesifikasi Liquid ......................................................................... 35

Tabel 4.3 Data Desain PV ..................................................................................... 42

Tabel 4.4 Spesifikasi Perhitungan Windload ......................................................... 45

Tabel 4.5 Spesifikasi Perhitungan Seismic ............................................................ 47

Tabel 4.6 Konstanta Perhitungan Seismic ............................................................. 47

Tabel 4.7 Spesifikasi Skirt ..................................................................................... 50

Tabel 4.8 Spesifikasi Desain Anchor Bolt dan Basering ....................................... 51

Tabel 4.9 Variabel Perhitungan Tegangan ............................................................ 54

xix


xx

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pressure vessel shell and tube heat exchanger.................................... 5

Gambar 2.2 Komponen utama shell and tube heat exchanger ................................ 6

Gambar 2.3 Macam-macam bentuk head pada bejana tekan .................................. 6

Gambar 2.4 Cylindrical shell .................................................................................. 7

Gambar 2.5 Flange .................................................................................................. 7

Gambar 2.6 Longitudinal hub stress ....................................................................... 8

Gambar 2.7 Daerah radial & tangential stress ....................................................... 9

Gambar 2.8 Opening ............................................................................................... 9

Gambar 2.9 Leg support .......................................................................................... 9

Gambar 2.10 Saddle design ................................................................................... 10

Gambar 2.11 Lifting lug ........................................................................................ 10

Gambar 2.12 Output software HTRI Xchanger Suite 6.0 ..................................... 12

Gambar 2.13 Software PV Elite 2015 ................................................................... 11

Gambar 2.14 Software ANSYS ............................................................................. 12

Gambar 2.15 Lapisan liquid pada vertical tube ..................................................... 19

Gambar 2.16 Lapisan liquid pada horizontal tube ................................................ 19

Gambar 3.1 Diagram alir ....................................................................................... 20

Gambar 3.2 Pemilihan jenis exchanger ................................................................. 22

Gambar 3.3 Input Summary .................................................................................. 23

Gambar 3.4 Input component ................................................................................ 23

Gambar 3.5 Hasil report HTRI.............................................................................. 24

Gambar 3.6 Satuan ................................................................................................ 25

Gambar 3.7 Bolted blind flange ............................................................................. 26

Gambar 3.8 Flange ................................................................................................ 27

Gambar 3.9 Channel, shell, dan shell cover .......................................................... 28

Gambar 3.10 Elliptical head .................................................................................. 29

Gambar 3.11 Saddle .............................................................................................. 31

Gambar 3.12 Lifting lug ........................................................................................ 32

xxi

Gambar 3.13 Analisa tegangan ............................................................................. 34

Gambar 3.14 Sistem pengerjaan ........................................................................... 35

Gambar 4.1 Input Summary .................................................................................. 40

Gambar 4.2 Input Properties Berdasarkan Suhu .................................................. 40

Gambar 4.3 Output Summary ................................................................................ 41

Gambar 4.4 Spherical Head .................................................................................. 43

Gambar 4.5 Cylindrical Shell ................................................................................ 43

Gambar 4.6 Keterangan Notasi Pada Windload .................................................... 46

Gambar 4.7 Keterangan Notasi Basering.............................................................. 51

Gambar 4.8 Ilustrasi Tegangan pada Pressure Vessel .......................................... 53

Gambar 4.9 Parameter Simulasi pada Model Pressure Vessel ............................. 56

Gambar 4.10 Hasil Meshing Pada Geometri Pressure Vessel .............................. 57

Gambar 4.11 Hasil Simulasi Von Mises dengan ANSYS ..................................... 57

xxii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Heat Exchanger ............................................................................. 63

Lampiran B Pressure Vessel .............................................................................. 85

Lampiran C Output PV Elite ............................................................................. 93

Lampiran D Symbol dan Notasi ....................................................................... 137

xxiii


1

2 BAB I

PENDAHULUAN

2.1 Latar Belakang Masalah

Dewasa ini kebutuhan produksi hasil olahan minyak dan gas bumi semakin

meningkat, pada akhirnya suatu perusahaan juga akan meningkatkan efisiensi mulai

dari efisiensi produksi hingga efisiensi tempat.

Dalam kasus ini shell and tube heat exchanger dibutuhkan untuk

memanaskan suhu hidrokarbon sebelum diolah dan masuk heater dalam kasus ini

shell and tube heat exchanger dibutuhkan untuk menaikkan temperatur fluida

condensate. Karena produksinya dalam skala besar, maka diperlukan shell and tube

heat exchanger dalam kapasitas yang besar juga. Oleh karena itu, untuk

meningkatkan efisiensi tempat tanpa mempengaruhi produksi pada PT Trans

Pacific Indotama Tuban, diperlukan adanya penggantian pada heat exchanger

horizontal yang berjumlah enam buah menjadi satu buah vertical heat exchanger

yang bertipe AES, yang memiliki downflow tube-side untuk condensing nya.

Dalam pembuatan shell and tube heat exchanger didasarkan pada beberapa

faktor, diantaranya adalah tipe shell and tube heat exchanger, jenis zat yang akan

beroperasi, suhu dan tekanan kerja saat beroperasi, serta kapasitas produksi. Tipe

ditentukan berdasarkan tingkat maintenance berkalanya, jenis zat yang akan

beroperasi, suhu dan tekanan kerja juga menjadi faktor yang penting dalam

mendesain karena untuk menentukan material dan ketebalan yang akan digunakan

dalam pembuatan vessel. Sedangkan kapasitas digunakan untuk menentukan

seberapa besar ukuran vessel yang akan diproduksi.

ASME VIII digunakan sebagai dasar untuk menentukan ketebalan plat pada

tiap komponen vessel. Perhitungan manual ini memerlukan waktu yang relatif lama

sehingga meningkatkan waktu produksi. Untuk mempermudah dalam pembuatan

shell and tube heat exchanger maka digunakan sebuah software yaitu PV Elite

2015. Dengan menggunakan software, proses desain pressure vessel dapat

berlangsung singkat dan efisien. Hasil kalkulasi menggunakan software akan

diverifikasi dengan perhitungan manual untuk menghindari kesalahan perhitungan.

2

Disamping perhitungan desain, vessel akan dianalisa kekuatannya. Dengan

perhitungan simulasi, perhitungan manual, serta analisa kekuatannya dengan finite

element hingga diharapkan proses desain sebuah pressure vessel akan berlangsung

efisien dengan keamanan yang terjamin (safety factor).

2.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, pokok permasalahan yang akan dibahas dalam

penelitian ini adalah:

1. Bagaimana menentukan kebutuhan dimensi shell heat exchanger

dengan HTRI Xchanger Suite 6.0 ?

2. Berapa dimensi shell yang diperoleh dari perhitungan manual serta

deviasi perhitungan dibanding hasil software ?

3. Berapa thickness pressure vessel yang diperoleh dari perhitungan

manual?

4. Berapa thickness yang diperoleh dari software ?

5. Berapa Stress yang diperoleh dari hasil desain perhitungan manual

maupun software serta persentase deviasinya ?

6. Berapa safety factor yang dihasilkan ?

2.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini :

1. Merancang shell and tube heat exchanger menggunakan HTRI.

2. Mengetahui dimensi heat exchanger melalui perhitungan manual dan

deviasi perhitungannya.

3. Merancang shell dari shell and tube heat exchanger menggunakan

perhitungan manual.

4. Mengetahui thickness Shell yang diperoleh dari perhitungan manual dan

software PV Elite.

5. Mengetahui tegangan maksimum yang terjadi pada pressure vessel jika

dianalisa dengan finite element sesuai perhitungan ASME VIII serta

deviasi perhitungannya.

6. Mengetahui safety factor dari design yang telah dibuat.

3

2.4 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai

berikut:

a. Bagi Mahasiswa

1. Mahasiswa dapat menerapkan teori selama perkuliahan, khususnya

yang berkaitan dengan pressure vessel dan metode elemen hingga.

2. Mengetahui besar konsentrasi tegangan pada daerah head, channel,

shell, dan flange shell and tube heat exchanger.

b. Bagi Industri

1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memeberikan referensi

perancangan pressure vessel pada dunia industri khususnya

perancangan shell and tube heat exchanger.

2. Memberi informasi pada industri modern tentang penggunaan

komputer dalam perancangan dengan metode elemen hingga.

3. Mempercepat proses pengerjaan desain dalam pembuatan shell and

tube heat exchanger.

c. Bagi Umum

Sebagai literatur dan informasi tambahan tentang pengaplikasian

serta analisa tegangan pressure vessel jenis shell and tube heat

exchanger.

2.5 Batasan Masalah

Penelitian ini memerlukan beberapa batasan masalah, agar penelitian lebih

fokus dan terarah. Beberapa batasan masalah dalam penelitian, antara lain:

1. Perhitungan thickness Mengacu code ASME section VIII div. 1 part

UHX. dan TEMA

2. Perhitungan dimensi shell Mengacu pada buku Robin Smith “Chemical

Process Design and Integration”

3. Shell and tube heat exchanger yang dirancang adalah tipe AES pada

TEMA.

4

4. Ketebalan material yang digunakan dihitung berdasarkan maximum

allowable working pressure.

5. Analisa stress hanya pada shell, head, support dan basering.

6. Efek plasticity pada tubesheet /channel or shell joint diabaikan.

7. Laju korosi dan kekuatan pengelasan diabaikan.

8. Menggunakan design pressure sesuai UOP

9. Safety factor hanya berdasarkan von mises

5

3 BAB II

TINJAUANPUSTAKA

3.1 Pressure Vessel

Pressure vessel merupakan suatu wadah yang digunakan untuk

penyimpanan (storage) atau laluan fluida baik gas maupun cairan yang bertekanan

tersebut sering lebih besar daripada tekanan udara diluar bejana. Shell and tube

heat exchanger adalah salah satu jenis pressure vessel yang berfungsi untuk

memanaskan atau mendinginkan fluida, Gambar 2.1 adalah salah satu bentuk dari

shell and tube heat exchanger. Pada umumnya, shell and tube heat exchanger

terdiri dari bagian shell yaitu bagian silinder dari tangki, bagian head yang

merupakan penutup tangki, bundle yang merupakan kumpulan tube dan tubesheet

sebagai tempat fluida yang diproses dan nozzle yang merupakan sebuah pipa yang

menjadi jalur masuk dan keluarnya fluida. Letak nozzle biasanya disambungkan

dengan dinding silinder (shell/channel).

Seiring dengan kemajuan teknologi dan tuntutan industri, saat ini bentuk

dan variasi jenis pressure vessel semakin banyak dan berkembang. Secara garis

besar pressure vessel dibagi berdasarkan bentuk geometrinya menjadi dua, yaitu

vertikal dan horizontal.

