MENGGUNAKAN PEMROGRAMAN BORLAND DELPHI 6.0
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
Nama : Revo Givta
NIM : 005214023
PROGAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
FINAL PROJECT
Presented as partial Fulfillment of the Requirment
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By
Nama : Revo Givta
NIM : 005214023
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT
ENGINEERING FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang
pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan
sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau
diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan
disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 12 Maret 2007
Masa depan anda diciptakan oleh apa yang anda kerjakan
hari ini, bukan hari esok (Robert T. Kiyosaki)
Seorang sahabat menaruh kasih setiap waktu dan menjadi
saudara dalam kesukaran (Amsal 17:17)
Tuhan membuat segala sesuatunya indah pada waktunya
Janganlah kamu kuatir akan hari esok sebab hari esok
mempunyai kesusahan sendiri, kesusahan sehari cukuplah
untuk sehari (Matius 6:34)
Skripsi ini aku persembahkan kepada :
1. Tuhan Yesus yang selalu memberi anugerah, kekuatan dan berkat
serta kesempatan bangun untuk kesekian kalinya
2. Bapak, Ibu, Sofyan dan semua keluargaku yang membuatku
merasakan kasih yang sangat luar biasa.
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus karena berkat dan
rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini.
Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat akademis memperoleh gelar
Sarjana di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis mendapatkan banyak bantuan dari
berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1.
Romo Ir. Greg Heliarko, SJ., B.S.T., M.A., M.Sc., Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sanata Dharma.
2.
Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
3.
Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen Pembimbing Utama yang telah
banyak membantu menyelesaikan tugas akhir.
4.
Bapak Prof. Y. Sardjono, Dosen Pembimbing Kedua yang telah banyak membantu
menyelesaikan tugas akhir.
5.
Seluruh Dosen penguji yang telah membantu penulis dalam tugas akhir.
6.
Kedua Orang Tua penulis, terima kasih atas dukungan dan doa yang selalu tulus
untuk kesuksesan penulis.
7.
Sofyan, adik penulis yang tenaga dan pikirannya cukup membantu saat dibutuhkan.
8.
Edith Beriana Dwiningtyas terima kasih atas segala motivasi dan dukungan yang
menyelesaikan tugas akhir ini.
10.
Mbak Isun, terimakasih untuk semua kerelaan tenaga dan waktu untuk tetap
menjaga usaha yang dirintis penulis.
11.
Mas Tri dan semua Karyawan sekretariat Fakultas Teknik yang selalu siap
membantu.
12.
Brown, Kang Jallal dan mbak Ririn, Simbok, Djoko, Jhon Pitter, Deni, Pak
Mukhidin, Mun, Toni, Mas Kris, Mas Ikhsan, Titus, Ari, Dwi, Heru dan semua
teman penulis, penulis mengucapkan banyak terimakasih atas bantuannya.
Yogyakarta, Maret 2007
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ……….. iii
HALAMAN PENGESAHAN ……….
iv
HALAMAN PERYATAAN……….
v
HALAMAN SOAL………..
vi
HALAMAN MOTTO………... vii
HALAMAN PERSEMBAHAN………... viii
KATA PENGANTAR………..
ix
DAFTAR ISI………. xi
DAFTAR TABEL………. xiv
DAFTAR GAMBAR……… xvii
INTISARI……….. xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Pengertian Umum………..………...
