PERANCANGAN DAN PEMBUATAN TABUNG TUNDA REAKTOR SAMOP DENGAN BAHAN STAINLESS STEEL 304 TUGAS AKHIR - Perancangan dan pembuatan tabung tunda reaktor samop dengan bahan stainless steel 304 - USD Repository

(1)

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagiaan persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh:

WELLY BURDUS ANGGER SURYO PRAYOGO NIM : 025214099

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagiaan persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh:

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2 0 0 8

(3)

A FINAL PROJECT

Submitted To Fulfill The Requirements

To Obtain The Mechanical Engineering Bachelor Degree Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Department

Written by:

WELLY BURDUS ANGGER SURYO PRAYOGO Student Number : 025214099

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2 0 0 8

(4)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

TABUNG TUNDA REAKTOR SAMOP DENGAN

BAHAN STAINLESS STEEL 304

Diajukan oleh:

Telah disetujui oleh:

Pembimbing I

Budi Setyahandana, S.T., M.T.

Pembimbing II

Prof. Ir. Yohanes Sardjono, APU.

(5)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

TABUNG TUNDA REAKTOR SAMOP DENGAN

BAHAN STAINLESS STEEL 304

Dipersiapkan dan ditulis oleh:

WELLY BURDUS ANGGER SURYO PRAYOGO NIM: 025214099

Telah dipertahankan didepan Panitia Penguji Pada tanggal 18 April 2008

dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Ketua : I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. ………

Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. ………

Anggota : Budi Setyahandana, S.T., M.T. ………

Anggota : Prof. Ir. Yohanes Sardjono, APU. ………

Yogyakarta, 9 Mei 2008 Fakultas Sains Dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc.

(6)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi manapun dan tidak memuat hasil karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

Yogyakarta, April 2008

(7)

vi

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Welly Burdus Angger Suryo Prayogo

Nomor Mahasiswa : 025214099

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN TABUNG TUNDA REAKTOR SAMOP DENGAN BAHAN STAINLESS STEEL 304

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannnya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis dengan meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya terlebih dahulu serta mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Yogyakarta, 9 Mei 2008 Yang menyatakan,

(8)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan bagi Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kasih karunia-Nya yang besar, yang senantiasa selalu menuntun langkah demi langkah hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan yang berupa moril maupun materiil dari semua pihak terutama kepada:

1. Ir. Greg. Heliarko SJ., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., Dekan Fakultas Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen Pembimbing yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Prof. Ir. Yohanes Sadjono, APU., Pembimbing dari Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Yogyakarta yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

4. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FT-USD yang telah membantu dan selalu membimbing dalam masa-masa kuliah.

5. Segenap karyawan Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Yogyakarta yang telah membantu dan selalu membimbing dalam masa-masa kuliah.

(9)

viii

6. Segenap keluarga besar di Jakarta, ayah Yohanes Wagiyo dan ibu Natalia Siti Rukma Mariyati serta adik Lidwina Ajeng Laksmintorukmi. Dimas Dewantoro, Euneke Yosephine Natalie, F. Dian Pramudyanita, Elisabeth Novilia Abri Prastiwi, Wahyu Perwitasari.

7. Kebersamaan, kesetiaan dan kerjasama tim dalam pengerjaan Tugas Akhir ini Yulius Hanstyaka Pudyantara dan Gunawan Manto Saputro.

8. Untuk teman-teman Yohan, Anton, Budi, Fajar, Landung, Winarno, Albert, Agus, Lukas, Sigit, Wibisono, Danang, Lambang, Adi, Valent, Andri, Ignatius, Rino, Saut, Kapipi, Andi, Bowo, Giyarno, Peter, Benny, Simon serta teman-teman Teknik Mesin 2001-2002 Universitas Sanata Dharma dan Elektronika dan Instrumentasi 2003 Universitas Gajah Mada yang mendukung kelancaran penyusunan Tugas Akhir ini.

Demikian usaha yang telah penulis lakukan namun penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu dengan senang hati penulis menerima saran kritik yang membangun. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan wawasan lebih tentang ilmu pengetahuan dan teknologi bagi para pembaca.

Yogyakarta, April 2008

(10)

JE PRESENT LA MISSION DERNIERE A

Le Pater Dieu au ciel pour la lumiere est donne par Vous Le Dieu Iesu Christi pour Son accompagnement et Son guidage

La Mere Marie pour sa protection et sa bonte

Mon pere et ma mere pour ses sacrifices, appuis, esprits, et priers Yohanes Wagiyo et Natalia Siti Rukma Mariyati

Mon cher frere et mes cheres soeurs Lidwina Ajeng Laksmintorukmi

faculte d'ingenierie mechanique de Universite de Sanata Dharma

Ma devise est

Il n'y pas meilleur que une experience Si tu veux rester, tu resterais Si tu veux bouger, tu bougerais

et Si tu veux commencer, tu trouverais ta route Pense bien, donc tu sentirais mieux

Inspiration

*

Is the mainobstacle for a designer?

Can doanything Anytime

Anywhere

Oneof my biggest inspirationsis

…adream

(11)

INTISARI

Reaktor SAMOP adalah suatu alat yang berfungsi untuk memproduksi radioisotop Mo99 sebagai pembangkit Tc99m. Tc99m yang sangat berguna untuk diagnostik dalam bidang kedokteran nuklir, dengan ekstraksi uranium nitrat (UO2(NO3)2). Program ini sedang dikembangkan oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Yogyakarta. Reaktor SAMOP menggunakan sistem perpipaan sebagai komponen utama dalam proses ekstraksi uranium nitrat hingga menghasilkan radioisotop Mo99m.

Perancangan dan pembuatan tabung tunda reaktor SAMOP dengan bahan

stailess steel 304; 18 Cr - 8 Ni, akan dioperasikan sampai dengan 5 tahun. Proses perancangan dan pembuatan dilakukan dengan menghitung ketebalan tabung berdasarkan usia penggunaan, tekanan, temperatur dan laju korosi yang mengacu pada ANSI/ASME B31.3. Aplikasi pengerjaan, instalasi, hingga proses pengujian, serta pengambilan data berdasarkan perancangan instalasi tersebut telah diimplementasikan. Pengujian aliran dilakukan dengan menggunakan air mineral sebagai simulasi pengganti uranium nitrat.

Hasil perancangan untuk usia pemakaian sampai dengan 5 tahun berdasarkan perhitungan diperoleh ketebalan nominal 0,58 mm. Namun karena pengadaan bahan dengan ketebalan 1,4 mm, maka usia penggunaan dapat mencapai 12 tahun.

(12)

ABSTRACT

The SAMOP reactor is a device that can be use to produce Mo99

radioisotope with the extraction of uranium nitrate (UO2 (NO3)2) to rise the Tc99m, this device is use in disease diagnose and had been developed by Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) at Yogyakarta. This reactor use pipes as its main element in the extraction process to produce Mo99m radioisotope.

This SAMOP reactor use the stainless steel 304; 18 Cr – 8 Ni, with 5 years life time of endurance. This final project objective was to found the effects of temperature, pressure, life-use time and corrosion allowance at the SAMOP reactor tube thickness. Design and building process refers to ANSI/ASME B31.3, with calculating tube thickness life-use, pressure, temperature and corrosion allowance. This device had implemented and tested.

Tube thickness in 5 years of usage with 0,58 mm of nominal thickness. This device is used 1,4 mm of nominal thickness so it can be 12 years of usage life.

