LAMPIRAN F PERANCANGAN LONG TUBE VERTICAL …digilib.unila.ac.id/2070/19/LAMPIRAN-LAMPIRAN.pdf · S1 = 140 oC Keterangan : ... Tabel F.1. Neraca Massa di Evaporator (EVP – 301)

LAMPIRAN F

PERANCANGAN LONG TUBE VERTICAL EVAPORATOR (EVP – 301)

(TUGAS KHUSUS)

Fungsi : Memekatkan larutan dengan menguapkan kandungan

air sebesar 1003,716 kg/jam

Kondisi operasi :

TF = 90 oC = 363 K

Toperasi = 116 oC = 389 K

Poperasi = 1,5 atm

Tipe : Long Tube Vertical Evaporator

Alasan Pemilihan :

Long tube evaporator harganya murah serta pengoperasian lebih mudah

(Visual Encyclopedia of Chemical Engineering Equipment,1999).

Luas perpindahan panasnya besar sehingga dapat menguapkan sejumlah

besar air untuk membuat larutan pekat dengan kadar yang diinginkan

(Ulrich,1984).

Koefisien Transfer panas cukup besar sehingga baik digunakan untuk

perbedaan temperatur yang rendah atau tinggi (Perry,1999)

F-2

A. Perhitungan Neraca Massa

Gambar :

EV - 301

S, T S1

TS2

L1, X

1

F, XF, TF

T1

12

13

14

V2, T2

Gambar F-1 Aliran pada Evaporator (EVP-301)

Data operasi:

F = 13.479,7863 kg/jam

Xf = 46 %

X1 = 95 %

TF = 90 oC

TS1 = 140 oC

Keterangan :

- Aliran 12 : Aliran larutan C4H2O3 dari MP-02

- Aliran 13 : Aliran larutan C4H2O3 pekat menuju CR – 301

- Aliran 14 : Aliran uap dari EVP - 301

F-3

1. Komposisi Input EVP – 301

C4H2O3 = 2.552,0456 kg/jam

H2O = 1.003,7164 kg/jam

Total = 3.555,762 kg/jam

2. Komposisi output EVP – 301

Komposisi keluar Evaporator (Aliran 13)

C4H2O3 = 2552,0456 kg/jam

H2O = 155,8025 kg/jam

Total = 2.707,4881 kg/jam

Komposisi air yang teruapkan = 3.555,762 – 2.707,4881

= 847,9138 kg/jam

Jadi komposisi keluar Evaporator (Aliaran 14) = H2O = 847,9138 kg/jam

Tabel F.1. Neraca Massa di Evaporator (EVP – 301)

B. Perhitungan Neraca Panas

Temperatur masuk = 363 K

Temperatur keluar = 389 K

Komponen Input Output

Aliran 12 (kg/jam) Aliran 14 (kg/jam) Aliran 13 (kg/jam)

C4H2O3 2552,0456 - 2552,0456

H2O 1.003,7164 847,9138 155,8025

Total 3.555,762 3.555,762

F-4

Tabel F.2 Konstanta untuk mencari kapasitas panas, Cp, kJ/kmol

Komponen A B C D

C4H2O3

H2O

-1,2662E+01

1,8296E+01

1,0564E+00

0,4721E+00

-2,3200E-03

-1,3400E+03

0,0000E+00

0,0000E+00

Sumber: (Yaws, 1999)

1. Panas masuk

Tabel F.3. Panas umpan masuk (aliran 12)

Komponen Massa

(kmol/jam)

∫ Cp dT Q = m ∫ Cp dT

(kJ)

C4H2O3

H2O

64,4197

398,1475

1511,3170

749,9567

97.358,6021

298.593,3828

Total 395.951,9849

2. Panas keluar

Tabel F.4 Panas produk liquid (Aliran 13)

Komponen Massa

(kmol/jam)

∫ Cp.dT

(kJ/kmol)

Q2

(kJ/jam )

C4H2O3

H2O

64,4197

16,6667

14.588,9613

6.951,2441

939.816,6271

115.854,0570

Total 1.055.670,6841

3. Panas penguapan, ΔH298

Tabel F.5 Panas penguapan H2O (aliran 14)

Komponen W

(kmol/jam )

Hn

( kJ/kmol )

Tc Tr

H2O 381,4808 41.875,2033 647,1 0,602

F-5

H pada suhu lain :

38,0

11

2112

Tr

TrHH (Smith,1949. pg. 131)

Komponen Hv ( kJ/kmol) Hv (Q3), kJ

H2O 40.885,7531 15.597.131,2270

Total 15.597.131,2270

Q total = 1.055.670,6841 kJ/jam + 15.597.131,2270 kJ/jam

= 16.652.801,9111 kJ/jam

4. Kebutuhan steam

Persamaan neraca panas pada Evaporator (EV-301)

Qmasuk = Qkeluar

Q12 + QS = Q13 + Q14

Sehingga untuk menghitung jumlah panas yang harus di-supply atau yang

dibutuhkan oleh fluida pemanas adalah:

QS = (Q13 + Q14) – Q12

= (1.055.670,6841 + 15.597.131.2270) – (395.951,9849)

= 16.256.849,9262 kJ/jam

Dengan demikian beban panas Evaporator sebesar 16.256.849,9262 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam dengan suhu 140oC

Dengan data sebagai berikut :

Entalpi saturated liquid, HL = 589,13 kJ/kg

Entalpi saturated vapor, Hv = 2.733,9 kJ/kg

Panas laten, λ = 2.144,77 kJ/kg

Banyaknya steam yang dibutuhkan :

QsMs =

77,144.2

,926216.256.849 7.579,7638 kg/jam

F-6

Panas yang dibawa steam masuk, Qsi :

Qsi = Ms x Hv

= 7.579,7638 kg/jam x 2.733,9 kJ/kg

= 20.722.316,2528 kJ/jam

Panas yang dibawa steam keluar, Qso :

Qso = Ms x HL

= 7.579,7638 kg/jam x 589,13 kJ/kg

= 4.465.466,2475 kJ/jam

Tabel F.6 Neraca panas Evaporator (EV-301)

Keterangan Panas Masuk (kJ) Panas Keluar (kJ)

Q12 395.951,9849

Q13 1.055.670,6841

Q14 15.597.131.227

Qsi 20.722.316,2528

Qso 4.465.466,2475

Total 21.118.268,2377 21.118.268,2377

C. Perhitungan Dimensi Evaporator

1. Menentukan Dimensi Deflector

L = 1059,101 kg/m3

v = 1,460 kg/m3

F-7

Kecepatan uap:

Kecepatan uap max 18,04 ft/det = 5,5 m/s (hugot)

u = 0,035V

L

(Coulson vol 6, 1983)

dimana: u = kecepatan uap, m/s

ρv = densitas uap, kg/m3

ρL = densitas liquid, kg/m3

u = 0,035 460,1

101,1059

u = 0,9427 m/s

u = 3.393,5863 m/jam

Laju volumetrik uap = 460,1

655,866.6= 4.703,1003 m

3/jam

a. Menentukan Diameter Shell (D)

Diameter shell deflecor dihitung dengan menggunakan persamaan:

Q = uDπ4

1 2

4.703,1003 = ¼ x x D2 x 3.393,5863

D2

= 1,7646 m2

D = 1,3284 m

D = 4,3582 ft

D = 52,2979 in

b. Menentukan Volume Shell

Diambil H = ID

H = 4,3582 ft

F-8

Waktu tinggal cairan selama 5-10 menit (Ulrich,1984)

Diambil waktu tinggal = 5 menit

Jumlah cairan yang ditampung = 6.613,1313 jam

kg x

menit 60

jam 1 x 5 menit

= 551,0943 kg

Volume cairan yang ditampung di evaporator = Lρ

cairan massa

= 0,5203 m3

Tinggi cairan dalam evaporator :

V = 41 πD

2.ZL

ZL = 27646,14

5203,0

= 0,3755 m

= 1,23 ft

c. Menentukan tebal shell

c0,6Pf.E

P.rt i

s

(Brownell & Young : 254)

Dimana :

ts = ketebalan dinding shell, in

Pd = tekanan desain, psi

ri = jari-jari tangki, in

f = nilai tegangan material, psi untuk material Stainless steel SA-167 grade

11 tipe 316.

= 17.900 psi (Brownell and Young, 1959 untuk T = 300 F)

E = efisiensi sambungan = 0,8 (jenis sambungan las : double welded butt

F-9

joint)

C = korosi yang diizinkan = 0,25 in

mix = 1.059 kg/m3

= 66,117 lb/ft

3

Poperasi = 1,5 atm = 22,04 psi

Phidrostatis = ρ x 144

)/( gcgH

=

144

13582,4117,66

x

= 2,0010 psi

Tekanan desain 5-10% diatas tekanan kerja absolut (Coulson,1988)

Tekanan desain yang dipilih 10% diatasnya (Rules of thumb,Walas,1988)

Pdesain = 1,1.( Poperasi + P hidrostatis)

Pdesain = 1,1 x (22,04 + 2,001)

= 26,445 psi = 1,79 atm

Sehingga tebal shell :

25,0445,266,08,0900.17

2

2979,52445,26

t s

ts = 0,2983 in

standarisasi ts = 83 in

d. Menentukan Dimensi Tutup Atas dan Bawah

F-10

Tutup atas dan tutup bawah berbentuk torishpherical. Tebal dan tinggi head

dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

C0,2P2.f.E

0,885.P.rt c

h

(Brownell and Young,1959,hal. 258)

Dimana rc = ID

25,0445,262,08,0179002

2

2979,52445,26885,0

t h

th = 0,2927 in

standarisasi th = 8

3 in

Tinggi Dish Head

Gambar F-2. Dimensi Thorishperical head

OD = ID + 2.ts

= 52,2979 + 2 (0,375)

= 53,0479 in

icr = 3,,25 in

ID

B A h

sf r

i

c

r

C a

OD

F-11

AB = 2

ID– icr

= 25,32

297,52 = 22,8989 in

BC = rc – icr

= 52,2979 – 3,25

= 49,0479 in

b = rc – 22 (AB)(BC)

= 52,2979 - 2

28989,220479,49

= 8,92 in

sf = 3 in ( Tabel 5.6 Brownell & Young )

Tinggi dish head = b + sf + th

= 8,92 + 3 + 0,375

= 12,2232 in

Tinggi total deflecor evaporator = tinggi cairan + disengagement space

= 1,23 + 5,368 ft

= 6,608 ft

= 2,014 m

= 79,296 in

2. Perancangan Dimensi Heat Exchanger Evaporator

a. Menentukan luas bidang transfer panas (A)

F-12

Untuk pemanasan menggunakan steam, range UD sebesar 100 – 500

Btu/hr.ft2.oF (Kern,1965)

Dipilih :

UD = 110 Btu/hr.ft2.oF

Fluida panas (shell)

Tin = 140 oC

= 284 oF

Tout = 140 oC

= 284 oF

W = 7.579,7638 kg/jam

= 16.710,500 lb/jam

Fluida dingin (tube)

tin = 90 oC

= 194 oF

tout = 116 oC

= 241 oF

w = 13.479,7863 kg/jam

= 29.717,8064 lb/jam

F-13

Menghitung ∆TLMTD

∆TLMTD =

)(

)(

)()(

12

21

1221

tT

tTLn

tTtT

= 63,78 oF

Pemanasan dari suhu umpan ke suhu titik didih 116°C, jumlah panas yang

harus di-supply atau yang dibutuhkan oleh fluida dingin adalah

16.256.849,9262 kJ/jam.

