UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI...

UNIVERSITAS GUNADARMA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

ANALISA HASIL SIMULASI PERANCANGAN KONSTRUKSI

BOILER UNTUK PENGOLAHAN TAHU

Disusun oleh

Nama : 1. ACHMAD RISA HARFIT , ST., MT

2. ROHMMAT SITORUS

Jakarta

2020

ii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat

Rahmat-Nya penulisan yang berjudul ” ANALISA HASIL SIMULASI

PERANCANGAN KONSTRUKSI BOILER UNTUK PENGOLAHAN

TAHU”. dapat diselesaikan.

Penyelesaian penulisan ini tidak lepas dari bantuan, dukungan dan

bimbingan berbaga pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin

menyampaikan ucapan terimakasih kepada:

1. Prof. Dr. E.S Margianti., SE., MM selaku Rektor Universitas Gunadarma.

2. Prof. Dr. Ing. Adang Suhendra, SSi, SKom, MSc, selaku Dekan Fakultas

Teknologi Industri Universitas Gunadarma.

3. Dr. RR. Sri Poernomo Sari, ST, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik

Industri Universitas Gunadarma.

4. Kepada semua pihak yang telah membantu, dan tidak dapat disebutkan

satu per satu penulis ucapkan banyak terima kasih.

Penulis berharap semoga penulisan ini dapat memberikan manfaat baik

pengetahuan maupun pengalaman bagi semua pihak yang membacanya. Penulis

menyadari bahwa penulisan ini masih memiliki kekurangan. Penulis

mengharapkan masukan berupa kritik maupun saran yang dapat melengkapi

kekurangan tersebut.

Depok, 9 Juli 2020

Penyusun

iii

ABSTRAK

ANALISA HASIL SIMULASI PERANCANGAN KONSTRUKSI BOILER

UNTUK PENGOLAHAN TAHU

Kata kunci : Boiler, 1023 Carbon Steel Sheet (SS), SolidWork, simulasi statik,

kontruksi boiler, fire tube (pipa api), simulasi perpindahan panas.

(ix + 62 + Lampiran)

Industri merupakan bidang yang menggunakan keterampilan dan ketekunan kerja

dan penggunaan alat-alat di bidang pegnolahan hasil-hasil bumi. Salah satunya

adalah industri pangan, seperti pembuatan tahu, yang merupakan makanan yang

banyak di konsumsi di Indonesia. Alat yang digunakan untuk pembuatannya

biasanya adalah dandang yang masih tradisional. Teknologi yang semakin

berkembang dan perkembangan ini mendukung alat-alat produksi tahu di rancang.

Seperti mesin pemanas untuk menghasilkan uap yang salah satunya adalah boiler.

Boiler adalah alat yang dirancang untuk memindahkan kalor dari suatu sember

pembakaran. Karena dirancang untuk memiliki ketahana terhadap tekanan yang

tinggi, untuk itu diperlukan penelitian untuk mengetahui tingkat ketahanannya.

Boiler ini di desain dan dirancang menggunakan bahan 1023 Carbon Steel Sheet

(SS). Desain 3D dan simulasi nya menggunakan software Solidworks yang

merupakan salah satu software untuk mendesain 3D. Pada simulasi pertama yaitu

simulasi statik pada kontruksi boiler di dapatkan hasil von mises maksimum

sebesar 2,425 x 108 N/m

2, tidak melebihi tegangan lulug dari material 1023

Carbon Steel Sheet (SS) sebesar 2,827 x 108 N/m

2. Simulasi kedua, yaitu

perpindahan panas pada fire tube (pipa api) didapatkan bahwa panas menyebar ke

seluruh badan boiler dengan temperatur maksimal 71,24 oC dan temperatur

minimum -42,37 oC.

Daftar Pustaka (2014-2019)

iv

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR .................................................................................. ii

ABSTRAK ................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ................................................................................................ iv

DAFTAR TABEL ........................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii

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

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

1.2 Permasalahan ..................................................................... 2

1.3 Tujuan Penulisan ............................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ................................................................ 3

1.5 Metode Penelitian .............................................................. 3

1.6 Sistematika Penulisan ........................................................ 4

BAB II TINJAUAN TEORI .................................................................... 5

2.1 Boiler ................................................................................ 5

2.2 Perancangan ...................................................................... 10

2.2.1 Perencanaan dan Gambar Teknik .............................. 10

2.2.2 Perancangan ............................................................. 10

2.2.3 Metode Pembentukan Model 3D solid dari 2D .......... 12

2.3 Teori Kekuatan Material .................................................... 12

2.3.1 Faktor Keamanan ..................................................... 14

2.3.2 Hubungan Tegangan dan Regangan ......................... 15

v

2.4 Sifat – sifat material ........................................................... 16

2.4.1 Sifat Mekanik ........................................................... 17

2.4.2 Sifat Fisik ................................................................. 18

2.4.3 Sifat Teknologi ......................................................... 19

2.5 SolidWorks ........................................................................ 19

2.6 Perpindahan Panas ............................................................. 21

2.6.1 Konduksi atau Hantaran............................................ 21

2.6.2 Konveksi ................................................................. 22

2.6.3 Radiasi atau Pancaran ............................................... 22

BAB III METODOLOGI DESAIN DAN PERANCANGAN ................... 23

3.1 Diagram Alir Perancangan Boiler Pipa Api ........................ 23

3.1.1 Mulai ........................................................................ 24

3.1.2 Studi Literatur .......................................................... 24

3.1.3 Persiapan alat dan bahan ........................................... 25

3.1.4 Desain ...................................................................... 26

3.1.5 Pengumpulan Data.................................................... 30

3.1.6 Simulasi ................................................................... 31

3.1.7 Hasil Simulasi/Pengolahan Data ............................... 32

3.1.8 Kesimpulan .............................................................. 33

3.1.9 Analisa Simulasi ....................................................... 33

3.2.0 Selesai ...................................................................... 33

BAB IV PEMBAHASAN ......................................................................... 34

4.1 Desain Boiler ..................................................................... 34

vi

4.3 Proses kerja boiler ............................................................. 36

4.3 Simulasi Boiler .................................................................. 37

4.3.1 Simulasi Statik.......................................................... 37

4.3.2 Simulasi Perpindahan Panas ..................................... 42

4.4 Analisa .............................................................................. 43

4.4.1 Analisa simulasi statik .............................................. 43

4.4.1 Analisa simulasi perpindahan panas .......................... 43

BAB V PENUTUP .................................................................................. 43

5.1 Kesimpulan ....................................................................... 43

5.2 Saran ................................................................................. 44

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 45

LAMPIRAN ................................................................................................. xiii

vii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Spesifikasi Laptop ........................................................................... 24