Gambar 3.1 Pressure vessel shell and tube heat exchanger

6

3.2 Komponen Utama Shell and Tube Heat Exchanger

Pressure vessel (shell and tube heat exchanger) terdiri dari banyak bagian,

secara umum bagian utama dalam shell and tube heat exchanger adalah head, shell,

nozzle, flange, tubesheet, tube bundle, support, dan lifting lug ditunjukkan pada

Gambar 2.2.

Gambar 3.2 Komponen utama shell and tube heat exchanger

(ASME VII Div.1,2013)

2.2.1. Head

Head merupakan salah satu komponen utama dalam vessel yang digunakan

sebagai penutup akhir dari pressure vessel. Biasanya bentuk sebuah head

dikategorikan berdasarkan bentuknya. Ellipsoidal, hemispherecal, torispherecal,

dan conical adalah bentuk yang umum digunakan dalam pembuatan pressure vessel

seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.3.

Gambar 3.3 Macam-macam bentuk head pada bejana tekan

(https://wbsakti.wordpress.com)

https://wbsakti.wordpress.com/2012/11/22/pressure-vessel-bejana-bertekanan/

7

2.2.2. Shell

Kulit (shell), merupakan bagian yang menyelimuti seluruh bagian dari

bejana tekan yang berfungsi sebagai dinding. Kulit terdiri dari beberapa pelat yang

kemudian disambung dengan las seperti pada Gambar 2.4.

Gambar 3.4 Cylindrical shell

(Megyesy, 1998)

2.2.3. Flange dan bolt

Flange merupakan bagian pada ujung nozzle dan juga pengikat dari

tubesheet yang berbentuk cincin yang digunakan untuk menghubungkan flange

pada pipa maupun shell dengan menggunakan baut. Posisi flange ini harus sama

rata agar pengikatan antar pipa, tubesheet, maupun flange to flange benar benar

kedap. Flange dibuat dengan proses machining yang kemudian di drill sesuai

sengan standar lubang baut yang akan digunakan. Gambar 2.5 adalah salah satu

bentuk flange.

Gambar 3.5 Flange

(Megyesy, 1998) Ada tiga jenis tegangan yang terjadi pada flange sesuai dengan ASME code sec.

VIII div. 1 sebagai berikut:

- Longitudinal hub stress

- Radial stress

- Tangential stress

8

a. Longitudinal hub stress

Longitudinal hub stress (SH) adalah tegangan lengkung yang besarnya

bervariasi tergantung dari besar ketebalan sebuah hub yang letaknya dapat

diilustrasikan pada Gambar 2.6. Singh dan Soler (p125) mendiskripsikan bahwa

tegangan ini sebagai pokok dari tegangan lengkung dengan tegangan maksimum

yang selalu berada pada kaki tangan dari sebuah hub. Paulin (2003)

mengindikasikan bahwa besarnya maximum longitudinal hub stress bisa mencapai

2 kali besar yield stress material pada daerah ini. (Brett C Taylor , 2004)

Gambar 3.6 Longitudinal hub stress

( Brett C Taylor, October 2004.)

b. Radial dan tangential stress

Radial stress (SR) dan tangential stress (ST) adalah tegangan yang berada pada

daerah yang diilustrasikan pada Gambar 2.7.

Singh dan Soler (p125) mendiskripsikan radial stress di dalam flange ring

terdiri dari dua komponen, bending stress dikarenakan adanya radial bending

moment dan membrane stress dikarenakan pembebanan dipermukaan pada inside

diameter. Waters et al. mendemonstrasikan tegangan maksimum selalu terjadi pada

inside diameter dari ring.

Singh dan Soler (p125-126) juga mengindikasikan bahwa tangential stress

yang terjadi di ring dikarenakan dua bagian, yaitu bending stress disebabkan oleh

circumferential bending moment dan circumferential stress karena membrane

stress menerima beban pada permukaan inside diameter. Waters et al.

mendemonstrasikan bahwa tegangan maksimum selalu terjadi pada inside diameter

9

dari ring. Besarnya maximum radial and tangential stresses yang diperbolehkan

adalah 1,0 kali yiled stress material. (Brett C. Taylor, 2004)

Gambar 3.7 Daerah radial dan tangential stress

( Brett C Taylor ,October 2004.)

2.2.4. Support

Support digunakan pada sebuah pressure vessel agar dapat berdiri.

Pengunaan support tergantung pada ukuran dan orientasi vessel itu sendiri. Support

harus kuat untuk menopang beban vessel maupun harus kuat untuk menahan

terpaan angin ataupun gempa. Support dapat berupa skirt, leg ataupun lug support

yang digunakan pada vertical vessel dan berupa saddle pada horizontal vessel

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9.

Gambar 3.8 Leg support

(Megyesy, 1998)

10

Gambar 3.9 Saddle design

(Megyesy, 1998)

2.2.5. Lifting lug

Untuk mengangkat sebuah horizontal pressure vessel maka dibutuhkan

lifting lug yang dilas pada dinding pressure vessel. Sudut angkat maksimal adalah

sebasar 450. Dimensi lifting lug berdasarkan beratnya dapat diperoleh dari tabel.

Gambar 2.10 merupakan bentuk dari lifting lug.

Gambar 3.8 Lifting lug

(Megyesy, 1998)

3.3 Software HTRI Xchanger Suite 6.0

HTRI Xchanger merupakan suatu perangkat lunak (software) yang

digunakan untuk mensimulasikan desain dan rating dari sebuah heat exchanger

(Gambar 2.11), seberapa mampu sebuah heat exchanger dapat memindahkan panas

dapat diketahui melalui software HTRI.

11

Gambar 2.11 Output Software HTRI Xchanger Suite 6.0

3.4 Software PV Elite 2015

PV Elite 2015 merupakan suatu perangkat lunak (software) yang digunakan

dalam merancang sebuah pressure vessel agar lebih mudah. Software ini memuat

aturan - aturan yang digunakan oleh ASME dalam pembuatan suatu pressure vessel,

seperti pada Gambar 2.12. Software ini hanya untuk merancang dan perhitungan

ketebalan tetapi tidak untuk menganalisa tegangan yang terjadi.

3.Gambar 3.12 Software PV Elite 2015

3.5 Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga adalah metoda numerik untuk mendapatkan

pendekatan solusi dari masalah praktis dalam analisa ilmiah antara lain masalah

dalam bidang mekanika struktur, perpindahan panas, mekanika fluida dan banyak

12

lagi. Untuk mendapatkan permodelan yang mendekati kondisi sebenarnya, setiap

elemen diberikan kondisi batas. Kondisi batas dapat berupa parameter pembebanan,

sifat material, atau kondisi lingkungan. Sebagian model memiliki kondisi-kondisi

tertentu yang membatasi perhitungan. Untuk analisa metode elemen hingga

menggunakan software ANSYS. Seperti pada Gambar 2.13 dibawah ini.

Gambar 3.13 Software ANSYS

3.6 Teori Tegangan

Setiap material adalah elastis pada keadaan alaminya. Karena itu jika gaya

luar bekerja pada benda, maka benda tersebut akan mengalami deformasi. Ketika

benda tersebut mangalami deformasi, molekulnya akan membentuk tahanan

terhadap deformasi. Tahanan ini per satuan luas yang dikenal dengan istilah

tegangan. Secara matematik, tegangan bisa di definisikan sebagai gaya per satuan

luas sehingga satuannya N/m2 atau Pa. Secara matematis ditulis :

𝜎 =𝑃

𝐴 (2.1)

Dimana P = beban atau gaya yang bekerja pada benda (N)

A = luas penampang melintang benda (m2)

Pada sistem SI, satuan tegangan adalah pascal (Pa) yang sama dengan 1 N/m2 .

Pada konsep tegangan dan regangan ada faktor yang perlu diperhatikan

terutama pada saat melakukan desain sebuah kontruksi. Faktor tersebut adalah

faktor keamanan. Faktor keamanan adalah angka yang menjamin agar benda yang

dipakai atau yang direncanakan dalam kondisi aman.

13

Pada ASME Boiler and Pressure Vessel Code mengharuskan perbandingan

ultimate pressure terhadap maximum design pressure yang diinginkan minimum

3.5 dengan menggunakan persaman ultimate pressure oleh Walter J. Sparko (2000)

sebagai berikut:

𝑃 = 𝑡 𝑥 𝑇𝑆 / 𝑅

Kemudian untuk perhitungan safety factor nya menggunakan persamaan

𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒

𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 ≥ 3,5

Safety factor yang terjadi harus lebih dari atau sama dengan 3,5 berdasarkan

perhitungan software maupun pada perhitungan manual agar pressure vessel dapat

dikatakan aman

3.7 Teori Kegagalan Energi Distorsi Maksimum

Dengan suatu pengetahuan hanya pada pada tegangan yield dari suatu

material, teori kegagalan ini memprediksikan “ductile yielding” dibawah suatu

kombinasi pembebanan, dengan akurasi lebih baik daripada teori-teori kegagalan

lainnya. Teori kegagalan ini (Maximum Distorsion Energy Theory) diusulkan

pertama kali oleh M.T Hueber (194) kemudian diperbaiki dan diperjelas oleh R.

Von Mises (1913) dan oleh H. Hecky (1925), teori kegagalan ini lebih sering

dikenal dengan teori kegagalan Von Misses saja.

Teori kegagalan ini dianalisa pertama melalui tegangan oktahedral, dengan

menggunakan persamaan:

𝜏𝑜𝑐𝑡 = 1/3 [(𝜎𝑥 − 𝜎𝑦)2

+ (𝜎𝑦 − 𝜎𝑧)2

(𝜎𝑧 − 𝜎𝑥)2 + 6(𝜏𝑥𝑦2 + 𝜏𝑦𝑧

2 + 𝜏𝑧𝑥2 )]

1/2

(2.2)

Sehingga disebut teori kegagalan tegangan geser oktahedral maksimum

yang menyatakan bahwa kerusakan akan terjadi karena tegangan geser oktahedral

maksimum yang terjadi melebihi harga limit yang diketahui dari hasil tes tarik

material standar dengan beban uniaksial.

