lampiran f perancangan long tube vertical …digilib.unila.ac.id/2070/19/lampiran-lampiran.pdf ·...
TRANSCRIPT
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:
(SI) (Geankoplis, 1993, hal 254)
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:
(SI) (Geankoplis, 1993, hal 254)
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)
b = Effective gasket (in)
G = Diameter gasket rata-rata (in)
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
G = Diameter gasket rata-rata (in)
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)
p = Tekanan operasi (psi)
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
b = Effective gasket (in)
G = Diameter gasket rata-rata (in)
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)
b = Effective gasket (in)
G = Diameter gasket rata-rata (in)
p = Tekanan operasi (psi)
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)
G = Diameter gasket rata-rata (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)
p = Tekanan operasi (psi)
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
Laju alir massa , G = 7.579,7638 kg/jam
F-60
= 2,105 kg/s
Densitas, ρ = 0,685 kg/m3
Bahan pipa yang digunakan = Stainless steel
Diameter otimum ( optimumiD , ) :
optimumiD , = 226 G0.5
ρ-0.35
(Coulson Vol. 6, 1983,pers. 5.15 hal.161)
= 35,035,0/685,0/ 2,105226
mkgskg
= 374,319 mm
= 14,737 in
Digunakan pipa standart Kern, Tabel 11, 1965
NPS = 16 in
Schedule Number = 40
OD = 16 in
ID = 15 in
Flow area = 176 in2
Berat = 82,8 lb/ft
Spesifikasi nozzle standar dari Brownell and Young, 1959, App. F item 1:
Size = 16 in
OD of pipe = 16 in
Nozzle wall thickness (n) = 0,5
Diameter hole on in reinforcing plate (DR) = 16,125 in
Distance shell to flange face, outside (J) = 10
Distance shell to flange face, inside (K) = 8
F-61
Distance from Bottom of tank to center of nozzle :
- Regular, Type H = 20 in
- Low, Type G = 17,5 in
c. Produk Cairan
Laju alir massa , G = 6.613,1313 kg/jam
= 1,8369 kg/s
Densitas campuran, ρmix = 247,13 kg/m3
Bahan pipa yang digunakan = Stainless steel
Diameter optimum ( optimumiD , ) :
optimumiD , = 226 G0.5
ρ-0.35
(Coulson Vol. 6, 1983,pers. 5.15 hal.161)
= 35,035,0/13,247/ 1,8369226
mkgskg
= 44,5274 mm = 1,753 in
Digunakan pipa standart Kern, Tabel 11, 1965
NPS = 2 in
Schedule Number = 40
OD = 2,375 in
ID = 2,067 in
Flow area = 3,35 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
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
Distance from Bottom of tank to center of nozzle :
- Regular, Type H = 7 in
- 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
Bahan pipa yang digunakan = Stainless steel
Diameter otimum ( optimumiD , ) :
Dopt = 226 × (1,9074 kg/s)0,5
× (0,8455 kg/m3)-0,35
= 330,9741 mm
= 13,0304 in
Digunakan pipa standart Kern, Tabel 11, 1965
NPS = 14 in
Schedule Number = 40
OD = 14 in
ID = 13,125 in
F-63
Flow area = 135,3 in2
Berat = 63,4 lb/ft
Spesifikasi nozzle standar dari Brownell and Young, 1959, App. F item 1:
Size = 14 in
OD of pipe = 14 in
Nozzle wall thickness (n) = 0,5 in
Diameter hole on in reinforcing plate (DR) = 14,125 in
Distance shell to flange face, outside (J) = 10 in
Distance shell to flange face, inside (K) = 8 in
Length of side of reinforcing plate, L = 31
Width of reinforcing plate, W = 38 in
Distance from Bottom of tank to center of nozzle :
- Regular, Type H = 18 in
- Low, Type G = 15,5 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
Diameter otimum ( optimumiD , ) :
Dopt = 226 × (2,105 kg/s)0,5
× (915 kg/m3)-0,35
= 32,3902 mm = 1,2752 in
F-64
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
OD of pipe = 2,375 in
Flange Nozzle thickness (n) = 0,218
Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 2,5 in
Length of side of reinforcing plate, L = 10
Distance shell to flange face, outside (J) = 6
Distance shell to flange face, inside (K) = 6
Width of reinforcing plate, W = 12,625
Distance from Bottom of tank to center of nozzle :
- Regular, Type H = 7 in
- Low, Type G = 3,5 in
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
Keliling Lingkaran (K) = 0,227 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
Keliling Lingkaran (K) = 13,880 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
Ketebalan isolator (ti) = 0,130 ft
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
Ketebalan isolator (ti) = 0,404 ft
Diameter luar Isolator (OD) = 3,3831 ft
Tinggi Isolator (Z) = 24 ft
Keliling Lingkaran (K) = 9,3543 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