Tabel 3.2 Data Properties Material ................................................................. 25

Tabel 3.3 Load desain Boiler .......................................................................... 30

Tabel 4.1 Properties Material 1023 Carbon Steel Sheet (SS) ........................... 36

Tabel 4.2 Penginputan load pada boiler .......................................................... 37

Tabel 4.3 Hasil analisis ................................................................................... 42

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 La Mont Boiler ............................................................................ 7

Gambar 2.2 Loeffler Boiler ............................................................................. 7

Gambar 2.3 Benson Boiler .............................................................................. 8

Gambar 2.4 Extrude ........................................................................................ 11

Gambar 2.5 Tampilan Solidworks 2014 ........................................................... 18

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Boiler Pipa Api .................................. 23

Gambar 3.1 Tampilan Windows start menu ..................................................... 25

Gambar 3.20 Menu software solidworks ......................................................... 26

Gambar 3.3 Tampilan opsi pada SOLIDWORKS 2018 ................................... 26

Gambar 3.4 Tampilan menu sketch ................................................................. 27

Gambar 3.5 Tampilan pemilihan pandangan/plane .......................................... 27

Gambar 3.6 Gambar proyeksi Boiler Pipa Api ............................................... 28

Gambar 3.7 Desain Boiler Pipa Api ............................................................... 29

Gambar 3.8 Contoh hasil dari simulasi statik................................................... 31

Gambar 3.8 Contoh hasil dari simulasi perpindahan panas .............................. 31

Gambar 4.1 Badan Boiler ................................................................................ 33

Gambar 4.2 Tutup Atas Boiler ........................................................................ 34



Gambar 4.5 Proses kerja Boiler ....................................................................... 37

ix

Gambar 4.6 Penginputan fixtures .................................................................... 37

Gambar 4.7 Hasil dari proses meshing ............................................................ 40

Gambar 4.8 Hasil Von Mises pada boiler......................................................... 40

Gambar 4.9 Hasil Displacment pada boiler ..................................................... 41

Gambar 4.10 Hasil simulasi perpindahan panas boiler .................................... 42

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Industri merupakan bidang yang menggunakan keterampilan, dan

ketekunan kerja dan penggunaan alat-alat di bidang pengolahan hasil-hasil bumi,

dan distribusinya sebagai dasarnya. Indsutri ada banyak jenisnya, seperti industri

untuk membuat peralatan sampai industri pangan. Salah satu industri pangan

adalah industri pembuatan tahu, yang merupakan makanan yang banyak di

konsumsi di indonesia. Para pengusaha tahu biasanya masih menggunakan alat-

alat sederhana/tradisional dalam memproduksinya. Alat yang mereka gunakan

adalah dandang sebagai alat produksi pada proses perebusan. Tetapi perebusan

dengan menggunakan dandang ini beresiko dapat merusak kualitas dari tahu itu

sendiri.

Teknologi yang semakin berkembang dan perkembangan ini mendukung

alat-alat produksi tahu di rancang. Seperti alat-alat yang digunakan seperti mesin

pemanas untuk menghasilkan uap. Salah satunya adalah Boiler, yaitu salah satu

mesin yang digunakan untuk memanaskan air.

Boiler atau ketel uap adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang

digunakan untuk menghasilkan uap. Uap diperoleh dengan memanaskan bejana

yang berisi air dengan bahan bakar. Boiler mengubah energi kimia menjadi

bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk

2

melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang

biasanya berupa pembakaran bahan bakar.

Boiler menghasilkan uap air yang memiliki tekanan tinggi. Tekanan tinggi

ini dapat merusak konstriksi dari Boiler jika bahan yang digunakan tidak mampu

menahan beban yang diberikan. Akibat dari tekanan tinggi ini membuat

kebocoran yang dapat melukai tenaga operatornya, atau bahkan dapat meledak

dan akan merusak lingkungan disekitarnya. Apabila kerusakan tersebut terjadi

pada boiler maka dapat menunda proses produksinya. Untuk itu di perlukan

perancangan dan simulasi statis dari boiler tersebut untuk mengetahui kekuatan

konstruksi dari boiler tersebut.

Boiler yang di desain adalah boiler pipa api (fire tube boiler) yang

berbentuk vertikal dengan menggunakan software SOLIDWORK, yaitu salah satu

perangkat lunak atau software yang sangat membantu dalam proses penyelesaian

suatu desain, simulasi dan analisis. Setelah selesai di desain, boiler akan di

analisis statik guna mengetahui kekuatan struktur yang dimiliki boiler tersebut.

Dari uraian di atas penulis mencoba untuk membuat suatu desain dengan

judul ”PERANCANGAN KEMAMPUAN KONSTRUKSI BOILER UNTUK

PENGOLAHAN TAHU DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE

SOLIDWORK”.

1.2 Permasalahan

Berdasarkan latar belakang, penulis membatasi permasalahan yang akan di

bahas, yaitu proses perancangan Boiler Pipa Api tipe Vertical.

3

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut:

1. Mendesain/merancangan boiler pipa api tipe vertikal dengan

menggunakan software Solidworks 2018.

2. Menganalisa kekuatan statis konstruksi boiler.

3. Menganalisa perpindahan panas pada pipa api (fire tube) boiler.

1.4 Batasan Masalah

Berdasarkan tujuan penulisan, maka batasan masalah mengenai

perancangan konstruksi boiler, dibatasi pada:

1. Penggunaan software SOLIDWORKS 2018 untuk desain 3D, analisis

statik (Static Analysis), analisis termal (Thermal Analysis).

2. Penjelasan tentang boiler pipa api dan bentuk vertical boiler.

1.5 Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penulisan ilmiah ini adalah metode

gabungan:

1. Studi literatur

Metode yang dilakukan dengan mengambil data yang diperoleh dari jurnal

atau buku.

2. Observasi

Metode yang dilakukan dengan melakukan pengamatan secara langsung

terhadap sistem yang diamati.

4

1.6 Sistematika Penulisan

Sistem penulisan dari Laporan akhir ini dapat dipaparkan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Berisi mengenai latar belakang, batasan masalah, tujuan, metode

penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan teori yang mendukung perancangan boiler.

BAB III METODOLOGI DESAIN DAN PERANCANGAN

Berisi Tentang Desain perancangan dari Boiler.

