PERANCANGAN BEJANA TINGGI PDF

Preview

Summary

PERANCANGAN PABRIK II BEJANA TINGGI Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jawa Timur NAMA KELOMPOK Nurindah Safitri NPM 1431010053 Adi Gumelar Cakra P NPM 1431010055 Hasan Djadid Assegaff NPM 1431010056 Hardiansyah Andi N NPM 1431010052 Fadillah Akbar ...

Description

PERANCANGAN PABRIK II

BEJANA TINGGI

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN” Jawa Timur

NAMA KELOMPOK Nurindah Safitri

NPM 1431010053

Adi Gumelar Cakra P

NPM 1431010055

Hasan Djadid Assegaff

NPM 1431010056

Hardiansyah Andi N

NPM 1431010052

Fadillah Akbar N.A

NPM 1431010082

Alfi Nurdiana A.

NPM 1431010078

Reyza Sapta Ramadhan

NPM 1431010063

3.1 Bejana Tinggi dan Kelengkapannya

Pada umumnya bejana tinggi diletakkan di luar bangunan pabrik sehingga bejana tersebut akan terkena angin dank arena tingginya akan terpengaruh oleh tekanan gempa. Dengan demikian desain bejana tinggi hanya meliputi tebal dan ketinggian bagi yang silinder yang dinamakan courses, dengan memperhatikan berat karena beban mati dan attachment tekanan angin dan gempa atau seismik, serta design bejana tinggi tipe selubung atau skirt support. Contoh pada gambar 3.1 Kelengkapan kolom distilasi biasanya meliputi : • Pipa feed • Plate form • Isolasi pipa • Tutup atas • Pipa uap • Tangga tinggi • Tray, dll.

Kelengkapan tersebut memiliki dimensi dan berat sehingga alat tersebut akan menimbulkan stress pada dinding bejana. Atas dasar stress inilah yang akan digunakan untuk mendesign tebal dan tinggi satu courses. Secara detail bejana tinggi dapat terlihat pada gambar 3.2.

Pada bejana tinggi yang akan didesign adalah : tinggi courses, tebal tiap courses, jumlah courses pada bagian silinder atau shell dengan memperhatikan beberapa hal yang mempengaruhi, yaitu: • Stress karena proses dan operasi kolom distilasi, (fap) • Stress karena beban mati, (fdx) • Stress karena angina, (fwx) • Stress karena gempa atau seismic, (fsx)

Panjang atau tinggi courses untuk ketebalan tertentu diberi notasi x, yang dihitung mulai dari bagian atas shell, dengan ketentuan tebal courses berikutnya lebih tebal dibandingkan courses sebelumnya, seperti yang terlihat pada gambar 3.3

Apabila stress mengenai bejana tinggi, maka akan berlaku stress tensile pada bagian hulu dan stress compressive pada bagian hilir, seperti yang terlihat pada gambar 3.4

Harga x diambil yang terpendek yang terpendek diantara 2 harga x, atau harga x diantara pengaruh tensile stress dan compressive stress atau harga x di bagian hulu atau bagian hilir. Harga x dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3-1) sampai persamaan (3-4). a. Bejana dengan operasi internal pressure ft max = (fwx atau fsx) + fap – fdx ………………………………………. (3-1) fc max = (fwx atau fsx) - fap + fdx ………………………………………. (3-2) b. Bejana dengan operasi external pressure ft max = (fwx atau fsx) - fap – fdx ………………………………………. (3-1) fc max = (fwx atau fsx) + fap + fdx ………………………………………. (3-2)

3.2 Stress Pada Bejana Tinggi

Stress pada bejana tinggi terdiri dari : axial stress, circumferential, stress karena beban mati (berat: shell, attachment equipment), stress compressive disebabkan oleh tekanan angina, non-excentric stress dan stress karena seismic.