1
1.2 Latar Belakang Masalah………..……….
1
1.3 Tujuan Perancangan………..………
4
1.4 Batasan Masalah………...
4
2.1.2 Pengaruh unsur-unsur paduan untuk ketahanan karat pada besi…… 12
2.2 Struktur baja tahan karat………... 13
2.2.1 Jenis baja tahan karat………. 14
2.3 Baja tahan panas………. 16
2.3.1 Baja tahan panas ferit………. 17
2.3.2 Baja tahan panas austenit………... 17
2.4 Korosi……….
19
2.4.1.Macam-macam korosi……… 20
2.4.2. Pemilihan Baja Tahan Karat………. 23
2.4.3. Faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi……….. 24
2.5 Pengujian bahan teknik………... 26
2.6 Dasar perancangan……….. 27
2.6.1 Persamaan untuk menghitung tegangan………. 29
2.6.2 Perancangan elastis……… 30
2.6.3 Perancangan rupture………... 30
BAB III PERANCANGAN
3.1 Perancangan Pipa……….. 32
3.2 Perancangan Suhu Rendah……… 34
3.3 Perancangan Suhu Tinggi………. 36
4.3 Hasil Perhitungan……….. 49
4.3.1 Suhu rendah……….. 49
4.3.2 Suhu tinggi………... 56
BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP
5.1 Kesimpulan………... 61
5.2 Penutup……….. 64
Tabel 3.1
Limiting design temperature
... …… 33
3.2
Minimum thickness tubes
... …… 34
4.1
Hasil perhitungan tebal pipa karena tegangan elastis akibatperubahan suhu
... ... 52
4.2 Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan suhu…………...54
Grafik 4.1
Pengaruh perubahan suhu terhadap tebal pipa ... …… 51
4.2
Pengaruh perubahan suhu terhadap umur pipa ... …… 52
4.3
Pengaruh perubahan tekanan terhadap tebal pipa ... …... 54
4.4
Pengaruh tekanan terhadap umur pipa ... …… 55
4.5 Pengaruh laju korosi terhadap tebal pipa………..……....57
4.6
Pengaruh perubahan laju korosi terhadap umur pipa ... …… 58
4.7
Pengaruh perubahan tekanan terhadap umur pipa ... …… 59
4.8
Pengaruh perubahan suhu terhadap umur pipa………..61
3.2
Rupture eksponen
baja5Cr 1/2Mo Si ... …… 22
3.3
Corrosion fraction
... ... 23
3.4
Rupture strength
baja 5Cr 1/2Mo Si ... …… 25
4.1 Tampilan form pembuka program ... …… 34
4.2
Tampilan form suhu rendah... …… 35
4.3
Tampilan form suhu tinggi ... …… 36
4.4
Tampilan pengendali inputan kosong ... …… 38
4.5 Tampilan pengendali inputan nol ... …… 38
4.6
Tampilan pengendali inputan suhu ... …… 38
4.7 Tampilan pengendali inputan suhu... …… 38
4.8
Tampilan pengendali inputan suhu ... …… 39
4.9 Informasi nilai f ... …… 39
Perhitungan ini membahas tentang umur dari pipa dengan menggunakan bahan
5Cr 1/2Mo Si terhadap suhu, tekanan dan korosi Karena ada suatu perbedaan pokok
antara perilaku material pada temperatur, ada dua pertimbangan perancangan yang
berbeda untuk perancangan
elastis
dan perancangan
rupture
. Perancangan elastis adalah
perancangan pada daerah yang elastis, pada temperatur lebih rendah, dimana tegangan
yang diijinkan didasarkan pada tegangan luluh. Perancangan
rupture
perancangan pada
daerah
creep rupture
, pada temperatur lebih tinggi dimana tegangan yang diijinkan
didasarkan pada kekuatan
rupture
.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Pengertian Umum
Tugas akhir merupakan penerapan ide-ide yang terekam dalam benak pikiran kita, yang berkaitan dengan pengalaman dan pengetahuan yang sesuai dengan mata kuliah yang diajarkan. Penuangan pikiran berupa perancangan berdasarkan data yang ada, yang melingkupi penghitungan terhadap suatu elemen dan penganalisaian. Hal ini bertujuan agar elemen mesin yang akan dirancang mempunyai nilai lebih dan berguna, serta dapat bekerja dengan baik.. Hal yang utama dibutuhkan untuk membuat suatu alat kerja yaitu memperhitungkan agar alat kerja tersebut nantinya dapat berfungsi dengan baik dan diharapkan kesalahan perancangan dapat ditekan seminimal mungkin, sehingga dapat memenuhi kriteria dan syarat keamanan yang cukup baik, oleh karena itu dalam perancangan ini diperlukan suatu perhitungan dan analisa yang cukup baik dan teliti.