BAB IV PEMBAHASAN

Berisi Data dan Pembahasan dari proses pengujian boiler

BAB V PENUTUP

Berisi Kesimpulan yang diberikan penulis yang bersifat

membangun dan Saran penulis.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Boiler

Boiler merupakan mesin kalor (thermal engineering) yang mentransfer

energi-energi kimia atau energi otomis menjadi kerja (usaha). [6]

Boiler atau ketel

uap adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk

menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air

dengan bahan bakar. [10]

Boiler mengubah energi-energi kimia menjadi bentuk energi yang lain

untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau memindahkan

kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan

bakar.

Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan

energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari

2 komponen utama, yaitu:

1. Dapur sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas.

2. Alat penguap (evaporator) yang mengubah energi pembakaran (energi

panas) menjadi energi potensial uap (energi panas).

Kedua komponen tersebut di atas telah dapat untuk memungkinkan sebuah

boiler untuk berfungsi.

6

Boiler pada dasarnya terdiri dari bumbungan (drum) yang tertutup pada

ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api

maupun pipa air. Banyak orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung kepada

sudut pandang masing-masing. [6]

Boiler diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka boiler

diklasifikasikan menjadi:

a. Boiler pipa api (fire tube boiler)

Boiler jenis ini pada bagian tubenya dialiri dengan gas pembakaran dan

bagian lainnya yaitu sell dialiri air yang akan diuapkan. Tube-tubenya

langsung didinginkan oleh air yang melindunginya. Jumlah pass dari

boiler tergantung dari jumlah laluan horizontal dari gas pembakaran

diantara furnace dan pipa-pipa api. Laluan gas pembakaran pada

furnace dihitung sebagai pass pertama. Boiler jenis ini banyak dipakai

untuk industry pengolahan mulai skala kecil sampai skala menengah. [7]

b. Boiler pipa air (water tube boiler)

Boiler jenis ini banyak dipakai untuk kebutuhan uap skala besar. Prinsip

kerja dari boiler pipa air berkebalikan dengan pipa api, gas pembakaran

dari furnace dilewatkan ke pipa-pipa yang berisi air yang akan

diuapkan. [7]

2. Berdasarkan pemakaiannya, boiler dapat diklasifikasikan menjadi:

a. Boiler stasioner (stasioner boiler) atau boiler tetap.

Boiler stasioner ialah boiler yang didudukkan diatas fundasi yang tetap,

7

seperti boiler untuk pembangkit tenaga, untuk industri dan lain-lain

yang

sepertinya.

b. Boiler mobil (mobile boiler), boiler pindah atau portable boiler.

Boiler mobil, ialah boiler yang dipasang pad fundasi yang

berpindahpindah (mobile), seperti boiler lokomotif, loko mobil dan

boiler panjang serta lain yang sepertinya termasuk boiler kapal (marine

boiler).

3. Berdasarkan letak dapur (furnace position), boiler diklasifikasikan

menjadi:

a. Boiler dengan pembakaran didalam (internally fired steam boiler).

b. Boiler dengan pembakaran di luar (outernally fired steam boiler).

4. Menurut jumlah lorong (boiler tube), boiler diklasifikasikan menjadi:

a. Boiler dengan lorong tunggal (single tube steam boiler).

b. Boiler dengan lorong ganda (multitubuler steam boiler).

5. Menurut poros tutup drum (shell), boiler diklasifikasikan menjadi:

a. Boiler tegak (vertical steam boiler).

b. Boiler mendatar (horizontal steam boiler).

6. Menurut bentuk dan letak pipa, boiler diklasifikasikan menjadi:

a. Boiler dengan pipa lurus, bengkok dan berlekuk (straight, bent and

sinous tubuler heating surface).

b. Boiler dengan pipa miring-datar dan miring-tegak (horizontal, inclined

or vertical tubuler heating surface).

8

7. Menurut sistem peredaran air boiler (water circulaion), ketel uap

diklasifikasikan sebagai:

a. Pada natural circulation boiler, peredaran air dalam boiler terjadi

secara alami, yaitu air yang ringan naik sedang air yang berat turun,

sehingga terjadilah aliran konveksi alami.

b. Boiler dengan peredaran paksa (forced circulation steam boiler). Pada

ketel dengan aliran paksa (forced circulation steam boiler), aliran paksa

diperoleh dari sebuah pompa centrifugal yang digerakkan dengan

electric motor.

Gambar 2.1 La Mont Boiler [6]

.

9

Gambar 2.2 Loeffler Boiler [6]

.

Gambar 2.3 Benson Boiler [6]

.

8. Boiler menurut sumber panasnya (heat source) untuk pembuatan uap,

boiler dapat diklasifikasikan sebagai:

a. Boiler dengan bahan bakar alami.

b. Boiler dengan bahan bakar buatan.

c. Boiler dengan dapur listrik.

10

d. Boiler dengan energi nuklir

Dalam perancangan boiler ada beberapa faktor penting yang harus

dipertimbangkan agar boiler yang direncanakan dapat bekerja dengan baik sesuai

dengan yang kebutuhan. Faktor yang mendasari pemilihan jenis boiler adalah

sebagai berikut:

a. Kapasitas yang digunakan.

b. Kondisi uap yang dibutuhkan.

c. Bahan bakar yang dibutuhkan. Konstruksi yang sederhana.

2.2 Perancangan

2.2.1 Perencanaan dan Gambar Teknik

Perencanaan produksi suatu produk merupakan bagian yang sangat besar

dan sangat menentukan kualitas produk. Perencanaan merupakan kegiatan awal

dari rangkaian kegiatan sampai ke proses pembuatan produk sehingga dalam

tahap ini juga ditentukan apa yang harus dilakukan dan bagaimana cara

melakukannya termasuk merencanakan tahapan pembuatan produk agar

mendapatkan kualitas yang bagus juga ditentukan disini, apabilah pada tahap

perencanaan sudah ditentukan kemudian dilanjutkan ketahap perancangan,

dimana pada tahap perancangan akan dimulai dengan eksplorasi bentuk desain.

Sedangkan untuk proses desain itu sendiri adalah kemampuan untuk

menggabungkan gagasan, prinsip-prinsip ilmiah, sumber daya, dan sering produk

yang telah ada dalam penyelesaian suatu masalah, kemampuan untuk

menyelesaikan masalah dalam desain ini merupakan hasil pendekatan yang

terorganisasi dan teratur atas masalah tersebut. [7]

11

Perancangan

Menurut Harsokusoerno (1999 : 2) perancangan itu sendiri terdiri dari

serangkaian kegiatan yang berurutan karena itu perancangan kemudian disebut

sebagai proses perancangan yang mencakup seluruh kegiatan yang terdapat dalam

perancangan tersebut. Sedangkan untuk Perancangan juga adalah penentuan akhir

ukuran yang dibutuhkan untuk membentuk struktur atau komponen sebagai suatu

keseluruhan dalam menentukan konstruksi sesungguhnya yang dapat dikerjakan.