3.2.1 Axial Stress dan circumferential stress

Stress yang disebabkan operasi ada 2 macam, yaitu : axial stress dan circumferential stress. Axial stress yaitu stress searah dengan sumbu tegak bagian silinder, yang dinyatakan dengan persamaan (3-5)

Fap =

𝑝𝑑 4 (𝑡𝑠−𝑐)

…………………………..………………. (3-5)

Circumferential stress yaitu stress tegak lurus dengan sumbu tegak bagian silinder seperti yang terlihat pada persamaan (3-6)

Fap =

𝑝𝑑 2 (𝑡𝑠−𝑐)

…………………………..………………. (3-5)

Karena perhitungan tinggi courses, sesuai dengan arah sumbu tegak bagian selinder maka stress yang di gunakan pada design bejana tinggi adalah axial stress.

3.2.2 Stress karena beban mati (dead weight) Stress pada shell karena beban mati disebabkan oleh berat shell dan isolasinya, berat liquid dan berat pipa dan isolasinya. Selain beban mati ada berat kelengkapan (attachment) bejana yang terdiri dari : -

Tutup bagian atas

-

Platform

-

Tangga (ladder)

-

Tray dan penyangga

Total berat beban mati dan kelengkapan bejana akan menimbulkan stress pada steel atau bahan bejana dengan luas permukaan seperti yang terlihat pada Gambar 3.5.

STRESS KARENA BEBAN MATI (DEAD WEIGHT) ✓ Stress karena berat shell Stress karena berat shell adalah stress yang di sebabkan oleh berat shell pada luas oermukaan shell bejana tinggi . stress karena berat shell dinyatakan dengan persamaan seperti yang terlihat pada persamaan (3-7); 𝑊𝑑𝑠 𝑥 𝑆 144

𝑓𝑑𝑠 = 𝐴

……………………………………………….(3-7)

Dimana: Wdsx= 𝜋 𝑑 𝑡𝑠 − 𝑐 𝑋 𝜌𝑠 As= 𝜋 𝑑 𝑡𝑠 − 𝑐 𝜌𝑖𝑠 = 490 𝑙𝑏/𝑓𝑡 3

Sehingga persamaan (3-7) akan menjai persamaan (3-8). 𝜋𝑑 𝑡𝑠 −𝑐 𝑥𝜌𝑠 𝑥, 𝜌𝑠 𝑡𝑠 −𝑐 144

𝑓𝑑𝑠 𝑥 = 𝜋𝑑

…………………………………(3-8)

✓ Stress karena berat isolasi shell Stress karena berat isolasi adalah stress yang disebabkan oleh berat isolasi shell pada ketinggian tertentu pada luas permukaan – pada bejana tinggi . stress kareba berat isolasi shell dinyatakan dengan persamaan seperti yang terlihat pada persamaan (3-9). 𝑓𝑑𝑖𝑠 𝑥 = Dimana :

𝑊𝑑𝑖𝑠 𝑥 As144

………………………………….……………….. (3-9)

Wdisx= 𝜋 𝑑 𝑡𝑖𝑠 𝑋 𝜌𝑠 As= 𝜋 𝑑 𝑡𝑠 − 𝑐 𝜌𝑖𝑠 = 40 𝑙𝑏/𝑓𝑡 3

Sehingga persamaan (3-10) akan menjadi persamaan (3-10). 𝜋 𝑑 𝑡𝑖𝑠 𝑋 𝜌𝑠 𝑑 𝑡𝑠 −𝑐 144

𝑓𝑑𝑖𝑠 𝑥 = 𝜋

=

𝑋𝑡𝑖𝑠 𝜌𝑖𝑠 …………………….. 𝑡𝑠 −𝑐 144

(3-10)

✓ Stress karena berat pipa dan isolasi pipa Pipa – pipa yang digunakan pada bejana tinggi mempunyai berat, akan menambah jumlah stress yang akan di alami oleh shell , stress karena berat pipa dapat dinyatakan dengan persamaan (3-11) 𝑓𝑑𝑖𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑥 =

𝑊𝑑𝑖𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑥 As144

…………………………………………….(3-11).