(13)

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

KATA PERSEMBAHAN ... ix

INTISARI ... x

ABSTRACT ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Pengertian Umum ... 1

1.2. Latar Belakang Masalah ... 1

1.3. Tujuan Perancangan ... 2

1.4. Batasan Masalah ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 4

(14)

xiii

2.2. Perubahan Struktur Pada Perlakuan Panas ... 6

2.3. Baja Dan Pengaruh Pada Ketahanan Karat ... 8

2.4. Baja Stainless Steel ... 8

2.5. Pemilihan Baja Tahan Karat ... 10

2.4.1. Baja Tahan Karat Martensit ... 10

2.4.2. Baja Tahan Karat Ferit ... 10

2.4.3. Baja Tahan Karat Austenit ... 11

2.6. Korosi ... 14

2.7. Korosi Secara Umum ... 16

2.8. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Terjadinya Korosi ... 19

2.9. Peringkat Ketahanan Terhadap Korosi Dan Karat ... 21

2.10. Mampu Las Baja ... 23

2.11. Penguatan Baja Untuk Proses Pengelasan ... 25

BAB III PERANCANGAN TEBAL TABUNG ... 26

3.1. Perancangan Tabung ... 26

3.2. Perancangan Suhu Rendah (Elastic Design) ... 27

BAB IV PEMBAHASAN ... 32

4.1. Perhitungan Tebal Tabung ... 32

4.2. Rancangan Akhir Ketebalan Tabung ... 40

4.3. Bagian-bagian Tabung ... 41

(15)

xiv

4.3.2. Lubang Sensor ... 43

4.3.3. Saluran Udara ... 44

4.3.4. Handle Tabung ... 45

4.3.5. Tabung Tunda ... 46

4.3.6. Penghubung Pipa (Coupling) ... 47

4.4. Metode Pengujian Instalasi Pipa Reaktor SAMOP ... 48

4.4.1. Persiapan ... 48

4.4.2. Uji Kebocoran ... 48

4.4.3. Pengujian ... 50

4.5. Hasil Pengujian ... 52

4.6. Pengujian Instalasi Reaktor SAMOP ... 53

4.6.1. Uji Kebocoran ... 53

4.6.2. Pengujian Instalasi Reaktor SAMOP ... 53

BAB V KESIMPULAN ... 54

5.1. Kesimpulan ... 54

(16)

Tabel 2.1 Fasa Pada Baja ... 7

Tabel 2.2 Komposisi Kimia Baja AISI 304 ... 13

Tabel 2.3 Sifat Mekanik AISI 304 ... 14

Tabel 2.4 Sifat Fisik dan Listrik AISI 304 pada Kondisi Annealed ... 14

Tabel 2.5 Persentase Komposisi Ketebalan Baja Lunak ... 25

Tabel 3.1 Batas Temperatur Desain ... 26

Tabel 3.2 Tebal Minimum Tabung ... 27

Tabel 3.3 Nilai-nilai Y Koefisien yang digunakan dalam Eq ... 29

Tabel 3.4 Tingkatan Faktor Kualitas yang digunakan dalam Ec ... 30

Tabel 3.5 Faktor Kualitas Las Lurus dan Sambungan Membujur dalam Ej 30

Tabel 4.1 Tegangan Ijin Pada Logam ... 33

Tabel 4.2 Tegangan Ijin Pada Logam ... 34

Tabel 4.3 Tebal t, tm, Nt dalam 5 tahun ... 39

Tabel 4.4 Data Laju Aliran dan Tekanan ... 53

(17)

Gambar 2.1 Diagram Fe- Fe3C ... 4

Gambar 3.1 Diagram Alir ... 31

Gambar 4.1 Grafik Tebal Minimal Tabung Akibat Tekanan ... 38

Gambar 4.2 Grafik Tebal Minimal Tabung Akibat Laju Korosi ... 38

Gambar 4.3 Grafik Tebal Nominal Tabung ... 39

Gambar 4.4 Bagian-bagian Tabung ... 41

Gambar 4.5 Tutup Lubang Sensor ... 42

Gambar 4.6 Lubang Sensor ... 43

Gambar 4.7 Saluran Udara ... 44

Gambar 4.8 Handle Tabung ... 45

Gambar 4.9 Tabung Tunda ... 46

Gambar 4.10 Penghubung Pipa (Coupling) ... 47

Gambar 4.11 Skema Instalasi Reaktor SAMOP ... 51

(18)

1.1. Pengertian Umum

Dewasa ini banyak dikembangkan teknologi yang diharapkan sangat berguna bagi keperluan masyarakat, terutama pada bidang layanan kesehatan. Reaktor SAMOP (Sub Critical Assembly for Mo99 Production) merupakan salah satu teknologi yang sedang dikembangkan oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Yogyakarta, yang diharapkan dapat berguna dalam Ilmu Kedokteran, sehingga dapat membantu meningkatkan pelayanan kesehatan di Indonesia.

1.2. Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi dalam perindustrian tidak lepas dari peran penting penerapan dan pengembangan ilmu bahan. Ilmu bahan yang mempelajari struktur mikro dan sifat-sifat benda dapat memberikan data-data yang akurat dalam pemilihan bahan yang baik dan cocok bagi bahan dari peralatan atau mesin. Penelitian dan penemuan yang dihasilkan dari penerapan ilmu bahan dapat digambarkan sebagai dasar dari pemilihan bahan yanag baik sesuai dengan kebutuhan.

Desain dan pembuatan tabung tunda reaktor SAMOP merupakan salah satu alat yang dirancang khusus untuk memproduksi radioisotop

Mo99 khususnya sebagai pembangkit Tc99m pada skala yang kecil.

(19)

Radioisotop Tc99m merupakan radioisotop yang paling banyak digunakan untuk diagnostik di bidang kedokteran nuklir. Dengan fluida yang merupakan bahan bakar utama yang digunakan pada reaktor SAMOP, yaitu menggunakan uranium nitrat (UO2(NO3)2). Sehingga untuk perancangan perpipaan reaktor SAMOP harus benar-benar memperhatikan faktor keselamatan.

Dengan memperhatikan pengaruh suhu, tekanan, laju fluida, dan laju korosi terhadap ketebalan minimum dan umur pada tabung tunda. Dalam hal ini elemen-elemen tersebut mendapat pengaruh suhu, tekanan dan korosi, sehingga dengan demikian tabung tersebut dirancang dengan perhitungan dan analisa yang teliti agar dapat memenuhi syarat keamanan yang baik. Instalasi reaktor SAMOP banyak menggunakan tabung dan pipa, dimana elemen-elemen tersebut mendapat tekanan dan korosi, sehingga dibutuhkan suatu perancangan untuk menghitung ketebalan dinding tabung dari bahan yang digunakan.

1.3. Tujuan Perancangan

Tujuan dari perancangan dalam Tugas Akhir Perancangan dan Pembuatan Tabung Tunda Pada Reaktor SAMOP ini adalah

(20)

Mengetahui melalui rumusan perhitungan tebal minimal tabung (t), tebal minimal tabung karena laju korosi (tm), tebal nominal tabung (Nt) berdasarkan pada usia penggunaan.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam Tugas Akhir Perancangan dan Pembuatan Tabung Tunda Pada Reaktor SAMOP ini adalah:

1. Bahan yang digunakan SS 304; 18 Cr - 8 Ni, tabung tunda penampung reaktor tersebut beroperasi pada suhu di bawah 50°C. 2. Perhitungan tebal tabung berdasarkan ukuran atau dimensi yang

sudah ditentukan dengan tekanan 1 atm.

3. Usia penggunaan tabung 5 tahun berdasarkan tekanan, suhu dan laju korosi 0,1 mm/tahun.

(21)

2.1. Struktur Besi Dan Baja

Besi dan baja merupakan salah satu jenis logam yang paling

banyak penggunaanya, besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama

yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbon yang membedakan besi dan baja.

Dari unsur besi berbagai bentuk struktur logam dapat dibuat. Unsur-unsur

penyusun besi dan baja dapat dilihat secara jelas dalam diagram fasa besi

karbon. Selain karbon, pada besi dan baja juga terkandung kira-kira 0,25%

Si, 0,3 - 1,5% Mn dan unsur pengotor lain seperti P dan S. Karena

unsur-unsur ini tidak memberikan pengaruh besar pada diagram fasa, maka

diagram fasa tersebut dapat dipergunakan tanpa menghiraukan adanya

unsur-unsur tersebut.

Gambar 2.1 Diagram Fe- Fe3C

(22)

Baja dengan kadar karbon sama dengan komposisi eutektoid

dinamakan baja eutektoid, yang kadarnya kurang dari komposisi eutektoid

disebut baja hiporeutektoid dan yang berkadar karbon lebih dari komposisi

eutektoid disebut baja hypereutektoid.

1. Baja Paduan Khusus (Special Alloy Steel)

Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam

seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum, tungsten dan

vanadium. Dengan menambahkan logam tersebut ke dalam baja

maka baja paduan tersebut akan merubah sifat-sifat mekanik dan

kimianya seperti menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila

dibandingkan terhadap baja karbon.

2. HSS (High Speed Steel)

Kandungan karbonnya 0,70% - 1,50%, disebut High Speed

Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat

dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan baja karbon.

Sehingga harga dari HSS pun dapat dua sampai empat kali lipat

dari pada baja karbon.