Masalah utama dalam proses perancangan struktur adalah masalah beban yang

dapat ditahan oleh struktur tersebut. Oleh karena itu, suatu struktur atau

komponen harus dirancang sedemikian rupa sehingga mampu menahan tegangan

maksimum yang ditimbulkan oleh beban baik dalam bentuk tegangan aksial,

lentur maupun geser.

Dalam merancang suatu struktur, ditetapkan prosedur pemilihan suatu

material yang sesuai dengan kondisi aplikasinya. Kekuatan bahan bukan kriteria

satu–satunya yang harus dipertimbangkan dalam perancangan struktur. Kekakuan

suatu bahan sama dengan pentingnya dengan derajat lebih kecil, sifat seperti

kekerasan, ketangguhan merupakan penetapan pemilihan bahan. Beberapa sifat

yang menentukan kualitas bahan struktur antara lain :

1. Kekuatan (strength) adalah kemampuan bahan untuk menahan tegangan

tanpa terjadi kerusakan.

2. Elastisitas (elasticity) adalah kemampuan bahan untuk kembali ke ukuran

dan bentuk asalnya, setelah gaya luar dilepas. Sifat ini sangat penting pada

semua struktur yang mengalami beban berubah-ubah.

12

3. Kekakuan (stiffness) adalah sifat yang didasarkan pada sejauh mana bahan

mampu menahan perubahan bentuk.

4. Keuletan (ductility) adalah sifat dari bahan yang memungkinkan bisa

dibentuk secara permanen melalui perubahan bentuk yang besar tanpa

terjadi kerusakan. Sifat ulet sangat diperlukan untuk bahan yang

mengalami beban secara tiba–tiba.

2.2.2 Metode Pembentukan Model 3D solid dari 2D

Metode yang paling umum untuk membentuk 3D solid dari gambar 2D

adalah dengan cara meng-extrude suatu profil yang terletak pada sebuah bidang

datar 2D. Dengan demikian gambar 2D yang semula terletak pada bidang datar

tersebut sekarang mempunyai tebal dan menjadi model 3D solid.

Gambar 2.4 Extrude [7]

.

Gambar 2D yang ada dibentuk menjadi solid, bisa berasal dari file yang

telah dibuat oleh CAD (softcopy). Tidak ada perbedaan dalam proses

13

pembentukan dari model solid dari bentuk kedua sumber tadi. Sampai saat ini

beberapa CAD berbasis PC dapat membentuk model 3D solid dari bentuk

geometri, kemudian diberi ketebalan secara manual. Sedangkan beberapa featur

lain yang ada pada model tersebut (seperti lubang, fillet, dan sebagainya)

ditambahkan kemudian pada model dasar solid tadi dengan operasi boolen atau

operasi feature. [7]

2.3 Teori Kekuatan Material

Dalam merancang suatu struktur, ditetapkan prosedur pemilihan suatu

material yang sesuai dengan kondisi aplikasinya. Kekuatan bahan bukan kriteria

satu-satunya yang harus dipertimbangkan dalam perancangan struktur.

Berlawanan dengan mekanika, kekuatan bahan berkaitan dengan hubungan antara

gaya luar yang bekerja dan pengaruhnya terhadap gaya dalam benda. [5]

Kekakuan suatu bahan sama dengan pentingnya dengan derajat lebih kecil,

sifat seperti kekerasan, ketangguhan merupakan penetapan pemilihan bahan.

Beberapa sifat bahan yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan suatu material

:

a. Keuletan adalah sifat suatu bahan yang memungkinkan menyerap energi

pada tegangan yang tinggi tanpa patah, yang biasanya diatas batas elastis.

b. Elastisitas adalah sifat kemampuan bahan untuk kembali ke ukuran dan

bentuk asalnya setelah gaya luar dilepas. Sifat ini penting pada semua

struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah.

c. Kekakuan adalah sifat yang didasarkan pada sejauh mana bahan mampu

menahan perubahan bentuk. Ukuran kekakuan suatu bahan adalah

14

modulus elastisitasnya, yang diperoleh dengan membagi tegangan satuan

dengan perubahan bentuk satuan-satuan yang disebabkan oleh tegangan

tersebut.

d. Kemamputempaan adalah sifat suatu bahan yang bentuknya bias diubah

dengan memberikan tegangan-tegangan tekan tanpa kerusakan.

e. Kekuatan merupakan kemampuan bahan untuk menahan tegangan tanpa

kerusakan beberapa bahan seperti baja struktur, besi tempa, alumunium,

dan tembaga, mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama,

sementara kekuatan gesernya adalah kira-kira dua pertiga kekuatan

tariknya.

2.3.3 Faktor Keamanan

Kekuatan sebenarnya dari suatu struktur haruslah melebihi kekuatan yang

dibutuhkan. Perbandingan dari kekuatan sebenarnya terhadap kekuatan yang

dibutuhkan disebut faktor keamanan (factor of safety). [5]

……………………2.1.

Faktor keamanan haruslah lebih besar dari pada 1,0 jika harus dihindari

kegagalan. Tergantung pada keadaan, maka faktor keamanan yang harganya

sedikit di atas 1,0 hingga 10 yang dipergunakan.

Mengikut sertakan faktor keamanan ke dalam disain bukanlah suatu hal

yang sederhana, karena baik kekuatan dan keruntuhan memiliki berbagai macam

arti. Keruntuhan dapat berarti patah atau runtuhnya sama sekali suatu struktur.

15

Penentuan suatu faktor keamanan harus memperhitungkan kemungkinan

pembebanan yang melampui batas (overloading), dari struktur, jenis-jenis

pembebanan (statik, dinamik atau berulang), kemungkinan keruntuhan Lelah

(fatique failure) dan lain-lain.

Apabila faktor keamanan sangat rendah, maka kemungkinan kegagalan

akan menjadi tinggi dan karena itu disain strukturnya tidak diterima. Sebaliknya

bila faktor keamanan sangat besar, maka strukturnya akan memboros bahan dan

mungkin tidak cocok bagi fungsinya (misalnya menjadi sangat berat).

2.3.4 Hubungan Tegangan dan Regangan

Pada dasarnya tegangan dapat didefinisikan sebagai besaran gaya yang

bekerja pada suatu satuan luas. Pada suatu bidang yang dikenal suatu gaya akan

terdapat dua jenis tegangan yang mempengaruhi bidang yaitu tegangan normal

dan

tegangan geser. [5]

a. Tegangan Normal

Adalah tegangan yang tegak lurus terhadap permukaan benda yang

ditimbulkan oleh gaya aksial dan momen lentur.

b. Tegangan Geser

Adalah tegangan yang sejajar terhadap permukaan benda yang

ditimbulkan oleh gaya geser, gaya puntir dan torsi.