Dimana berat pipa dapat dilihat pada table standart pipa ( IPS) , sedangkan isolasi pipa berat nya dapat dihitung berdasarkan ketebalan isolasi dan densitas isolasi yaitu sebesar 40 𝑙𝑏/𝑓𝑡 3 sehingga stress yang di alami shell seperti yang terlihat pada persamaan (3-12) 𝑓𝑑𝑖𝑠.𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑥 =

𝑊𝑑𝑖𝑠.𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑥 As144

…………………………………………….(3-12).

BSTRESS KARENA KELENGKAPAN BEJANA DALAM KURUNG (ATTACHMENT) ✓ Stress karena berat tutup bagian atas Tutup bejana pada bagian atas yang mempunyai berat juga akan menambah jumlah stress yang akan dialami oleh shell , berat tutup dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3-11). Wtutup = 𝜌. 𝑑 2 𝒃𝒍𝒂𝒏𝒌𝒐 𝑡ℎ 𝜌𝑠𝑡𝑒𝑒𝑙 …………………………………………………(3-13) Dimana 𝑑𝑜 2 + 2𝑠𝑓 + 𝑖𝑐𝑟 , 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑡𝑒𝑏𝑎𝑙 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑑𝑖𝑏𝑎𝑤𝑎ℎ 1 𝑖𝑛𝑐ℎ 42 3 𝑑𝑜 2 + 2𝑠𝑓 + 𝑖𝑐𝑟 , 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑡𝑒𝑏𝑎𝑙 𝑡𝑢𝑡𝑢𝑝 𝑑𝑖 𝑎𝑡𝑎𝑠 1 𝑖𝑛𝑐ℎ 24 3

Dblanko = do + Dblanko = do +

Sehingga stress akan berat tutup dapat terlihat seperti pada persamaan (3-14) 𝑓𝑑𝑡𝑢𝑡𝑢𝑝 𝑥 =

𝑊𝑑𝑡𝑢𝑡𝑢𝑝 As144

…………………………………………………(3-14)

✓ Stress karena berat plat - form Plat-form yang digunakan pada bejana tinggi mempunyai berat setiaap persatuan luas sehingga akan menambah jumlah stress yang akan dialami oleh shell , stress karena berat plat-for m dapat dinyatakan dengan persamaan (3-15). 𝑓𝑑𝑝𝑙𝑎𝑡𝑓𝑜𝑟𝑚 𝑥 =

𝑊𝑑𝑝𝑙𝑎𝑡𝑓𝑜𝑟𝑚

As144

…………………………………………. (3-15)

Dimana: berat plat-form sebesar 35 lb/ft2 ✓ Stress karena berat tangga (ladder) Tangga atau ladder yang digunakan pada bejana tinggi mempunyai tinggi mempunyai berat setiap persatuan panjang dan macam tangga , sehingga akan menambah jumlah stress yang akan dialami shell , stress karena tangga dapat dinyatakan dengan persamaan (3-16) 𝑓𝑑𝑡𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎 𝑥 =

𝑊𝑑𝑡𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎 𝑥 As144

…………………………………………. (3-16)

Dimana : berat tangga berkurung (caged ladder )= 25 lb/ft dan berat tangga (ladder) = 15 lb/ft

✓ Stress karena berat tray dan penyangga ✓ Tray yang digunakan pada bejana tinggi mempunyai berat setiap persatuan luas , sehingga akan menambah jumlah stress yang akan dialami oleh shell, stress karena tray dapat dinyatakan dengan persamaan (3-17). 𝑓𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥 =

𝑊𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥 As144

…………………………………………. (3-17)

Dimana : berat tray yang termasuk liquida dan penyayang = 25 lb/ft2 dan luas total tray adalah jumlah tray (nr) seperti yang dilihat pada persamaan (3-18) dikalikan luas setiap tray, seperti yang terlihat pada persamaan (3-19). Ntray=(

𝑥−4 + 𝑇

Atray=ntray x

1) ……………………………………………..(3-18)

𝜌 𝑑 2 𝑡𝑟𝑎𝑦 4

……………………………………..(3-19)