1.2 Latar Belakang Masalah
minyak bumi. Asbes sudah menjadi bahan yang umum dipakai, kompatibel dengan cairan. Adapun efek yang ditimbulkan pada penggunaan asbes kurang baik karena dapat mengganggu kesehatan yang cukup serius dan sering juga mengakibatkan penyakit yang cukup fatal antara lain kanker paru-paru kronis. Asbes mempunyai jenis yang bervariasi tergantung dari yang memproduksi dan pelaksanaan pembuatannya. Oleh karena itu dilakukan sebuah penelitian untuk menemukan material alternatif sebagai pengganti asbes.
Perkembangan teknologi dalam perindustrian tidak lepas dari peran penting penerapan dan pengembangan ilmu bahan. Ilmu bahan yang mempelajari sruktur mikro dan sifat–sifat dari bahan 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 digunakan sebagai dasar dalam pemilihan bahan yang baik sesuai dengan kebutuhan.
berkompetisi dengan produk dari negara lain baik dalam jumlah produksi, kualitas, dan ketepatan waktu penyebarannya. Indonesia yang dikenal kaya sumber daya alam harus mengimpor 100 persen bahan baku baja (pellet) dan 60-70 persen scrap baja untuk keperluan industri bajanya. Ini masih ditambah teknologi pengolahan baja yang tidak efisien karena menggunakan sumber energi gas yang semakin meningkat harganya serta teknologi yang masih tergantung kepada negara pemberi lisensinya.
Pengembangan bahan baja telah menjawab tantangan kebutuhan industri di masa depan, di mana konservasi energi, dan pelestarian lingkungan menjadi faktor-faktor terpenting dalam pengembangan produk dalam industri. Baja paduan rendah Cr-Mo-Si merupakan baja paduan yang terdiri dari kombinasi unsur chromium, molybdenum dan silikon ,unsur Chromium dan karbon akan membentuk karbide yang akan menaikkan kekerasan baja, Chromium juga akan menurunkan kecepatan pendinginan kritis dan menaikkan suhu kritis baja. Unsur molybdenum merupakan pembentuk karbida yang sangat keras, dapat meningkatkan kekerasan baja dan mempunyai sifat red hardness yang tinggi. Dan unsur Si dapat menurunkan laju perkembangan gas sehingga mengurangi sifat berpori baja. Unsur silikon akan menaikkan tegangan tarik, menurunkan kecepatan pendinginan kritis dan memberikan sifat mampu las dan mampu tempa pada baja.
mempermudah proses pengolahan data, proses komputerisasi juga dapat memperkecil kesalahan pengolahan data akibat kesalahan penghitungan.
Seperti halnya dalam perhitungan umur pipa dengan bahan baja tahan karat ini dalam pengolahan data dari hasil penelitian akan diproses secara komputerisasi sehingga mempermudah dan mempercepat pengolahan data dan memperkecil kesalahan dalam pengolahan data, akan tetapi dalam pengolahan data dengan menggunakan cara komputerisasi mempunyai hasil yang sedikit berbeda dengan pengolahan data yang dilakukan dengan cara manual. Perbedaan hasil pengolahan data tersebut disebabkan karena dalam pembacaan angka di belakang koma dan pembacaan persamaan garis yang mempunyai sedikit perbedaan.
1.3 Tujuan Perancangan
Tujuan dari perancangan dalam tugas akhir ini adalah :
Menghitung umur dan tebal pipa pemanas yang dipengaruhi suhu, tekanan dan korosi dalam bentuk komputasi.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
a. Perhitungan umur pipa pemanas ini berdasarkan API Recommended Practice 530 Third Edition, September 1988.
b. Bahan yang digunakan Baja 5Cr-1/2Mo- Si.
d. Perhitungan umur pipa pemanas ini, dihitung berdasarkan tekanan, perubahan suhu dan faktor lingungan yang korosif.