Pada persoalan tegangan-deformasi, aksi atau penyebab adalah gaya, dan

akibat atau tanggapan yang terjadi adalah regangan, perubahan bentuk (deformasi)

16

dan tegangan. Parameter dasar adalah regangan atau laju perubahan deformasi.

Mata rantai yang menghubungkan aksi dan tanggapan adalah hukum

teganganregangan atau hukum dasar bahan (material). [6]

Menentukan hubungan antara tegangan dengan regangan untuk

menurunkan persamaan persamaan elemen. Dengan demikian, untuk langkah ini

dapat di tinjau hubungan tersebut

Dengan mengasumsikan bahwa regangan bernilai kecil, maka hubungan

regangan-perpindahan dapat dinyatakan sebagai:

………………………………………………………...………2.2.

Keterangan:

= Regangan

v adalah deformasi dalam arah y

Pada hubungan tegangan-regangan, untuk penyederhanaan

mengasumsikan

matriks elemen adalah elastik linear. Asumsi ini memungkinkan penggunaan

Hukum Hooke yang terkenal.

……………………………………………………………………2.3.

Keterangan:

σy = tegangan dalam arah vertical

Ey = Modulus elastisitas Young

= regangan

17

2.4 Sifat – sifat material

Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya,

pada bidang teknik mesin umumnya sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat –

sifat itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah : [8]

1. Sifat mekanik

2. Sifat fisik

3. Sifat teknologi

Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci tentang sifat-sifat material tersebut.

2.4.1 Sifat Mekanik

Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang

mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat

diartikan sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang

diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya

pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik.

Perbedaan antara keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak

dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi

waktu. [8]

Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujian

mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructive test),

dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan keadaan

dari material tersebut. [8]

18

Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau

spesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal

dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya

didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran,

kemampuan mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam

membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik,

ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak,

kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya.

Sifat-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan : [8]

1. Tegangan (σ) yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi

persatuan luas.

2. Regangan (ε) yaitu besar deformasi persatuan luas.

3. Modulus Elastisitas (E) yang menunjukkan ukuran kekuatan material.

4. Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau

kemampuan material untuk menahan deformasi.

5. Kekuatan luluh (σy) yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk

mendeformasi plastis.

6. Kekuatan tarik (σu) adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada

ukuran mula.

7. Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.

8. Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi

perpatahan.

19

9. Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal

akibat penetrasi pada permukaan.

2.4.2 Sifat Fisik

Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat

fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh

pembebanan seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik

yang lebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain:

temperatur cair, konduktivitas panas dan panas spesifik. [8]

Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat

mekanik dapat diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya

perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan material

bahkan penemuan material baru. [8]

2.4.3 Sifat Teknologi

Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah

sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk

dengan kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya

dengan pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat

dibuat dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu

las, sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu bentuk. Sifat material

terdiri dari sifat mekanik yang merupakan sifat material terhadap pengaruh yang

berasal dari luar serta sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang

20

dikandung oleh material itu sendiri. Bahan lebih lengkap mengenai sifat material

dapat. [8]

2.5 SolidWorks

Program solidwoks merupakan program komputer yang berfungsi untuk

melakukan analisa kekuatan.Program tersebut dapat membantu kita dalam

membuat desain. Dengan demikian, selain biaya yang dikeluarkan berkurang,

waktu market dari benda pun dapat dipercepat. SolidWorks dibuat dengan

berdasarkan pada teori yang terdapat dalam perumusan metode elemen hingga.

Parameter mengacu pada kendala yang nilainya menentukan bentuk atau geometri

dari model atau perakitan. Parameter dapat berupa parameter numerik, seperti

panjang garis atau diameter lingkaran, atau parameter geometris, tangen pararel,

pararel konsentris, horizontal atau vertikal, parameter. [9]

Program ini relatif lebih mudah digunakan dibandingkan program-

program sejenisnya. Selain digunakan untuk menggambar komponen 3D,

SolidWork juga bisa digunakan untuk menggambar 2D dari komponen tersebut

dan bisa di konversi ke format dwg yang dapat dijalankan pada program CAD.

Dibawah ini adalah contoh gambar tampilan dari SolidWork 2014. [9]

21

Gambar 2.5 Tampilan Solidworks 2014 [9]

.

SolidWorks merupakan software yang digunakan untuk membuat produk

dari yang sederhana sampai yang rumit. File dari SolidWorks ini bisa dieksport ke

software analisis seperti Ansys dan FLOVENT. Desain yang telah dibuat dapat

juga dianalisis dan disimulasikan sesuai keinginaan. Tampilan SolidWorks tidak

jauh berbeda dengan tampilan software lainya dan SolidWorks menyediakan 3

template utama yaitu : [9]

1. Part adalah sebuah object 3D yang terbentuk dari feature–feature. Sebuah

part bisa menjadi sebuah komponen pada suatu assembly, dan juga bisa

digambarkan dalam bentukan 2D pada sebuah drawing. Feature adalah

bentukan dan operasi–operasi yang membentuk part. Base feature

merupakan feature yang pertama kali dibuat. Extension file untuk part

SolidWorks adalah SLDPRT.

22

2. Assembly adalah sebuah dokumen dimana part, feature dan assembly lain

(sub Assembly) dipasangkan/disatukan bersama. Extension file untuk

SolidWorks Assembly adalah SLDASM.

2.6 Perpindahan Panas

Panas adalah suatu bentuk energi yang berpindah dari suatu badan (sistem)

ke badan yang lain (sistem atau sekitarnya). Jadi panas dapat pindah melewati

batas suatu sistem, menuju atau dari sistem. Perpindahan panas ini terjadi karena

adanya

perbedaan temperatur antara sistem dan sekitarnya (Hidayat, 2006). Perpindahan

panas mengenal tiga cara pemindahan yang berbeda yaitu konduksi, konveksi, dan

radiasi. [10]

2.6.1 Konduksi atau Hantaran

Konduksi adalah proses perpindahan panas dari daerah bersuhu tinggi ke

daerah bersuhu rendah dengan media penghantar panas tetap. Laju perpindahan

panas dengan cara konduksi dapat dihitung dengan hubungan. [10]

…………………………………………………………….2.4.

dengan:

q = laju perpindahan panas (w),

k = konduktivitas termal bahan (w/moC),

A = luas permukaan dimana panas mengalir (m2), dan

23

dT/dx = gradien suhu pada penampang, atau laju perubahan suhu T terhadap

jarak dalam arah aliran panas x (oC/m).