3.2.3 Stress Karena Tekanan Angin

Stress pada bagian shell karena angina (fwx), disebabkan oleh angina setempat yang mengenai bidang pada bejana dengan diameter efektif. Berdasarkan sifat angina yaitu semakin tinggi tempatnya maka akan semakin keras tekanannya, sehingga akan semakin besar stress pada bagian shell yang terkena angina . untuk menghitung besar stress pada bagian shell yang disebabkan oleh angin didasarkan pada diameter efektif bilang yang terkena angina dapat dihitung menggunakan persamaan (3-20) sampai (3-21). 𝑀𝑤𝑥 𝑓𝑤𝑥 = 𝑙 …………………………………………………………………. (3-20) 𝑦

Dimana harga: Mwx = Pw x (deff . x) . 𝟏Τ𝟐 . x = Pw . deff . 1Τ2 . x2 Sehingga, 1Τ

2

Pwx2 deff

fwx = 𝑥 𝑟3 (𝑡𝑠−𝑐) 𝑟

Pwx2 deff fwx = 𝜋 𝑟 2 (𝑡𝑠−𝑐) 1Τ

2

=

2𝑃𝑤𝑥 2 𝑑𝑒𝑓𝑓 𝜋 𝑑𝑜2 (𝑡𝑠−𝑐)

……………………….. (3-21)

Diameter efektif sangat dipengaruhi oleh peletakan pipa dan attachment sehingga untuk mendapatkan diameter efektif yang terkecil, maka peletakan pipa harus diatur sedemikian rupa untuk menghadapi tekanan angina dari berbagai arah atau yang dominan. Untuk menghitung 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 dilakukan dengan cara mengukur diameter bejana beserta tebal isolasi ditambah dengan diameter pipa beserta tebal isolasi dan attachment, misalnya tangga atau kelengkapan lainnya. Sebagai contoh perhitungan 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 seperti yang terlihat pada gambar 3.6.

Ada 2 macam diameter efektif untuk macam peletakan seperti yang terlihat pada gambar 3.7, yaitu 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 1 untuk gambar 3.6(a) dan 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 2 untuk gambar 3.6(b), seperti yang terlihat pada persamaan (3-23).

𝑑𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 1 = 𝑑𝑜 𝑝𝑖𝑝𝑎 + 2 𝑡 𝑡𝑠 𝑝𝑖𝑝𝑎 + 2𝑡 𝑡𝑠 𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 + 𝑑𝑜𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 ………………………………………. (3-22) 𝑑𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 2 = 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑔𝑎 + 2 𝑡𝑖𝑠 𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 + 𝑑𝑜 𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 + 𝑑𝑜 𝑝𝑖𝑝𝑎 + 2𝑡𝑖𝑠 𝑝𝑖𝑝𝑎 ……………………. (3-23)

Untuk mendesain tekanan angina (Pw) dilakukan dengan cara memperhatikan angina setempat dan shape factor yang disebabkan adanya pipa dan attachment pada bejana tinggi tersebut, seperti yang terlihat pada gambar 3.7.

Tabel 3.1, Tekanan angin pada ketinggian tertentu dari tanah Zona tinggi (ft)

Tekanan angina (lb/ft2) 20

25

30

35

40

45

50

Kurang dari 30

15

20

25

25

30

35

40

30-49

20

25

30

35

40

45

50

50-99

25

30

40

45

40

55

60

100-499

30

40

45

55

60

70

75

*Dikutip dari Brownwll and Young, Process Equipment Design, Vessel Design, 1959, Tabel 9.1, halaman 159

Stress karena gempa (seismic) Besar stress yang disebabkan gempa (seismic) dapat dihitung menggunakan persamaan seperti yang terlihat pada persamaan (3 – 24) dan Gambar 3.8. 𝑓𝑠𝑥 =

𝑀𝑠𝑥 1 𝑦

(3 – 24)

𝑓𝑠𝑥 =

𝑀𝑠𝑥 𝜋 𝑟3 (𝑡𝑠 −𝑐) 𝑟

𝑀𝑠𝑥 𝑠 −𝑐)

= 𝜋 𝑟 2 (𝑡

(3 – 25)

Dimana harga Bending momen (Msx), seperti yang terlihat pada persamaan (3 – 26). 𝑀𝑠𝑥 =

4𝐶.𝑤.𝑥 2 (3𝐻−𝑥) 𝐻2

(3 – 26)

Dimana : C = koefisien seismic, (-) W = total berat bejana, (lb) H = total tinggi bejana, termasuk penyangga, (ft) Untuk mencari harga C (koefisien seismic) dilakukan dengan terlebih dahulu mencari harga periode vibrasi dengan menggunakan persamaan seperti yang terlihat pada persamaan (3–27).