Q = 16.256.849,9262 kj/jam

= 15.408.460,1123 Btu/jam

Luas perpindahan panas :

A = TU

Q

D .

= 3.242,5326 ft2

b. Menentukan dimensi tube :

Dari Kern,1965, untuk Long - Tube Vertical Evaporators, umumnya OD tube

= 1 - 2 in umumnya panjang tube 12-24 ft.

Dipilih:

Panjang tube = 24 ft

OD tube = 1 in

BWG = 16

Pitch = 1 1/4 in. square pitch

Passes = 1

Dari tabel 10, Kern 1965, diperoleh:

ID = 0,87 in (0,0833 ft)

F-14

Wall Thickness = 0,065 in

Flow area per tube (at’) = 0,594 in2

Surface per lin ft (a”) = 0,2618 ft2

c. Menghitung jumlah tube (Nt)

Nt = 0,2618 x 24

5326,242.3

'L.a'

A = 516 tubes

Untuk 1 – 1 exchanger atau hanya 1 lewatan

Dari tabel 9 Kern diperoleh:

Nt = 522 buah

ID shell = 35 in = 2,9167 ft

d. Koreksi koefisien UD:

A = 522 x 24 x 0,2618 = 3.279,8304 ft2

ΔTA

QU

.

D

= 248304,279.3

9262,849.256.16

= 108,7484 Btu/hr ft2 F

e. Menghitung flow area tube, (as)

at = n

aN tt

144

'

= 2,1533 ft2

F-15

f. Menghitung mass velocity tube (Gt)

Gt = ta

w

= 13.801,3918 lb/hr.ft2

g. Menghitung bilangan reynold di tube

Ret =

tGD

Pada tav = 217oF, = 0,3603 cp = 0,8716 lb/ft.hr

Ret = 0,8716

813.801,39112

725,0

= 1.148,0072

h. Kondensasi steam

ho = 1.500 btu/hr.ft2.°F

i. Menentukan dimensi shell

ID shell = 35 in

Passes = 1

Baffle space = 35 in

c’ = (Pt – tube OD)

= (1 ¼ – 1) = 0,25

j. Menghitung flow area shell (as)

as = Pt

BcID

144

'

= 1,7014 ft2

F-16

k. Menghitung mass velocity shell (Gs)

Gs = sa

W

= 9.821,6809 lb/hr.ft2

l. Menghitung bilangan reynold di shell

Res =

GsD

Pada tav = 284 oF, μ = 0,0150 cp = 0,0363 lb/ft.jam

Dari gambar 28 Kern, 1965, hal 838. De = 0,99 in = 0,0825 ft

Res = 0363,0

9.821,68090825,0 = 22.322,0021

Dari gambar 24 Kern, 1965, hal 834 diperoleh jH = 93

ho = tk

c

De

kjH

31

31

5136,0

0363,01634,0

99,0

5136,093

s

ho

= 128,1469 Btu/hr ft2 o

F

m. Menghitung temperatur dinding

tw = )( tcTchioho

hotc

t

= 217,373 + 373,217284128.14691500

1500

= 278 °F

Pada tw = 278°F, μw = 0,0102 cp = 0,0248 lb/ft.hr

F-17

14,0

w

t

Θs = 14,0

0248,00,0363

= 1,0549

Corrected coefficient, ho = s

s

hio

= 135,186 btu/hr.ft2.°F

n. Menghitung clean overall coefficients (Uc)

Uc = oio

oio

hh

hh

= 1500 135,186

1500135,186

= 124,009

o. Menghitung Dirt factor (RD)

Rd = DC

DC

UU

UU

= 0,0011 (Rd yang diperlukan 0,001)

p. Menghitung pressure drop (ΔP)

1). Pressure drop tube (ΔPt)

t

t

tsD

nLGfP

10

2

1022,52

1 (Kern,1965)

Diketahui:

Specific gravity = 0,006

untuk Ret = 1.148,0072 maka f = 0,0005 (fig.26 Kern, 1965 hal 836)

F-18

1006,012

87,01022,5

1243918,801.130,0005

2

1

10

2

tP

= 0,1003 psi

Untuk Gt = 13.801,3918 lb/hr.ft2 dari gambar 27, Kern, 1965

Diperoleh V2/2g = 0,001

g2

v

s

n4P

2

r

= 001,0006,0

14

= 0,6642 psi

Sehingga:

ΔPT = ΔPt + ΔPr

= 0,1003 + 0,6642

= 0,7645 psi

ΔPT memenuhi ∆P max yang diijinkan yaitu 2 psi (Kern,1965)

2). Pressure drop shell (ΔPs)

ΔPs = ssDxx

NDfG

e

ss

10

2

1022,5

)1(

Diketahui :

Pada tc = 284 o

F, specific gravity s = 1,3195

untuk Res = 22.322,0021 diperoleh f = 0,0018 (fig. 29 Kern 1965, hal 839)

no. of crosses, N + 1 = 12 L/B

= 8,22 ≈ 9

IDs = 35 /12 = 2,9167 ft

F-19

ΔPs = 0549,13195,10825,01022,5

99167,2 9.821,68090018,010

2

= 0,008 psi

ΔPT memenuhi ∆P max untuk yaitu 10 psi (Kern,1988 hal 165)

3. Mekanikal desain shell and tube

a. Desain Tube

Material : SA-240 ( Stainless steel )

Susunan : Square Pitch

Faktor design : 20%

Dimensi Tube (Kern,1950)

BWG : 16

ODt : 1 in

IDt : 0,87 in

Surface per line, a” : 0,2618 ft2/ft

Flow area per tube,at’ : 0,594 in2

Long tube : 24 ft

Jumlah tube : 522 tube

Susunan Tube : Square pitch

Panjang pitch, Pt’ : 1 ¼ in

Clearance, C' : Pt - ODt

: 1 ¼ in - 1 in = 0,25 in

F-20

0,2

5

1,25

Gambar F.3 Susuan Tube

Luas penampang 1 tube = 24/1 tOD

= ¼ x 3,14 x 12

= 0,785 in

2

= 0,0055 ft

2

Luas penampang total tube = Luas tube x jumlah tube

= 0,0055 x 522

= 2,871 ft2

Volume 1 tube = LIDt 2

4/1

= in2487,014,341 2

= 14,26 in3

Volume total tube = 0,00001638 x 14,26 in3 x 522 tube

= 0,122 m3

b. Desain Shell

Material : SA-167 (Stainless steel)

F-21

f, stress pada 212 F : 17900 psia

E, Welded Joint efficiency : 0,8 (Tabel 13.2 Brownell & young)

Diameter, IDs : 35 in

c, faktor korosi : 0,25

Tebal shell : 3/8 in

Diameter Luar Shell, ODs

ODs = IDs + 2 (tshell)

= 35 in + 2 (3/8) in

= 35,75 in = 2,98 ft

Panjang shell (Ls)

Diambil : flanged shell (FL) = 2 x 2 in = 4 in = 1/3 ft

Panjang shell : Panjang tube + fL

: 24 ft + 1/3 ft

: 24 1/3 ft = 7,41 m = 291,96 in

Volume total shell = ¼ x π x IDs2 x L

= ¼ x 3,14 x (35)2 x 291,96

= 279.832,875 in3

= 4,58 m

3

Volume shell tanpa tube = Volume total shell – Volume total tube

= 4,58 m3

– 0,122 m3

= 4,558 m3

F-22

c. Tube Sheet

Tubesheet berupa pelat berbentuk lingkaran dan berfungsi sebagai pemegang

ujung-ujung tube dan pembatas aliran fluida disisi shell dan tube.

Pemasangan tube pada Evaporator (EV-301), menggunakan teknik

pengelasan (welded)

Gambar. F-4. Tube sheet dengan teknik pengelasan

Material tube sheet : SA-129 C

Maximum allowable stress, f : 10.500,00 psia

Spec. Min Tensile : 42.000 psia

Perhitungan Tebal Tube Sheet

21

2

S

PFGT

Dimana,

T = Tebal pelat dari tube sheet yang efektif, inch

S = tegangan tarik yang diijinkan pada suhu perencanaan dari bahan

Tube sheet, psia

F = 1, berdasarkan nilai ts/IDs pada grafik 5.3 APK

G = Diameter sebelah dalam shell, inch

P = Tekanan Pada shell, psia

F-23

Maka,

1. Tebal tube sheet:

2

1

00,10500

445,26

2

351

psi

psiinT = 0,878 inch

Digunakan tebal standar 1 in = 0,083 ft

2. Luas tube sheet:

ATS = ¼ x x IDs2 - ¼ x x ODt

2

= ¼ x x 352 - ¼ x x 1

2

ATS = 960,84 in2

= 6,67 ft2

3. Volume tube sheet:

VTS = ATS x tTS

VTS = 6,67 ft2

x 0,083 ft

= 0,55 ft3

4. Berat tube sheet :

WTS = VTS x TS x jumlah tube sheet

WTS = 0,55 ft3

x 490 lb/ft3 x 2

= 539 lb

= 244,48 kg

F-24

d. Desain Baffle

Tube pada EV-301 disangga dengan menggunakan baffle tipe segmen

tunggal, sebab tipe segmen ini adalah tipe baffle yang paling sering

digunakan, dipasang tegak lurus terhadap tube. Disamping membelokkan

arah aliran, sekat ini juga berfungsi untuk menyangga tube.