14

Dengan menggunakan persamaan (2.2), tegangan geser oktahedral untuk tes

tarik uniaksial (dimana hanya ada 𝜎1 atau 𝜎𝑥, dan sumbu x juga merupakan

sumbu prinsipal 1) adalah:

𝜏𝑜𝑐𝑡 =√2

3𝜎1 (2.3)

Karena dari hasil tes tarik, data yang ada adalah tegangan yield σy, maka tegangan

geser oktahedral material didapat:

𝜏𝑜𝑐𝑡(𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡) =√2

3𝑆𝑦 (2.4)

Persamaan (2.4) ini disubtitusikan ke persamaan (2.2) dengan menganggap sumbu

x sebagai sumbu prinsipal 1, sumbu y sebagai sumbu prinsipal 2, dan sumbu z

sebagai sumbu prinsipal 3 serta tegangan geser 𝜏𝑥𝑦, 𝜏𝑥𝑧, 𝜏𝑧𝑥 = 0 sehingga:

√2

3𝑆𝑦 = 1/3[(𝜎1 − 𝜎2)2 + (𝜎2 − 𝜎3)2+(𝜎3 − 𝜎1)2]1/2 (2.5)

𝑆𝑦 =√2

2[(𝜎1 − 𝜎2)2 + (𝜎2 − 𝜎3)2+(𝜎3 − 𝜎1)2]1/2 (2.6)

Persamaan (2.6) menunjukkan bahwa kombinasi dari tegangan prinsipal 1

yang sesuai sistem sumbu x, tegangan prinsipal 2 yang sesuai sistem sumbu y, dan

tegangan prinsipal 3 yang sesuai sistem sumbu z, akan menimbulkan kerusakan

pada material bila tegangan disebelah kanan melebihi harga tegangan yield dan

material. Tegangan sebelah kanan ini disebut tegangan ekuivalen 𝜎𝑒 dimana:

𝜎𝑒 =√2

2[(𝜎1 − 𝜎2)2 + (𝜎2 − 𝜎3)2+(𝜎3 − 𝜎1)2]1/2 (2.7)

Selanjutnya, dengan mengambil angka keamanan N, maka:

𝜎𝑒 ≤𝑆𝑦

𝑁 (2.8)

Dimana:

𝜎𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎𝑙 = 𝜎1

𝜎𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝜎2

𝜎𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑙 = 𝜎3

Perhitungan dinyatakan benar jika 𝜎𝑣𝑜𝑛 𝑚𝑖𝑠𝑠𝑒𝑠 hampir mendekati 𝜎𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛

15

2.8 Chemical Process Calculation

Pada fundamental awal proses design sebuah heat exchanger, dibutuhkan

pengetahuan khusus terhadap Chemical Process. Maka dari itu digunakanlah

beberapa Fundamental Chemical Process sebagai panduan alur dalam

penghitungan kebutuhan heat transfer, data yang di dapat dari PT TPPI berupa

spesifikasi dari fluida yang dapat dilihat pada lampiran.

Pada lampiran tersebut berisikan data-data fluida yang akan diproses pada

heat exchanger, keterangan fluida yang terlampir meliputi berbagai hal seperti

weight flow, specific heat , conductivity, vapor fraction, viscosity, density dll, yang

akan di hitung sesuai fundamental chemical process.

2.9 Penelitian Terdahulu

Sebagai perbandingan dalam penelitian dan sebagai referensi penelitian

yang akan dijalani, disini telah terkumpul beberapa jurnal ataupun penelitian yang

memiliki korelasi terhadap penelitian ini yang dapat dilihat pada Tabel 2.1

Penelitian tentang heat exchanger sebelumnya pernah dilakukan oleh

beberapa peneliti, namun ada beberapa aspek dan faktor yang sekiranya belum

sering dijumpai dalam penelitian yang sejenis, dalam hal ini posisi Heat exchanger

yang vertical, tipe heat exchanger AES memiliki porsi perhitungan yang berbeda

dengan penelitian lainnya.

16

Tabel 2.1 Penelitian Serta Jurnal Terdahulu

Peneliti Judul Penelitian Tujuan Penelitian Hasil Penelitian

Mo

kh

amm

ad I

bn

u K

hu

sna

S.S

T

( P

oli

tek

nik

Per

kap

alan

Neg

eri

Su

rab

aya)

Des

ain

sh

ell

an

d t

ub

e h

eat

exch

an

ger

men

ggu

nak

an s

oft

wa

re P

V E

lite

dan

an

alis

a

teg

ang

ann

ya

men

ggu

naa

n m

eto

de

elem

en h

ingg

a Mengetahui Stress

Maksimum dari sebuah

Heat Exchanger dengan

menggunakan PV Elite

2015 dan Ansys

1. Hasil thickness antara PV

Elite dengan perhitungan

manual terdapat sedikit margin

2. Hasil maksimum Stress

menggunakan von misses

didapati sedikit margin

3. Hasil safety factor terkecil

adalah 9

Dik

i H

adi

Pra

tam

a S

.ST

( P

oli

tek

nik

Per

kap

alan

Neg

eri

Su

rab

aya)

Des

ain

dan

an

alis

is b

ejan

a te

kan

un

tuk

dru

m k

on

den

sat 1. Merancang sebuah

bejana tekan berdasarkan

ASME Section VIII divisi

1.

2. Mengetahui performa

dari rancangan bejana

tekan dengan simulasi

metode elemen hingga

serta faktor keamanannya.

3. Mengetahui penerapan

teori kegagalan pada

rancangan yang diusulkan

serta faktor keamanannya.

1. Mendapatkan hasil drawing

yang sesuai standart ASME

VIII divisi 1.

2. Dari analisis Ansys

didapatkan faktor keamanan

sebesar 3.41

3. Penghitungan tegangan

maksimum secara manual dan

Ansys memiliki selisih sebesar

0,19%

17

2.10 Perbandingan heat exchanger vertical dengan horizontal

Sebagai perbandingan berikut adalah kutipan dari beberapa karakteristik

dari vertical dan horizontal heat exchanger

a. Vertical condenser.

Downflow vertical condenser adalah dimana vapor masuk dari atas condenser

dan mengalir kebawah melalui tube. Condensate turun di dalam tube yang

menggunakan gaya gravitasi dan vapor induced shear. Aliran dua phase lebih

disarankan menggunakan vertical tube. Annular film terbentuk di dinding

tube dan mengalir turun diakibatkan adanya gaya gravitasi, mengalir dan

mengisi cross-section hanya pada ujung pipa dan

memastikan proses kondensasi yang lebih baik di sepanjang bagian utama

pipa. Condensate mengalir dengan kecepatan yang lebih baik, mengurangi

fouling dan corrosion effect seiring tingginya HTCs. Pada kualitas yang sama,

kecepatan yang lebih tinggi ( karena gravitasi ) menyebabkan lapisan film

yang lebih tipis sehingga memiliki thermal resistance yang lebih rendah

disertai turbulence yang lebih tinggi yang diilustrasikan pada Gambar 2.14

berikut

.

Gambar 2.14 Lapisan liquid pada vertical tube.

b. Horizontal condenser

Kondensasi bisa terjadi di dalam maupun luar tube. Kondensasi di dalam tube

biasanya didinginkan dengan udara. Kerugian utama dari tipe horizontal

18

adalah cenderung memakai tube-side. Maka dari itu ke-efektifitasan heat

transfer co-efficient akan berkurang sekali. Kondensasi pada horizontal tube

sangat dipengaruhi oleh flow pattern, dimana dapat bervariasi mulai dari

annular ke stratified ( gambar 2.15 ) tanpa menghindari adanya slug-plug.

Dalam mendefinisikan interval mass fluxes dan kualitas, faktanya

kemungkinan adanya arus balik sangat konkret, disebabkan karena ombak

besar yang membasuh bagian atas tube, arus balik bisa menginduksi begitu

juga dengan mechanical dan thermal fatigue akan menjadi problem di

horizontal condenser.

Gambar 2.15 Lapisan liquid pada horizontal tube

19

4 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Diagram Alur Penelitian

Untuk memenuhi tujuan penelitian yang telah diuraikan sebelumnya,

langkah penyelesaian menggunakan metodologi seperti pada Gambar 3.1 berikut:

Studi Literatur

Perancangan Vessel

menggunakan sofware PV Elite

2015

Finite Element Analisys

menggunakan software

Perancangan Vessel

menggunakan perhitungan

manual sesuai ASME VIII

Selesai

Ya

Validasi

Max Stress

Mula

i

Gambar 4.1 Diagram alir

Merancang Dimension dengan perhitungan

manual disertai simulasi HTRI

Validas

i Ya

Tidak

Data sheet

Tidak

20

3.2 Identifikasi dan Perumusan Masalah

Identifikasi, perumusan masalah dan tujuan penelitian dilakukan pertama

kali agar penelitian terarah dan selalu terfokus. Permasalahan yang diangkat dalam

penelitian ini, seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, adalah

merancang sebuah shell and tube heat exchanger dengan menggunakan software

HTRI Xchanger Suite 6.0, PV Elite 2015 dan analisa tegangan menggunakan

metode elemen hingga.

3.3 Studi Literatur

Pentingnya studi literatur adalah untuk memberikan dasar, acuan ataupun

wacana bagi peneliti dalam peyelesaian masalah sehingga tercapai tujuan yang

telah dirumuskan sebelumnya. Studi literatur dilakukan untuk mengumpulkan

semua informasi yang berkaitan dengan penelitian yang dikakukan dengan cara

mengumpulkan berbagai sumber pustaka yang berhubungan dengan penelitian.

3.4 Pengumpulan Data

Tahap ini adalah tahap dimana akan dikakukan pengumpulan data-data yang

akan dijadikan acuan dalam pembuatan shell and tube heat exchanger. Data yang

diperlukan diambil dari buku, internet dan data dari tempat OJT mahasiswa yang

mengerjakan tugas akhir ini yaitu PT Trans Pacific Petrochemical Indotama Tuban.

3.4.1 Data utama

Data utama digunakan sebagai acuan dasar dalam pembuatan pressure

vessel shell and tube heat exchanger yang sebagaimana tercantum pada lampiran

A, data awal yang digunakan adalah UOP dari heat exchanger yang akan di desain,

UOP ini berisi tentang spesifikasi fluida yang mengalir, mulai dari properties fluida

hingga komponen penyusun fluida tersedia dalam data utama.

Setelah semua data terkumpul maka akan dilakukan pengecekan dan

pengoreksian data yang dapat dan mudah dipelajari agar lebih mudah dipahami.

3.5 Perancangan Dimensi

3.5.1 Perancangan shell and tube heat exchanger dengan menggunakan software

HTRI Xchanger Suite 6.0

21

Setelah pengumpulan data komposisi fluida , maka selanjutnya adalah

perhitungan rating dari sebuah heat exchanger untuk menentukan dimensi

shell

a. Pengisian input summary

Hal pertama kali yang harus diisi pada software HTRI adalah input summary.