Macam-macam baja paduan dengan sifat-sifat khususnya:

1. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifatnya antara lain memiliki daya tahan yang baik terhadap

panas, karat dan goresan atau gesekan, tahan temperatur rendah

(23)

keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus, tahan

terhadap oksidasi, kuat dan dapat ditempa, mudah dibersihkan.

2. HSLA (High Strength Low Alloy Steel)

Sifat HSLA adalah memiliki (tensile strength) yang tinggi,

anti bocor, tahan terhadap abrasi, mudah dibentuk, tahan terhadap

korosi, ulet, sifat mampu mesin yang baik dan sifat mampu las

yang tinggi. Untuk mendapatkan sifat-sifat di atas maka baja ini

diproses secara khusus dengan menambahkan unsur-unsur seperti

tembaga (Cu), nikel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo),

vanadium(Va) dan columbium.

3. Baja Perkakas (Tool Steel)

Sifat-sifat yang dimiliki baja perkakas adalah tahan pakai

selama penggunaan, tajam mudah diasah, tahan panas, kuat dan

ulet.

2.2. Perubahan Struktur Pada Perlakuan Panas

Besi dan baja diharapkan mempunyai kekuatan statik dan dinamik,

ulet, mudah diolah, tahan korosi dan mempunyai sifat elektromagnet agar

dapat dipakai sebagai bahan untuk konstruksi dan mesin-mesin. Fasa pada

baja yang memiliki sifat khas:

1. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body-centered

cubic (bcc), menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas

(24)

2. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka atau face

centered cubic (fcc) menunjukkan titik mulur yang kelas tanpa

kegetasan pada keadaan dingin.

3. Akan tetapi jika berupa fasa metastabil bias berubah menjadi α’

pada temperatur rendah.

4. Martensit adalah fasa larutan pada lewat jenuh dari karbon dalam

sel satuan tetragonal pusat badan atau body-centered tetragonal

(bct). Makin tinggi derajat melewati jenuh karbon, makin besar

perbandingan satuan sumbu sel satuannya dan semakin keras.

5. Bainit mempunyai sifat-sifat antara martensit dan ferit. Sesuai

dengan keanekaragaman strukturnya dapat dilihat melalui Tabel

2.1:

Tabel 2.1 Fasa Pada Baja

(25)

2.3. Baja Dan Pengaruh Pada Ketahanan Karat

Salah satu cacat pada penggunaan baja adalah terjadinya karat,

yang dalam pencegahannya dengan mempergunakan pelapisan dan

pengecatan. Baja tahan karat adalah semua baja yang tidak berkarat.

Banyak diantara baja ini yang digolongkan secara metalurgi menjadi baja

tahan karat austenit, baja tahan karat ferit, baja tahan karat martensit dan

baja tahan karat tipe pengerasan presipitasi.

Jika Cr dipadukan pada besi di atas 12 - 13%, karat yang berwarna

merah tidak terbentuk, karena oleh adanya oksigen di udara terjadi

permukaaan yang stabil (permukaan pasif). Oleh karena itu baja yang

mengandung unsur tersebut dinamakan baja tahan karat. Jika baja

mengandung lebih dari 17% Cr akan terbentuk lapisan yang stabil. Karat

pada pengelasan dari baja tahan karat 17% sering terjadi disebabkan

karena presivitasi karbida Cr pada batas butir dan oksidasi Cr dari

permukaan karenanya lapisan permukaaan menjadi kekurangan Cr yang

mengurangi ketahanan karatnya.

2.4. Baja Stainless Steel

Baja stainless merupakan baja paduan yang mengandung minimal

10,5% Cr. Sedikit baja stainless mengandung lebih dari 30% Cr atau

kurang dari 50% Fe. Karakteristik khusus baja stainless adalah

pembentukan lapisan film kromium oksida Cr2 O3. Lapisan ini berkarakter

(26)

kromium oksida dapat membentuk kembali jika lapisan rusak dengan

kehadiran oksigen. Pemilihan baja stainless didasarkan dengan sifat-sifat

materialnya antara lain ketahanan korosi, fabrikasi, mekanik, dan biaya

produk. Pada Lampiran III bagaimana pemilihan bahan stainless steel 304

yang baik. Penambahan unsur-unsur tertentu kedalam baja stainless

dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:

1. Penambahan molybdenum (Mo) bertujuan untuk memperbaiki

ketahanan korosi pitting dan korosi celah.

2. Unsur karbon rendah dan penambahan unsur penstabil karbida

(titanium atau niobium) bertujuan menekan korosi batas butir pada

material yang mengalami proses sensitasi.

3. Penambahan kromium (Cr) bertujuan meningkatkan ketahanan

korosi dengan membentuk lapisan oksida (Cr2 O3) dan ketahanan

terhadap oksidasi temperatur tinggi.

4. Penambahan nikel (Ni) bertujuan untuk meningkatkan ketahanan

korosi dalam media pengkorosi netral atau lemah. Nikel juga

meningkatkan keuletan dan mampu bentuk logam. Penambahan

nikel meningkatkan ketahanan korosi tegangan.

5. Penambahan unsur molybdenum (Mo) untuk meningkatkan

ketahanan korosi pitting di lingkungan klorida.

6. Unsur aluminium (Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida

pada temperatur tinggi.

(27)

2.5. Pemilihan Baja Tahan Karat

2.5.1. Baja Tahan Karat Martensit

Komposisi baja tahan karat martensit adalah 12 - 13% Cr

dan 0,1 - 0,3% C. Kadar Cr sebanyak ini adalah batas terendah

untuk ketahanan asam karena itu baja ini sukar berkarat di udara,

dan ketahanan karat terhadap suatu larutan juga cukup baik.

Sampai 500°C baja ini banyak dipakai karena mempunyai

ketahanan panas yang baik sekali, dan dengan pengerasan dan

penemperan dapat diperoleh sifat-sifat mekanik yang baik.

Baja ini merupakan paduan kromium dan karbon yang

memiliki struktur martensit body-centered cubic (bcc) terdistorsi

saat kondisi bahan dikeraskan. Baja ini merupakan ferromagnetic,

bersifat dapat dikeraskan dan umumnya tahan korosi di lingkungan

kurang korosif.

2.5.2. Baja Tahan Karat Ferit

Baja tahan karat ferit adalah baja yang terutama

mengandung Cr sekitar 16 - 18% atau lebih. Kebanyakan

komponen dibuat dari pelat tipis. Perlu diperhatikan bahwa pada

lingkungan korosi yang ringan tidak terjadi karat. Sifat yang

menguntungkan dari baja tahan karat ferit adalah bahwa tanpa

kandungan Ni sukar untuk terjadi retakan korosi tegangan. Yaitu

(28)

dari baja tahan karat austenit, akan lebih menguntungkan apabila

dipakai baja tahan karat ferit daripada baja tahan karat austenit,

yang lebih mudah terjadi retakan korosi tegangan.

Baja jenis ini mempunyai struktur body-centered cubic

(bcc). Unsur kromium ditambahkan ke paduan sebagai penstabil

ferrit. Kandungan kromium umumnya kisaran 16 - 18%. Beberapa

tipe baja mengandung unsur molybdenum, silicon, aluminium,

titanium dan niobium. Unsur sulfur ditambahkan untuk

memperbaiki sifat mesin.

Tingkat kekerasan beberapa tipe baja stainless ferritik dapat

ditingkatkan dengan cara celup cepat. Metode celup cepat

merupakan proses pencelupan banda kerja secara cepat dari

keadaan temperatur tinggi ke temperatur ruang. Sifat mampu las,

keuletan, ketahanan korosi dapat ditingkatkan dengan mengatur

kandungan tertentu unsur karbon dan nitrogen.

2.5.3. Baja Tahan Karat Austenit

Baja ini mempunyai struktur 18% Cr - 8% Ni dan

mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik, mampu bentuk dan

mampu las. Karena itu dipakai pada berbagai industri kimia. Selain

itu juga dipakai sebagai bahan konstruksi, perabot dapur, turbin,

(29)

Logam paduan ini merupakan paduan berbasis ferrous dan

struktur kristal face-centered cubic (fcc). Struktur kristal akan tetap

berfasa austenit bila unsur nikel dalam paduan diganti mangan

(Mn) karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa

austenitik tidak akan berubah saat perlakuan panas kemudian

didinginkan pada temperatur ruang. Baja stainless austenitik tidak

dapat dikeraskan melalui perlakuan celup cepat (quenching).

Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat asutenitik pada

temperatur ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi

lebih baik dibandingkan baja stainless ferritik dan martensit. Setiap

jenis baja stainless austenitik memiliki karakteristik khusus

tergantung dari penambahan unsur pemadunya.

Baja stainless austenitik hanya bisa dikeraskan melalui

pengerjaan dingin. Material ini mempunyai kekuatan tinggi di

lingkungan suhu tinggi. Tipe 2xx mengandung nitrogen, mangan 4

- 15,5% dan kandungan 7% nikel. Tipe 3xx mengandung unsur

nikel tinggi dan maksimal kandungan mangan 2%. Unsur

molybdenum, tembaga, silikon, aluminium, titanium dan niobium

ditambah dengan karakter material tertentu. Sulfur ditambah pada

tipe tertentu untuk memperbaiki sifat mampu mesin.

Salah satu jenis baja stainless austenitik adalah AISI 304.

Baja austenitik ini mempunyai struktur kubus satuan bidang

(30)

Komposisi unsur-unsur pemadu yang terkandung dalam AISI 304

akan menentukan sifat mekanik dan ketahanan korosi. Baja AISI

304 mempunyai kadar karbon sangat rendah 0,08%. Kadar

kromium berkisar 18 - 20% dan nikel 8 - 10,5% yang terlihat pada

Tabel 2.2. Kadar kromium cukup tinggi membentuk lapisan Cr2O3

yang protektif untuk meningkatkan ketahanan korosi. Komposisi

karbon rendah untuk meminimalisai sensitasi akibat proses

pengelasan.

(sumber dari : http://gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com)

Tabel 2.2 Komposisi Kimia Baja AISI 304

Komposisi kandungan unsur dalam baja AISI 304 tersebut

(31)

Tabel 2.3 Sifat Mekanik AISI 304

Keterangan:

Poison : rasio poison

Tensile : tensile strength (MPa)

Yield : yield strength (MPa)

Elong : elongation %

Hard : kekerasan (HVN)

Mod : modulus elastisitas (GPa)

Density : berat jenis (Kg/m3)

Tabel 2.4 Sifat Fisik dan Listrik AISI 304 pada Kondisi Annealed

2.6. Korosi

Suatu penelitian menunjukkan bahwa penyebab utama kerusakan

utama pada pipa adalah korosi yang terbentuk di bawah endapan karbonat

yang terbentuk pada suhu tinggi serta pada daerah yang telah kehilangan

(32)

Bermacam cara telah dicoba untuk mengatasi masalah ini

diantaranya dengan meningkatkan kualitas air laut sebagai media

pendingin dan aplikasi pembersihan pipa pada kondisi peralatan sedang

operasi maupun saat peralatan berhenti beroperasi. Spesifikasi pipa juga

telah ditingkatkan dengan menaikkan kandungan Fe serta pensyaratan

pembersiahan internal pipa dengan alumina saat fabrikasi, namun seluruh

usaha tersebut tidak memberikan hasil yang memuaskan. Maka faktor

korosi sangat penting untuk diperhitungkan.

Korosi merupakan gejala destruktif yang mempengaruhi hampir

semua logam. Korosi dan karat dianggap sebagai sinonim, karat (rust)

sendiri merupakan sebutan yang belakangan ini dikhususkan bagi korosi

pada besi. Karat diartikan sebagai lapisan merah kekuning-kuningan yang

melekat pada besi sebagai proses kimia. Sedangakan korosi diartikan

proses perubahan atau perusakan yang disebabkan oleh reaksi atau dengan

kata lain korosi adalah proses kimia atau elektrokimia yang kompleks dan

dapat merusak logam melalui reaksi terhadap lingkungannya. Korosi pada

permukaan logam masih dapat terjadi meskipun elektrolit cair tidak ada

dan proses ini disebut korosi kering. Proses korosi kering yang paling

nyata adalah reaksi logam dan oksigen di udara. Reaksi ini menghasilkan

oksida logam yang mekanisme oksidanya adalah:

(33)

Adapula pemanfaatan fluida panas bumi untuk membangkitkan energi

listrik merupakan suatu kegiatan yang berlangsung di lingkungan yang

korosif serta mempunyai suhu dan tekan tinggi. Penilaian dan pemilihan

logam atau paduan logam sebagai material konstruksi di industri. Panas

bumi sangat penting karena setiap lapangan panas bumi memiliki fluida

dengan ciri tertentu terhadap pengaruh korosi. Laju korosi tertinggi terjadi

pada fluida campuran kondensat udara, namun laju korosi ini dihambat

dengan adanya deposit silika. Logam yang mempunyai laju korosi

terendah adalah logam baja tahan karat Cr sedangkan perlakuan tegangan

tidak secara nyata memberikan pengaruh pada laju korosi.

2.7. Korosi Secara Umum

Korosi merupakan proses degradasi sifat material disebabkan

reaksi dengan lingkungannya. Korosi sebagai suatu reaksi elektrokimia

yang memberikan kontribusi kerusakan fisik suatu material secara

signifikan sehingga perlu perhatian untuk mencegah dan meminimalisasi

kerugian yang timbul akibat efek korosi. Jumlah logam dan paduannya

merupakan fungsi dari lingkungan sehingga saling mempengaruhi kedua

parameter tersebut antara lain lingkungan air tawar, air laut dan tanah.

Pendekatan korosi secara umum melibatkan sifat material antara

lain sifat fisik, mekanik dan kimia. Pendekatan lainnya juga

(34)

antara antar permukaan logam dan lingkungan. Faktor-faktor pendekatan

korosi yaitu:

1. Logam berdasarkan komposisi, struktur atom, keheterogenan

struktur secara microskopik dan makroskopik, tegangan (tarik,

tekan dan siklus).

2. Lingkungan antara lain sifat kimia, konsentrasi bahan reaktif dan

pengotor, tekanan, suhu, kecepatan dan lain-lain.

3. Antar muka logam dan lingkungan yaitu kinetika oksidasi dan

pelarutan logam, kinetika proses reduksi bahan di dalam larutan.

Berdasarkan pertimbangan tersebut mengindikasikan mekanisme

korosi logam sangat komplek dengan melibatkan berbagai cabang bidang

antara lain sifat fisik, metalurgi fisik, kimia, bakteri dan lain-lain.

Mekanisme korosi tidak terlepas dari reaksi elektrokimia. Reaksi

elektrokimia melibatkan perpindahan elektron-elektron. Perpindahan

elektron merupakan hasil reaksi redoks (reduksi-oksidasi). Mekanisme

korosi melalui reaksi elektrokimia melibatkan reaksi anodik di daerah

anodik. Reaksi anodik (oksidasi) diindikasikan melalui peningktan valensi

atau produk elektron-elektron. Pengujian ASTM tentang korosi ada pada

Lampiran II.

Reaksi anodik yang terjadi pada proses korosi logam yaitu:

(35)

Proses korosi dari logam M adalah proses oksidasi logam menjadi

satu ion ( n+ ) dalam pelepasan n elektron. Harga dari n bergantung dari

sifat logam sebagai contoh besi:

Fe → Fe 2+ + 2e

Reaksi katodik juga berlangsung di proses korosi. Reaksi katodik

diindikasikan melalui penurunan nilai valensi atau konsumsi

elektron-elektron yang dihasilkan dari reaksi anodik. Reaksi katodik terletak di

daerah katoda. Beberapa jenis reaksi katodik yang terjadi selama proses

korosi logam yaitu:

Pelepasan gas hidrogen: 2H - + 2e → H2

Reduksi oksigen: O2 + 4 H - + 4e → H2O

O2 + H2 O4 → 4 OH

-Reduksi ion logam: Fe 3+ + e → Fe 2+

Pengendapan logam: 3 Na + + 3 e → 3 Na

Reduksi ion hidrogen: O2 + 4 H + + 4 e → 2H2 O

(36)

-Reaksi katodik dimana oksigen dari udara akan larut dalam larutan

terbuka. Reaksi korosi tersebut sebagai berikut:

NaCl . H2O

2 Fe + O2 Fe2 O3

2.8. Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Terjadinya Korosi

Terjadinya korosi dipengaruhi oleh faktor-faktor yang

dikelompokkan menjadi 2, yaitu:

1. Faktor dari luar.

Faktor dari luar, yaitu lingkungan. Sangat berpengaruh

dalam terjadinya korosi, karena korosi sendiri adalah reaksi antar

logam dengan lingkungannya. Lingkungan adalah sebutan yang

paling mudah untuk mengartikan semua unsur disekitar logam

terkorosi pada saat reaksi. Lingkungan sebagai salah satu faktor

dari luar dibagi menjadi 2, yaitu:

a. Lingkungan udara.