Baffle cut = 25 % x IDs

sebab pada kondisi ini akan terjadi perpindahan panas yang baik serta

penurunan tekanan yang tidak terlalu besar (Tunggul,1992)

IDs = diameter dalam shell

= 35 in

= 2,9167 ft

Maka baffle cut = 0,25 x 2,9167 ft = 0,7291 ft

Luas baffle cut = 0,25 x luas tube sheet

= 0,25 x 6,67

= 1,67 ft2

Baffle space = IDs

= 35 in = 2,9167 ft

Berat Baffle = jumlah baffle x volume x densitas stainless steel

= 9 x (6,67 – 2,871 – 1,67) x 3/8 x 490 lb/ft3

= 3.520,83 lb = 1.597,02 kg

F-25

3/8 in

35,375 in

Gambar F-5. penampang baffle dengan 25 % baffle cut

e. Head Stationer

Head stationer merupakan salah satu bagian ujung dari penukar kalor. Pada

bagian ini terdapat saluran masuk fluida yang akan mengalir ke dalam tube.

Tipe Stationary Head : Tipe B, Bonnet ( Standart TEMA )

Alasan Pemilihan : Tipe ini sangat sesuai digunakan pada Heat Exchanger

pada kondisi temperatur sedang sampai tinggi karena mudah diisolasi secara

efektif. Pembersihan tube hanya dapat dilakukan dengan membuka head.

F-26

Gambar. F-6, Head Stationer Type B, bonnet (standart TEMA)

4. Menghitung isolasi

a. Menghitung isolasi Deflector

Bahan isolator yang digunakan adalah Magnesia 85%, memiliki

konduktivitas termal yang kecil sehingga efektif sebagai isolator.

Sifat-sifat fisis:

Konduktivitas termal (k) = 0,035 Btu/hr.ft2 oF

Emisivitas (ε) = 0,6

Densitas (ρ) = 271 kg/m3

(Geankoplis,Tabel.A.3-15,1979)

Perpindahan panas yang terjadi adalah perpindahan panas dari dinding

tangki ke dinding isolasi secara konduksi, kemudian dari dinding isolasi ke

udara secara konveksi dan radiasi.

Perpindahan panas konduksi dalam silinder berlapis yang disusun seri

seperti gambar berikut ini:

F-27

Gambar F.7. Profil isolasi

Perpindahan panas melalui tiap lapis tahanan dihitung dengan hukum

Fourier dan A = 2πrL, diperoleh:

Jika perpindahan panas disertai dengan konveksi dan radiasi, maka

persamaan dituliskan:

Jika diaplikasikan dalam perhitungan perancangan vessel maka diperoleh:

2

2

3

1

1

2

1

lnln

)(2

k

rr

k

rr

TTLQ u

32

2

3

1

1

2

1

1lnln

)(2

rhhk

rr

k

rr

TTLQ

rc

u

r1r1

r3

r1

r2

T2T1

T3

Tu

r2

r3

)(

1lnln

)(2

2

2

2

1

2

1

isrcis

is

p

u

xrhhk

rxr

k

rr

TTLQ

F-28

Keterangan :

xis = tebal isolasi, ft

r1 = jari – jari dalam tangki, ft

r2 = jari – jari luar tangki = r1 + tebal tangki,ft

r3 = jari – jari luar isolasi = r2 + tebal isolasi, ft

T1 = temperatur permukaan plat tangki bagian dalam , oF

T2 = temperatur permukaan plat tangki bagian luar, oF

Ti = temperatur luar isolasi , oF

Tu = temperatur udara, oF

k1 = kp = konduktivitas termal plat, Btu/ jam.ft2 oF

k2 = kis = konduktivitas termal isolasi , Btu/ jam.ft2 oF

hc = koefisien konveksi, Btu/ jam.ft2 oF

hr = koefisien radiasi, Btu/ jam.ft2 oF

1. Menghitung temperatur permukaan isolasi luar

Temperatur permukaan dinding luar dihitung dengan persamaan berikut:

(J P Holman, 9th

ed. 2002).

Keterangan:

=

fluk radiasi matahari = 500 W/m²

αsun = absorptivitas material untuk radiasi matahari = 0,18

αlow. temp = absorptivitas untuk radiasi matahari pd 25oC = 0,8

σ = konstanta Boltzman = 5,7 ×10-08

W/m2K

4

sunA

q

44

. surrtemplowsun

sun

TTA

q

F-29

Tsurr = temperatur lingkungan, = 298 K

T = Temperatur permukaan plat luar (lapis cat putih)

Temperatur permukaan plat luar (T3) = 315,2 K = 42,2oC = 107,96

oF

2. Perpindahan panas dari dinding isolasi ke udara

Koefisien radiasi dihitung dengan persamaan berikut:

(Geankoplis, 1993, hal 279)

Keterangan:

Tu = temperatur udara = 298 K = 77 °F

ε = emisivitas bahan isolator = 0,6 (Tabel 4.1, Kern)

Ti = temperatur isolator = 315,2 K = 108 F

hr = koef. panas radiasi

hr = 3,9293 W/m².K

= 0,692 Btu/hr ft2

°F

Koefisien konveksi dihitung dengan persamaan berikut:

Temperatur dinding tangki lebih panas dari temperatur udara luar

sehingga panas mengalir dari dinding tangki ke lingkungan. Perpindahan

panas dari dinding ke udara secara konveksi bebas dihitung dengan

persamaan :

Qc = hc. A. ∆t

ui

ui

rTT

TTh

44 )100/()100/()676,5(

2982,315

)100/298()100/2,315()676,5)(6,0(

44

rh

F-30

Dari tabel 4.7-2 Geankoplis, 1993, hal 256, untuk konveksi bebas dari

udara (1 atm) ke permukaan silinder:

NGrNPr = 103 – 10

9 , hc = 4

1

37,1L

T

NGrNPr = > 109

, hc = 31

24,1 T

Dimana:

hc = Koefisien konveksi, W/m².K

ΔT = Perbedaan Tisolator dan Tudara, K

L = tinggi shell, m

= 2,014 m = 6,608 ft

Udara :

Tf = ½ (Ti + Tu) = 306,6 K

Sifat Udara pada : 306,6 K = 92,48 oF (Geankoplis, 1993, App. A.3-3)

νf = 0,861 m³/kg

ρf = 1/ νf

= 1,1614 kg/m³ = 0,0725 lb/ft3

Cpf = 1,0048 kJ/kgK = 0,2399 Btu/lb oF

µf = 1,881 × 10-5

Pa.s

kf = 0,0263 W/mK = 0,0152 Btu/jam lb oF

β = 1/Tf = 0,0108/ oF = 3,2616 × 10

-3 /K

Bilangan Grashoff:

(SI) (Geankoplis, 1993, hal 254)

Gr = 1,7132 ×1010

2

f

2

f

3 t.g...LGr

F-31

Bilangan Prandl:


Pr = 7,1864 × 10-4

NGrNPr = (1,7132 ×1010

) × (7,1864 × 10-4

) = 1,2312 × 107

Sehingga:

hc = 31

24,1 T

hc = 31

2,1724,1

hc = 2,5252466 W/m².K

hc + hr = (3,9293 + 2,5252466) W/m².K

= 6,4545 W/m².K

Panas hilang dari dinding isolasi ke udara:

Q1 = (hc + hf) 2 π r3 L (Ti – Tu)

= 6,4545 × 2 × 3,14 × r3 × 2,014 × (315,2 – 298)

= 1.404,1423 r3 (J/s)

Panas yang keluar lewat dinding:

Data perhitungan:

r1 = 52,2979 in = 1,3283 m

r2 = 52,6729 in = 1,3378 m

T1 = 116oC = 389 K

k

.CpPr

32

2

3

1

1

2

1

2

1lnln

)(2

rhhk

rr

k

rr

TTLQ

rc

u

F-32

Tu = 25oC = 298 K

k1 = kp = 21 Btu/ jam.ft oF = 36,345 W/m K

k2 = 0,035 Btu/hr.ft oF = 0,0606 W/m K

Panas yang keluar lewat dinding harus sama dengan panas yang hilang

dari dinding isolasi ke udara (Q1 = Q2 ), sehingga:

1.404,1423 r3 =

3

3

6,4545

1

0606,0

1,3378ln

345,36

1,3283 1,3378ln

298389 2,01414,32

r

r

Dari iterasi diperoleh r3 = 1,3775 m

Tebal isolasi (xis) = r3 – r2

= (1,3775 – 1,3378) m

= 0,03968 m

= 0,1301 ft

Ketebalan isolator harus di cek terhadap ketebalan kritik isolator. Nilainya

lebih kecil atau lebih besar. Hal ini disebabkan pada sistem silinder, luas

area perpindahan panas semakin meningkat seiring dengan meningkatnya

ketebalan isolator atau jari-jari isolator. Berikut ini adalah langkah-langkah

perhitungan ketebalan kritik.

Diketahui :

Konduktivitas panas isolator (k2) = 0,0606 W/m K

Koefisien perpindahan panas konveksi ke udara (hc) = 3,2008 W/m².K

F-33

mKmW

KmW

h

kr

c

c 0239976,0/5252,2

/0606,02

2 (Kern, 1950, hal.20)

Diketahui nilai r1 sebesar 1,3283 m. Nilai r1 lebih besar daripada ketebalan

kritik. Oleh karena itu, panggunaan isolator tidak menyebabkan panas yang

keluar bertambah besar.

