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

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/m2, tidak melebihi tegangan lulug dari material 1023

Carbon Steel Sheet (SS) sebesar 2,827 x 108 N/m2. 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.

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

v

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

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

vii

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 SteelSheet (SS) ... 36

Tabel 4.2 Penginputan load pada boiler ... 37

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 4.3 Tutup Atas Boiler ... 34

Gambar 4.4 Tutup Atas Boiler ... 35

ix

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

melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar.

Boilermenghasilkan 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, dibatasipada:

1. Penggunaan software SOLIDWORKS 2018 untuk desain 3D, analisis statik(Static Analysis), analisis termal (Thermal Analysis).

2. Penjelasan tentang boiler pipa api dan bentuk verticalboiler.

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.

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 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.

7

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

sepertinya.

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

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).

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.

9

Gambar 2.2Loeffler Boiler [6].

Gambar 2.3Benson 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.

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.

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

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)

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

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]

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

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

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),

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/m2oC), 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

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

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 SteelSheet (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 SteelSheet (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 tombolwindows pada keyboard untuk menampilkan windows start menu.

Gambar 3.1 Tampilan Windows start menu

Lalu carilah menu “SOLIDWORKS 2018” pada menu dan pilih “SOLIDWORKS 2018” atau dapat menggunakanfitur 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 dankemudian klik “OK”.

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.

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.

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

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

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

2. Tutup Atas

Gambar 4.2 Tutup Atas Boiler

3. Tube Sheet

37

4. Pipa Api (Fire Tube)

Gambar 4.4 Tutup Atas Boiler

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.

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 SteelSheet (SS)

Material Modulus Young (Gpa) Poisson ratio Density x 1000 kg/m3 Thermal expansion Yield strength (Mpa) 1023 Carbon SteelSheet (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.

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.

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/m2 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 bentukbahan 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

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/m2

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/m2, dan tidak melebihi tegangan luluh dari bahan 1023 Carbon Steel Sheet (SS) yaitu sebesar 2,827 x 108 N/m2. 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.

10. Hidayat, R & Pradjaningsih, A. 2002. Model Perpindahan Panas pada Benda-Benda Ellipsoida. Tidak dipublikasikan. Laporan Penelitian. Jember: Jurusan Matematika Fakultas MIPA Universitas Jember