Faktor paling penting yang menyebabkan korosi

udara adalah adanya kandungan air dalam udara. Untuk

(37)

kelihatan sudah cukup. Umumnya logam akan mengalami

korosi apabila kelembaban udara lebih dari 60%.

Laju dan tingkat keparahan korosi biasanya

ditentukan oleh konduktivitas elektrolit yang terkandung

pada kadar pengotor terlarut. Bahan pengotor ini

bermacam-macam antara lain karbon dioksida, belerang

dioksida, senyawa-senyawa nitrat, hidrogen sulfida,

ammonium, klorida. Partikel-partikel padat yang terbawa

oleh udara dapat mengikis selaput pelindung pada

permukaan logam.

b. Lingkungan air.

Air bebas biasanya mengandung ion-ion yang

merupakan sebuah elektrolit. Proses dasar yang terjadi

dalam korosi pada sebuah logam sangat berhubungan erat,

yaitu reaksi anoda, katoda dan penghantar ion.

Kebanyakan logam yang kontak dengan udara pada

temperatur kamar akan membentuk selaput tipis oksida pelindung.

Bila kemudian logam diletakkan pada lingkungan elektrolit,

misalnya air. Maka konsentrasi anion memainkan peranan penting

(38)

2. Faktor dari dalam.

Logam sering mempunyai cacat volume yang diperoleh

akibat proses produksinya, bahkan meskipun ketidakseragaman ini

dapat dikurangi melalui pengendalian mutu, struktur mikroskopik

logam biasanya tetap tidak seragam. Salah satu jenis cacat yang

sangat nyata adalah batas butir yang terbentuk akibat proses

pembekuan, karena proporsi atom-atom yang membentuk cacat

biasanya lebih kecil dibandingkan dengan yang berada pada kisi

normal. Proses korosi yang terjadi biasanya bersifat lokal, logam

akan kehilangan sebagian kekuatannya dan ini akan

mengakibatkan kondisi yang berbahaya terutama bila pada

titik-titik tertentu mengalami tegangan.

2.9. Peringkat Ketahanan Terhadap Korosi Dan Karat

Korosi atau umumnya orang-orang awam bicara sebagai karat

merupakan fenomena alamiah yang dihadapi oleh logam. Logam tersebut

akan terdegradasi atau sifat-sifat bahan turun akibat lingkungan sekitar.

Ketahanan logam terhadap korosi atau karat dipengaruhi oleh tiga hal.

Tiga hal tersebut yaitu:

1. Aspek elektrokimia.

2. Efek lingkungan.

(39)

Logam-ion logam potensial elektroda dengan elektroda standar H2 (volt)

Au –Au+3 + 1,498 → emas

Pt –Pt+2 + 1,2 → platina

Pd –Pd +2 + 0.987 → paladium

Ag –Ag+ + 0.799 → perak

Hg –Hg2+2 + 0,788 → raksa

Cu –Cu+2 + 0.337 → tembaga

H2 –H + 0,0000 → hydrogen

Pb –Pb+2 - 0,126 → timbal

Sn –Sn+2 - 0,136 → timah

Ni –Ni +2 - 0,250 → nikel

Co –Co+2 - 0,277 → kobalt

Cd –Cd +2 - 0,403

Fe –Fe+2 - 0,440 → besi

Cr –Cr+3 - 0,744 → kromium

Zn –Zn+2 - 0,763 → seng

Al –Al +3 - 1,662 → aluminium

Mg –Mg+2 - 2,363 → magnesium

Na –Na+ - 2,714 → natrium

K –K + - 2,925 → kalium

Pada keterangan diatas, warna hijau mengindikasikan bahwa

logam-logam tersebut tahan terhadap korosi atau karat di lingkungan.

Warna merah mengindikasikan logam-logam tersebut tidak tahan terhadap

korosi dan rentan bereaksi dengan lingkungan. Nilai potensial reduksi

(40)

maka logam tersebut semakin tahan terhadap korosi. Semakin negatif nilai

logam maka logam semakin rentan terhadap korosi.

2.10. Mampu Las Baja

Konstruksi baja biasanya dibuat dengan jalan mengelas, untuk itu

diperlukan lembaran baja yang tebal agar mempunyai mampu las yang

baik. Tidak dapat dihindari bahwa bahan berubah sifatnya disebabkan

karena panas pada waktu pengelasan. Jadi di daerah pengelasan atau di

daerah yang dipengaruhi oleh panas pada waktu pengelasan biasa terjadi

pengersan atau retakan. Derajat dari kesukaran, apakah sambungan lasan

dapat memuaskan dan apakah konstruksi yang dibuat dengan jalan

pengelasan dapat memenuhi maksud yang diinginkan, dimanakan mampu

las. Hal yang penting, terutama terjadinya retakan atau terjadinya

pengerasan atau juga turunnya keuletan pada sambungan las.

Antar muka antara logam penyambung dan logam induk pada

daerah pengelasan dinamakan bagian pengikat dan selanjutnya daerah

yang dipengaruhi panas dari logam induk adalah daerah yang terpanaskan

pertama pada temperatur yang tinggi terdinginkan secara cepat, yang

menyebabkan daerah itu terjadi lebih keras. Kekuatan maksimum pada

daerah ini tergantung pada kadar karbon ekivalen. IIW (International

(41)

Cek (%) = C + (1/6) Mn + (1/5) (Cr + Mo + V ) + (1/15) (Cu + Ni) . 2.1

Hubungan antara kekerasan Vickers maksimum Hvmaks dengan karbon

ekivalen adalah sebagai berikut,

Hvmaks = 666 Cek + 40 ………... 2.2

Hvmaks tidak selamanya teliti tetapi ada hubungannya dengan laju retakan.

Pengelasan seperti itu yang terjadi pada daerah pengelasan

disebabkan karena naiknya temperatur transisi. Ito menentukan hubungan

antara temperatur transisi pada pengujian Charpy, vTs dengan komposisi

kimia dari 45 muatan dari baja yang berkekuatan tinggi 80 kg/mm² yang

dilas pada kekuatan tertentu.

vTs = -70 + 290 C + 28 Mn + 46 Cu – 6 Ni + 25 Cr + 23 Mo (°C) ... 2.3

Hasilnya adalah unsur yang positif menurunkan vTs pada daerah pengikat

hanyalah Ni dan unsur lainnya menaikkan temperatur transisi, terutama C

sangat berbahaya. Kedua persamaan 2.2 dan persamaan 2.3 telah didapat

dari kondisi tertentu, keduanya bukan kondisi umum. Perlu dikatakan pula

bahwa ada beberapa pengaruh dari kata kemurnian, inklusi dan

sebagainya. Pengaruh electric welding terhadap stainless steel dapat

(42)

2.11. Penguatan Baja Untuk Proses Pengelasan

Tabel 2.5 menunjukkan contoh komposisi kimia dan sifat-sifat

mekanik. Kebanyakan baja rol dinormalkan, dengan komposisi kimia

hanya mencapai kekuatan tarik 45 kg/mm². Baja kekuatan tinggi adalah

baja paduan rendah dengan kekuatan lebih tinggi dari baja lunak, biasanya

kekuatan tariknya kira-kira 50 - 100 kg/mm².

Tabel 2.5 Persentase Komposisi Ketebalan Baja Lunak

(43)

3.1. Perancangan Tabung

Bahan yang digunakan untuk perancangan tabung ini menggunakan baja tahan karat 18 Cr - 8 Ni dengan suhu operasi 50°C sesuai dengan Tabel 3.1. Bila suhu pengoperasian bekerja diatas batas suhu yang diijinkan yaitu 815°C, maka tabung tersebut akan terjadi pengurangan umur, bahkan bisa terjadi hal yang tidak diinginkan. Berikut Tabel 3.1 Batas Temperatur Desain:

Tabel 3.1 Batas Temperatur Desain

(sumber dari : API Recommended Practice 530, hal. 11)

(44)

Ketebalan minimum (tm) untuk tabung (termasuk daerah korosi yang diijinkan) sebaiknya tidak kurang dari yang ditunjukkan pada tabel berikutnya. Semua spesifikasi ketebalan harus memenuhi syarat apakah nilai yang ditetapkan merupakan ketebalan minimum atau ketebalan rata-rata.