𝑇=

2𝜋 3,53

𝑤.𝐻 4 𝐸.𝐼.𝑔

(3 – 27)

Jika persamaan Moment Inertia dimasukkan pada persamaan (3 – 27) akan menjadi persamaaan (3 – 28) 2𝜋 𝑤. 𝐻4 𝑇= 3,53 𝐸. 𝜋. 𝑟 3 𝑡. 𝑔

2𝜋 𝑇= 3,53

𝐻4 𝑑4

𝑤. 𝑑 1 𝑡 𝐸. 𝑔 1

𝑇=

𝐻 2 𝑤.𝑑 2 2,56𝑥10−5 𝑑 𝑡

Setelah didapatkan harga T, koefisien seismic (C) dapat dicari dengan menggunakan Tabel (3.2).

(3 – 28)

Tabel 3.2, Koefisien seismic pada beberapa tempat (zona)

Zona gempa

Koefisien Seismic (C) Periode

Periode

Periode

< 0,4 detik

0,4 – 1 detik

> 1 detik

1

0,05

0,02/T

0,02

2 3

0,10 0,20

0,04/T 0,08/T

0,04 0,08

CONTOH SOAL 3.1

Suatu bejana tinggi berdiamter luar 84 in, dioperasikan pada tekanan 40 psig, dan temperatur 300 oF yang

dibuat dari SA. 283 Grade C, dengan allowable stress sebesar 12650 psi, densitas bahan 490 lb/ft3, faktor korosi 0,125 inch dan pengelasan double welded butt joint. Tinggi bejana dari ujung bawah silinder sampai ujung atas silinder sebesar 150 ft dengan tinggi penyangga berbentuk selubung sebesar 10 ft. Bejana tinggi tersebut dilengkapi dengan isolasi setebal 3 inch dengan densitas 40 lb/ft3, pipa uap berukuran 12 in. Sch 30 dengan berat 43,8 lb/ft, yang dilengkapi dengan isolasi setebal 3 inch, tangga berkurung, tray yang disangga oleh equal angle berukuran 2,5x2,5,3/8 in. dengan jarak 2 tray sebesar 24 in. dengan jarak tray teratas terhadap ujung atas silinder sebesar 4 ft dan jarak tray terbawah terhadap ujung silinder terbawah sebesar 6 ft. Dengan berat tray termasuk liquid sebesar 25 lb/ft2. Tekanan angin setempat sebesar 35 lb/ft2. Kolom akan dipasang di daerah pada zone gempa 2. Dari data-data tersebut rancanglah dimensi courses dan dicek dengan stress karena gempa!

Penyelesaian

Dari data proses operasi dan peralatan bejana tinggi tersebut dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.9.

Perancangan CoursesI Pada Courses 1, tebal bejana dihitung berdasarkan kondisi proses dan operasi, menggunakan persamaan : 𝑝𝑖 𝑑0 𝑡𝑠𝑙 = +𝐶 2 𝑓𝐸 + 0,4 𝑝𝑖 40 𝑙𝑏 / 𝑖𝑛2 𝑥 84 𝑖𝑛 𝑡𝑠𝑙 = + 0,125 𝑖𝑛𝑐 = 5Τ16 𝑖𝑛 2(1650 𝑙𝑏Τ𝑖𝑛2 𝑥 0,85 + 0,4𝑥40 𝑙𝑏Τ𝑖𝑛2 ) Stress axial (fap) 𝑙𝑏 40 𝑥84 𝑖𝑛2 𝑝𝑖 𝑑0 2 𝑖𝑛 𝑓𝑎𝑝 = = = 4480 𝑙𝑏Τ𝑖𝑛2 4(𝑡𝑠 − 𝑐) 4 5Τ16 − 2Τ16 𝑖𝑛