Panas hilang dari permukaan isolasi ke udara:

Qloss = Q1 = 1.404,1423 r3

= 1.404,1423 × 1,3775

= 1.934,3134 J/s

= 6.963,5283 kJ/hr

b. Menghitung isolasi Sheel and Tube

Bahan isolator yang digunakan adalah Magnesia 85%, memiliki

Perpindahan panas konduksi dalam silinder berlapis yang disusun seri

seperti ditunjukkan gambar F.7.

1. Menghitung temperatur permukaan isolasi luar

Temperatur permukaan dinding luar dihitung dengan persamaan berikut:

(J P Holman, 9th

ed. 2002).

Keterangan:

=

fluk radiasi matahari =500 W/m²

αsun = absorptivitas material untuk radiasi matahari = 0,18

sunA

q

44

. surrtemplowsun

sun

TTA

q

F-34

αlow. temp = absorptivitas untuk radiasi matahari pd 25oC = 0,8

σ = konstanta Boltzman = 5,7 ×10-08

W/m2K

4

Tsurr = temperatur lingkungan, = 298 K

T = Temperatur permukaan plat luar (lapis cat putih)

Temperatur permukaan plat luar (T3) = 315,2 K = 42,2oC = 107,96

oF

2. Perpindahan panas dari dinding isolasi ke udara

Koefisien radiasi dihitung dengan persamaan berikut:

(Geankoplis, 1993, hal 279)

Keterangan:

Tu = temperatur udara = 298 K = 77 °F

ε = emisivitas bahan isolator = 0,6 (Tabel 4.1, Kern)

Ti = temperatur isolator = 315,2 K = 108 F

hr = koef. panas radiasi

hr = 3,9293 W/m².K

= 0,692 Btu/hr ft2

°F

Koefisien konveksi dihitung dengan persamaan berikut:

Temperatur dinding tangki lebih panas dari temperatur udara luar

sehingga panas mengalir dari dinding tangki ke lingkungan. Perpindahan

panas dari dinding ke udara secara konveksi bebas dihitung dengan

persamaan :

ui

ui

rTT

TTh

44 )100/()100/()676,5(

2982,315

)100/298()100/2,315()676,5)(6,0(

44

rh

F-35

Qc = hc. A. ∆t

Dari tabel 4.7-2 Geankoplis, 1993, hal 256, untuk konveksi bebas dari

udara (1 atm) ke permukaan silinder:

NGrNPr = 103 – 10

9 , hc = 4

1

37,1L

T

NGrNPr = > 109

, hc = 31

24,1 T

Dimana:

hc = Koefisien konveksi, W/m².K

ΔT = Perbedaan Tisolator dan Tudara, K

L = tinggi shell, m

= 24 ft = 7,3152 m

Udara :

Tf = ½ (Ti + Tu) = 306,6 K

Sifat Udara pada : 306,6 K = 92,48 oF (Geankoplis, 1993, App. A.3-3)

νf = 0,861 m³/kg

ρf = 1/ νf

= 1,1614 kg/m³ = 0,0725 lb/ft3

Cpf = 1,0048 kJ/kgK = 0,2399 Btu/lb oF

µf = 1,881 × 10-5

Pa.s

kf = 0,0263 W/mK = 0,0152 Btu/jam lb oF

β = 1/Tf = 0,0108/ oF = 3,2616 × 10

-3 /K

Bilangan Grashoff:

(SI) (Geankoplis, 1993, hal 254) 2

f

2

f

3 t.g...LGr

F-36

Gr = 8,2095 ×1011

Bilangan Prandl:


Pr = 7,1864 × 10-4

NGrNPr = (28,2095 ×1011

) × (7,1864 × 10-4

) = 5,8997 × 108

Sehingga:

hc = 41

37,1L

T

hc = 1,2605 W/m².K

hc + hr = (3,9293 + 1,2605) W/m².K

= 5,1897 W/m².K

Panas hilang dari dinding isolasi ke udara:

Q1 = (hc + hf) 2 π r3 L (Ti – Tu)

= 5,1897 × 2 × 3,14 × r3 × 7,3152 × (315,2 – 298)

= 4.100,7560 r3 (J/s)

Panas yang keluar lewat dinding:

Data perhitungan:

r1 = 35 in = 0,8890 m

r2 = 35,375 in = 0,8985 m

k

.CpPr

32

2

3

1

1

2

1

2

1lnln

)(2

rhhk

rr

k

rr

TTLQ

rc

u

F-37

T1 = 236oC = 509 K

Tu = 25oC = 298 K

k1 = kp = 21 Btu/ jam.ft oF = 36,345 W/m K

k2 = 0,035 Btu/hr.ft oF = 0,0606 W/m K

Panas yang keluar lewat dinding harus sama dengan panas yang hilang

dari dinding isolasi ke udara (Q1 = Q2 ), sehingga:

4.100,7560 r3 =

3

3

5,1897

1

0606,0

0,8985ln

345,36

0,8890 0,8985ln

298509 7,315214,32

r

r

Dari iterasi diperoleh r3 = 1,0219 m

Tebal isolasi (xis) = r3 – r2

= (1,0219 – 0,8985) m

= 0,1234 m

= 0,4048 ft

Ketebalan isolator harus di cek terhadap ketebalan kritik isolator. Nilainya

lebih kecil atau lebih besar. Hal ini disebabkan pada sistem silinder, luas

area perpindahan panas semakin meningkat seiring dengan meningkatnya

ketebalan isolator atau jari-jari isolator. Berikut ini adalah langkah-langkah

perhitungan ketebalan kritik.

Diketahui :

Konduktivitas panas isolator (k2) = 0,0606 W/m K

F-38

Koefisien perpindahan panas konveksi ke udara (hc) = 3,2008 W/m².K

mKmW

KmW

h

kr

c

c 0434,0/499,1

/0606,02

2 (Kern, 1950, hal.20)

Diketahui nilai r1 sebesar 0,8890 m. Nilai r1 lebih besar daripada ketebalan

kritik. Oleh karena itu, panggunaan isolator tidak menyebabkan panas

yang keluar bertambah besar.

Panas hilang dari permukaan isolasi ke udara:

Qloss = Q1 = 4.100,7560 r3

= 4.100,7560 × 1,0219

= 4.190,6485 J/s

= 15.086,3348 kJ/hr

5. Perhitungan Flange

a. Sambungan Head dengan Shell Deflector

Sambungan antara tutup bagian atas bejana dengan bagian shell bejana

menggunakan sistem flange dan baut, sedangkan tutup bagian bawah adalah

dengan pengelasan. Bahan konstruksi yang dipilih berdasarkan pada kondisi

operasi.

Data perancangan:

Tekanan desain = 26,445 psi

Temperatur desain = 116 oC

Material flange = SA-285, grade C (B & Y, 1959, Tabel 13.1)

F-39

Bolting steel = SA-193, grade B7 (B & Y, 1959, Tabel 13.1)

Material gasket = Solid flat metal: Stainless steels

Diameter luar shell = 1,34 m = 53,0479 in

Ketebalan shell = 0,375 in

Diameter dalam shell = 1,32 m = 52,2979 in

Tegangan dari material flange = 13750 psi

Tegangan dari bolting material = 20000 psi

Tipe flange = optional loose type

(Fig.12.24,8.a, Brownell and Young, 1959)

Gasket

hG

t

hT

HG

HT

G

h

W

R hD Cgo

g1

g1/2

Gambar F-8 Tipe flange dan dimensinya.

1. Perhitungan Lebar Gasket

Untuk menghitung lebar gasket persamaan yang digunakan:

1)p(my

pmy

d

d

i

o

(Brownell and Young, 1959, pers. 12.2, hal.226)

F-40

Keterangan:

p = tekanan desain (psi)

do = diameter luar gasket (in)

di = diameter dalam gasket (in)

y = yield stress, lb/in2 (Fig. 12.11)

m = faktor gasket (fig. 12.11)

Dari fig 12.11 Brownell and Young, diperoleh :

y = 26000

m = 6,50

Sehingga

16,5026,4560002

)(6,50) (26,44560002

d

d

i

o

= 1,000512

Asumsi bahwa diameter dalam gasket (di) sama dengan diameter dalam

shell, yaitu 52,2979 in, sehingga:

do = 1,000512× 52,2979 in = 52,3247 in

Lebar gasket minimum (N)

N =

2

io dd

=

2

2979,52 52,3247

F-41

= 0,0134 in

Digunakan gasket dengan tebal 3/16 in.

Diameter gasket rata-rata (G) :

G = di + lebar gasket

= 52,2979 + 3/16 = 52,485 in

2. Perhitungan Beban

Dari Fig 12.12, Brownell and Young, kolom 1, tipe 1.a, didapat :

bo = 2

N=

2

163

= 0,09375 in

bo ≤ 3/16 in, sehingga b = bo = 0,09375 in

Beban terhadap seal gasket

Wm2 = Hy = × b × G × y

Wm2 = 3,14 × 0,09375 x 52,485 × 26000

= 401.710,13 lb

Keterangan :

Hy = Berat beban bolt maksimum (lb)

b = Effective gasket (in)

G = Diameter gasket rata-rata (in)

F-42

Beban untuk menjaga joint tight saat operasi (B & Y,1959, pers. 12.90) :

Hp = 2 b π G m p

= 2 × 0,09375 × 3,14 × 52,485 × 6,50 × 26,445

= 5.311,612 lb

Keterangan :

Hp = Beban join tight (lb)

m = Faktor gasket (fig.12.11)



p = Tekanan operasi (psi)

Beban dari tekanan internal (B & Y, 1959, pers. 12.89) :

H = p4

Gπ 2

= 445,264

52,4853,14 2

= 57.186,07 lb

Beban operasi total (B & Y, 1959, pers. 12.91) :

Wm1 = H + Hp

= 57.186,07 lb + 5.311,612 lb

= 62.497,68 lb

F-43

3. Baut

Berdasarkan perhitungan diatas, diperoleh Wm2 lebih besar daripada Wm1,

sehingga, beban pengontrol berada pada Wm2 = 401.710,13 lb. Luas minimum

baut dapat dihitung dengan persamaan:

Am2 = a

m2

f

W

= 20000

401.710,13

= 20,085 in2

Penentuan ukuran baut diambil dari Brownell and young, 1956, hal.188, Tabel

10-4. Dengan ukuran baut = 1,5 in diperoleh data sebagai berikut :

Root area = 1,294 in2

Bolt spacing standard (BS) = 3,25 in

Minimal radian distance (R) = 2 in

Edge distance (E) = 1,5 in

Jumlah baut minimum:

= arearoot

Am2

= 2

2

294,1

20,085

in

in

= 15,52 buah

F-44

Digunakan jumlah baut sebanyak 16 buah. Dimensi baut digambarkan pada

Gambar F.4 berikut.