1.5 Sistematika Penulisan
Sebagai kerangka penulisan dalam menyajikan tugas akhir ini, penulis menggunakan sistematika penulisan sebagai berikut :
1) BAB I : PENDAHULUAN 2) BAB II : DASAR TEORI 3) BAB III : PERANCANGAN 4) BAB IV : PEMBAHASAN
BAB II
DASAR TEORI
Dalam teknik mesin ada beberapa pengelompokan jenis bahan. Bahan-bahan tersebut bisa dikelompokkan sebagai berikut:
1. Bahan besi dan baja 2. Bahan penghantar 3. Bahan penyekat
4. Bahan setengah penghantar 5. Bahan magnetis
6. Bahan super konduktor 7. Bahan nuklir, dan sebagainya
Dalam hal ini penulis akan membahas bahan baja yang berkaitan dengan bahan pipa pemanas hasil penelitian.
2.1 Struktur mikro besi dan baja
Baja dan Besi sampai saat ini menduduki peringkat pertama logam yang paling banyak penggunaanya, besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe, hanya kadar karbonlah yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan baja dewasa ini sangat luas mulai dari peralatan yang sepele seperti jarum, peniti sampai dengan alat – alat dan mesin berat.
dapat dilihat secara jelas dalam diagram fasa besi carbon. Selain carbon, 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 utama pada diagram fasa, maka diagaram fasa tersebut dapat dipergunakan tanpa menghiraukan adanya unsur-unsur tersebut.
Pada paduan besi carbon terdapat fasa carbida yang disebut sementit, dan juga grafit, grafit lebih stabil daripada sementit. Seperti contohnya diagram Fe-Fe3C (sementit yang mempunyai kadar C= 6,67%). Titik-titik penting pada diagram Fe-Fe3C adalah :
A : Titik cair besi
B : Titik pada cairan yang ada hubungannya dengan reaksi peritektik
H : Larutan padat δ yang ada hubungan dengan reaksi periktit. Kelarutan karbon maksimum, adalah 0,10%
J : Titik peritektik selama pendinginan austenit, pada komposisi J, fase γ terbentuk dari larutan padat δ, pada komposisi H, dan cairan pada komposisi B.
N: Titik tranforamsi dari besi δ menjadi besi γ, titik tranformasi A4 dari besi murni.
C: Titik eutektik selama pendinginan fasa γ dengan komposisi E dan sementit pada posisi F (6,67 % C ) terbentuk dari cairan pada komposisi C, fasa eutektik ini disebut ledeburit.
G : Titik transformasi besi δ menjadi besi α. Titik tyranformasi A3 untuk besi.
P : Titik yang menyatakan ferit, fasa α, ada hubungannya dengan reaksi eutektoid. Kelarutan maksimum dari karbon kira-kira 0,02 %.
S : Titik eutektoid. Selama pendinginan, ferit pada komposisi P dan sementit pada komposisi K (sama dengan F) terbentuk simultat dari austenit pada komposisi S. Reaksi eutektoid ini dianamakan tranformasi A1, dan fasa eutektoid ini dinamakan perlit.
GS:Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dengan komposisi dimana mulai terbentuk ferit dari austenit. Garis ini disebut dengan A3.
ES:Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dan komposisi dimana mulai terbentuk sementit dari austenit, dinamakan garis Acm.
Gambar.2.1 Diagram Fe-Fe3C
Baja yang berkadar karbon sama dengan komposisi eutektoid dinamakan baja eutektoid, yang berkadar kurang dari komposisi eutektoid disebut baja hiporeutektoid, dan yang berkadar karbon lebih dari komposisi eutektoid disebut baja hypereutektoid. Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
1. Low alloy steel, jika elemen paduannya = 2,5 % 2. Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 % 3. High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %
4. Selain itu baja dibagi menjadi dua golongan yaitu baja campuran khusus (special alloy Steel) dan high special steel.
2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0
Perlit+Cementit +Ledeburit Austenit +Cementit +Ledeburit Cementit +Ledeburit 723 ˚C
Cementit +Ledeburit Perlit +Cementit F e r r i t + P e r l i t Austenit + Ferrit Austenit C H
1147 ˚C D 1499˚C
F K L B E O S G Austenit + Ledeburit
9100 °C
760˚C 1539 °C
2,14˚C 4,3˚C
0,765˚C
0,018˚C 6,607˚C
A
Q N
M
a. 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 (carbon steel). b. High Speed Steel (HSS)
Kandungan karbon : 0,70 % - 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai empat kali daripada carbon steel.