Sebelum itu kita harus membuat file baru dengan format sesuai jenis heat

exchanger yang akan di desain. Caranya dengan klik File, lalu New case,

kemudian pilih jenis shell and tube seperti pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Pemilihan jenis exchanger

di input summary ini terdapat bagian bagian yang harus diisi meliputi shell

geometry, process condition, tube geometry serta jenis exchanger seperti pada

Gambar 3.3

22

Gambar 3.3 Input Summary

b. Pengisian component fluida

Setelah mengisi input summary maka selanjutnya adalah mengisi fluid

component , dari tabel ini kita dapat memasukkan component penyusun

dari fluida yang masuk dalam heat exchanger yang bisa diisi seperti pada

Gambar 3.4

Gambar 3.4 input Component

23

c. Report HTRI

Setelah data proses sudah dipenuhi maka selanjutnya adalah running

desain , dengan running desain ini HTRI akan memproses data yang sudah

di input dan membuat sebuah report dari hasil perhitungan software.

Contoh report bisa dilihat pada Gambar 3.5 yang menunjukkan berbagai

spesifikasi, seperti duty, area, overdesign dan lain-lain.

Gambar 3.5 Hasil Report HTRI

3.6 Perancangan Vessel

Dalam perancangan pressure vessel dapat dipermudah dengan penggunaan

software PV Elite. PV Elite dapat mengkalkulasi minimum thickness dari pressure

vessel yang akan di bangun.

3.6.1 Perancangan shell and tube heat exchanger dengan menggunakan software

PV Elite 2015

Setelah data sheet lengkap maka dilanjutkan dengan perancangan shell and

tube heat exchanger menggunakan software PV Elite 2015 dari awal sampai akhir.

a. Penentuan standar satuan dan code

Untuk memulai menjalankan software tentukan standar satuan dan code

yang akan digunakan. Digunakan satuan internasional (mm) dalam

24

perancangan shell and tube heat exchanger ini. Cara untuk menentukan standar

adalah seperti Gambar 3.6

Gambar 4.6 Satuan

Pada toolbar, pilih unit dan pilih satuan mm.

b. Pemilihan jenis vessel

Tentukan tipe vessel horizontal atau vertical dengan memilih orientasi yang

disediakan software. Karena shell and tube heat exchanger berbentuk

horizontal, maka klik orientation satu kali klik.

c. Pembuatan bolted blind flange

Langkah berikutnya adalah pembuatan bolted blind flange. Berikut langkah-

langkah dalam pembuatan bolted blind flange:

1. Pada toolbar, pada bagian element pilih flange.

2. Pada general input, pilih performance flange calculation.

3. Pada kolom flange type pilih bolted blind flange.

4. Masukkan data yang telah diperoleh dari data sheet seperti jenis

material, internal pressure, external pressure, corrosion allowance,

dimension, dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan bolted blind flange dapat dilihat pada

Gambar 3.7.

25

Gambar 4.7 Bolted blind flange

d. Pembuatan flange 1-n

Langkah berikutnya adalah pembuatan flange. Berikut langkah-langkah

dalam pembuatan flange:

1. Pada toolbar, pada bagian element pilih flange.

2. Pada general input, pilih performance flange calculation.

3. Pada kolom flange type pilih integral weld neck.



dimension, dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan integral weld neck flange dapat dilihat

pada Gambar 3.8

26

Gambar 4.8 Flange

e. Pembuatan channel, shell, dan shell cover

Langkah berikutnya adalah pembuatan channel, shell, dan shell cover.

Berikut langkah-langkah dalam pembuatan channel, shell, dan shell cover:

1. Pada toolbar, pada bagian elements klik cylindrical.

2. Masukkan data yang telah diperoleh dari data sheet seperti jenis material,

internal pressure, external pressure, corrosion allowance,

dimension,dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan channel, shell, dan shell cover dapat

dilihat pada Gambar 3.9.

27

Gambar 4.9 Channel, shell, dan shell cover

f. Pembuatan sphrerical head

Langkah berikutnya adalah pembuatan head. Berikut langkah-langkah

dalam pembuatan elliptical head:

1. Pada toolbar, pada bagian element pilih sphere.

2. Masukkan data yang telah diperoleh dari data sheet seperti jenis material,

internal pressure, external pressure, corrosion allowance, dimension,

dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan elliptical head dapat dilihat pada

Gambar 3.10.

28

Gambar 4.10 Sphericsl head

g. Pembuatan nozzle 1-n

Langkah berikutnya adalah pembuatan nozzle. Berikut langkah-langkah

dalam pembuatan nozzle:

1. Pada toolbar, pada bagian detail pilih nozzle.



dimension, dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan nozzle dapat dilihat pada Gambar 3.11.

29

Gambar 4.11 Nozzle 1-n

h. Pembuatan skirt

Langkah berikutnya adalah pembuatan skirt. Berikut langkah-langkah

dalam pembuatan skirt:

1. Pada toolbar, pada bagian detail pilih skirt.


material, corrosion allowance, dimension, dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan skirt dapat dilihat pada

Gambar 3.12.

30

Gambar 4.12 Skirt

i. Pembuatan lifting lug

Langkah berikutnya adalah pembuatan lifting lug. Berikut langkah-langkah

dalam pembuatan lifting lug:

1. Pada toolbar, pada bagian detail pilih lifting lug.


material, corrosion allowance, dimension, dst.

Ilustrasi langkah-langkah pembuatan lifting lug dapat dilihat pada

Gambar 3.13.

Gambar 4.13 Lifting lug

31

j. Proses kalkulasi

Selanjutnya adalah proses kalkulasi, caranya yaitu pada toolbar, pilih

analyze. Proses ini akan mengkalkulasi vessel yang didesain dengan ASME code

section VIII division 1 dan sekaligus akan keluar kalkulasi seperti perhitungan

manual.

3.6.2 Perancangan shell and tube heat exchanger secara manual berdasarkan

ASME 2013 section VIII division 1.

Setelah dirancang menggunakan software, shell and tube heat exchanger

dirancang secara manual dengan berdasar ASME 2013 section VIII division 1 untuk

membandingkan dan memverifikasi antara perhitungan software dengan

perhitungan manual.

3.7 Analisa Tegangan

Setelah proses perancangan selesai maka dilanjutkan ke tahap selanjutnya,

yaitu analisa tegangan menggunakan metode elemen hingga yang dibantu dengan

software ANSYS untuk mengetahui tegangan maksimal yang terjadi. Apabila

tegangan yang terjadi melebihi tegangan yang diizinkan maka desain tersebut tidak

aman dan akan dilakukan desain ulang.

Tahap-tahap analisa dengan software ANSYS dapat dilakukan dengan

langkah berikut:

1. Import gambar

Import gambar adalah tahap pemindahan gambar dari software

AutoCAD agar bisa dibuka dan dianalisa kedalam software ANSYS.

2. Tahap pemilihan skema analisa.

Setelah gambar yang akan dianalisa pada ANSYS selesai di import,

tahap berikutnya adalah pemilihan analysis system. Kotak dialog yang berisi

pilihan sistem muncul pada halaman depan ANSYS. Kemudian sistem ini

yang akan digunakan di drag ke kotak kosong sebelah kanan yang kemudian

akan diberi input sesuai jenis analisa yang akan digunakan.

32

3. Input material properties

Bagian ini merupakan lanjutan dari bagian pemilihan skema analisa,

setelah itu pilih skema yang berjudul static structural, akan muncul tabel

dengan kolom-kolom yang salah satunya berisi engineering data dari link

kolom tersebut dapat memasukkan data properties material yang digunakan

sesuai dengan material yang diinginkan.

4. Meshing

Proses meshing merupakan pembagian part yang akan dilakukan

simulasi menjadi bagian yang terkecil, yang mana bertujuan untuk

mengetahui kondisi pada setiap bagian tersebut seperti pada kondisi

sebenarnya.

5. Penentuan boundary condition

Pada proses ini dilakukan penentuan bagian yang akan menerima

pressure dan gaya.

6. Solution

Bagian terakhir dari analisa menggunakan software adalah

mendapatkan nilai tegangan pada desain vessel. Hasil yang berupa tegangan

seperti pada Gambar 3.14 bisa dilihat melalui ikon equivalent stress untuk

mengetahui nilai minimum dan maksimum equivalent stress.

Gambar.3.14 Analisa tegangan

33

3.8 Gambar Sistem

Gambar sistem dibutuhkan demi memudahkan pengerjaan, sebagai

gambaran awal seperti apa nantinya sistem akan dibangun, pada Gambar 3.15

menggambarkan sistem yang terjadi pada proses pengerjaan sedangkan pada

Gambar 3.16 adalah bentuk fisik dari heat exchanger.

Gambar 3.15 Sistem pengerjaan

Gambar 3.16 Desain dan letak nozzle

34

..

35

5 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Data Desain Heat Exchanger

Data desain yang digunakan pada heat exchanger berisi data yang digunakan

untuk acuan desain awal untuk menentukan luasan area heat transfer. Tabel 4.1 dan

Tabel 4.2 dibawah ini berisi data spesifikasi heat exchanger dan spesifikasi liquid.

Tabel 4.1 Data Spesifikasi Heat Exchanger

No. Spesifikasi Nilai Satuan

1 ID 2100 mm

2 Baffle Spacing 500 mm

3 Baffle Cut 30 mm

4 Tube Length 18000 mm

5 Tube OD 31.75 mm

6 Pitch 38.1 mm

7 Tube Thickness 3.404 mm

8 Layout Angle 30 Derajat

9 Tubepass 1

Tabel 4.2 Data Spesifikasi Liquid

No. Spesifikasi Hot Tube Cold Shell Satuan

1 Flow Rate 54.1667 - Kg/s

2 Inlet Y 1 0.03065 Fraction

3 Outlet Y 0.09876 1 Fraction

4 Inlet T 343.3 69.5 C

5 Outlet T 131.9 282.6 C

6 Inlet Pressure 25 30 Kgf/cm2

7 Fouling Resistance 0.000258 0.000344 m2.K/W

8 Density 31.15 699.6348 Kg/m3

9 Heat Capacity 2.948 2.301 J/kg.K

10 Viscosity 0.0000144 0.000338453 N.s/m2

11 Thermal Conductivity 0.076443 0.1234 W/m.K

12 Fouling Shell coefficient 2500 W/m.K

13 Fouling Tube Coeffient 2500 W/m.K

36

5.2 Perhitungan Dengan HTRI

Untuk validasi manual calculation, maka digunakan software HTRI untuk

mengetahui deviasi error pada manual calculation sekaligus menjamin hasil dari

manual calculation.

5.2.1 Input Summary

Data yang sudah dihitung menggunakan manual calculation dapat

diverifikasi menggunakan software HTRI dimulai dari mengisi input summary

yaitu input data heat exchanger secara umum seperti pada Gambar 4.1 berikut.