Stress beban mati 𝑓𝑑𝑥 = 𝑓𝑑𝑠 𝑥 + 𝑓𝑑𝑖𝑠.3 𝑥 + 𝑓𝑑𝑎𝑡𝑡𝑐ℎ 𝑥 + 𝑓𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥 𝑓𝑑𝑠𝑥 = 3,4 𝑥 𝑝𝑠𝑖 𝑙𝑏 40 𝑥 3 𝑖𝑛2 𝜌𝑖𝑠 . 𝑥. 𝑡𝑖𝑠 2 𝑖𝑛 𝑓𝑑𝑖𝑠.3 𝑥 = = = 4,44 𝑥 𝑙𝑏Τ𝑖𝑛2 144(𝑡𝑠 − 𝑐) 144 5Τ16 − 2Τ16 𝑖𝑛 Attachement Stress Stress karena kelengkapan alat atau attachment dihitung berdasarkan berat dari kelengkapan alat yang terdiri dari : Tutup atas 𝑤𝑡𝑢𝑡𝑢𝑝 = 𝜋. 𝑑 2 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘𝑜 𝑡ℎ 𝜌𝑠𝑡𝑒𝑒𝑙 𝑑0 2 + 2𝑠𝑓 + 𝑖𝑐𝑟 karena 42 3 84 2 1 + 42 + 2 1,5 + 3 5 8

𝑑𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘𝑜 = 𝑑0 + 𝑑𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘𝑜 = 84

: 𝑡𝑡𝑢𝑡𝑢𝑝 =

0,885 𝑝𝑖 𝑟 + (𝑓𝐸−0,1 𝑝𝑖 )

𝐶=

7 16 𝑖𝑛

< 1 𝑖𝑛

𝑖𝑛 = 92,4 𝑖𝑛, sehingga berat tutup : 7 2 92,4 16 490 = 860 𝑙𝑏 𝑊𝑡𝑢𝑡𝑢𝑝 = 𝜋 12 12

Berat tangga berkurung

𝑊𝑐𝑎𝑔𝑒𝑑 𝑙𝑎𝑑𝑑𝑒𝑟 = 25 𝑙𝑏Τ𝑓𝑡 . 𝑥 𝑓𝑡 = 25 𝑥 𝑙𝑏 Berat pipa uap 𝑊𝑝𝑖𝑝𝑎 𝑑=12 𝑖𝑛𝑐ℎ = 43,8 𝑙𝑏Τ𝑓𝑡 𝑥 𝑓𝑡 = 43,8 𝑥 𝑙𝑏 Berat isolasi pipa 2

2

𝜋 𝜋 12 + 2𝑥3 12 𝑙𝑏 𝑊𝑖𝑠 = 𝑑0 2 − 𝑑𝑖 2 𝑥 𝜌𝑖𝑠 = − 𝑓𝑡 𝑥𝑓𝑡. 40 3 = 39,3 𝑥 𝑙𝑏 4 4 12 12 𝑓𝑡 Total berat attachmenty = (860 + 108,1x) lb Σ𝑊 (860 − 108,1𝑥) 𝑓𝑑𝑎𝑡𝑡𝑐ℎ 𝑥 = = = (17,4 + 2,19𝑥) 𝑙𝑏Τ𝑖𝑛2 𝜋. 𝑑0 (𝑡𝑠 − 𝑐) 𝜋. 84. (5Τ16 − 2Τ16) 𝑖𝑛

Stress karena Tray sepanjang x ft Stress karena tray perlu dihitung berdasarkan jumlah dan berat tray. Jumlah tray 𝑥−4 𝑥 𝑛= +1= − 1 𝑏𝑢𝑎ℎ 2 2 𝜋.𝑑2 𝑡𝑟𝑎𝑦 𝜋 2 2 Luas tray : 𝐴𝑡𝑟𝑎𝑦 = = . 7 𝑓𝑡 4 4 𝑥