2.6.2 Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat

dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media

penghantar berupa fluida (cairan/gas). Laju perpindahan panas dengan cara

konveksi dapat dihitung dengan hubungan. [10]

…………………………………………………………….2.5.

dengan

h = koefisien perpindahan panas konveksi (w/m2 oC), dan

∆T = perubahan atau perbedaan suhu antara suhu permukaan Ts dan suhu

fluida T∞ di lokasi yang ditentukan (biasanya jauh dari permukaan)

(oC;

oF).

2.6.3 Radiasi atau Pancaran

Radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena

pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektro-magnetik, tanpa memerlukan media

perantara. [10]

24

BAB III

METODOLOGI DESAIN DAN PERANCANGAN

Metodologi perancangan yaitu proses dalam merancang bangunan,

meliputi pengumpulan data, analisis, sintesis konsep, dan drawing. Dalam

perancangan data dan fakta merupakan suatu hal yang menjadi dasar atau sumber

ide dalam perancangan.

3.1 Diagram Alir Perancangan Boiler Pipa Api

Diagram alir perancangan dan simulasi boiler pipa api ditunjukkan pada

Gambar 3.1.

Mulai

Persiapan Alat dan Bahan

Desain Rancangan

A

Pengumpulan Data

Desain Rancangan

Studi Literatur

25

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Boiler Pipa Api

3.1.1 Mulai

Perancangan ini dimulai dari mencari konsep yang akan digunakan dalam

proses perancangan boiler, seperti mencari referensi mengenai desai boiler,

menguji kostruksi boiler dan perpindahan panas pada pipa api boiler sesuai

dengan tujuan penulisan ini.

3.1.2 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan oleh penulis dengan mengumpulkan data data

melalui referensi untuk menyelesaikan permasalahan yang ada pada perancangan

konstruksi boiler. Studi literatur yang digunakan dalam perancangan ini adalah

analisis kekuatan struktur pada boiler dan perpindahan panas pada pipa api boiler.

Selesai

Simulasi/Pengolahan Data

A

Kesimpulan

Hasil Simulasi/Pengolahan Data

Analisa Simulasi

26

3.1.3 Persiapan alat dan bahan

Berikut merupakan alat alat dan bahan yang digunakan dalam desain dan

perancangan boiler.

1. Laptop

Komputer ini digunakan untuk menjalankan software Solidwork, baik

dalam mendesain maupun analisis statis dan perpindahan panas.

Tabel 3.1 Spesifikasi Laptop

Processor Intel Core i3-4005U 1.7 GHz

Graphic Card NVIDIA GeForce 930M

Memory 6144 MB

Operating System Windows 10 Pro 64-bit 10.0, Build

18363

2. Software Solidwork

Software yang digunakan sebagai media dalam mendesain dan

merancang serta menganalisis boiler ini adalah Software Solidworks

2018 SP.01.

3. 1023 Carbon Steel Sheet (SS)

Material yang digunakan adalah 1023 Carbon Steel Sheet (SS) sebagai

bahan dasar perancangan konstruksi boiler dengan properti di tunjukkan

pada Tabel 3.2.

27

Tabel 3.2 Data Properties Material

Material Modulus

Young (Gpa)

Poisson

ratio

Density

x 1000

kg/m3

Thermal

expansion

Yield

strength

(Mpa)

1023 Carbon

Steel Sheet

(SS)

204999.99841,9

N/mm2

0,29 7858

kg/m3

1.2e-05

1/K

2,827 N/m2

3.1.4 Desain

1. Tahapan Desain

Persiapan awal dalam perancangan ini adalah mempersiapkan/menginstall

software solidworks 2018 yang digunakan pada komputer atau laptop.

Pertama adalah menyalakan komputer atau laptop terlebih dulu, lalu tekan

tombol windows pada keyboard untuk menampilkan windows start menu.

28

Gambar 3.1 Tampilan Windows start menu

Lalu carilah menu “SOLIDWORKS 2018” pada menu dan pilih

“SOLIDWORKS 2018” atau dapat menggunakan fitur pencarian otomatis

dengan cara mengetik nama “solidworks”.

Gambar 3.20 Menu software solidworks

Setelah software terbuka pada layar, selanjutnya pilih menu

“new” pada pojok kiri atas, lalu pilih opsi “part” untuk membuat part dari

alat dan kemudian klik “OK”.

Gambar 3.3 Tampilan opsi pada SOLIDWORKS 2018

29

Lalu akan muncul jendela baru setelah opsi “part” dipilih pada software

solidworks. Kemudian, pilih menu “sketch” pada menu bar di atas sebelah

kiri pada “tab sketch” untuk memulai proses desain menggunakan

software.

Gambar 3.4 Tampilan menu sketch

Selanjutnya pilih pandangan/plane dari benda yang akan di desain

dengan software baik front plane, top plane, ataupun right plane. Jika

sudah terpilih maka proses desain permodelan dua dimensi atau tiga

dimensi dapat dilanjutkan.

30

Gambar 3.5 Tampilan pemilihan pandangan/plane

2. Permodelan

Setelah mengetahui langkah-langkah menggunakan software Solidworks,

selanjutnya adalah pembuatan model tiga dimensi dari tiap-tiap bagian

boiler menggunakan software solidworks 2018 dengan cara

membandingkan ukuran pada sumber sumber referensi yang telah di baca

lalu dilanjutkan dengan proses assembly hingga rangka telah tergabung

utuh menjadi satu.

Berikut merupakan hasil dari desain 3D menggunakan software

Solidworks 2018 dengan satuan mm.

Gambar 3.6 Gambar proyeksi Boiler Pipa Api

31

Gambar 3.7 Desain Boiler Pipa Api

3.1.5 Pengumpulan Data

Setelah desain boiler selesai, maka selanjutnya adalah memasukkan data-

data yang diperlukan untuk pengujian konstruksi boiler, yang meliputi analisis

statis rangka boiler dan perpindahan panas pada pipa api (fire tube) boiler.

Pada pengujian statis rangka teori yang mendukung pengujian ini adalah

teori kekuatan material, yang meliputi tegangan dan regangan dan teori von

misses. Dan untuk pengujian koefisien perpindahan panas pada fire tube, maka

teori yang digunakan adalah teori perpindahan panas. Pengujian ini dilakukan

dengan bantuan software solidworks untuk mencari von misses dan koefisien

perpindahan panas pada boiler.