Gambar 4.1 Input Summary

5.2.2 Input Liquid Properties

Liquid memiliki berbagai variasi properties karena bergantung pada suhu

(lampiran UOP), maka dari itu demi akuratnya hasil simulasi maka dicantukan

beberapa profil suhu agar software sendiri dapat mengolah data secara lebih akurat

seperti pada Gambar 4.2 berikut.

37

Gambar 4.2 Input Properties Berdasarkan Suhu

5.2.3 Output Summary

Output summary berisikan data heat exchanger secara keseluruhan dimana

bisa diketahui hasil area actual berdasarkan simulasi software serta overdesign

yang terjadi adalah 5,18%. Data tersebut bisa di lihat di output summary HTRI

seperti pada Gambar 4.3 berikut.

Gambar 4.3 Output Summary

5.3 Perhitungan Manual Luas Heat Transfer

Perhitungan ini ditujukan untuk menentukan luasan area heat transfer yang

akan digunakan untuk menentukan jumlah dan panjang dari tube yang berisikan hot

liquid.

38

A. Perhitungan Flow Rate

Perhitungan flow rate ini dibutuhkan untuk menentukan seberapa banyak volume

liquid yang dialirkan dalam satuan waktu.

𝑣𝑇 =𝑚𝑇(

𝑁𝑝

𝑁𝑡)

𝜌(𝜋𝑑𝐼

2

4)

(4.1)

𝑣𝑇 =54.167(

1

2349)

600.04778(𝜋 𝑥 0.0249422

4)

𝑣𝑇 = 0.07862𝑚

𝑠

B. Menghitung Reynold

Setelah mendapat kecepatan aliran fluida maka selanjutnya adalah perhitungan

reynold berdasarkan diameter dalam dan luasan area dalam tube.

𝑅𝑒 =𝜌𝑣𝑇𝑑𝐼

𝜇 (4.2)

𝑅𝑒 =600.04778 𝑥 0.07862 𝑥 0.024942

0.000205345

𝑅𝑒 = 5730.2254

C. Menghitung Heat Transfer Coefficient Tube

Dengan sudah diketahuinya reynold number dan kecepatan aliran fluida maka

sekarang saatnya untuk menghitung heat transfer coefficient yang berada pada

dalam tube

𝐾ℎ𝑇4 = 0.024 𝑘

𝑑𝐼𝑃𝑟0.4(

𝜌𝑑𝐼

𝜇)0.8 (4.3)

ℎ𝑇 = 𝐾ℎ𝑇4𝑣𝑇0.8 (4.4)

𝐾ℎ𝑇4

= 0.0240.1234

0.024942𝑥 (

2590 𝑥 0.0002053

0.1234)0.4(

600.04778 𝑥 0.024942

0.000205345)0.8

𝐾ℎ𝑇4 = 1653.780683

ℎ𝑇 = 1653.780 𝑥 0.078620.8

ℎ𝑇 = 216.22649 W. 𝑚2/ K

39

D. Menghitung Overall Heat Transfer

Setelah mengetahui heat coefficient dari hot tube maka kita baru bisa

menghitung overall heat transfer.

𝑄 = 𝑚𝑇𝐶𝑃𝑇∆𝑇𝑇 (4.5)

𝑄 = 54,167 𝑥 2590 𝑥 (343 − 132)

𝑄 = 29601993.13 𝑊

E. Menghitung Flowrate Cold Liquid

Setelah mengetahui heat transfer coefficient dari hot liquid barulah kita bisa

menghitung Volume dan kecepatan flow dari cooling liquid.

𝑉 = 𝑄

𝐶𝑃𝑇𝑥∆𝑇𝑇 (4.6)

𝑉 = 29601993.13

2301𝑥(282 − 69.5)

𝑉 = 60.5475 𝐾𝑔/𝑠

𝑣𝑠 = 𝑚𝑠

𝜌𝐵((𝐷𝑠−𝐷𝐵)+((𝐷𝐵−𝑑0)(𝜌𝑇−𝑑0)

𝑃𝐶𝐹𝑥𝑃𝑇) (4.7)

𝑣𝑠 = 60.5475

699.63 𝑥 0.5((0,08295) + ((1.9853)𝑥(0.00635)

1 𝑥 0.0381)

𝑣𝑠 = 0.41824 𝑚/𝑠

F. Menghitung Reynold Number pada Shell

Setelah flowrate dari liquid yang mengalir di shell telah di hitung, maka sekarang

saatnya menentukan Reynold liquid yang terjadi di dalam shell

𝑅𝑒 =𝜌𝑣𝑆𝑑0

𝜇 (4.8)

𝑅𝑒 =699.634897 𝑥 0.41824 𝑥 0.03175

0.000338453

𝑅𝑒 = 27450.24269

40

G. Menghitung Shell Side Heat Transfer Coefficient

Heat transfer coefficient pada shell side perlu dihitung agar bisa menghitung

overall heat transfer yang terjadi pada shell sesuai aliran fluida dan Reynold pada

shell side

𝐾ℎ𝑆4 = 0.08947𝐹𝑝𝐹𝐿𝐽𝑆𝑘2/3𝑐𝑝

1/3𝜌0.6633

𝜇0.33𝑑00.3367𝐵𝐶

0.5053 (4.9)

𝐾ℎ𝑆4 = 0.089471 𝑥 0.8 𝑥 1 𝑥 0.123392/32301

1/3699.63480.6633

0.00033850.33𝑑0.031750.33670.350.5053

𝐾ℎ𝑆4 = 1339.310063

ℎ𝑆 = 𝐾ℎ𝑆4𝑣𝑆0.6633 (4.10)

ℎ𝑆 = 1339.31 𝑥 0.418240.6633

ℎ𝑆 = 751.23398 𝑊/𝑚2𝐾

Dengan konstanta 𝐹𝑝 sebesar 1, 𝐹𝐿 0,8 dan J sebesar 1 maka didapatkan hasil

akhir ℎ𝑆 = 751.23398 𝑊/𝑚2𝐾

H. Menghitung Overall Heat Transfer Coefficient

Overall heat transfer coefficient adalah heat transfer pada liquid yang ada di

shell serta delta Tlm

1

𝑈=

1

ℎ𝑆+

1

ℎ𝑆𝐹+

𝑑0

2𝑘ln(

𝑑0

𝑑𝐼) +

𝑑01

𝑑𝐼ℎ𝑇𝐹+

𝑑01

𝑑𝐼ℎ𝑇 (4.11)

1

𝑈=

1

751.234+

1

2500+

0.03175

2𝑥44ln(

0.03175

0.024942) +

0.03175𝑥1

0.024942𝑥2500

+0.03175𝑥1

0.024942𝑥216.226

1

𝑈= 0.008214528

𝑈 = 121.73554 𝑊/𝑚2𝐾

∆𝑇𝐿𝑀 =(343−282)−(132−69.5)

𝐿𝑁(343−282)

(132−69.5)

(4.12)

∆𝑇𝐿𝑀 = 61.7469 𝐶𝑒𝑙𝑐𝑖𝑢𝑠

41

I. Menghitung FT factor

𝑅 =𝑇𝐻1−𝑇𝐻2

𝑇𝐶2−𝑇𝐶1 (4.13)

𝑅 =343 − 132

282 − 69

𝑅 = 0.992941

𝑃 =𝑇𝐶2−𝑇𝐶1

𝑇𝐻1−𝑇𝐻2 (4.14)

𝑃 =282 − 69

343 − 132

𝑃 = 0.7769

𝐹𝑇 =√𝑅2+1 𝑥 ln (

(1−𝑃)

1−𝑅𝑃)

(𝑅−1)ln (2−𝑃(𝑅+1−√𝑅2+1)

2−𝑃 (𝑅+1+√𝑅2+1)

(4.15)

𝐹𝑇 = 0.99946

Dengan P dan R sesuai kalkulasi diatas maka didapati factor correction sebesar

0.99946.

J. Menghitung Required Area dan Actual Area

𝐴 =𝑄

𝑈∆𝑇𝐿𝑀𝐹𝑇 (4.16)

𝐴 =29601993.1

121.7355 𝑥 61.7469 𝑥 0.99946

𝐴 = 3940.2387 𝑚2

K. Menghitung Actual Area

𝐴 = 𝑁𝑇𝜋𝑑0𝐿 (4.17)

𝐴 = 2349 𝑥 𝜋 𝑥 0.03175 𝑥 18

𝐴 = 4215.30399 𝑚2

Dengan actual area lebih besar dari required area maka desain sudah memenuhi

syarat dengan over design sebesar

(𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑎𝑙 𝐴𝑟𝑒𝑎 − 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 𝐴𝑟𝑒𝑎)

𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑥 100 = 6,98 % (4.18)

Dari hasil overdesign HTRI sebesar 5,18 % maka jika dibandingkan dengan

overdesign perhitungan manual sebesar 6,98 % akan didapati margin of error

sebesar

𝑀𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛 𝑜𝑓 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 6,98 – 5,18 (4.19)

𝑀𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛 𝑜𝑓 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 1,80 %

42

5.4 Perhitungan Manual Pressure Vessel

Data desain dimensi merupakan spesifikasi utama yang digunakan untuk

merancang pressure vessel. Tabel 4.3 di bawah ini berisi data desain dari pressure

vessel secara umum. Dalam perhitungan manual terhadap beberapa aturan yang

tertuang dalam sebuah code standard yang harus dipatuhi. Untuk merancang

sebuah pressure vessel tersebut adalah ASME BPVC Section VIII Div. 1 tahun 2017.

Karena cakupan sebuah code yang cukup luas, diperlukan referensi tambahan

berupa buku berjudul Pressure Vessel Handbook tulisan Eugene F. Megyesy untuk

memudahkan pengerjaan. Pressure vessel ini dibangun menggunakan material SA-

516 Grade 60 , dikarenakan material ini memiliki allowable pressure sebesar 15000

psi dan memiliki range suhu operasi yang luas mulai dari -20 oF hingga 1000 oF

serta penggunaan material yang fleksibel menjadikan SA-516 Grade 60 mudah

ditemukan di pasaran dan harganya pun relative lebih murah.