Gambar F-9 Detail ukuran baut

4. Diameter Flange

Bolt circle diameter (BC) = ID + 2 (1,145 go+ R)

= 52,2979 in + 2 [(1,145 ×3,25 in) + 2 in]

= 61,7404 in

Perhitungan diameter flange luar :

Flange OD (A) = bolt cirlce diameter + 2 E

= 61,7404 in + 2 (1,5) in

= 64,7404 in

5. Koreksi lebar gasket 1

Ab actual = jumlah baut × root area

= 16 × 1,294 in2 = 20,704 in

2

Lebar gasket minimun :

E

d

r

R

F-45

Nmin = Gπy2

fA allawactualb

= in 485,523,14006022

20000 20,704 2

psiin

= 0,04832 in

6. Perhitungan Moment

a. Untuk kondisi tanpa tekanan dalam

Beban desain diberikan dengan pers. 12.94, B & Y,1959 :

W = ½ (Ab + Am2) fa

= ½ (20,704 in2 + 20,0855 in

2) (20000 psi)

= 407.895,0651 lb

Keterangan :

W = Berat beban (lb)

Am2= Luas baut minimum (in2)

Ab = Luas aktual baut (in2)

fa = Allowable stress (psi)

Hubungan lever arm diberikan dengan pers. (12.101), B & Y, 1959:

hG = ½ (BC – G)

= ½ (61,7404 in – 52,485 in)

= 4,628 in

Keterangan :

hG = Tahanan radial circle bolt (in)

BC = Bolt circle diameter (in)

F-46


Flange moment dihitung sebagai berikut (B & Y, 1959, Tabel 12.4) :

Ma = W × hG

= 407.895,0651 lb × 4,628 in

= 1.887.534,414 lb-in

b. Untuk kondisi beroperasi, W = Wm1 (B & Y, 1959, pers. 12.95)

W = 62.497,682 lb

HD = 0,785 B2

p (B & Y, 1959, pers. 12.96)

= 0,785 (52,2979 in)2 (26,445 psi)

= 56.778,2141 lb

Keterangan :

HD = Hydrostatic and force pada area dalam flange (lb)

B = Diameter dalam flange / OD shell (in)


The lever arm dihitung dengan pers. 12.100 (B & Y, 1959) :

hD = ½ (BC – B)

= ½ (61,7404 in – 52,2979 in) = 4,7212 in

The moment, MD (dari pers. 12.96);

MD = HD × hD

= 56.778,2141 lb × 4,7212 in

= 268.064,1437 lb-in

F-47

HG dari pers. 12.98 (B & Y, 1959) :

HG = Wm1 – H

= 62.497,6821 lb – 57.186,0699 lb

= 5.311,6122 lb

Moment, pers. 12.98 (B & Y, 1959) :

MG = HG × hG

= 5.311,6122 lb × 4,628 in

= 24.579,4854 lb-in

HT dihitung dengan pers. 12.97 (B & Y, 1959) :

HT = H – HD

= 57.186,0699 lb – 56.778,2141 lb

= 407,8557 lb

Hubungan lever arm pers. 12.102 is:

hT = ½ (hD + hG )

= ½ (4,7212 in + 4,628 in)

= 4,6743 in

Flange moments diberikan oleh pers. 12.97 (B & Y, 1959) :

MT = HT × hT

= 407,8557 lb × 4,6743 in

= 1.906,4706 lb-in

F-48

Jumlah moment untuk kondisi beropersi, Mo dihitung berdasarkan pers.

12.99 (B & Y, 1959):

Mo = MD + MG + MT

= 268.064,1437 lb-in + 24.579,4854 lb-in + 1.906,4706 lb-in

= 294.550,0998 lb-in

Karena Ma > Mo, sehingga moment kondisi tanpa tekanan dalam (Ma) yang

berfungsi sebagai pengontrol sebesar 1.887.534,414 lb-in

7. Perhitungan tebal flange (B & Y, 1959, pers. 12.85)

Untuk menghitung tebal flange dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

t = Bf

MY

a

max

K = B

A

Dimana:

A = flange OD

B = shell OD

K = in 2979,52

7404,64 in = 1,24

Untuk K = 1,24 maka diperoleh Y = 9 (Brownell and Young,1959, fig.

12.22, hal. 238), sehingga :

t = inpsia

inlb

2979,5220000

414,534.887.19

= 4,03 in

Ketebalan flange yang digunakan 4 in.

F-49

d = diameter baut

t = tebal flange

Gasket

Bolt

Gambar F-10 Detail untuk flange dan bolt pada head evaporator

a. Sambungan Head Stationer dengan Shell Deflector

Sambungan antara bagian head stationer dengan shell penukar panas

menggunakan sistem flange dan baut. Bahan konstruksi yang dipilih

berdasarkan pada kondisi operasi.

Data perancangan:

Tekanan desain = 26,445 psi

Temperatur desain = 116 oC

Material flange = SA-285, grade C (B & Y, 1959, Tabel 13.1)

Bolting steel = SA-193, grade B7 (B & Y, 1959, Tabel 13.1)

Material gasket = Solid flat metal: Stainless steels

Diameter dalam shell = 0,889 m = 35 in

Ketebalan shell = 0,375 in

Diameter luar shell = 0,908 m = 35,75 in

F-50

Tegangan dari material flange = 13750 psi

Tegangan dari bolting material = 20000 psi

Tipe flange = optional loose type

(Fig.12.24,8.a, Brownell and Young, 1959)

1. Perhitungan Lebar Gasket

Untuk menghitung lebar gasket persamaan yang digunakan:

1)p(my

pmy

d

d

i

o

(Brownell and Young, 1959, pers. 12.2, hal.226)

Keterangan:

p = tekanan desain (psi)

do = diameter luar gasket (in)

di = diameter dalam gasket (in)

y = yield stress, lb/in2 (Fig. 12.11)

m = faktor gasket (fig. 12.11)

Dari fig 12.11 Brownell and Young, diperoleh :

y = 26000

m = 6,50

Sehingga

16,5026,44560002

)(6,50) (26,44560002

d

d

i

o

= 1,0005123

Asumsi bahwa diameter dalam gasket (di) sama dengan diameter luar shell,

yaitu 35,75 in, sehingga:

F-51

do = 1,0005123 × 35,75 in = 35,7683 in

2. Lebar gasket minimum (N)

N =

2

io dd

=

2

75,35 35,7683

= 0,0091 in

Digunakan gasket dengan tebal 3/16 in.

3. Diameter gasket rata-rata (G) :

G = di + lebar gasket

= 35,75 + 3/16 = 35,1875 in

2. Perhitungan Beban

Dari Fig 12.12, Brownell and Young, kolom 1, tipe 1.a, didapat :

bo = 2

N=

2

163

= 0,09375 in

bo ≤ 3/16 in, sehingga b = bo = 0,09375 in

Beban terhadap seal gasket

Wm2 = Hy = × b × G × y

Wm2 = 3,14 × 0,09375 × 35,1875 × 26000

= 269.316,3281 lb

Keterangan :

Hy = Berat beban bolt maksimum (lb)

F-52



Beban untuk menjaga joint tight saat operasi (B & Y,1959, pers. 12.90) :

Hp = 2 b π G m p

= 2 × 0,09375 × 3,14 × 35,1875 × 6,50 × 29,36

= 3.561,0351 lb

Keterangan :

Hp = Beban join tight (lb)

m = Faktor gasket (fig.12.11)




Beban dari tekanan internal (B & Y, 1959, pers. 12.89) :

H = p4

Gπ 2

= 445,264

35,18753,14 2

= 25.703,3691 lb

Beban operasi total (B & Y, 1959, pers. 12.91) :

Wm1 = H + Hp

= 25.703,3691 lb + 3.561,0351 lb

= 29.264,4042 lb

F-53

3. Baut

Berdasarkan perhitungan diatas, diperoleh Wm2 lebih besar daripada Wm1,

sehingga, beban pengontrol berada pada Wm2 = 269.316,3281 lb. Luas

minimum baut dapat dihitung dengan persamaan:

Am2 = a

m2

f

W

= 20000

81269.316,32

= 13,4658 in2

Penentuan ukuran baut diambil dari Brownell and young, 1956, hal.186, Tabel

10-4. Dengan ukuran baut = 1,5 in diperoleh data sebagai berikut :

Root area = 1,294 in2

Bolt spacing standard (BS) = 3,25 in

Minimal radian distance (R) = 2 in

Edge distance (E) = 1,5 in

Jumlah baut minimum:

= arearoot

Am2

= 2

2

294,1

13,4658

in

in

= 10,406 buah

Digunakan jumlah baut sebanyak 12 buah.