𝜋

Berat tray : 𝑊𝑡𝑟𝑎𝑦 = 𝑛𝑡𝑟𝑎𝑦 . 𝐴𝑡𝑟𝑎𝑦 . 25 𝑙𝑏Τ𝑓𝑡 2 = 2 − 1 4 . 72 . 𝑓𝑡 2 . 25 𝑙𝑏Τ𝑓𝑡 2 𝑥 𝜋 2 − 1 . 7 . 25 𝑙𝑏 Σ𝑊𝑡𝑟𝑎𝑦 2 4 𝑓𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥 = = = 9,73𝑥 − 19,45 𝑝𝑠𝑖 𝜋. 𝑑0 𝑡𝑠 − 𝑐 𝜋. 84 𝑖𝑛. (5Τ16 − 2Τ16) 𝑖𝑛 Total stress beban mati, 𝑓𝑑𝑥 = 𝑓𝑑𝑠 𝑥 + 𝑓𝑑𝑖𝑠.𝑠 𝑥 + 𝑓𝑑𝑎𝑡𝑡𝑐ℎ 𝑥 + 𝑓𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥 𝑓𝑑𝑥 = 3,4𝑥 + 4,44𝑥 + 860 + 108,1𝑥 + 9,73𝑥 − 19,45 𝑝𝑠𝑖 = 19,76𝑥 − 2,05 𝑝𝑠𝑖.

Stress karena angin Untuk menghitung stress karena angin terlebih dahulu dihitung harga Pwdesain dan defektif Pwdesain, seperti yang terlihat pada Gambar 3.10 Gambar 3.10, Tekanan angin desain berdasarkan ketinggian dan shape factor

defektif seperti yang terlihat pada Gambar 3.11 Gambar 3.11, Tekanan angin pada peletakan pipa dan caged ladder

Untuk model (a), deff = (3+84+3+17)in = 107 in. model (b), deff = (3+84+3+3+12+3) in = 108 in. Sehingga diambil defektif terbesar, yaitu: 108 in. Stress karena tekanan angin: 2𝑃𝑤𝑥 2 𝑑𝑒𝑓𝑓 2.25𝑥 2 . 108 𝑓𝑤𝑥 = = = 1,297𝑥 2 𝑝𝑠𝑖. 2 5 2 𝑥𝑑0 (𝑡𝑠 − 𝑐) 𝜋 84 2 ( − ) 16 16 Dengan didapatkannya beberapa stress pada bagian shell, maka tinggi courses I dapat dihitung, demngan dasar stress pada bagian hulu yaitu tensile stress dan bagian hilir compressive stress, seperti yang terlihat pada persamaan (3-1) dan (3-2), karena kondisi operasi pada bejana tinggi adalah internal pressure

𝑓𝑡 max = 𝑓𝑤𝑥 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑓𝑠𝑥 + 𝑓𝑎𝑝 − 𝑓𝑑𝑥 12650𝑥0,85 = 1,297𝑥 2 + 4480 − 19,76𝑥 + 2,05 𝑥 = 77,5 𝑓𝑡 𝑓𝑐 max = 𝑓𝑤𝑥 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑓𝑠𝑥 − 𝑓𝑎𝑝 + 𝑓𝑑𝑥, dimana : 𝑓𝑐 = 1,5𝑥106 5 2 − 16 16

𝑡𝑠−𝑐 𝑟0

≤

1 𝑌 3 𝑝 1

𝑓𝑐 = 1,5𝑥106 ( 0,5𝑥84 = 6690 𝑝𝑠𝑖. < 3 𝑥30000 𝑝𝑠𝑖. sehingga diambil fc = 6690 psi.