Dalam perancangan ukuran dari diameter luar tabung dan ketebalan minimum dari tabung dapat dilihat dari Tabel 3.2 berikut ini:

Tabel 3.2 Tebal Minimum Tabung

(sumber dari : API Recommended Practice 530, hal. 5)

3.2. Perancangan Suhu Rendah (Elastic Design)

(45)

Pada perancangan tabung yang beroperasi pada daerah elastis pertama yang harus diketahui adalah besarnya tegangan yang terjadi akibat suhu. Setelah besarnya tegangan elastis diketahui maka dapat diketahui besarnya tebal minimum (tm) dengan menggunakan persamaan,

A Y P E S D P t q o m + + = ) ( 2

= t + A ... 3.1

dimana:

tm = tebal minimum dinding yang diperlukan, inchi t = tebal akibat tekanan, inchi

P = tekanan elastis (tekanan dalam), psi Do = diameter luar tabung, inchi

S = tegangan elastis, tegangan yang diijinkan pada temperatur bahan, psi (lihat Table 4.1 dan Table 4.2)

A = korosi yang diijinkan, ketebalan tambahan untuk material yang terbuang dalam penguliran, karat, atau erosi yang diijinkan; toleransi pabrikasi mill tolerance (MT) juga perlu dipertimbangkan, inchi

(46)

o D d d Y +

= jika,

6

d

t ≥ ... 3.2

dimana:

d = diameter dalam = Do – 2 t

Eq = faktor kualitas yang menjadi faktor produk kualitas tuang

Ec, faktor kualitas gabung Ej dan nilai mutu ketika digunakan Es. Nilai Ec dari 0,85 sampai 1,00 tergantung dari metode yang digunakan untuk menguji mutu tuangan (lihat Tabel 3.4). Sedangkan nilai Ej dari 0,60 sampai 1,00 (lihat Tabel 3.5) yang tergantung pada jenis materi sambungan. Nilai Es dapat diasumsikan menjadi 0,92.

s j c q E E E

E = ... 3.3

) (

2 SE PY

D P t q o +

= ... 3.4

Tabel 3.3 Nilai-nilai Y Koefisien yang digunakan dalam Eq

(sumber dari : Pipe Stress Analysis table 2.1, hal. 23)

(47)

Tabel 3.4 Tingkatan Faktor Kualitas yang digunakan dalam Ec

(sumber dari : Pipe Stress Analysis table 2.2a, hal. 23)

(Reference ANSI/ASME B31.3. Table 302.3.3c.)

Tabel 3.5 Faktor Kualitas Las Lurus dan Sambungan Membujur dalam Ej

(sumber dari : Pipe Stress Analysis table 2.2a, hal. 24)

(Reference B31.3 ANSI/ASME Table 302.3.4.)

(48)

)

diijinkan dalam tabung, maka tebal minimum dari tabung pada daerah elastis (tm) menjadi,

Tebal nominal

(

MT tm

− =

1 ... 3.5 dimana:

tm = tebal minimum dinding yang diperlukan, inchi

MT = mill tolerance-nya 12 2 1

% (sumber dari : Introduction to PIPE STREES ANALYSIS, hal. 24)

(49)

4.1. Perhitungan Tebal Tabung

Ukuran dimensi yang sudah ditentukan antara lain, diketahui laju korosi A = 0,1 mm/tahun. Diameter dalam d = 220 mm, tekanan di dalam tabung P = 1 atm, Eq = 0,625. Bahan yang digunakan adalah tabung berbahan 18 Cr - 8 Ni. Tabung tersebut akan digunakan selama Ld = 5

tahun dan suhu di dalam tabung T = 50°C. Hitung tebal minimum tabung (t), tebal minimum tabung akibat laju korosi (tm) dan tebal nominal

(nominal thickness).

P = 14,696 psi ; Do = 8,701 inchi ; Eq = 0,625 dari jenis tabung S = Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur bahan dari 18 Cr - 8 Ni

tubes A269 grade A = 20000 psi, lihat Tabel 4.1 dan 4.2

Allowance Stresses in Tension for Metals, SE, KSI (sumber dari :

Introduction to PIPE STREES ANALYSIS Appendix A3, hal. 220)

Y = 0,4 (karena temperaturnya dibawah 900°F atau 482,2°C)

(50)

(51)

(52)

A Y P E S D P t q o

m= ₊ +

) (

2

= t + A ... 4.1

dimana:

P = tekanan elastis (tekanan dalam), psi Do = diameter luar tabung, inchi

S = tegangan elastis, tegangan yang diijinkan pada temperatur bahan, psi (lihat Tabel 4.1 dan Tabel 4.2)

Y = koefisien yang diijinkan berdasarkan material atau bahan yang digunakan. Untuk nilai Y dalam rumusan diatas didapat karena temperaturnya dibawah 900°F, (lihat Tabel 3.3) maka nilai Y yang diasumsikan adalah 0,4.

o D d d Y +

= jika,

6

d

t≥ ... 4.2

dimana:

(53)

s j c

q E E E

E =

Ec, faktor kualitas gabung Ej dan nilai mutu ketika digunakan Es. Nilai Ec dari 0,85 sampai 1,00 tergantung

dari metode yang digunakan untuk menguji mutu tuangan (lihat Tabel 3.4). Sedangkan nilai Ej dari 0,60 sampai 1,00 (lihat Tabel 3.5) yang tergantung pada jenis materi sambungan. Nilai Es dapat diasumsikan menjadi 0,92.

... 4.3

dengan:

Eq = 0,85 . 0,80 . 0,92 = 0,626

) (

2 SE PY

D P t q o +

= ... 4.4

dengan:

(

20000.0,626 14,696.0,4

)

2 691 , 8 . 696 , 14 + = t 757 , 25051 723 , 127 =

=0,005098 inchi

=0,13 mm (untuk penggunaan selama 5 tahun)

A t t_m = +

(54)

015 0 005098

0, ,

t_m

t = tebal akibat tekanan, inchi A = laju korosi yang diijinkan, inchi

dengan:

= +

)

=0,020098inchi

=0,51mm (untuk penggunaan selama 5 tahun)

Tebal nominal

(

MT t_m

− =

1 ... 4.5

dimana:

tm = tebal minimum dinding yang diperlukan, inchi

MT = mill tolerance-nya 12 2 1

% (sumber dari : Introduction to PIPE STREES ANALYSIS, hal. 24)

dengan:

Tebal nominal

(

)

125 , 0 1 0,020098 − =

0,022970= inchi

0,58= mm (untuk penggunaan selama 5 tahun)

(55)

Tebal Mi ni mal Tabung Ak i bat Tek anan

0 . 1 2 90 . 1 3 0

0 . 1 3 1

0 . 1 3 4

0. 126 0. 127 0. 128 0. 129 0. 130 0. 131 0. 132 0. 133 0. 134

1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Us i a Pe n g g u n a a n , Td ( t a h u n )

T e b a l M i n i m a l , t ( m m )

Gambar 4.1 Grafik Tebal Minimal Tabung Akibat Tekanan

Tebal Mi ni mal Tabung Ak i bat Laj u Kor os i

0 . 5 1 0

0 . 8 9 2

2 . 0 3 6

3 . 9 4 4

0. 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5

1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Us i a Pe n g g u n a a n , Td ( mm)

T e b a l M i n i m a l A k i b a t L a j u K o r o s i , t m ( m m )

(56)

Tebal Nomi nal Tabung

4 . 5 0 7

2 . 3 2 7

1 . 0 1 9

0 . 5 8 3 0. 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5 5. 0

1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Us i a Pe n g g u n a a n , Td ( t a h u n )

T e b a l N o m i n a l T a b u n g , N t ( m m )

Gambar 4.3 Grafik Tebal Nominal Tabung

(57)

4.2. Rancangan Akhir Ketebalan Tabung

Karena dalam perhitungan tebal tabung tersebut didapat angka ketebalan tabung untuk usia penggunaan sangat tipis dan bahan sulit untuk didapat maka, dalam pemilihan bahan menggunakan SS 304; 18 Cr - 8 Ni

namun dengan ketebalan yang berbeda. Untuk pemilihan bahan tersebut tentunya juga harus diperhatikan masalah usia penggunaan yang dapat dicapai.