Data yang dibutuhkan untuk analisis statis pada badan boiler di tunjukkan

pada tabel 3.3

32

Tabel 3.3 Load desain Boiler

NO Load Besar Load Bagian

1 Beban 39330 N Tubesheet bawah

2 Tekanan 14702,803 N/m2

Permukaan fire tube dan permukaan

dalam dinding

3 Temperatur 70oC fire tube, badan boiler, Tubesheet bawah,

Tubesheet atas

Untuk pengujian perpindahan panas pada fire tube, panas yang berasal dari

pembakaran di dapur boiler akan masuk ke pipa api (fire tube). Temperatur yang

diberikan sebesar 70 oC dengan inlet kecepatan 50 m/s.

3.1.6 Simulasi

Simulasi yang dilakukan pada perancangan boiler ini adalah simulasi

static untuk mengetahui kekuatan dari konstruksi boiler dan simulasi perpindahan

panas untuk melihat panas yang di transfer melalui fire tube.

1. Simulasi kekuatan konstruksi Boiler

Tahapan simulasi ini dimulai dengan penginputan material properties,

contact set, fixtures, external load, lalu proses meshing dan Run. Setelah

itu memasukkan data yang tertera pada tabel 3.3. Lalu mencari nilai von

mises maksimum.

2. Simulasi perpindahan panas fire tube

Tahapan simulasi perpindahan panas ini dimulai dengan memasukkan

input data, yaitu wizard, boundary condition, goals, mesh, dan run. Lalu

mencari temperatur maksimum pada badan boiler.

33

3.1.7 Hasil Simulasi/Pengolahan Data

Setelah dilakukan simulasi pembebanan statis pada badan boiler dan

perpindahan panas pada boiler akan diketahui hasil dari simulasi tersebut. Seperti

contoh sebagai berikut.

Gambar 3.8 Contoh hasil dari simulasi statik

Gambar 3.8 Contoh hasil dari simulasi perpindahan panas

34

3.1.8 Kesimpulan

Setelah mendapatkan hasil dari simulasi seperti nilai dai von misses pada

simulasi statik dan mengetahui penyebaran panas pada uji perpindahan panas pada

fire tube maka menarik kesimpulan dari hasil simulasi tersebut.

3.1.9 Analisa Simulasi

Analisa dilakukan dengan melakukan pemerikasaan pada proses

penginputan data dari simulasi. Seperti contoh pada uji statik untuk menginput

semua data yang telah dijelaskan pada subbab 3.1.6 dan begitu juga dengan

simulasi perpindahan panas.

3.2.0 Selesai

Setelah setiap proses dilakukan, maka menyusun semua hasil dari

penelitian yang telah dilakukan ke dalam bentuk penulisan.

35

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Desain Boiler

Boiler di desain dengan menggunakan software Solidworks 2018, yang

merupakan salah satu software untuk mendesain baik 2D maupun 3D. adapun

spesifikasi boiler sebagai berikut.

1. Badan Boiler

Gambar 4.1 Badan Boiler

36

2. Tutup Atas

Gambar 4.2 Tutup Atas Boiler

3. Tube Sheet


37

4. Pipa Api (Fire Tube)


4.2 Proses kerja boiler

Proses kerja dari perancangan boiler pipa api (fire tube) ini adalah air yang

berasal dari anki masuk ke dalam badan boiler melalui saluran pipa. Kemudian

gas panas dari hasil pembakaran dialirkan melalui sebuah pipa api (fire tube)

terdapat air sehingga gas panas tersebut memanaskan air yang terdapat di dalam

boiler secara konduksi panas sehingga terbentuk uap panas. Uap (steam) hasil

pembakaran oleh pipa air boiler ini mengalir melalui pipa saluran ke tepat

perebusan.

38

Gambar 4.5 Proses kerja Boiler

Keterangan:

Panah biru = air mengalir dari tanki ke boiler melalui pipa.

Panah merah = uap mengalir dari boiler ke tempat perebusan melalui pipa.

4.3 Simulasi Boiler

Simulasi dilakukan oleh dua jenis simulasi, yaitu simulasi statik untuk

mengetahui nilai von mises maksimum pada konstruksi boiler dan simulasi aliran

untuk mengetahui perpindahan panas dan temperatur maksimum pada badan

boiler.

4.3.1 Simulasi Statik

Simulasi statik ini bertujuan untuk mengetahui besarnya nilai dari Von

Mises dan nilai dari displacement pada boiler.

39

Sebelum menginput data yang akan di berikan, maka langkah pertama

simulasi adalah memilih material yang akan di simulasi kan. Material yang di

pilih adalah 1023 Carbon Steel Sheet (SS) dengan properti material di tunjukkan

pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Properties Material 1023 Carbon Steel Sheet (SS)

Material Modulus

Young (Gpa)

Poisson

ratio

Density

x 1000

kg/m3

Thermal

expansion

Yield

strength

(Mpa)

1023 Carbon

Steel Sheet

(SS)

204999.99841,9

N/mm2

0,29 7858

kg/m3

1.2e-05

1/K

2,827 N/m2

Setelah pemilihan material, selanjutnya adalah menginput fixtures, yang

berfungsi sebagai penahan dari kontruksi boiler. Bagian yang di fixtures adalah

bagian paling bawah dari badan boiler.

Gambar 4.6 Penginputan fixtures

40

Lalu, penginputan beban/load pada beberapa bagian dari konstruksi bolier,

yang meliputi gaya, tekanan, gravitasi, dan temperatur. Data yang di input untuk

analisis statik pada konstruksi boiler di tunjukkan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Penginputan load pada boiler

NO Load Besar Load Bagian

1 Beban 39330 N Tubesheet bawah

2 Tekanan 14702,803

N/m2

Permukaan fire tube dan permukaan

dalam dinding

3 Temperatur 70oC fire tube, badan boiler, Tubesheet bawah,

Tubesheet atas

Data pada tabel 4.1 merupakan hasil dari perhitungan yang telah dilakukan

untuk mengetahui besarnya gaya dan tekanan yang diberikan untuk simulasi statik

boiler, sedangkan pada temperatur di asumsikan temperatur ruangan sebesar 30oC

maka temperatur yang diperlukan adalah 70oC untuk simulasi, karena temperatur

maksimal titik didih air adalah 100oC.

Setelah proses load selesai, maka selanjutnya adalah proses meshing, yaitu

proses untuk pengecekan. Semakin tinggi tingkat akurasi dari meshing, maka

semakin bagus hasil dari simulasi.

41

Gambar 4.7 Hasil dari proses meshing

Langkah terakhir adalah menjalankan simuasi. Setelah simulasi dilakukan,

maka hasil dari simulasi statik pada konstruksi boiler di tampilkan pada gambar

4.8.