F-54

4. Diameter Flange

Bolt circle diameter (BC) = ID + 2 (1,145 go+ R)

= 35 in + 2 [(1,145 ×3,25 in) + 2 in]

= 44,4425 in

Perhitungan diameter flange luar :

Flange OD (A) = bolt cirlce diameter + 2 E

= 44,4425 in + 2 (1,5) in

= 47,4425 in

5. Koreksi lebar gasket 1

Ab actual = jumlah baut × root area

= 12 × 1,294 in2 = 15,5280 in

2

Lebar gasket minimun :

Nmin = Gπy2

fA allawactualb

= in 1/5 353,14006022

20000 15,5280 2

psiin

= 0,0541 in

6. Perhitungan Moment

a. Untuk kondisi tanpa tekanan dalam

Beban desain diberikan dengan pers. 12.94, B & Y,1959 :

F-55

W = ½ (Ab + Am2) fa

= ½ (15,528 in2 + 13,4658 in

2) (20000 psi)

= 289.938,1641 lb

Keterangan :

W = Berat beban (lb)

Am2= Luas baut minimum (in2)

Ab = Luas aktual baut (in2)

fa = Allowable stress (psi)

Hubungan lever arm diberikan dengan pers. (12.101), B & Y, 1959:

hG = ½ (BC – G)

= ½ (44,4425 in – 35 1/5 in)

= 4,628 in

Keterangan :

hG = Tahanan radial circle bolt (in)

BC = Bolt circle diameter (in)


Flange moment dihitung sebagai berikut (B & Y, 1959, Tabel 12.4) :

Ma = W × hG

= 289.938,1641 lb × 4,628 in

= 1.341.688,8542 lb-in

b. Untuk kondisi beroperasi, W = Wm1 (B & Y, 1959, pers. 12.95)

W = 29.264,4042 lb

F-56

HD = 0,785 B2

p (B & Y, 1959, pers. 12.96)

= 0,785 (35 in)2 (26,445 psi)

= 25.430,173 lb

Keterangan :

HD = Hydrostatic and force pada area dalam flange (lb)

B = Diameter dalam flange / OD shell (in)


The lever arm dihitung dengan pers. 12.100 (B & Y, 1959) :

hD = ½ (BC – B)

= ½ (44,4425 in – 35 in) = 4,7213 in

The moment, MD (dari pers. 12.96);

MD = HD × hD

= 25.430,173 lb × 4,7213 in

= 120.062,205 lb-in

HG dari pers. 12.98 (B & Y, 1959) :

HG = Wm1 – H

= 29.264,4042 lb – 25.703,3691 lb

= 3.561,0351 lb

Moment, pers. 12.98 (B & Y, 1959) :

MG = HG × hG

= 3.561,0351 lb × 4,628 in

F-57

= 16.478,6902 lb-in

HT dihitung dengan pers. 12.97 (B & Y, 1959) :

HT = H – HD

= 25.703,3691 lb – 25.430,173

= 273,1960 lb

Hubungan lever arm pers. 12.102 is:

hT = ½ (hD + hG )

= ½ (4,7213 in + 4,628 in)

= 4,6743 in

Flange moments diberikan oleh pers. 12.97 (B & Y, 1959) :

MT = HT × hT

= 273,1960 lb × 4,6743 in

= 1.277,0203 lb-in

Jumlah moment untuk kondisi beropersi, Mo dihitung berdasarkan pers.

12.99 (B & Y, 1959):

Mo = MD + MG + MT

= 120.062,205 lb-in + 16.478,6902 lb-in + 1.277,0203 lb-in

= 137.817,9154 lb-in

Karena Ma > Mo, sehingga moment kondisi tanpa tekanan dalam (Ma) yang

berfungsi sebagai pengontrol sebesar 1.341.688,854 lb-in

7. Perhitungan tebal flange (B & Y, 1959, pers. 12.85)

Untuk menghitung tebal flange dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

F-58

t = Bf

MY

a

max

K = B

A

Dimana:

A = flange OD

B = shell OD

K = in 35

44,47 in = 1,355

Untuk K = 1,355 maka diperoleh Y = 7 (Brownell and Young,1959, fig.

12.22, hal. 238), sehingga :

t = inpsia

inlb

3520000

85421.341.688,7

= 3,66 in

Ketebalan flange yang digunakan 4 in.

5. Desain Perpipaan dan Nozzle

a. Umpan Larutan Maleat Anhidrat

Data dari neraca massa :

Laju alir massa , G = 13.479,7863 kg/jam

= 3,7443 kg/s

mix = 1075 kg/m3

Bahan pipa yang digunakan = Stainless steel

Diameter otimum ( optimumiD , ) :

F-59

optimumiD , = 226 G0.5

ρ-0.35

(Coulson Vol. 6, 1983,pers. 5.15 hal.161)

= 35,035,0/1075/ 3,7443226

mkgskg

= 38,002 mm = 1,49 in

Digunakan pipa standart Kern, Tabel 11, 1965

NPS = 2 in

Schedule Number = 40

OD = 2,375 in

ID = 2,067 in

Flow area = 3,356 in2

Berat = 3,653 lb/ft

Spesifikasi nozzle standar dari Brownell and Young, 1959, App. F item 1:

Size = 2 in

OD of pipe = 2,375 in

Nozzle wall thickness (n) = 0,218

Diameter hole on in reinforcing plate (DR) = 2,5 in

Distance shell to flange face, outside (J) = 6

Distance shell to flange face, inside (K) = 6

Distance from Bottom of tank to center of nozzle :

- Regular, Type H = 7 in

- Low, Type G = 3,5 in

b. Steam Masuk shell


F-60

= 2,105 kg/s

Densitas, ρ = 0,685 kg/m3




ρ-0.35


= 35,035,0/685,0/ 2,105226

mkgskg

= 374,319 mm

= 14,737 in


NPS = 16 in


OD = 16 in

ID = 15 in

Flow area = 176 in2

Berat = 82,8 lb/ft


Size = 16 in

OD of pipe = 16 in

Nozzle wall thickness (n) = 0,5




F-61




c. Produk Cairan


= 1,8369 kg/s

Densitas campuran, ρmix = 247,13 kg/m3


Diameter optimum ( optimumiD , ) :


ρ-0.35


= 35,035,0/13,247/ 1,8369226

mkgskg

= 44,5274 mm = 1,753 in


NPS = 2 in


OD = 2,375 in

ID = 2,067 in


Berat = 3,653 lb/ft


Size = 2 in


F-62

Nozzle wall thickness (n) = 0.218 in

Diameter hole on in reinforcing plate (DR) = 2 ½ in

Distance shell to flange face, outside (J) = 6 in

Distance shell to flange face, inside (K) = 6 in

Length of side of reinforcing plate, L = 10

Width of reinforcing plate, W = 12,625



- Low, Type G = 3 ½ in

d. Produk uap

Laju alir massa = 6.866,6550 kg/jam

= 1,9074 kg/s

Densitas = 0,8455 kg/m3



Dopt = 226 × (1,9074 kg/s)0,5

× (0,8455 kg/m3)-0,35

= 330,9741 mm

= 13,0304 in


NPS = 14 in


OD = 14 in

ID = 13,125 in

F-63


Berat = 63,4 lb/ft


Size = 14 in

OD of pipe = 14 in

Nozzle wall thickness (n) = 0,5 in


Distance shell to flange face, outside (J) = 10 in

Distance shell to flange face, inside (K) = 8 in


Width of reinforcing plate, W = 38 in




5. Air panas dari shell

Laju alir massa = 7.579,7638 kg/jam

= 2,105 kg/s

Densitas = 915 kg/m3

Bahan pipa yang digunakan = Carbon steel


Dopt = 226 × (2,105 kg/s)0,5

× (915 kg/m3)-0,35

= 32,3902 mm = 1,2752 in

F-64


NPS = 2 in


OD = 2,375 in

ID = 2,067 in


Berat = 3,653 lb/ft


Size = 2


Flange Nozzle thickness (n) = 0,218

Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 2,5 in




Width of reinforcing plate, W = 12,625




F-65

DR

Dp

OD

A

R

J

n

Q

t

Gambar F-11. Dimensi nozzle

6. Menghitung berat total evaporator

Bahan yang digunakan stainless steel (austenitic) AISI 316.

steel = 490 lb/ft3

(Brownell and Young,1959.hal 156)

a. Berat Shell Deflector

Data perhitungan :

Diameter dalam shell (ID) = 1,3283 m = 4,3581 ft

Ketebalan shell (ts) = 0,375 in

Diameter luar shell (OD) = 1,3474 m = 4,4206 ft

Tinggi shell (H) = 4,3581 ft

Volume shell = ¼ π × Hs × (OD2

– ID2)

= 414,3 × 4,3581 ft × 0,5486 ft

2

= 1,8770 ft3

F-66

Berat shell = Volume shell × steel

= 1,8770 ft3

× 490 lb/ft3

= 919,7571 lb = 418,0714 kg

b. Berat Dish Head

Data perhitungan :

Diameter luar head, (OD) = 53,0479 in

Ketebalan head (th) = 0,375 in

Panjang straight flange = 3 in

Inside corner radius = 3,25 in

Untuk th< 1 in (td = ¼ in) perkiraan blank diameter (bd) adalah :

bd = OD +42

OD+ 2.Sf + 2/3.icr (Brownell and Young. Eq.5- 12,p.88)

= 62,4776 in

= 5,2064 ft

Volume dish head = ¼ π (bd)2 × th

= ¼ π (5,2064)2 (0,03125)

= 0,6649 ft3

Berat head atas = Volume head × steel

= 0,6649 ft3

× 490 lb/ft3

= 325,8382 lb = 147,79 kg

Volume head bawah = (¼ (bd)2 -

¼ (ODShell HE)

2 ) x th

= (¼ (5,2064)2 -

¼ (2,9791)

2 ) x 0,03125

F-67

= 0,4472 ft3

Berat head bawah = Volume head × steel

= 0,4472 ft3 x 490 lb/ft

3

= 219,158 lb

Berat total head = berat head atas + berat head bawah

= 325,8382 lb + 219,158 lb

= 544,995 lb

= 247,2059 kg

c. Berat shell Heat Exchanger

Data perhitungan :

Diameter dalam shell (ID) = 2,916 ft

Ketebalan shell (ts) = 3/8 in = 0,03125 ft

Diameter luar shell (OD) = 2,9791 ft

Tinggi shell (Z) = 24 ft

Keliling Lingkaran (K) = 10,205 ft

Volume shell = K x Z x ts

= 9,1562 × 24 × 0,03125

= 6,8671 ft3

Berat shell = Volume shell × steel

= 6,8671 ft3

× 490 lb/ft3

= 3.364,9182 lb

= 1.526,301 kg

F-68

d. Berat Tube Heat Exchanger

Data perhitungan :