(58)

4.3. Bagian-bagian Tabung

Gambar 4.4 Bagian-bagian Tabung

(59)

4.3.1. Tutup Lubang Sensor

Gambar 4.5 Tutup Lubang Sensor

Dalam pembuatan tutup lubang sensor ini menggunakan logam berbahan stainless steel berdimensi h = 24,2 mm, d = 15 mm. Karena bahan dibuat dan digunakan sebagai tutup saluran luabang sensor yang berbentuk pipa maka perlu dibuatkan ulir sepanjang h = 18,2 mm, Do = 10

(60)

4.3.2. Lubang Sensor

Gambar 4.6 Lubang Sensor

Dalam pembuatan lubang sensor ini menggunakan logam berbahan

stainless steel pejal berdimensi h = 100 mm, d = 11,8 mm. Karena bahan dibuat dan digunakan sebagai luabang sensor yang berbentuk pipa maka dari stainless steel pejal perlu dibuatkan ulir dan dibor. Dalam pembuatan ulir sebagai tutup lubang sensor sepanjang h = 18,2 mm, Do = 10 mm. Dan

(61)

tabung tunda maka pipa lubang sensor bagian bawah dilas dengan tabung tunda.

4.3.3. Saluran Udara

Gambar 4.7 Saluran Udara

Dalam pembuatan lubang udara menggunakan logam berbahan

stainless steel pejal berdimensi h = 100 mm, d = 6,2 mm. Karena saluran udara harus memiliki ruang sebagai saluran udara kelur dan masuk maka dari stainless steel pejal tersebut perlu dibor dengan d = 4,6 mm sepanjang

(62)

4.3.4. Handle Tabung

Gambar 4.8Handle Tabung

Selain pembuatan menggunakan logam berbahan stainless steel

(63)

4.3.5. Tabung Tunda

Gambar 4.9 Tabung Tunda

Dari keseluruhan proses pembuatan, perancangan tabunglah yang paling utama. Badan tabung terbuat dari pelat tipis berbahan stainless steel

(64)

dengan dengan ketebalan h = 1,4 mm dan d = 221,2 mm pada tutup badan tabung bagian atas namun untuk tutup badan tabung bagian bawah dalam perancangannya ditambah dengan kemiringan sebesar 185° dari bagian sebelah kanan bawah dan 355° pada kiri bawah. Semua proses penyatuan bahan menggunakan las.

4.3.6. Penghubung Pipa (Coupling)

Gambar 4.10 Penghubung Pipa (Coupling)

(65)

sisi panjangnya yang dibutuhkan h = 15 mm dan dilas. Untuk keterangan selengkapnya ada pada Lampiran V atau pada plot gambar teknik.

4.4. Metode Pengujian Instalasi Pipa Reaktor SAMOP

Pengujian instalasi pipa reaktor SAMOP adalah pengujian kebocoran. Pengujian ini menggunakan metode pengujian yang mengacu pada metode pengujian praktikum prestasi mesin yang diperoleh di bangku kuliah (lihat lampiran). Adapun langkah pengujian yang dipakai adalah sebagai berikut:

4.4.1. Persiapan

Mempersiapkan dahulu bahan-bahan yang akan dipakai sebelum melakukan pengujian, yaitu:

1. Air mineral sebagai bahan penguji.

2. Larutan uranium (v = 1,3578 cs ; ρ = 1,4 gr/cc = 0,019 cp), sebagai bahan pengganti digunakan larutan gula ( ρ dan v mendekati).

3. Kompresor.

4. Selang untuk memasukkan air mineral ke dalam pipa. 5. Timer untuk mencatat waktu.

(66)

4.4.2. Uji Kebocoran

Untuk mengetes kebocoran, maka dilakukan langkah-langkah pengujian sebagai berikut:

1. Memastikan semua katup tertutup dahulu.

2. Memasukkan bahan penguji (air mineral) melewati katup 1, dengan membuka katup 1.

3. Memasukkan air mineral sampai tabung penampung penuh.

4. Melakukan pengecekan adanya kebocoran atau tidak setelah tabung penampung penuh.

5. Karena terdapat kebocoran pada sistem instalasi, maka tempat dimana terdapat kebocoran tersebut ditandai dengan menggunakan spidol untuk diperbaiki pada saat perbaikan.

6. Setelah tidak terdapat kebocoran di lain tempat, maka katup 3 dan 5 dibuka untuk mengalirkan semua air mineral dari tabung penampung menuju ke tabung utama (Teras SAMOP).

7. Melakukan kembali pengecekan seperti langkah 4 dan memberi tanda pada tempat yang bocor seperti langkah 5. 8. Membuka katup 6 dan 8 hingga air mineral mengalir

(67)

9. Melakukan kembali langkah 7.

10.Semua air mineral pada sistem instalasi dikeluarkan dengan membuka katup 9 hingga tangki tunda kosong, setelah semua tempat yang terdapat kebocoran diberi tanda.

11.Melakukan perbaikan pada tempat yang bocor.

12.Melakukan kembali tes kebocoran dari awal (langkah 1) untuk memastikan sistem instalasi tidak ada lagi kebocoran.

4.4.3. Pengujian

Setelah tes kebocoran selesai dilakukan, pengujian sistem instalasi dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut (lihat Gambar 4.11):

1. Menutup semua katup, kecuali katup 1.

2. Memasukkan air mineral sampai tangki penampung penuh.

3. Memberi tekanan dengan menggunakan kompresor hingga tekanan mencapai 1,25 atm.

4. Membuka katup 3, serta menyiapkan catatan dan timer. 5. Mereset flowmeter ke posisi 0 (nol).

(68)

(69)

8. Membuka katup 6 serta menjalankan timer bersamaan katup dibuka.

9. Mencatat tekanan pada saat air mineral mengalir dari teras SAMOP ke tangki tunda.

10.Mencatat waktu dan angka flowmeter setelah semua air mineral mengalir ke tangki tunda.

11.Melakukan evaluasi.

4.5. Hasil Pengujian

(70)

4.6. Pengujian Instalasi Reaktor SAMOP

4.6.1. Uji Kebocoran

Pada uji kebocoran (test kebocoran) hanya dilakukan dengan menggunakan air sebagai fluida untuk pengujiannya, dengan tekanan udara luar yaitu 1 atm, tanpa pengaruh tekanan tambahan. Dari hasil uji kebocoran yang telah dilaksanakan, terdapat beberapa kebocoran pada sambungan pipa dan terdapat juga kebocoran pada tabung, yaitu pada tabung tunda pada bagian pengelasan. Kebocoran pada sambungan-sambungan pipa dapat diatasi dengan menambah gasket tape pipe pada ulir sambungan dan pada saat pemasangan kembali, pipa dan semua instrumen pipa lebih dikencangkan. Untuk kebocoran pada tabung tunda pengerjaan dikembalikan pada instansi yang telah ditunjuk.

4.6.2. Pengujian Instalasi Reaktor SAMOP

Pengujian instalasi juga menggunakan air sebagai fluida pengujinya, yaitu sebanyak 10 liter, tanpa tekanan tambahan. Tekanan yang digunakan adalah tekanan udara luar (1 atm). Pada saat proses pengujian, didapat hasil seperti pada tabel berikut.

(71)

5.1. Kesimpulan

Dari tugas akhir dengan judul Perancangan dan Pembuatan Tabung Tunda Pada Reaktor SAMOP dengan bahan stainless steel 304; 18 Cr - 8

Ni di dapat kesimpulan bahwa perancangan suatu tabung reaktor sangat dipengaruhi oleh hal-hal berikut:

1. Melalui perhitungan dengan rumusan untuk perancangan desain dan pembuatan tabung tunda reaktor SAMOP untuk 5 tahun usia penggunaan ini, memerlukan ketebalan tanpa terkorosi sebesar 0,13 mm, ketebalan tabung dengan adanya laju korosi akibat fluida yang mengalir sebesar 0,51 mm dan ketebalan nominal 0,58 mm. 2. Karena pengadaan bahan untuk stainless steel 304; 18 Cr - 8 Ni

yang di dapat adalah dengan ketebalan 1,4 mm, maka usia penggunaan tabung tunda reaktor SAMOP dapat mencapai 12 tahun menggunakan fluida cair seperti uranium nitrat.

3. Apabila temperatur, tekanan dan korosi yang diijinkan dalam tabung makin tinggi atau besar maka tebal tabung (t), tebal minimal akibat laju korosi (tm), tebal nominal (Nt) tabung tabung semakin tinggi.