Tabel 4.3 Data Desain PV

No. Spesifikasi Notasi Nilai Satuan

1 Design Pressure P 554,934 psig

2 Design Temperature T 650 oF

3 Estimated Capacity V 67000 liter

4 Shell Length (tan – tan) L 708.661 inches

5 Diameter D 82.677 inches

6 Corrosion Allowance CA 0.125 inches

7 Liquid Density ρ 699.6348 kg/m3

Material Stress Value

8 Shell (SA 516-60) S 15000 psi

9 Shperical Head (SA 516-60) S 15000 psi

10 Nozzle (SA 106 Gr. B) S 17114 psi

11 Reinforcing Pad (SA 516-60) S 20015 psi

12 Skirt (SA 516-60) S 15000 psi

13 Wear Plate S 20015 psi

14 Elastic Modulus E 29000000 psi

15 Joint Efficiency (RT-1) E 1

43

5.4.1 Internal Pressure

Pada perhitungan tebal shell dan head pada laporan tugas akhir ini

berdasarkan pressure vessel handbook – Eugene F. Megyesy dan juga ASME sec

VIII div. 1 dan diketahui data perhitungan sebagai berikut:

- Tekanan desain P = 568,934 psi

- Jari-jari dalam R = 41,3385 in

- Diameter dalam D = 82,67717 in

- Joint efficiency E = 1

- S Material 516 gr 60 pada 650 oF = 15000 psi

A. Perhitungan Head

Jenis head yang digunakan pada vessel ini adalah tipe spherical head

dimana bentuknya menyerupai setengah bola yang bisa dilihat pada Gambar 4.4

berikut.

Gambar 4.4 Spherical Head

𝑡𝑐𝑎𝑙 = 0,789 + 𝐶𝐴 = 0,914 𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑠

Jadi ketebalan plat yang akan dipakai adalah

𝑡𝑢𝑠𝑒𝑑 = 𝑡𝑐𝑎𝑙 𝑥 16 = 0,914 𝑥 16 = 14,629 mm

𝑡𝑢𝑠𝑒𝑑 =15

16= 0,935 𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑠

𝑡𝑐𝑎𝑙 = 𝑃𝑅

2𝑆𝐸 −0.2𝑃=

568,934 𝑥 41,3385

2 𝑥 15000 𝑥 1−0,2 𝑥 568,934= 0.789 𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑠 (4.20)

44

B. Perhitungan Shell

Shell yang digunakan adalah tipe Cylindrical Shell seperti pada Gambar 4.5

berikut.

Gambar 4.5 Cylindrical Shell

𝑡𝑐𝑎𝑙 = 1,609 + 𝐶𝐴 = 1,734 𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑠

Jadi ketebalan plat yang akan dipakai adalah

𝑡𝑢𝑠𝑒𝑑 = 𝑡𝑐𝑎𝑙 𝑥 16 = 1,609 𝑥 16 = 27,748 mm

𝑡𝑢𝑠𝑒𝑑 =28

16= 1,75 𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑠

5.4.2 External Pressure Shell

Ketentuan ini di atur dalam ASME BPVC Section VIII Div. 1 UG-28 yang

berfungsi untuk memastikan ketebalan dinding dapat mengatasi tekanan dari luar

bejana tekan. Langkah – langkah perhitungan external pressure adalah sebagai

berikut:

A. Shell

1. Hitung L/Do dan Do/t

𝐿

𝐷𝑜=

708,661

86,177= 8,543 in (4.22)

dan

𝐷𝑜

𝑡=

86,17

1,75= 49,244 in (4.23)

𝑡𝑐𝑎𝑙 = 𝑃𝑅

𝑆𝐸 −0.6𝑃=

568,934 𝑥 41,3385

15000 𝑥 1−0,6 568,934= 1,609 𝑖𝑛𝑐ℎ𝑒𝑠 (4.21)

45

2. Tentukan nilai faktor A berdasarkan nilai L/Do dan Do/t pada chart Fig-

G yang ada di lampiran B

A = 0.0005

3. Tentukan nilai faktor B berdasarkan nilai faktor A pada chart CS-2

yang ada di lampiran B

B = 6000

4. Karena faktor A jatuh ke kanan ketika di tarik garis di chart faktor B,

maka untuk menghitung kemampuan dinding untuk menahan tekanan

eksternal dapat menggunakan rumus berikut:

Karena bejana tekan ini akan beroperasi pada lingkungan yang memiliki tekanan

atmosferik sebesar 14.7 psi maka kemampuan dinding yang bisa menahan tekanan

eksternal 162,45 psi dianggap memenuhi kriteria

B. Head

Assume t = 0,935 ( berdasarkan t used pada perhitungan internal )

A = 0,125

𝑅𝑜/𝑡= 0,0026476 (4.25)

A = 0,125

47,211= 0,0026476

Kemudian melihat faktor A berada di sisi kanan (R/Right) (dari Pressure

Vessel Handbook, hal 44) dan didapatkan nilai faktor B sebesar 10000, maka:

𝑃𝑎 =𝐵

𝑅𝑜

𝑡

(4.26)

𝑃𝑎 =1000047,211

0,914

𝑃𝑎 =211,8 psi

Dikarenakan external pressure yang diperlukan hanya 15 psi maka head dengan

tebal 0,914 in dianggap memenuhi kriteria karena dapat menahan eksternal pressure

sebesar 211,8 psi.

𝑃𝑎 = 4𝐵

3(𝐷

𝑡)

= 4 𝑥 6000

3(86,17/1,75)= 162,45 𝑝𝑠𝑖 (4.24)

46

4.4.3 Perhitungan Windload

Ada beberapa perhitungan yang diperlukan akibat beban angin, diantaranya

adalah wind load, shear, moment, required thickness dan maximum deflection.

Perancangan bejana tekan terhadap beban angin mengacu pada standar ASME

Section VIII dengan aspek spesifikasi seperti pada Tabel 4.4 , untuk keterangan

notasi dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Tabel 4.4 Spesifikasi perhitungan windload


1 Velocity Pressure 𝑞𝑧 50 psf

2 Gust Response G 1

3 Shape factor 𝐶𝑓 0,8

4 Projected Area 𝐴𝑓 498,317 𝑓𝑡2

5 Wind Pressure 𝑃𝑊 60 Lb/𝑓𝑡2

6 Lever arm h 34,695 ft

7 Diameter Vessel D 7,181 ft

Gambar 4.6 Keterangan Notasi Pada Wind Load (Megyesy)

A. Menghitung Wind Load

𝐹 = 𝑞𝑍𝐺𝐶𝑓𝐴𝑓 (4.27)

𝐹 = 50 𝑥 1 𝑥 0,8 𝑥 498,317

𝐹 = 19932,71156 𝑙𝑏

B. Menghitung Shear

𝑉 = 𝑃𝑊𝐷𝐻 (4.28)

47

𝑉 = 60 𝑥 7,181 𝑥 69,389

𝑉 = 29899,067 𝑙𝑏

C. Menghitung Moment Pada Base

𝑀 = 𝑃𝑊𝐷𝐻ℎ (4.29)

𝑀 = 60 𝑥 7,181 𝑥 69,389 𝑥 34,694

𝑀 = 1037344,61 𝑓𝑡. 𝑙𝑏

D. Menghitung Aktual Stress pada Base

𝑆 =12𝑀

𝑅2𝜋𝑡 (4.30)

𝑆 =12 𝑥 1037344,61

3,5912𝜋0,5625

𝑆 = 3792,56 𝑝𝑠𝑖

Dengan material SA 516 grade 60 yang memiliki stress allowable 15000 psi,

maka actual stress yang didapat dengan ketebalan plat skirt 0,5625 in hanya

3792,56 psi sehingga ketebalan tersebut dapat digunakan.

E. Menghitung Thickness Minimum

𝑡 =12𝑀

𝑅2𝜋𝑆𝐸 (4.31)

𝑡 =12 𝑥 1037344,61

3,5912 𝑥 𝜋 𝑥 15000 𝑥 1

𝑡 = 0,1422 𝑖𝑛

Dengan momen yang terjadi maka thickness minimum yang didapat adalah

0,1422 in, maka dari itu dengan thickness actual 0,5625 in desain ini bisa

dianggap memenuhi kriteria.

4.4.4 Perhitungan Seismic Load

Perhitungan beban gempa pada laporan ini menggunakan analisis gaya

lateral ekuivalen, berikut ini merupakan data gempa berdasarkan ASME VIII yang

tertera pada Tabel 4.5 serta Tabel 4.6 untuk konstanta.

48

Tabel 4.5 Spesifikasi Perhitungan Seismic


1 Berat total vessel W 351764 Lb

2 Tinggi vessel H 69,389 ft

3 Percepatan gravitasi g 32.2 𝑓𝑡/𝑠2

4 Total shear V 1273,628 Lb

5 Total force seismic at top 𝐹𝑡 75,02 lb

6 Assume Thickness skirt t 0,6 In

7 Diameter Outside D 7,181 ft

8 Weight per Foot w 5956 Lb/ft

Tabel 4.6 Konstanta (megyesy)

No Konstanta Nilai

1 Z 0,3

2 I 1

3 C 0,035

4 𝑅𝑊 2,9

A. Menghitung Periode Vibration

𝑇 = 0,0000265(𝐻

𝐷)2√

𝑤𝐷

𝑡 (4.32)

𝑇 = 0,0000265(69,389

7,181)2√

5956 𝑥 7,181

0,5625

𝑇 = 0,68 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

𝑇𝑎 = 0,80√𝑊𝐻

𝑉𝑔 (4.33)

𝑇𝑎 = 0,80√351764 𝑥 69,389

1273,629 𝑥 32,2

𝑇𝑎 = 19,517 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Dengan perhitungan diatas maka diketahui bahwa periode vibrasi yang

dihasilkan adalah 0,68 detik dimana dengan allowable sebesar 19,517 detik, maka

dengan itu disimpulkan bahwa perhitungan vibrasi dapat diterima.

49

B. Menghitung Shear

𝑉 =𝑍𝐼𝐶

𝑅𝑊W (4.34)

𝑉 =0,3 𝑥 1 𝑥 0,035

2,9 x 351764,087

𝑉 = 1273,628 𝑙𝑏

C. Menghitung Momen Akibat Seismic

𝑀 = 𝐹𝑡𝐻 + (𝑉 − 𝐹𝑡)𝑥 (2𝐻

3) (4.35)

𝑀 = 75,02 𝑥 69,389 + (1273,62 + 75,02)𝑥 (2 𝑥 69,389

3)

𝑀 = 60653,078 𝑙𝑏

𝑀 = 𝐹𝑡𝐻 + (𝑉 − 𝐹𝑡)𝑥 (𝑋 −𝐻

3)

𝑀𝑥 = 75,02 𝑥 69,389 + (1273,62 + 75,02)𝑥 (59,055 −69,389

3) (4.36)

𝑀𝑥 = 48265,889 𝑙𝑏

D. Menghitung Thickness Minimum Akibat Seismic

Berdasarkan perhitungan momen sebelumnya, M lebih besar dibanding Mx

maka dari itu perhitungan thickness akan berdasarkan perhitungan M

Dengan menggunakan rumus berikut

𝑡 =12𝑀

𝑅2𝜋𝑆𝑡𝐸 (4.37)

𝑡 =12 𝑥 60653,078

3,5912 𝑥 𝜋 𝑥 15000 𝑥 1

𝑡 = 0,0083 𝑖𝑛

Karena thickness minimum untuk menahan seismic pada vessel adalah sebesar

0,0083 in, penggunaan thickness sebesar 0,5625 in dianggap memenuhi kriteria.

E. Menghitung Defleksi

Beban yang diakibatkan angin pasti memiliki dampak dan salah satunya adalah

defleksi pada vessel, defleksi yang diijinkan sesuai ASME VIII adalah 4,185 in

untuk vessel dengan ketinggian 69,75 ft

∆𝑀 =𝑃𝑤𝐷1𝐻(12𝐻)3

8𝐸𝐼 (4.38)

50

∆𝑀 =50 𝑥 7,181 𝑥 (12 69,75)3

8 𝑥 29000000 𝑥 150856

∆𝑀 = 0,438 𝑖𝑛

dengan ∆𝑀 Sebesar 0,438 in dengan allowable 4,185 in maka defleksi yang

dihasilkan dianggap memenuhi kriteria.

5.4.5 Perhitungan skirt

Ketebalan pada skirt support dipengaruhi oleh dua hal, yaitu akibat

pengaruh angin, seismic dan juga akibat pengaruh beban karena skirt adalah yang

nantinya menjadi tumpuan untuk sebuah vertical vessel. Berdasarkan data

spesifikasi pada Table 4.7 maka perhitungan skirt adalah sebagai berikut.

Tabel 4.7 Spesifikasi Pada Skirt


1 Outside diameter skirt D 86,177 in

2 Efficiency joint E 1

3 Moment Skirt Joint 𝑀𝑇 1037344,61 ft.lb

4 Outside Radius Skirt R 43,088 In

5 Stress Value Material S 15000 psi

6 Thickness of Skirt t 0,5625 in

7 Weight vessel W 351764,087 lb

𝑡 =12𝑀𝑇

𝑅2𝜋𝑆𝐸+

𝑊

𝐷𝜋𝑆𝐸 (4.39)

𝑡 =12 𝑥 1037344,61

43,0882 𝑥 𝜋 𝑥 15000 𝑥 1+

351764,087

86,177 x 𝜋 𝑥 15000 𝑥 1

𝑡 = 0,508 𝑖𝑛

dengan hasil perhitungan thickness minimum dari skirt sebesar 0,508 in maka

penggunaan skirt sebesar 0,5625 in sudah dapat memenuhi kriteria.

5.4.6 Perhitungan bolt dan basering

Desain pressure vessel ini menggunakan skirt pada bagian support maka dari

itu memerlukan perhitungan basering dan bolt (Gambar 4.7) untuk menahan beban

51

angin, seismic maupun berat vessel itu sendiri berdasarkan spesifikasi pada tabel

4.8 berikut

Tabel 4.8 Spesifikasi Desain Anchor Bolt dan Basering


1 Momen M 1037344,61 ft.lb

2 Area bolt circle Ab 6531,859 sq.in

3 Circumference bolt Cb 286,556 in

4 Number of Bolt N 16

5 Weight Vessel W 351764,081 lb

6 Stress Bolt SA 193 B7 𝑆𝐵 19000 psi

7 Area of Skirt 𝐴𝑆 5835,11 𝑖𝑛2

8 Circumference OD Skirt 𝐶𝑆 270,842 in

9 Area of base ring 𝐴𝑟 2065,849 𝑖𝑛2

10 Width basering l1 5 in

Gambar 4.7 Keterangan Notasi Basering (Megyesy)

A. Perhitungan maximum tension bolt

𝑇 =12 𝑀

𝐴𝐵−

𝑊

𝐶𝐵 (4.40)

𝑇 =12 𝑥 1037344

6531,859−

351764,087

286,556

𝑇 = 678,202 𝑙𝑏/𝑙𝑖𝑛. 𝑖𝑛

52

B. Perhitungan required area bolt

𝐵𝐴 =𝑇𝐶𝐵

𝑆𝐵𝑁 (4.41)

𝐵𝐴 =678,202 𝑥 286,556

19000 𝑥 16

𝐵𝐴 = 0,639 𝑠𝑞. 𝑖𝑛

Dengan penggunaan bolt size 2 in yang memiliki 𝐵𝐴 = 2,300 𝑠𝑞. 𝑖𝑛 maka

kebutuhan 𝐵𝐴 calculated yang hanya 0,639 sq.in dapat terpenuhi.

C. Perhitungan stress pada anchor

𝑆𝐵 =𝑇𝐶𝐵

𝐵𝐴𝑁 (4.42)

𝑆𝐵 =678,202 𝑥 286,556

0,639 𝑥 16

𝑆𝐵 = 5281,072 𝑝𝑠𝑖

Dengan adanya stress pada anchor sebesar 5281,072 psi maka bolt yang

memiliki stress allowable dari material SA 193 B7 sebesar 19000 psi dapat

digunakan.

D. Perhitungan maksimum kompresi basering

Base ring berguna sebagai penumpu dari skirt sebelum berkontak ke Concrete

yang dapat dihitung dengan rumus berikut

𝑃𝑐 =12 𝑀

𝐴𝑆+

𝑊

𝐶𝑆 (4.43)

𝑃𝑐 =12 𝑥 1037344

5835,11+

351764,087

270,842

𝑃𝑐 = 3432,093 𝑙𝑏/𝑙𝑖𝑏. 𝑖𝑛

E. Perhitungan tebal minimum basering

𝑡𝐵 = 0,321 𝑥 𝑙1 (4.44)

𝑡𝐵 = 0,321 𝑥 5

𝑡𝐵 = 1,605 𝑖𝑛

𝑡𝐵 𝑢𝑠𝑒 = 1,625 𝑖𝑛

Maka dengan penggunaan basering dengan ketebalan 1,625 in sudah dianggap

memenuhi kriteria.

53

F. Perhitungan bearing stress

𝑆1 =𝑃𝑐 𝑥 𝐶𝑆

𝐴𝑅 (4.45)

𝑆1 =3432,093 𝑥 270,84

2065,849

𝑆1 = 449,96 𝑝𝑠𝑖

Stress yang terjadi pada bearing adalah 449,96 dengan allowable stress material

SA 516 gr 60 adalah 15000 psi yang berarti desain diperbolehkan dipakai.

G. Perhitungan bending stress

𝑆1 =3 𝑥 𝑆1 𝑥 𝑙1

2

𝑡𝐵2 (4.46)

𝑆1 =3 𝑥 449,96 𝑥 52

1,6252

𝑆1 = 12780 𝑝𝑠𝑖

Dengan penggunaan basering sebesar 1,625 in besaran stress bending pada base

ring adalah 12780 psi maka material SA 516 grade 60 yang memiliki allowable

stress 15000 dapat digunakan.

5.5 Analisis Tegangan dan Faktor Keselamatan

Terdapat 3 teori yang digunakan untuk menganalisis tegangan yang terjadi

pada pressure vessel serta faktor keselamatan pressure vessel tersebut. Teori

tersebut adalah teori tegangan maksimum, tresca criterion, dan von mises criterion.

4.5.1 Perhitungan tegangan pada tiap sumbu

Untuk menganalisis tegangan yang terjadi di tiap sumbu pada pressure vessel

digunakan metode analisis membran. Pada sebuah membran tegangan terjadi pada

tiga sumbu (triaksial) seperti ilustrasi Gambar 4.8 di bawah ini. Sumbu tersebut

adalah longitudinal (𝜎𝐿), circumferentia𝑙 (𝜎∅), dan radial (𝜎𝜏). Dimana tegangan

radial akan memiliki nilai yang mendekati nol, karena dinding yang tipis.

54

Gambar 4.8 Ilustrasi Tegangan Pada Bejana Tekan

Data pada Tabel 4.9 di bawah ini adalah variabel yang diperlukan untuk

menghitung tegangan pada bejana tekan.

Tabel 4.9 Variabel Perhitungan Tegangan

Diketahui Notasi Nilai Satuan

Internal pressure P 568,9 psi

Mean diameter of shell Dm 84,43 inch

Shell thickness t 1,75 inch

Allowable stress of shell material S 15000 psi

Yield strength of shell material Y 38435 psi

Tensile strength material TS 60000 psi

A. Tegangan pada pressure vessel

• Longitudinal stress (𝜎𝐿)

𝜎𝑥 =𝑃𝐷𝑚

4𝑡=

568,9 𝑥 84,43

4 𝑥 1,75= 6861,93 𝑝𝑠𝑖 (4.47)

• Circumferential stress (𝜎∅)

𝜎∅ =𝑃𝐷𝑚

2𝑡=

568,9 𝑥 84,43

2 𝑥 1,75= 13723,85 𝑝𝑠𝑖 (4.48)

• Radial stress (𝜎𝜏)

𝜎𝜏 = 0 𝑝𝑠𝑖

55

4.5.2 Aplikasi teori tegangan maksimum

Teori tegangan maksimum berbunyi bahwa tegangan maksimum yang terjadi

pada sebuah konstruksi pada sumbu mana saja harus di bawah tegangan ijin

material tersebut.

A. Tegangan maksimum pada pressure vessel

Tegangan maksimum yang dialami pressure vessel adalah tegangan

circumferential sebesar 13723,85 psi. Dimana tegangan tersebut masih di bawah

allowable stress material sebesar 15000 psi. Dengan faktor keamanan sebagai

berikut:

𝑆𝑓 = 𝑆

𝜎∅=

15000

13723,85= 1,09 (4.49)

4.5.3 Aplikasi teori tresca criterion

Tresca criterion berbunyi bahwa kegagalan pada material yang memiliki

kecenderungan ductile akan gagal akibat pembebanan geser yang melebihi setengah

dari yield strength material.

A. Tegangan tresca pada pressure vessel

Tegangan maksimum yang dialami pressure vessel adalah tegangan

circumferential sebesar 13723,85 psi sedangkan tegangan minimumnya adalah

tegangan radial sebesar 0 psi. Dengan yield strength material sebesar 38453 psi.

𝜎𝑡𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎 =1

2(𝜎𝑚𝑎𝑥 − 𝜎𝑚𝑖𝑛) =

1

2(13723,85 − 0) = 6861,93 𝑝𝑠𝑖 (4.50)

Safety factor pada teori tresca criterion sebesar:

𝑆𝑓 =𝐴𝑙𝑙𝑜𝑤𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠

𝜎𝑡𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎=

0.5𝑌

6861,93=

0.5 𝑥 38435

6861,93= 2,8 (4.51)

4.5.4 Aplikasi teori von mises criterion

Teori von mises criterion berbunyi bahwa kegagalan terjadi ketika energi

distorsi (tegangan von mises) yang diterima material melebihi yield strength

material tersebut.