Diameter dalam tube (ID) = 0,0725 ft

Ketebalan tube (ts) = 0,0108 ft

Diameter luar tube (OD) = 0,0833 ft

Tinggi tube (Z) = 24 ft


Volume tube = K x Z x ts

= 0,227 × 24 × 0,0108

= 0,059 ft3

Berat 1 tube = Volume shell × steel

= 0,059 ft3

× 490 lb/ft3

= 29,002 lb = 13,154 kg

Berat total tube = 522 x 29,002 lb

= 15.139,044 lb

= 6.866,935 kg

e. Berat Baffle

Berat Baffle (dari perhitungan desain Baffle) = 3.520,83 lb = 1.597,02 kg

f. Berat Tube Sheet

Berat tube sheet (dari perhitungan desain Tube Sheet) = 539 lb = 244,48 kg

F-69

g. Berat Isolator Shell Deflector

Bahan yang digunakan adalah Magnesia 85 %, Densitas = 12 lb/ ft3

Data perhitungan :

Diameter dalam Isolator (ID) = 4,420 ft

Ketebalan isolator (ti) = 0,130 ft

Diameter luar isolator (OD) = 4,550 ft

Tinggi isolator (Z) = 6,6075 ft


Volume isolator = K x Z x ts

= 13,880 × 6,6075 × 0,130

= 11,923 ft3

Berat isolator = Volume isolator ×

= 11,923 ft3× 12 lb/ft

3

= 143,0779 lb

= 64,899 kg

h. Berat Isolator Dish Head

Bahan yang digunakan adalah Magnesia 85 %, Densitas = 12 lb/ ft3

Data perhitungan :

Diameter dalam Isolator (ID) = 53,0479 in


Diameter luar isolator (OD) = 54,7079 in

Panjang straight flange = 3 in

F-70

Inside corner radius = 3,25 in

Untuk th< 1 in (td = ¼ in) perkiraan blank diameter (bd) adalah :

bd = OD +42

OD+ 2 . Sf + 2/3 . icr

= 64,1771 in

= 5,3480 ft

Volume isolator = ¼ (bd)2 x th

= ¼ (5,3480)2 x 0,03125

= 0,7016 ft3

Berat Isolator atas = Volume Isolator × steel

= 0,7016 ft3

× 12 lb/ft3

= 8,419 lb = 3,818 kg

Volume Isolator bawah = (¼ (bd)2 -

¼ (ODShell HE)

2 ) x th

= (¼ (5,3480)2 -

¼ (2,9791)

2 ) x 0,03125

= 0,484 ft3

Berat Isolator bawah = Volume Isolator × steel

= 0,484 ft3

× 12 lb/ft3

= 5,8068 lb

Berat total Isolator = Berat Isolator atas + Berat Isolator bawah

= 8,419 lb + 5,8068 lb

= 14,2258 lb

= 6,467 kg

F-71

i. Berat Isolator Shell Heat Exchanger

Data perhitungan :

Diameter dalam Isolator (ID) = 2,9791 ft


Diameter luar Isolator (OD) = 3,3831 ft

Tinggi Isolator (Z) = 24 ft


Volume Isolator = K x Z x ti

= 9,3543 ×24 × 0,404

= 90,6992 ft3

Berat Isolator = Volume shell × steel

= 90,6992 ft3× 12 lb/ft

3

= 1.088,390 lb

= 493,508 kg

j. Berat nozzle

Tabel F-7 Perhitungan Berat Nozel

Keterangan Ukuran Nozzle, in Berat Nozzle, lb

Pipa umpan aquous 2 0,6088

Pipa steam masuk 16 110,4000

Pipa produk liquid 2 0,6088

Pipa produk kondensat 14 73,9667

Pipa air panas keluar 2 0,6088

Total 36 186,1932

F-72

k. Berat bahan dalam Deflector & “Shell and Tube”

Berat liquid pada Deflector

Waktu tinggal Long tube vertical evaporator 5-10 menit (Ulrich,1984)

diambil 5 menit = 0,0833333 jam

Pada Deflector Diketahui volume liquid = 6.613,1313 kg/jam

W = 6.613,1313 kg/jam x 0,0833 jam

= 550,8738 kg = 1.213,365 lb

Berat steam (pemanas)

Kebutuhan steam = 7.579,7638 kg/jam

Sehingga berat steam :

W = 7.579,7638 kg/jam × 0,0833 jam

= 631,394 kg = 1.391,984 lb

Berat uap air

Berat uap air = 6.866,6550 kg/jam

Sehingga berat uap air:

W = 6.866,6550 kg/jam × 0,0833 jam

= 571,9923 kg = 1.261,026 lb

Total berat evaporator = 29.326,8062 lb = 13.302,42 kg

7. Desain Sistem Penyangga

Berat untuk perancangan = 1,2 × berat mati evaporator

= 1,2 × 13.302,42 kg

F-73

= 15.962,904 kg

= 35.192,14 lb

Evaporator disangga dengan 4 kaki.

Kaki penyangga dilas ditengah – tengah ketingggian (50 % tinggi Deflector).

1. Leg Planning

Digunakan kaki (leg) tipe I-beam dengan pondasi dari cor atau beton.

Gambar F-13. Kaki penyangga tipe I beam

Karena kaki dilas pada pertengahan ketinggian evaporator, maka ketinggian

kaki:

(Hleg) = ½ Hr + L

Dimana : Hr : tinggi total Deflector, ft

L : jarak antara bottom Deflector ke pondasi (digunakan 5 ft)

Hr = 30,608 ft

Sehingga:

(Hleg) = (½ ×30,608) ft + 5 ft

= 20,304 ft = 243,648 in

Digunakan I-beam 8 in (Brownell and Young, App. G, item 2)

Dimensi I-beam :

11

2

2

F-74

Kedalaman beam = 8 in

Lebar flange = 4,171 in

Web thickness = 0,441 in

Ketebalan rata-rata flange = 0,425 in

Area of section (A) = 6,71 in2

Berat/ft = 23 lbm

Peletakan dengan beban eksentrik (axis 1-1) :

I = 64,2 in4

S = 16 in3

r = 3,09 in

Peletakan tanpa beban eksentrik (axis 2-2) :

I = 4,4 in4

S = 2,1 in3

r = 0,81 in

Cek terhadap peletakan sumbu axis 1-1 maupun axis 2-2 .

a) Axis 1-1

l/r = 243,648 in / 3,09 in = 78,850 (l/r < 120, memenuhi)

(Brownell and Young, 1959, p.201)

Stress kompresif yang diizinkan (fc):

(fc) = )r./18000(l1

1800022

(Pers. 4.21, brownell and Young, 1959)

= ) 09,3/18000(243,648 1

1800022

= 8.707,0091 lbm/in2 (<15.000 psi , sehingga memenuhi)

F-75

(Brownell and Young, p.201)

Jarak antara center line kolom penyangga dengan center line shell (a) dari

(gambar F.6) :

a = (½ × lebar flange) + 1,5

= (½ × 4,171) + 1,5

= 3,5855 in

y = ½ × lebar flange = ½ × 4,171 = 2,0855 in

Z = I/y = 64,2/2,0855 = 30,784 in3

Beban kompresi total maksimum tiap leg (P) :

P

Gambar F-14. Sketsa beban tiap lug

n

WΣ

Dn

L)(HP4P

bc

w

(Pers. 10.76, Brownell and Young, 1959)

Dimana:

Pw = beban angin total pada permukaan yang terbuka, lbm

H = tinggi evaporator di atas pondasi, ft

L = jarak dari fondasi ke bagian bawah Evaporator, ft

Dbc = diameter anchor-bolt circle, ft

n = jumlah penyangga, n

ÓW = berat evaporator kosong + berat liquid dan beban mati lainnya, lbm

F-76

= 35.192,14 lbm

Umumnya vessel dengan penyangga lug atau lug supported memiliki

ketinggian yang lebih rendah dibandingkan skirt supported vessel, sehingga

wind load sangat minor pengaruhnya. Wind load cenderung mempengaruhi

vessel jika vessel dalam keadaan kosong. Berat vessel dalam keadaan terisi

oleh cairan cenderung stabil (Hal.197, Brownell & Young, 1959). Jadi, nilai

Pw = 0, kemudian persamaan di atas menjadi :

n

WΣP =

4

lb 35.192,14 m = 8.798,035 lbm

Menghitung beban eksentrik :

(fec) = Z

aP. (Pers. 10.98, Brownell and Young, 1959)

=

30,784

3,5855 8.798,035= 1.024,732 lbm/in

2

Luas penampang lintang:

f = fc – fec

= 7.707,0091 – 1.024,732

= 7.682,277 lbm/in2

A = f

P (Pers. 10.98, Brownell and Young, 1959)

= 7.682,277

8.798,035 = 1,145 in

2 < A pada tabel (6,71 in

2), maka memenuhi

b) Axis 2-2

l/r = 243,648 in/ 0,81 in = 300,8 (l/r > 120, tidak memenuhi)

F-77

(Brownell and Young, 1959, p.201)

2. Lug Planning

P = 8.798,035 lbm

Masing-masing penyangga memiliki 4 baut (bolt)

Beban maksimum tiap baut:

Pbolt = bn

P = 2.199,508 lbm

Luas lubang baut:

Abolt = bolt

bolt

f

P (Pers.10.35, Brownell and Young, 1959)

Dengan : fbolt = stress maksimum yang dapat ditahan oleh setiap baut

= 12000 psi

Abolt = 2

m

m

/inlb 12.000

lb 2.199,508 = 0,183 in

2

Digunakan baut thread standar dengan diameter = 1/2 in (Brownell and

Young,Tabel. 10.4, hal.188).

a) Ketebalan plat horizontal

thp= allow

y

f

M6 (Pers.10.41, Brownell and Young, 1959)

My=

11

e

l2ln1

4

P(Pers.10.40, Brownell and Young, 1959)