Gambar 4.8 Hasil Von Mises pada boiler

42

Pada gambar di atas menunjukkan adanya perbedaan warna, dimulai dari

warna dari biru sampai merah. Bagian yang berwarna biru adalah bagian yang

mengalami tegangan terkecil kemudian menjadi hijau sampai kuning dan sampai

berwarna merah yang artinya bagian tersebut mengalami tegangan yang terbesar

yaitu nilainya ditunjukkan pada diagram warna pada gambar. Tegangan von mises

maksimum yang terjadi pada pengujian boiler adalah 2,369 x 108 N/m

2 dan

Tegangan von mises minimum adalah sebesar 2,037 x 10 N/m2.

Gambar 4.9 Hasil Displacment pada boiler

Displacement merupakan pergerakan atau pergeseran bentuk bahan setelah

mendapatkan pembebanan. Sama halnya dengan hasil pada gambar 4.4, adanya

43

perubahan warna dari biru sampai merah. Pada bagian yang berwarna merah

merupakan displacement maksimal yang di dapat, sebesar 4,982 x 104 mm dan

bagian yang berwarna biru displacement minimum sebesar 1 x 10-3

mm.

4.3.2 Simulasi Perpindahan Panas

Simulasi ini bertujuan untuk melihat perpindahan panas yang terjadi pada

fire tube (pipa api) boiler dengan menggunakan simulasi aliran (flow simulation)

pada software Solidworks.

Simulasi dilakukan dengan menginput temperatur 70 oC pada aliran gas

dari hasil pembakaran bahan bakar di bagian dapur boiler yang mengalir melalui

fire tube dengan inlet kecepatan 50 m/s. Temperatur 70 oC didapatkan dengan

asumsi suhu ruangan 30 oC karena titik didih maksimal air adala 100

oC.

Hasil dari perpindahan panas pada fire tube konstruksi boiler di tunjukkan

pada gambar 4.1

Gambar 4.10 Hasil simulasi perpindahan panas boiler

44

Pada hasil simulasi dengan menggunakan flow simulation di dapat

temperatur maksimal (berwarna merah) adalah sebesar 71,24 oC menyebar di

seluruh badan boiler dan tutup atas boiler. Dan pada bagian yang berwarna biru

sebesar -42,37 oC pada bagian pipa keluaran uap gas. Temperatur maksimal yang

di dapatkan, yaitu 71,24 oC tidak melebihi titik didih air.

4.4 Analisa

4.4.1 Analisa simulasi statik

Akibat dari pembebanan yang diberikan, maka di dapatkan hasil dari

tegangan von mises. Hasil von mises menunjukkan tegangan maksimum dari

pengolahan beban yang diberikan dan tegangan von mises maksimum yang di

dapat sebesar 2,369 x 108

N/m2

tidak melebihi kekuatan material (1023 Carbon

Steel Sheet (SS)) yang digunakan yaitu sebesar 2,827 N/m2.

Tabel 4.3 Hasil analisis

Karakteristik Hasil Analisis

Von Mises maksimum 2,369 x 108 N/m

2

Von Mises minimum 2,037 x 10 N/m2

Displacement maksimum 4,982 x 104 mm

Displacement minimum 1 x 10-3

mm

4.4.2 Analisa simulasi perpindahan panas

Hasil simulasi perpindahan panas didapatkan temperatur maksimal sebesar

71,24 oC dan temperatur minimum sebesar -42,37

oC. hasil ini didapatkan oleh

45

temperatur dari gas hasil pembakaran yang mengalir melalui pipa api dengan

asumsi kecepatan gas 50 m/s, maka panas akan menyebar dengan perantara air

pada badan boiler.

46

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah menyelesaikan desain dan perancangan boiler serta menyusunnya

dalam bentuk penulisan, maka penulis dapat menyimpulkan hasil dari penelitian

dalam beberapa hal, di antaranya:

1. Pada rancangan boiler, didapatkan bahwa massa dari seluruh komponen

boiler yang telah di rakit sebesar 319,64209 kg, volume sebesar

41562980.40 mm3 dan tinggi dari badan boiler sampai tutup atas sebesar

2250 mm.

2. Pada simulasi statik, di dapatkan nilai dari von mises maksimum adalah

sebesar 2,369 x 108 N/m

2, dan tidak melebihi tegangan luluh dari bahan

1023 Carbon Steel Sheet (SS) yaitu sebesar 2,827 x 108 N/m

2. Dan dapat

dikatakan aman untuk bahan tersebut agar digunakan.

3. Pada simulasi perpindahan panas, simulasi dilakukan pada fire tube (pipa

api) boiler dan media yang digunakan adalah gas yang di panaskan oleh

bahan bakar kayu untuk menghasilkan uap panas dengan temperatur 70 oC.

Setelah di lakukan simulasi, didapatkan bahwa panas dapat menyebar ke

seluruh badan boiler dengan temperatur maksimal 71,24 oC dan

temperatur minimum -42,37 oC.

47

DAFTAR PUSTAKA

1. Ardiyanto Effendy, Dwi. 2013. “RANCANG BANGUN BOILER UNTUK

PROSES PEMANASAN SISTEM UAP PADA INDUSTRI TAHU

DENGAN MENGGUNAKAN CATIA V5”. Skripsi. Fakultas Teknik, Prodi

Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang, Semarang.

2. Muin, Syamsir A. 1988. Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap).

Jakarta: Rajawali Pers.

3. Yohana E dan Askhabulyamin. 2009. Perhitungan Efisiensi Dan Konversi

Dari Bahan Bakar Solar Ke Gas Pada Boiler Ebara HKL 1800 KA. Rotasi,

Volume 11 No. 3. Hal: 13-16.

4. Raharjo W. D dan Karnowo. 2008. Mesin Konversi Energi. Semarang :

Universitas Negeri Semarang Press.

5. Singer F.L dan A. Pytel. 1985. Kekuatan Bahan (Teori Kokoh – Strenght of

Materials). Jakarta : Erlangga

6. Desai C. S. 1996. Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga. Translated by

Wirjosoedirdjo S. J. 1979. Jakarta : Penerbit Erlangga

7. Giesecke, Frederick E., et al. 2001. Gambar Teknik. Jakarta: Erlangga.

8. Tatasudira and Shinroku Saito. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta:

Pradnya Paramita.

9. Agung Prabowo, Sigit, 2010, Easy To Use Solidworks 2009, Penerbit Andi

Publisher, Yogyakarta.

48

10. Hidayat, R & Pradjaningsih, A. 2002. Model Perpindahan Panas pada

Benda-Benda Ellipsoida. Tidak dipublikasikan. Laporan Penelitian. Jember:

Jurusan Matematika Fakultas MIPA Universitas Jember

UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI...

Documents

Transcript of UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI...