BAB IV HASIL PERHITU GA DESAI TA KI. Semua perhitungan tangki ini mengacu pada ASME RTP

(1)

BAB IV

HASIL PERHITUGA DESAI TAKI

Semua perhitungan tangki ini mengacu pada ASME RTP-1 2000 “ Reinfoced Plastic Corrosion Resistent Equipment “. Hitungan ini berdasarkan perhitungan minimum yang direkomendasikan oleh ASME RTP -1 2000. Namun dalam pelaksanaannya, pembangunan tangki dapat menggunakan dimensi ataupun tingkatan ( grade ) material yang lebih tinggi dengan mempertimbangkan beberapa faktor perubahan yang disesuaikan dengan kebutuhan.

4.1 Data Umum Perencanaan

1. Standart desain tangki = ASME RTP – 1,

= ASTM D.3229 2. Kondisi desain antara lain

a. Desain tekanan dalam tangki = 0,75 Psi = 5,24 KPa b. Desain tekanan luar tangki = 0,75 Psi

= 5,24 KPa c. Desain vakum ( ruang hampa ) = 0,435 Psi = 3,04 KPa

(2)

e. Bentuk atap tangki = Fixed support cone roof f. Diameter tangki = 24,61 feet (ft )

= 7500 meter ( m )

g. Tinggi tangki = 39,37 feet (ft )

= 12000meter ( m ) h. Berat jenis fluida = 1.2 t/m3

=1200 kg/m3

i. Matrik ( Resin ) =Polyester ( vinylester grade ) Swancor 901 j. Tipe glass yang digunakan = “ E “ Glass, “ C “ Glass

Gambar Rancangan awal tangki berdasarkan bentuk vertikal, Flat Bottom, Torispherical Head

(3)

4.2 Perhitungan ketebalan Dinding tangki

Ketebalan minimum dinding tanki silinder fiberglass ditentukan dalam ASME RTP-1. Perhitungan dinding tangki dengan diameter 24,61 ft ( 7500 mm ) dan tinggi 39,37 ft ( 12000 mm ) yang di bagi menjadi 2 ketebalan

Perhitungan dinding tangki :

a. Perhitungan berdasarkan tekanan dalam tangki / cairan yang direncanakan sesuai dengan ASME RTP-1 3A 210, dimana :

P = Tekanan dalam tangki = 0,75 Psi

ρ = Berat jenis fluida / cairan tangki = 1200 kg/m3

g = gravitasi = 10 m/s2

H = Tinggi tanki = 39,37 ft

= 12000 mm

n = jumlah = 2

ε = Batas izin regangan = 0,001 inc/inc

= 0,0255 mm/mm

Df = Faktor keamanan = 10

Sa = Ultimate axial tensile strength = 15000 Psi

= 103421,359 KPa Eh = Ultimate hoop tensile strength = 1.5x106 Psi

= 10,342 x 106 KPa

Ea = Modulus axial = 1,5 x 106 Psi

= 10,34 x 106 KPa

Cb = Corrosion barrier = 0,098 inc

(4)

Tekanan dinding atas = P1

Tekanan dinding atas = P2

Perhitungan tebal berdasarkan axial loading : t 1 I D H P h 1 h 2 t 2 P n H xgx P₁ =(ρ ( ))+ Kpa p Psi p x x x P 152 , 77 19 . 11 75 , 0 145 , 0 )) 2 12 ( 10 1200 ( 1 1 1 = = + = Kpa p Psi p x x x P 133 , 149 63 . 21 75 , 0 145 , 0 ) 12 10 1200 ( 2 2 2 = = + = mm ta inc ta x x x x ta xSa xDxDf P ta 98 . 13 55 , 0 15000 4 10 ) 12 61 , 24 ( 19 , 11 4 1 1 1 1 1 = = = = xSa PxDxDf ta 4 = mm ta inc ta x x x x ta xSa xDxDf P ta 92 , 26 06 . 1 15000 4 10 ) 12 61 , 24 ( 63 , 21 4 2 2 2 2 2 = = = = P xgxh P₂ =(

ρ

)+

(5)

Perhitungan tebal berdasarkan Hoop loading :

Tebal dinding yang dipakai adalah t1 = ta1 +cb t1 = 1,09 + 0,098 =1.188 inc = 30.17 mm t2 = ta2 +cb t1 = 2,12 + 0,098 =2.22 inc = 56.33 mm

b. Perhitungan berdasarkan tekanan luar tangki yang direncanakan sesuai dengan ASME RTP-1 3A 310, dimana :

Do = Diameter luar = (24,61 x12)+(2x1,188) = 297.696 inc = 7561.48 mm

xEh

x

PxD

th

ε

2 =

mm

th

inc

th

x

th

xEh

x

xD

P

th

86 ,

27

097 ,

1 1500000

001 ,

0

2

12

61 ,

24

19 ,

11

2

1 1 1 1 1

=

ε

mm

th

inc

th

x

th

xEh

x

xD

P

th

85 ,

53

12 .

2 1500000

001 ,

0

2

12

61 ,

24

63 ,

21

2

2 2 2 2 2

=

ε

(6)

Eaf = Axial fluxural modulus = 1,00 x 106 Psi

=

Eat = Axial tensile modulus = 1,50 x 106 Psi

=

Ehf = Hoop fluxural modulus = 1,50 x 106 Psi

= Ds = Faktor keamanan = 5

KD = Faktor knocdown = 0,84

L = Jarak antar stiffener = (39,37:3 ) = (13,12 X12) = 157.48 inc

= 40000 mm t = tebal dinding minimum = 1.188 inc

= 30,17 mm

Zp = 304,4

γ = Faktor Reduksi = jika Zp < 100

jika Zp > 100

Vah = poisson rasio flexural axial = 0,3 Vha= poisson rasio flexural hoop = 0,3

Tekanan luar yang di izinkan adalah

Pa = 1,38 Psi t Do L ha ah Eaf Ea Ehf Zp ) 2 / ( ) 1 ( 2 2 / 1 2 2 / 1 2 / 3

ν

− = p z 001 . 0 1− =

γ

9 . 0 = γ SF Do L ha ah t Eat Ehf KD Pa 2 / 3 4 / 3 2 / 5 4 / 1 4 / 3 ) 2 / ( ) 1 ( 853 . 0

ν

γ

− =

(7)

Periksa jika

4.3 Perhitungan ketebalan dasar tangki

Ketebalan minimum flat dasar tangki silinder fiberglass menggunakan tipe laminasi II, hanya tekanan hidrostatis mengacu ASME RTP-1 3A – 260 dan ASME RTP-1 NX – 15

Ketebalan berdasarkan ASME RTP-1 3A – 260

Untuk diameter tangki yang berdiameter > 96 inc ( 2438.4 mm ) sampai < 144 ( 3657.6 mm ) adalah 0.37 inc ( 9.339 mm)

Ketebalan berdasarkan ASME RTP-1 NX – 15, dimana :

Es = Flexural modulus untuk handlay up dari tabel ASME RTP -1 2A -3 dengan tebal lebih dari 3/8 inc ( 9,525 mm ) = 1 x 106 Psi

Sb = Ultimate tensile strength = 15000 Psi

= 103.421,36 KPa = 6894757,29 KPa

ν = Posion rasio = 0,3

δs = lendutan yang di izinkan ( assumsi ) = 2 inc

= 50,8 mm P = Tekanan hydrostatik = 21,63 Psi

= 149,133 KPa 172 , 3 435 , 0 38 , 1 ) ( 1 Pe Pa jika Periksa = = > Pe Pa OK

(8)

R = Radius tangki = 12,305 ft = 3750 mm

Hubungan antara kekakuan tekuk ( rigidity bending dengan defleksi yang di izinkan.

Perhitungan tebal berdasarkan kekakuan yang diizinkan (Allowable defection )

)

1 (

64

5

4

ν

δ

ν

+

=

s

PR

D

( )

4 4 4 10 57945 , 1 3 , 1 2 64 3 , 5 ) 305 , 12 ( 63 , 21 ) 3 , 0 1 ( 2 64 ) 3 , 0 5 ( ) 305 , 12 ( 63 , 21 x D x x x D x x D = = + + = s E x Dx Tb 12 (1 ) 2 3 ν − = mm tb inc Tb x x x x Tb 14 , 14 56 , 0 10 1 ) 3 , 0 1 ( 12 ) 10 57945 , 1 ( 6 2 4 3 = = − =

(9)

T b

Perhitungan tebal berdasarkan tegangan yang izinkan (Allowable stress)

Jadi ketebalan dasar tangki adalah Tb max + Cb

Tb = 68,608 mm + 2,5 mm Tb = 71,1 mm

4.4 Perhitungan ketebalan atap tangki

Perhitungan minimum atap tangki mengacu pada RTP-1.3A-230 bahwa Desain atap tangki tanpa memperhatikan bentuk menggunakan beban 250 lb ( 113,4 kg ) degan luasan 16 inc2 ( 0,4064 m2). Dan mengacu pada RTP-1.3A-340

Dimana :

Sh = Ultimate tensile strength = 15000 Psi

= 103.421,36 KPa Ef = Flexural Modulus of Elasticity = 1,5x106 Psi

= 10,34 x 106 KPa

P = Tekanan Desain = 15,63 Psi

mm Tb inc Tb x x x x Tb v Df Sb R P Tb 608 , 68 702 , 2 ) 3 , 0 3 ( 15000 8 10 305 , 12 63 , 21 3 ) 3 .( / . 8 . . 3 2 2 = = + = + =

(10)

= 107,77KPa Rc = Head Crown Radius = 295,275 Inc

= 7500 mm r = Head knuckle radius (r=0.1xRc) = 29,53

= 750.5 mm

F = Faktor keamanan = 2

Pd = Desain tekanan luar = 0,435 Psi = 3,04 KPa Fd = desain faktor untuk tekanan luar = 4

Perhitungan minimum tebal :

R

c

r

Di

Th

P

54 . 1 4 ) 53 , 29 / 275 , 295 ( 3 4 ) / ( 3 = + = + = M M r Rc M mm th inc th x x x x th F Sh Rc P M th 96 , 60 9 , 11 ) 2 / 15000 ( 2 10 275 , 295 63 , 15 54 . 1 ) / ( 2 . . = = = =

(11)

Perhitungan ketebalan minimum desain external

Th = tebal maximum + Cb Th = 13,5+2,5 = 16 mm

4.5 Perhitungan model setiffening rib tangki

Karena mengingat ketinggian tangki 39,37 ft ( 12000 mm ), maka untuk di tambahkan setiffening rib yang di pasang pada dinding tangki. Perhitungan bentuk setiffening rib tangki menggunakan ASME RTP-1.3A-330

tsu = Tebal dinding atas = 1.188 inc = 30.17 mm tsl = tebal diding bawah = 2.22 inc

= 56,39 mm Eh = Tensile modulus of Stiffener Ring = 1.5 x 106 Psi

= 10,34 x 106 KPa

DOU= Diameter luar dinding atas = (24,61 x12)+(2x1,188)

= 297.696 inc = 7561,5 mm

DOL Diameter luar dinding bawah = (24,61 x12)+(2x2,22)

= 299.76 inc mm te inc te x x x te Ef FPd Rc te 5 , 13 53 , 0 6 ^ 10 5 , 1 ( 36 , 0 435 , 0 4 275 , 295 36 . 0 = = = =

(12)

= 7613,5 mm

Df = Desain faktor = 5

Pe = Desain tekanan luar = 0,435 Psi = 3,04 KPa

LSU = Jarak stiffener atas = 236.22 Inc

= 6000 mm

LSL = Jarak Stifener bawah = 236.22 Inc

= 6000 mm

Perhitungan momen inersia ( Is ) untuk stiffener rib adalah :

7500 1 2 0 0 0 L s L s

(

)

(

)

4 6 3 3 4 6 3 3 4 , 384 10 5 . 1 24 76 , 299 5 22 . 236 435 , 0 . 24 524 . 376 10 5 . 1 24 696 , 297 5 22 . 236 435 , 0 . 24 inc I x x x x x I Eh o PexLsxDfxD I awah stiffenerb I inc I x x x x x I Eh o PexLsxDfxD I tas stiffenera I s s s S s s s S = = = = = = = =       = 3 441 . 472 5 . 1 x L_SU       = 3 441 . 472 5 . 1 x L_SL

(13)

F

R _tr

r ts

Perhitungan stiffener setengah lingkaran

Bentuk Stiffener atas

tr = tebal stiffener = 0,3997 inc = 10 mm R = Radius = 9 inc

= 228.6 mm R2 =Radius luar = 9,3997 inc

= 238,6 mm

F = R = 9 inc

= 228.6 mm momen inersia stiffener adalah

Bentuk Stiffener Bawah

tr = tebal stiffener = 0,3997 inc = 10 mm R = Radius = 9 inc

= 228.6 mm R2 =Radius luar = 9,3997 inc

= 238,6 mm F = R = 9 inc = 228.6 mm

(

)

4 4 4 4 4

1 ,

489

9 3997

,

9

8 )

2 (

8 inc

Ir

R

Ir

=

−

=

−

=

π

ok

is

Ir

=

>

=

>

1

3 ,

1

3 ,

1

524 ,

376

1 ,

489

1

F F R _tr r ts

(14)

momen inersia stiffener adalah

Untuk bentuk stiffener tangki yang digunakan untuk dinding atas dan bawah adalah setengah lingkaran dengan ukuran tebal dinding = 0,4 inc ( 10mm ), Radius 9 Inc ( 228,6 mm ).

4.6 Perhitungan stabilitas terhadap beban angin

Perhitungan beban angin tangki menggunakan ASME RTP-1.3A-400 v = Kecepatan angin = 393700,8 ft/hr

= 120 Km/jam q = dinamik tekanan angin = 14, 62 Psf

= 0,7 kN/m2

SF = Faktor bentuk = 0,8

F = Faktor desain = 8,33

SU = Ultimate tensile strength = 1.5 x 103 Psi

= 10,34 x 103 KPa

U = Beban angin = 290,25 lb/ft = 431,75 kg/m

MW = Momen lentur dasar tangki = 224943,30 lb/ft

= 334715,63 kg/m

(

)

4 4 4 4 4

1 ,

489

9 3997

,

9

8 )

2 (

8 inc

Ir

R

Ir

=

−

=

−

=

π

ok

is

Ir

=

>

=

>

1

3 ,

1

3 ,

1

4 .

384

1 ,

489

1

o qD SF U =( ) ft lb U x x U / 15 , 290 ) 12 / 297.696 ( 62 , 14 8 , 0 = = 2 UH M =

(15)

W = Total gaya lateral = 8816,52 lb = 3999.17 kg

Wt = Berat total tangki = 46297,08lb

= 21000 kg

Wb = Berat dasar tangki = 5687,93 lb

= 2580 kg Wn = Berat yang di berikan oleh dinding ke dasar tangki = 40609,15 lb

= 18420 kg

fa = Tegangan aksial pada dasar tangki = - 36,85 Psi

=- 254,072KPa

I = Momen inersia tangki = 12073866,42 inc4

= 310622418,3 mm4 3 , 224943 2 37 , 39 25 , 290 2 = = W W M x M lb W x W UxH W 52 , 8816 37 , 39 94 , 223 = = = lb W W W W W_n _t _b 15 , 40609 93 , 5687 08 , 46297 = − = − = Psi f x x f xDxt W f a a n a 85 , 36 188 , 1 28 , 295 15 , 40609 = = =

π

) 42 , 12073886 ) 28 , 295 64 , 297 ( 64 1 ) ( 64 1 4 4 4 4 4 inc I x x I D D x x I _O _i = − = − =

π

(16)

C = Sumbu netral Axial =148,82 inc = 3780,01 mm

fb = tegangan yang di berikan oleh beban angin = -33,27 Psi

= -229,389 KPa

ft = Total tengan axial = -70,12 Psi

= - 483,460 KPa

SU/F = Beban angin yang di izinkan adalah = 1800 Psi

Jadi untuk ketebalan dinding tangki dengan ketebalan minimum 1,88 inc ( 30 mm ) sudah cukup aman terhadap beban angin berdasarkan ASME RTP-1.3A-400.

inc C C D C O 82 , 148 2 64 , 297 2 = = = 27 , 33 42 , 12073886 x148,82 12 3 , 224943 − = = = b b w b f x f I xC M f 12 , 70 27 , 33 85 , 36 = + = + = t t t f f fb fa f

ok

F

Su

fb

fa

....

...

1800

12 ,

70 ....

...

<

+

1800 33 , 8 15000 = = F Su

(17)

4.7 Perhitungan stabilitas terhadap beban gempa

Prosedur perhitungan stabilitas tangki terhadap beban gempa berdasarkan ASME RTP-1. 3A-400,APPENDIX – NM3

Dimana :

SG = Berat jenis Fluida = 1.2 t/m3

= 1200 kg/m3

= zona gempa = 4

Z = factor zona gempa = 0,61 I = Importance Factor = 1,4

T = Periode alam =1 secon

S = Faktor tanah lunak di lokasi = 1,5 R = Faktor reduksi gempa = 5,5

Wt = Berat total tangki dari atap tangki = 90389,53 lb

= 41000 kg Wb = Berat dasar tangki = 13007,27 lb

= 5900 kg W = Berat isi fluida = 1402519295lb

= 636172,51kg D/H = Aspek rasio = 0,625

lb

W

kg

W

x

W

xHxSG

xD

x

W

1402519295

51 ,

636172

1200

12

5 ,

7

25 ,

0

4

1

2 2

=

π

625 ,

0

12

5 ,

7 ₌

=

H

D

(18)

= Persentase berat isi tetap = 81.8% = Persentase tumpah berat isi =19,2%

Hf = Pusat grafitasi dari berat isi tetap =226,77 inc

=5759,96mm

Hs = Pusat grafitasi dari berat isi tumpah = 415,75 inc

= 10560,05 mm Wf = Berat tetap = 1237639 lb = 561389,12 kg Ws = Berat tumpah. = 269281,lb = 122145,1 kg

1237639

90389,53

91 .

1147249

90389,53

)

1402506

818 ,

0 (

%

8 ,

81 +

+

lb

x

W

xW

_t

lb

x

xW

1 ,

269281

1402506

192 ,

0 %

2 ,

19 inc

x

xH

77 ,

226

12

37 ,

39

48 ,

0

48 ,

0 inc

x

xH

75 ,

415

12

37 ,

39

88 ,

0

88 ,

0

(19)

C = koefisien gaya lateral = 0,954

Vfv = Gaya lateral karena berat tetap = 360321,56lb

= 163439,11 kg

Jadi untuk mendapatkan gaya lateral tetap memakai C minimum

n = jumlah zona dinding = 6

Wi = Berat per zona = 15064,922lb

= 6833,33 kg

875 ,

1

25 ,

1

5 .

1

75 ,

2 ,

25 ,

1 min

666 , 0 666 , 0

x

C

S

Tx

C

=

853 .