(72)

5.2. Penutup

Dalam penulisan Tugas Akhir Perancangan dan Pembuatan Tabung Tunda Pada Reaktor SAMOP ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu sehingga dapat terselesaikan tugas ini. Semoga dengan terselesainya penyusunan tugas akhir ini dapat membantu dan bermanfaat bagi pembaca khususnya mahasiswa Teknik Mesin sebagai pengetahuan dalam teknologi perancangan khususnya pada perancangan tabung-tabung reaktor.

Penulis menyadari dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca, agar penyusunan tugas akhir ini dapat lebih sempurna.

(73)

American Society for Testing and Materials. 1999, G1 Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens, ASTM Standards Vol.03.02, ASTM Society

American Society for Testing and Materials. 1999, B 117 Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus, ASTM Standards Vol.03.02, ASTM Society

Bryson, James. 1999, Corrosion of Carbon Steels, ASM Handbook Vol.13, ASM International

Callister. W, Material Science and Engineering, Third Edition

Chamberlain. 1988, Corrosion for Students of Science and Engineering, Longman Group, UK

Fontana. 1978, Corrosion Engineering. McGraw-Hill International, New York

Fontana and Greene. 1978, Corrosion Engineering. McGraw-Hill. Inc,

Jaffre Dick. 2003, Effect of The Elements on Steel Properties (summary), VP Raw Material, Texas

Shreir and Jarman, Corrosion Vol.1 Metal/Environment Reactions, Butterworth-Heinemann, 2000, page 40

Widharto, Sri. 2001, Karat dan Pencegahannya, Pradnya Paramita, Jakarta

http://gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com/2006/11/artikelperingkat-ketahanan-logamterhadap-korosi.html (Sabtu, 26 Januari 2008)

http://gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com/2007/4/infodaftar-pengujian-korosi-standar-astm-secara-umum.html (Sabtu, 26 Januari 2008)

http://gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com/2005/25/infomengenal-singkat-apa-itu-stainless-steel.html (Sabtu, 26 Januari 2008)

(74)

http://gadang-e-bookformaterialscience.blogspot.com/2007/15/sekilasapakah-makna-dari-korosi-secara-umum.html (Sabtu, 26 Januari 2008)

(75)

(76)

LAMPIRAN I

Perhitungan Tebal Tabung Berdasarkan Ld

Berikut perhitungan tebal tabung berdasar rumusan Introduction to PIPE

STRESS ANALYSIS dalam usia penggunaan tabung 10, 25, 50 tahun. Ukuran

dimensi yang sudah ditentukan antara lain, diketahui laju korosi A = 0,1 mm/tahun. Diameter dalam Di = 220 mm, tekanan di dalam tabung P = 1 atm, Eq

= 0,625. Bahan yang digunakan adalah tabung berbahan 18 Cr - 8 Ni. Tabung digunakan selama Ld = 10, 25, 50 tahun dan suhu di dalam tabung T = 50°C. Hitung tebal minimum tabung (t), tebal minimum tabung akibat laju korosi (tm)

dan tebal nominal (nominal thickness).

P = 14,696 psi ; Do = 8,701 inchi ; Eq = 0,625 dari jenis tabung S = Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur bahan dari 18 Cr - 8 Ni

tubes A269 grade A = 20000 psi, lihat Tabel 4.1 dan 4.2

Allowance Stresses in Tension for Metals, SE, KSI (sumber dari :

Introduction to PIPE STREES ANALYSIS Appendix A3, hal. 220)

Y = 0,4 (karena temperaturnya dibawah 900°F atau 482,2°C)

dimana:

(77)

Do = diameter luar tabung, inchi

S = tegangan elastis, tegangan yang diijinkan pada temperatur bahan, psi (lihat Table 4.1 dan Table 4.2)

Y = koefisien yang diijinkan berdasarkan material atau bahan yang digunakan. Untuk nilai Y dalam rumusan diatas didapat karena temperaturnya dibawah 900°F, (lihat Tabel 3.3) maka nilai Y yang diasumsikan adalah 0,4.

o

D d

d Y

+

= jika,

6

d t ≥

dimana:

Eq = faktor kualitas yang menjadi faktor produk kualitas tuang Ec, faktor kualitas gabung Ej dan nilai mutu ketika digunakan Es. Nilai Ec dari 0,85 sampai 1,00 tergantung

(78)

s j c

q E E E

E =

dengan:

Eq = 0,85 . 0,80 . 0,92 = 0,626

Diketahui Ld = 10 tahun, maka

) (

2 SE PY

D P t q o + = dengan:

(

20000.0,626 14,696.0,4

)

2 8,721 . 696 , 14 + = t 757 , 25051 164 , 128 =

=0,005116 inchi

=0,13 mm

A t t_m = +

dengan:

t_m =0,005116+0,030

=0,035116inchi

=0,89 mm

Tebal nominal

(

MT

)

t_m

− =

(79)

(

)

dengan:

Tebal nominal

125 , 0 1− =0,035116

=0,040133inchi

1,02= mm

Diketahui Ld = 25 tahun, maka

) (

2 SE PY

(

20000.0,626 14,696.0,4

)

2 8,811 . 696 , 14 + = t 757 , 25051 486 , 129 =

=0,005169 inchi

=0,13 mm

A t t_m = +

dengan:

t_m =0,005169+0,075

=0,080169inchi

(80)

Tebal nominal

(

)

MT t_m − = 1 dengan:

Tebal nominal

(

)

125 , 0 1 080169 , 0 − =

=0,091622inchi

2,33= mm

Diketahui Ld = 50 tahun, maka

) (

2 SE PY

(

20000.0,625 14,696.0,4

)

2 8,961 . 696 , 14 + = t 757 , 25051 691 , 131 =

=0,005257 inchi

=0,13 mm

A t t_m = +

dengan:

t_m =0,005257+0,150

=0,155257inchi

(81)

Tebal nominal

(

)

MT t_m − = 1 dengan:

Tebal nominal

(

)

125 , 0 1 155257 , 0 − =

=0,177437inchi

4,51= mm

LAMPIRAN II

Daftar ASTM Pengujian Korosi Secara Umum

A 143 - Practice for Safeguarding Against Embrittlement of Hot-Dip Galvanized Structural Steel Products and Procedure for Detecting Embrittlement

A 262 - Practices for Detecting Susceptibility to lntergranular Attack in Austenitic Stainless Steels

A 380 - Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment and Systems

A 763 - Practices for Detecting Susceptibility to Intergranular Attack in Ferritic Stainless Steels

***

(82)

B 78 - Test Method for Accelerated Life of Iron-Chromium-Aluminum Alloys for Electrical Heating

B 117 - Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus

B 154 - Test Method for Mercurous Nitrate Test for Copper and Copper Alloys

B 368 - Method for Copper-Accelerated Acetic Acid-Salt Spray (Fog) Testing (Cass Test)

B 380 - Method of Corrosion Testing of Decorative Electrodeposited Coatings by the Corrodkote Procedure

B 457 - Test Method for Measurement of Impedance of Anodic Coatings on Aluminum

B 537 - Practice for Rating of Electroplated Panels Subjected to Atmospheric Exposure

B 545 - Specification for Electrodeposited Coatings of Tin

B 577 - Test Methods for Detection of Cuprous Oxide (Hydrogen Embrittlement Susceptibility) in Copper

B 605 - Specification for Electrodeposited Coatings of Tin-Nickel Alloy

B 627 - Test Method for Electrolytic Corrosion Testing (EC Test)

B 650 - Specification for Electrodeposited Engineering Chromium Coatings on Ferrous Substrates

B 651 - Method for Measurement of Corrosion Sites in Nickel Plus Chromium or Copper Plus Nickel Plus Chromium Electroplated Surfaces With the

(83)

B 680 - Test Method for Seal Quality of Anodic Coatings on Aluminum by Acid Dissolution

B 689 - Specification for Electroplated Engineering Nickel Coatings

B 732 - Test Method for Evaluating the Corrosivity of Solder Fluxes for Copper Tubing Systems

B 733 - Specification for Autocatalytic Nickel-Phosphorus Coatings on Metals

B 734 - Specification for Electrodeposited Copper for Engineering Uses

B 735 - Test Method for Porosity in Gold Coatings on Metal Substrates by Nitric Acid Vapor

B 741 - Test Method for Porosity in Gold Coatings on Metal Substrates by Paper Electrography

B 765 - Guide for Selection of Porosity Tests for Electrodeposits and Related Metallic Coatings

B 809 - Test Method for Porosity in Metallic Coatings by Humid Sulfur Vapor "Flowers of Sulfur"

***

C 692 - <