ANALISA STUDY KASUS KEGAGALAN THERMAL FATIGUE PADA

NOZZLE BEJANA TEKAN

Pada study kasus ini membahas tentang thermal fatigue yang

terjadi pada nozzle bejana tekan tipe crack gas drier (bejana tekan untuk

proses pengeringan). Selama proses berlangsung nozzle dilewatkan oleh

gas dengan temperatur yang fluktuasi secara berulang. Fluktuasi

temperatur tersebut mengakibatkan beban thermal (thermal load) pada

nozzle. Adanya beban thermal yang berlangsung secara siklus akan

mengakibatkan kegagalan pada struktur yang dikenal dengan thermal

fatigue. Temperatur yang fluktuasi itu berkisar antara 15oC sampai

dengan 220oC.

Pada study kasus tersebut dilakukan percobaan untuk mengetahui

umur nozzle tersebut sampai nozzle mengalami kegagalan thermal

fatigue. Percobaan dilakukan dengan membuat model dua dimensi dari

bejana tekan secara aksimetris. Percobaan diawali dengan menentukan

profil temperatur disekitar nozzle, setelah itu analisis tegang untuk

mengevaluasi tegangan akibat fluktuasi temperatur. Percobaan

dilakukan di sepuluh titik nozzle dari bejana tekan.

PENENTUAN PROFIL THERMAL

Gambar diatas merupakan profil temperatur gas pada saat t = 23,4

jam yang mencapai 220oC dan pada saat proses berakhir dengan

temperatur gas 15oC. Temperatur gas yang melewati nozzle meningkat

seiring dengan peningkatan temperatur gas yang melewati nozzle bagian

dalam. Tempertaur seluruh nozzle mencapai nilai tertinggi yaitu

219,89oC.

HASIL ANALISA TEGANGAN

Pada saat t = 23,4 jam dan temperatur mencapai 220oC, nilai

tegangan tertinggi mencapai 726 N/mm2. Sedangkan pada saat proses

berakhir dan temperatur hingga 15oC, tegangan mencapai 10 N/mm2.

Dari hasil simulasi tersebut diketahui bahwa peningkatan tegangan

thermal berbanding lurus dengan peningkatan temperatur nozzle.

KESIMPULAN

Dari hasil penentuan profil dan analisa tegangan dan melalui

perhitungan dengan menggunakan software ANSYS, didapatkan hasil

bahwa umur dari sepuluh titik nozzle akibat dari thermal fatigue adalah

infinite, yaitu kegagalan akibat beban thermal tersebut akan terjadi pada

siklus yang panjang. Hal ini bisa disebabkan oleh tegangan alternatif

yang beroperasi di bawah batas kegagalan (endurance limit). Berikut

adalah hasil perhitungan umr nozzle yang dilakukan pada sepuluh titik :

LOKASITEGANGAN ALTERNATIF

(N/mm2)

UMUR

(CYCLES)

1 5,171 Infinite

2 6,14 Infinite

3 12,62 Infinite

4 12,13 Infinite

5 53,84 Infinite

6 76,2 Infinite

7 100,36 Infinite

8 124,69 Infinite

9 206,03 Infinite

10 139,13 Infinite

Perhitungan umur nozzle ini juga mengacu pada panduan ASME

NB 3216.1. Akhir dari segala percobaan dan hasil perhitungan terhadap

nozzle bejana tekan adalah bahwa kegagalan thermal fatigue akan terjadi

pada siklus yang panjang atau waktu yang lama (infinite).