6690 = 1,297 𝑥 2 − 4480 + 19,76𝑥 − 2,05 𝑥 = 85,5 𝑓𝑡

Tinggi courses karena tensile stressdan compressive stress, pada bagian huilu dan hilir, seperti yang terlihat pada Gambar 3.12. Gambar 3.12, Tinggi courses berdasarkan tensile dan compressive stress

Jadi untuk tI= 5/16 in. Pada courses I adalah 77,5 ft. Jika equal anglesebagai penyangga traydiperhatikan, maka tebal equivalen dinding bejana akan menjadi lebih tebal dan dapat dihitung seperti yang terlihat pada persamaan (3-29). 𝐴 𝑡𝑒𝑞 = 𝑡𝑠𝑙−𝐶 − 𝐶 + 𝑑 𝑠 .....................................................(3-29) 𝑦

dimana: As= cross section area, untuk equal angle 2 ½ x 2 ½ x 3/8 in. , As = 1.73 in2 dy = jarak 2 tray 𝐴 5 2 1,73 sehingga: teq = (tsl – C) + 𝑑 𝑠 = 16 − 16 + 2𝑥12 = 0,26 𝑖𝑛 𝑦

𝑓𝑐 =

1,5𝑥106 1 𝑥84 2

5

0,26(16 −

2 )+ 16

≤

1 𝑥30000 3

𝑓𝑐 = 7880 < 10000 sehingga: 𝑓𝑐 = 7880 𝑝𝑠𝑖. 7780 = 1,297 𝑥 2 − 4480 + 19,76𝑥 − 2,05 𝑥 = 90,0 𝑓𝑡

Hasil perhitungan tersebut dicek terhadap pabrikasi alat tersebut, yaitu bejana tinggi belum dioperasikan tanpa isolasi dan tidak ada perlengkapan lainnya, sehingga tensile stress dan compressive stress akan menjadi : 𝑓𝑎𝑝 = 0 𝑝𝑠𝑖 𝑓𝑑𝑥 = 𝑓𝑑𝑠 𝑥 + 𝑓𝑑𝑖𝑠.𝑠 𝑥 + 𝑓𝑑𝑎𝑡𝑡𝑐ℎ 𝑥 + 𝑓𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥, dimana : 𝑓𝑑𝑠 𝑥 = 3,4𝑥 𝑓𝑑𝑖𝑠.𝑠 𝑥 = 0 𝑓𝑑𝑎𝑡𝑡𝑐ℎ 𝑥 dapat dicari dari : Berat tutup atas = 860 lb Berat tangga = 25 x lb Berat pipa uap = 43,8 x lb Berat isolasi pipa = 0 lb Berat total attachement = (860 + 68,8x) lb Sehingga : Σ𝑊 860 + 68,8. 𝑥 𝑓𝑑𝑎𝑡𝑡𝑐ℎ 𝑥 = = = 0,834𝑥 + 10,42 𝑙𝑏Τ𝑖𝑛2 𝜋. 𝑑0 . 𝑡𝑠 𝜋. 84. 5Τ16 𝑖𝑛

𝑓𝑑𝑡𝑟𝑎𝑦 𝑥 = 0 𝑝𝑠𝑖. 𝑚𝑎𝑘𝑎 ∶ 𝑓𝑑𝑥 = 3,4𝑥 + 0,834𝑥 + 10,42 = 4,234𝑥 + 10,42 𝑓𝑤𝑥 =

2𝑃𝑤𝑥 2 𝑑𝑒𝑓𝑓 ., 𝜋.𝑑0 2 .(𝑡𝑠𝑙 )

dimana : deff = 12 + 84 in = 96 in., untuk arah angin searah dengan caged ladder dan deff = 17 + 84 =

101 in., untuk arah angin tegak lurus dengan caged ladder sehingga : 𝑓𝑤𝑥 =

2𝑃𝑤𝑥 2 𝑑𝑒𝑓𝑓 𝜋.𝑑0 .(𝑡𝑠𝑙 )

=

2 25 .𝑥 2 .101 𝜋.84 2 (5Τ16)

= 0,727 𝑥 2 𝑝𝑠𝑖.

Dengan demikian persamaan stress pada bejana tinggi akan menjadi : Bagian hulu 𝑓𝑡 𝑚𝑎𝑥 = 𝑓𝑤𝑥 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑓𝑠𝑥 + 𝑓𝑎𝑝 − 𝑓𝑑𝑥 12650 x 0,85 = 0,727 x2 + 0 – 4,234 x + 10,42 x = 125 ft Bagian hilir 𝑓𝑐 𝑚𝑎𝑥 = 𝑓𝑤𝑥 ...