Dimana:

thp = tebal horizontal plat, in

My = bending momen maksimum sepanjang sumbu radial, in-lbm

P = beban baut maksimum, lbm

F-78

A = panjang kompresi plate digunakan,

= ukuran baut + 8 in = 1/2 in + 8 in = 8,5 in

h = tinggi gusset

= (5/3 x 8,5) = 14,167 in

b = lebar gusset, in

= ukuran baut + 8 in = 1/2 in + 8 in = 8,5 in

l = jarak radial dari luar horizontal plate luar ke shell, in

= 6 in

ì = poisson’ratio (untuk steel, ì = 0,3) (Brownell and Young, 1959)

fallow= stress yang diizinkan untuk baut

= 12.000 psi

γ1 = konstanta dari tabel 10.6 Brownell and Young, 1959

e = jarak konsentrasi beban

= setengah dari dimensi nut, in

= ½ × 1/2 in = 1/4 in

Ketebalan plat kompresi:

l

b = 8,5 in/6 in = 1,417

Dari Tabel 10.6, Brownell and Young, 1959, diperoleh γ1 = 0,125

My =

0,1251

1/4

)6(2ln3,01

.4

8.798,035

= 3.096,134 in-lb

thp = 12000

3.096,1346

= 1,244 in. Digunakan plat standar dengan ketebalan 2 in

F-79

b) Ketebalan gusset

(tg) = 3/8 × thp (Pers.10.47, Brownell and Young, 1959)

= 3/8 × 2 in = 0,75 in, dipilih 1 in

3. Base Plate Planning

Digunakan I- beam dengan ukuran 8 in dan 23 lbm/ft

Panjang kaki (Hleg) = 20,304 ft = 243,648 in

Sehingga berat satu leg = 20,304 ft × 23 lbm/ft = 466,992 lbm

Beban base plate (Pb) = berat 1 leg + P

= 466,992 lbm + 8.798,035 lbm

= 9.265,027 lbm

Base plate area (Abp) = Pb/f

Dimana:

Pb = base plate loading

f = kapasitas bearing (untuk cor, f = 120 psi)

Abp = psi120

lb 9.265,027 m = 77,208 in2 (= Abp min)

Untuk posisi leg 1-1

Abp = lebar (le) × panjang (pa)

= (0,8 fw + 2n)(0,95 hb + 2m)

Dimana:

fw = lebar flange = 4,171 in

hb = kedalaman beam = 8 in

m = n (diasumsikan awal)

F-80

m

n

0,9

5 h

b

0,8 fw

le

pa

Gambar. F-15. Sketsa area base plate

Abp = (0,8 × 4,171 + 2n)(0,95 × 8 + 2n) = 77,208

(3,3368 + 2n) (7,6 + 2n) = 77,208

4n2 + 21,8736 n -51,848 = 0

Dapat diselesaikan sehingga diperoleh:

n1 = -8,9731 , n2 = 3,5047

Maka, le = (0,8 × 4,171) + (2 × 3,5047) = 10,3462 in

pa = (0,95 × 8) + (2 × 3,5047) = 14,6094 in

Umumnya dibuat pa = le, maka dibuat pa = le = 15 in

Abp,baru = 225 in2

nbaru = [15 –(0,8 × 4,171)]/2 = 5,8316 in

mbaru = [15 –(0,95 × 8)]/2 = 3,7 in

Tebal base plate:

tbp = (0,00015 × Pa × n2)1/2

Dimana:

Pa = tekanan aktual

F-81

Pa = baru,bpA

P =

225

035,798.8 = 39,102 psi

tbp = (0,00015 × 39,102 × 5,83162)1/2

= 0,446 in. Digunakan plat standar 1 in

4. Vibration

Perioda dari vibrasi pada vessel harus dibatasi, karena vibrasi yang

berlangsung dalam perioda yang cukup lama akan menimbulkan suatu

kerusakan pada vessel.

Perioda vibrasi, (T)

21

51065.2

t

Dw

D

HT (Brownell and Young, 1959, pers. 9.68)

Keterangan :

D = Outside diameter = 4,550 ft

H = Tinggi Evaporator temasuk penyangga = 35,608 ft

w = Berat Evaporator, lb/ft tinggi

= 988,3211 lb/ft tinggi

t = Ketebalan shell, in = 3/8 in = 0,375 in

Sehingga:

T

5,02

5

0,375

550,4 988,3211

4,550

35,60810.65,2

T = 0,177 detik

F-82

Dari Tabel 9.3 hal 167 Brownell & Young, 1959, diperoleh koefisien

seismic ( C ) = 0,10

Periode maksimum vibrasi dirumuskan dengan (Megysey, 1983) :

Vg

WH0,80Ta

V = CW

Keterangan :

V = Total shear, lb = 98,8321 lb

g = 32,2 ft/s2, percepatan gravitasi

32,2(98,8321)

35,608 988,32110,80Ta

= 2,66 detik

T < Ta = periode vibrasi diijinkan

5. Desain Anchor Bolt

Vessel harus merekat erat pada concrete fondation, beam dengan anchor

bolt. Jumlah anchor bolt harus 4 atau kelipatannya untuk setiap vertikal

shell, pada shell yang tinggi sebaiknya menggunakan 8 buah anchor bolt

atau tergantung pada besarnya diameter shell. Agar merekat kuat pada

concrete fondation, anchor bolt sebaiknya tidak dipasang terlampau dekat,

yakni tidak kurang dari 18 in (Megyesy, 1983).

Diameter tempat bolt-bolt dipasang diasumsikan sebesar 30 in.

As = Area di dalam lingkaran bolt

= 3,14×(30/2)2 = 706,8583 in

2

F-83

CB = Circumference pada lingkaran bolt

= 2 × 3,14 × (30/2) = 94,2478 in

Menentukan area bolt

Karena tidak ada pengaruh angin, maka T diabaikan.

Keterangan :

SB = Maximum allowable stress value dari material bolt

Menggunakan bahan carbon steel, SA 325

Allowable pressure = 15000 psi

CB = Circumference pada lingkaran bolt = 94,2478 in

N = jumlah dari anchor bolts = 4 buah (Tabel B, Megyesy hal 69)

Area bolt yang diperlukan = 0,0016 in2.

Dipakai bolt area seluas 0,126 in2

dari Tabel 10.4 Brownell&Young hal 188 untuk area bolt seluas 0,126 in2,

maka ukuran bolt = ½ in

6. Beban Karena Gempa

Magnitud akibat tekanan gempa merupakan hasil dari berat vessel dan

koefisien seismic (C) yang merupakan fungsi dari vibrasi.

Momen karena gempa

Msx =

2

2 34

H

XHXwC (Brownell and Young, 1959, pers. 9.71)

Keterangan :

NS

CTB

B

B

.

.4

F-84

Msx = Momen bending, in-lb

C = Dari Tabel 9.3 (Brownell and Young, 1959), untuk zone 1 dan

T < 1 s diperoleh, C = 0,05

X = H = Tinggi shell total = 35,608 ft

W = Berat shell = 15.962,904 kg = 35.192,14 lbm

Msx =

2

2

35,608

35,608 35,608335,608 14,192.3502,04 xxxx

= 200.499,4754 in-lb

Stress karena gempa, fsx

fsx = )2 ctr

M

s

sx

(Brownell and Young, 1959, pers. 9.72)

125,0375,06,54

5200.499,472

= 85,675 psi

Keterangan:

r = jari-jari shell + isolasi, in

ts = tebal shell, in

c = faktor korosi, in

8. Perancangan Pondasi

Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi pondasi beton terdiri dari

campuran: semen : kerikil : pasir, dengan perbandingan 1 : 2 : 3. Direncanakan

pondasi berbentuk limas terpancung, dianggap hanya gaya vertikal dari berat

kolom yang bekerja pada pondasi. Asumsi tanah pondasi adalah clay dengan

safe bearing maksimal 10 ton/ft2 (Tabel 12,2 Hess & Rushton). Pondasi

F-85

dibuat dari beton dengan specific gravity 2,65 dan densitas 140 lb/ft3 (Dirjen

Bina Marga DPU & Tenaker).

Berat menara (termasuk perlengkapannya) yang diterima oleh :

I-Beam pada kondisi operasi = 35.192,14 lb

Berat I-Beam yang diterima oleh base plate adalah = 9.265,027 lb

Jadi berat total yang diterima pondasi adalah = 44.457,167 lb

Digunakan tanah dengan :

Luas bagian atas (a) = 13950 in2 (3 m × 3 m)

Luas bagian bawah (b) = 24800 in2 (4 m × 4 m)

Tinggi pondasi = 60 in

Volume pondasi (V) = (1/3) × tinggi pondasi × ((a + b) + (a ×b)1/2

)

= 114700 in3

= 663,773 ft3

Berat pondasi (W) = V × densitas beton

= 663,773 ×140 = 92.928,22 lb

Jadi berat total yang diterima tanah adalah :

Wtotal = 44.457,167 lb + 92.928,22 lb = 137.385,387 lb

Tegangan tanah karena beban (τ) = P/F < 10 ton

keterangan : P = beban yang diterima tanah (lb)

F = luas alas (ft2)

Jadi tegangan karena beban (τ) :

τ = 137.385,387 lb / 24.800 in2

= 5,539 lb/in2

= 0,362 ton/ft2

< 10 ton/ft2

F-86

Pondasi dapat dipasang pada tanah clay, karena tegangan tanah karena beban

(τ) kurang dari safe bearing maksimal pada tanah clay.

A B

CD

E

F

G

H

IJ

Gambar F-16. Evaporator Assembly (EV-301)

Keterangan:

A. Deflector F. Baffle

B. Saluran Keluar Uap G. Saluran Keluar Kondensat

C. Saluran Keluar Produk H. Tube Sheet

D. Saluran Steam Masuk I. Head Stationer

E. Tube J. Saluran Masuk Umpan

Documents

LAMPIRAN F PERANCANGAN LONG TUBE VERTICAL …digilib.unila.ac.id/2070/19/LAMPIRAN-LAMPIRAN.pdf · S1 = 140 oC Keterangan : ... Tabel F.1. Neraca Massa di Evaporator (EVP – 301)