528471

1237639

5 ,

5

75 ,

2

4 ,

1

61 ,

0

56 ,

360321

1237639

5 ,

5

875 ,

1

4 ,

1

61 ,

0 =

=

fv fv fv fv f fv

V

x

V

x

V

xW

R

C

ZxI

V

922 ,

15064

6 90389,53

=

i i t i

w

n

w

(20)

hi = tinggi tengah perzona dinding =

Mfm = momen guling yang di terima dasar tangki =84061032,86lb

inc

z

h

inc

z

h

inc

z

h

inc

z

h

inc

z

h

inc

z

h

X

n

H

z

i i i i i i

07 .

433

37 ,

39

7 ,

393

2

33 .

354

37 ,

39

96 .

314

2

59 ,

275

37 ,

39

22 .

236

2

85 ,

196

37 ,

39

48 ,

157

2

11 ,

118

37 ,

39

74 ,

78

2

37 ,

39

2

74 ,

78

2

74 ,

78

6

44 ,

472

6

12

37 ,

39

2 5 4 3 2 1 5 2 4 3 2 1 5 2 3 2 1 4 2 2 1 3 2 2 1 1

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

=













=

8 ,

281515381

sum

x226,77

91 .

1147249

)

07 ,

433

33 ,

354

59 ,

275

85 ,

196

11 ,

118

37 ,

39 (

6833,33

.

)

(

)

(

1

=

+

=

+

=

∑

=

x

Sum

hf

wf

i

h

i

w

Sum

n i

lb

Vfm

hf

wf

Sum

Vfm

Sum

i

h

i

w

Vfm

i

F

Vfm

n i n i

56 ,

360321

.

)

(

)

(

)

(

1 1

=

+









=

∑

= =

∑

= =

+









=

n i n i

hf

Sum

hf

wf

Vfm

i

h

Sum

i

h

i

w

Vfm

i

h

i

F

Mfm

1 1

.

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

lb

Mfm

=

80461032

,

86

(21)

Berat tumpah

TsPeriode tumpah =1,84 sec

C2 = koefisien gaya lateral =0,244

Vsc = Gaya lateral karena berat tumpah =56109,5lb

Msc = momen guling dari berat tumpah =23327409,07 lb/in

Vb = Total gaya lateral =416431,44 lb

Mb = Total gaya Momen =107388441,923 lb/in sec 84 , 1 28 , 295 48 , 0 = = = Ts Ts D K Ts

.

5 .

4

3 .

0

2

forTs

Sec

Ts

S

C

=

≤

.

5 .

4

3 .

1

2 2

forTs

Sec

Ts

S

C

=

>

5 ,

56109

1 ,

269281

244 ,

0

1

61 ,

0

2

x

Vsc

Ws

ZIC

Vsc

=

07 ,

23327409

415,75

5 ,

56109

=

lbx

Msc

VscxHs

Msc

sc fm b

V

=

+

sc fm b

M

=

+

(22)

=

σ

gabungan tegangan axial di dasar tangki

=

cirt

σ

Perhitungan Bukling stress pada permukaan dinding

Periksa jika σ1 < σcrit (ok ) tangki stabil jika tidak memakai angker sudah cukup

untuk menahan beban gempa

(

)

Psi

x

Psi

x

Rt

w

Mb

t

R

4 ,

1398

2

18 x147,46x1,

2x

77381,46

-923

107388441,

18 ,

1

64 ,

147

1

2

1 ,

1257

18 x147,46x1,

2x

77381,46

-923

107388441,

18 ,

1

64 ,

147

1

2

1

2 1 2 1 2

−

=

+

−













=

+













=

−

+

±













=

σ

π

σ

π

σ

π

σ

27 , 2877 64 , 147 18 , 1 1200000 3 . 0 3 . 0 = = = crit crit crit x x R Et σ σ σ