A. Tegangan von mises pada pressure vessel

Untuk menghitung tegangan von mises yang diterima material dapat

menggunakan rumus berikut:

𝜎𝑣𝑜𝑛 =1

√2√(𝜎𝐿 − 𝜎∅)2 + (𝜎∅ − 𝜎𝜏)2 + (𝜎𝐿 − 𝜎𝜏)2 (4.52)

56

=1

√2√(13723,85 − 6861,93)2 + (6861,93 − 0)2 + (13723,85 − 0)2

= 11885,21 𝑝𝑠𝑖

Safety factor pada teori von mises sebesar:

𝑆𝑓 =𝑌

𝜎𝑣𝑜𝑛=

38435

11885,21= 3,23 (4.53)

5.6 Finite Element Analysis

Untuk hasil analisis tegangan dilakukan analisis finite element guna

memberikan gambaran tentang efek tekanan kerja terhadap konstruksi pressure

vessel. Analisis finite element merupakan semacam simulasi kondisi real. Perangkat

lunak yang digunakan untuk melakukan komputasi pengaruh tekanan kerja

terhadap konstruksi Pressure Vessel adalah ANSYS® ditambah dengan perangkat

lunak SOLIDWORKS® untuk modelling. Berikut ini adalah langkah kerja finite

element analysis beserta hasilnya:

5.6.1 Input geometry dan parameter simulasi

Langkah pertama untuk mengerjakan analisis finite element adalah dengan

membuat geometri sesuai dengan data pada hasil rancangan. Perangkat lunak

SOLIDWORKS® merupakan salah satu perangkat lunak yang dapat menunjang

kebutuhan pembuatan model yang selanjutnya di olah oleh ANSYS®. Hasil

modelling dari SOLIDWORKS® di export ke dalam format IGES (*.igs) agar bisa

di import ke dalam perangkat lunak ANSYS®. Setelah itu Pemberian tekanan kerja

sebesar 556 psi pada tiap face inner Shell dengan jumlah 2 face dimasukkan ke

dalam model. Ilustrasi pada Gambar 4.8 di bawah ini adalah antarmuka model

setelah diberi parameter simulasi.

Gambar 4.8 Parameter Simulasi Pada Model pressure vessel (ANSYS, 2019)

57

5.6.2 Geometry mesh

Meshing adalah proses pembagian tiap – tiap elemen menjadi elemen yang

berukuran lebih kecil guna meningkatkan akurasi perhitungan. Tiap – tiap elemen

ini lah yang nanti memberikan respon terhadap parameter simulasi yang telah

ditetapkan pada langkah sebelumnya. Karakteristik respon akan sangat dipengaruhi

oleh ukuran elemen serta posisinya. Oleh karena itu semakin kecil ukuran elemen

maka hasil akan lebih akurat dengan kebutuhan komputasi yang lebih kuat pula.

Gambar 4.9 di bawah ini adalah hasil meshing pada geometri pressure vessel.

Gambar 4.9 Hasil Meshing Pada Geometri pressure vessel (ANSYS, 2019)

5.6.3 Running simulasi serta hasilnya

Setelah seluruh parameter di definisikan hasil dari simulasi dapat diketahui

dengan memilih menu solve. Hasil simulasi disajikan seperti pada Gambar 4.10

dimana geometri yang tadinya monochromatic menjadi memiliki warna yang

berbeda pada bagian – bagian nya. Warna tersebut merupakan representasi dari

tegangan yang diterima material. Begitu juga dengan titik tegangan maksimal dan

minimal nya dengan menggunakan menu probe max dan probe min. Label tegangan

yang terjadi akan ditampilkan pada hasil simulasi.

58

Gambar 4.10 Hasil Simulasi Von Mises dengan ANSYS

Dari hasil von mises ANSYS didapati stress yang terjadi sebesar 11523 𝑝𝑠𝑖 maka

jika dibandingkan dengan von mises perhitungan manual sebesar 11885,21 𝑝𝑠𝑖

akan didapati margin of error dan safety factor sebesar:

𝑀𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛 𝑜𝑓 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (11885,21 − 11523)

11885,21 𝑥 100 (4.54)

𝑀𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛 𝑜𝑓 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 3,04 %

Safety factor berdasarkan von mises pada ANSYS sebesar:

𝑆𝑓 =𝑌

𝜎𝑣𝑜𝑛=

38435

11523= 3,33 (4.55)

Safety factor berdasarkan perbandingan ultimate pressure dan design pressure

sebesar:

𝑃𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 = 𝑡 𝑥 𝑇𝑆 / 𝑅 (4.56)

𝑃𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 = 1,75 𝑥 60000 / 41,339

𝑃𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 = 2540 𝑝𝑠𝑖

𝑆𝑓 =𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒

𝑃𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 (4.57)

𝑆𝑓 =2540

568

𝑆𝑓 = 4,46

59

6 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan serta analisis yang telah dilakukan dapat di tarik

kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil penghitungan required area heat transfer menggunakan aplikasi HTRI

membutuhkan required area seluas 4124,65 𝑚2 dengan overdesign sebesar 5,18

%

2. Hasil perhitungan required area heat transfer dengan manual calculation

berdasarkan buku Robin Smith – Chemical Process didapatkan area heat

transfer seluas 4215,30399 𝑚2 dengan overdesign sebesar 6,98 %

3. Hasil pressure vessel dengan perhitungan manual didapatkan ketebalan shell

sebesar 1,75 in, head sebesar 0,935 in, skirt sebesar 0,5625 in dan basering

setebal 1,625 in

4. Hasil pressure vessel dengan perhitungan PV Elite didapatkan ketebalan

minimum Shell sebesar 1,66 in, head setebal 0,878 in, skirt sebesar 0,5625 dan

basering setebal 1,598 in

5. Hasil stress yang terjadi berdasarkan perhitungan von mises adalah sebesar

11885,205 psi dan hasil von mises Ansys adalah 11523 psi dan menghasilkan

deviasi sebesar 3,04 %

6. Hasil safety factor yang dihasilkan berdasarkan von mises perhitungan manual

adalah sebesar 3,23, berdasarkan stress yang terjadi pada Ansys didapat safety

factor 3,33 serta safety factor yang didapat berdasarkan ultimate pressure

sebesar 4,46

5.2 Saran

1. Sebaiknya perhitungan vessel dilengkapi dengan perhitungan nozzle.

2. Sebaiknya untuk heat exchanger di berikan pilihan ukuran dengan overdesign

yang sama sehingga mampu memberikan fleksibilitas penggunaan.

61

DAFTAR PUSTAKA

Commite, A. (2013). ASME section II. New York.

Commite, A. (2013). ASME section VIII division 1 . New York.

Dieter, G. (1988). Mechanical Metallurgy . McGraw-Hill.

Megyesy, E. F. (1998). Pressel Vessel Handbook. Oklahoma.

Taylor, B. C. (2004). Assessment of Appropriate Pressure Vessel Flange Bolt

Tension by Finite Element Modelling. Queensland.

Turbular Exchanger Manufacturer Assosiation 9th edition. (2007). New York.

Wibisono.2012., Pressure vessel bejana tekan. https://wbsakti.wordpress.com.

Diakses pada tanggal 16 Desember 2018.

Robin Smith (2016). Chemical Process Design and Integration. Wiley.

Heat Transfer Reasearch Inc (1962). Design Manual. Texas.

Walter J. Sperko (2000). Reduction of Design Margin (“Safety Factor”) in the

ASME Boiler and Pressure Vessel Code in the 1999 Addenda.

https://wbsakti.wordpress.com/

63

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN HEAT EXCHANGER

65

7

Gambar A.1 Output HTRI

8

Gambar A.2 konstanta untuk FP dan FL

9

Gambar A.3. Rumus Perhitungan Correction Factor Baffle

67

Gambar A.4. Kontanta ℎ𝑇𝐹

68

Gambar A.5 Data UOP I

69

Gambar A.6 Data UOP II

70

Gambar A.7 Data UOP III

Gambar A.8 Data UOP IV

72

Gambar A.9 Data UOP V

74

Gambar A.10 Data UOP VI

76

Gambar A.11 Data UOP VII

78

Gambar A.12 Data UOP VIII

80

LAMPIRAN B

DATA PERHITUNGAN PRESSURE VESSEL

82

Gambar B.1 Grafik Figure G

Gambar B.2 Tabel 𝑃𝑤

84

Gambar B.3 Pembagian Zona Gempa Indonesia

Gambar B.4 Tabel Bolt dan Basering

86

Gambar B.5 Konstanta Zona Gempa

Gambar B.6 Kontanta C pada Perhitungan Windload

Gambar B.7 Grafik Figure CS-2

88

LAMPIRAN C

OUTPUT PV ELITE

137

LAMPIRAN D

SYMBOL DAN NOTASI

139

Tabel C.1 Symbol dan Notasi

No Symbol Definisi

1 𝑑𝐼 Inside diameter

2 𝑚𝑇 Mass Flowrate tube

3 B Central baffle spacing

4 𝑣𝑇 Velocity flow tube

5 𝑁𝑝 Number of pass

6 𝑁𝑡 Number of tubes

7 𝜌 Fluid density

8 𝜋 Konstanta of phi

9 𝑅𝑒 Reynold number

10 𝜇 Viscosity

11 𝐾ℎ𝑇4 Heat transfer coefficient tube

12 𝑘 Thermal conductivity

13 ℎ𝑇 Tube side heat transfer coefficient

14 𝑄 Overall Heat transfer

15 𝐶𝑃𝑇 Tube heat capacity

16 𝑣𝑠 Velocity flow shell

17 𝑚𝑠 Mass Flowrate shell

18 𝐷𝑠 Shell inside diameter

19 𝐷𝐵 Outside diameter tube bundle

20 𝑑0 Tube outer diameter

21 𝑃𝐶𝐹 Pitch correction factor

22 𝑃𝑇 Tube Pitch

23 𝐹𝑝 Pitch factor

24 𝐹𝐿 Leakage factor

25 𝐽𝑆 Correction factor for baffle

26 𝐵𝐶 Baffle Cut

27 𝐾ℎ𝑆4 Heat transfer coefficient shell

28 𝑈 Overall heat transfer coefficient

29 ℎ𝑆 Heat transfer shell side

30 ℎ𝑆𝐹 Fouling coefficient shell

31 ℎ𝑇𝐹 Fouling coefficient tube

32 ℎ𝑇 Heat transfer tube side

33 ∆𝑇𝐿𝑀 logarithmic mean temperature difference

34 FT factor Correcction factor

35 𝐴 Area

36 𝐿 Tube length

redesain shell and tube heat exchanger …repository.ppns.ac.id/2517/2/0715040039 - fattah jati...

Documents