Macam-macam baja paduan dengan sifat khusus : a. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)
b. High Strength Low Alloy Steel (HSLS)
Sifat dari 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.
c. Baja Perkakas (Tool Steel)
Sifat-sifat yang harus dimiliki oleh baja perkakas adalah tahan pakai, tajam atau mudah diasah, tahan panas, kuat dan ulet.
2.1.1 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 kontruksi dan mesin-mesin. Dilihat dari transformasi ada tiga macam baja yaitu:
1. Baja dengan titik transformasi A1, berupa ferit di bawah A1 dan autenit A3 atau diatas A1.
2. Baja dengan titik transformasi A1 di bawah temperatur kamar, berupa austenit pada temperatur kamar.
pada temperatur kamar dapat diproses menjadi berbagai struktur dengan jalan perlakuan panas.
Fasa pada baja memiliki sifat khas , sebagai berikut :
1. Ferit mempunyai sel satuan kubus pusat badan atau body centered cubic (bcc), menunjukkan titik mulur yang jelas dan menjadi getas pada temperatur rendah. 2. Austenit mempunyai sel satuan kubus pusat muka atau face centered cubic
( fcc) menunjukkan titik mulur yang jelas tanpa kegetasan pada keadaan dingin.
3. Akan tetapi kalau berupa fasa metastabil bisa berubah menjadi α' pada temperatur rendah, pada pengerjaan.
4. Martensit adalah fasa larutan padat lewat jenuh dari karbon dalam sel satuan tetragonal pusat badan atau body centered tetragonal (bct). Makin tinggi derajat kelewat jenuhan carbon, makin besar perbandingan satuan sumbu sel satuannya dan makin keras.
5. Bainit mempunyai sifat-sifat antara martensit dan ferit.
Sesuai dengan keaneka ragaman strukturnya, maka dapat diperoleh berbagai sifat baja termasuk kekuatan dan keuletan. Faktor-faktor yang menentukan sifat mekanik adalah macam fasa, kadar unsur paduan dalam fasa, ukuran dan bentuk senyawa. Untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik yang diinginkan perlu mendapat struktur yang cocok dengan komposisi kimia dan perlakuan panas yang tepat.
2.1.2 Pengaruh unsur-unsur paduan pada ketahanan karat dari besi.
permukaaan yang stabil (permukaan pasif). Oleh karena itu baja yang mengandung unsur tersebut dinamakan baja tahan karat. Kalau baja mengandung lebih dari 17% Cr akan terbentuk lapisan yang stabil. Karat pada lasan 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. Kalau Ni dipadukan pada besi kehilangan berat disebabkan korosi didalam asam berkurang dan ketahanan korosi dapat diperbaiki.
Baja tahan karat adalah baja paduan yang memanfaatkan keefektifan unsure paduan tersebut seperti Cr dan Ni dan dapat dibagi menjadi system Fe-Cr dan Fe-Fe-Cr-Ni yang pertama termasuk baja tahan karat martensit dan ferit, yang terakhir baja tahan karat austenit. Biasanya Mo, Cu ditambahkan pada baja tahan karat ini untuk memenuhi maksud tertentu pada penggunaan.
2.2 Struktur baja tahan karat
Memperhatikan unsur Cr yang menjadi komponen utama pada baja tahan karat, Cr dapat larut dalam besi memperluas daerah α (ferit). Dalam baja dengan 12%
di atas 9300C terbentuk fasa γ . Oleh karena itu perlakuan panas untuk mendapat fasa α dilakukan di bawah 8500C, baja ini dinamakan baja tahan karat ferit.
Struktur baja 18%Cr-8%Ni adalah struktur dua fasa dari α +γ dalam
keseimbangan, tetapi kenyataannya pada kira-kira 10500C seluruhnya menjadi austenit dan setelah pendinginan dalam air atau dalam udara fasa γterbentuk pada temperatur kamar sukar bertransformasi ke fasa α, baja ini dinamakan baja tahan karat austenit. Fasa γ merupakan fasa metastabil, sebagai contoh kalau diadakan deformasi plastic bias terjadi transformasi martensit. Kalau baja dipergunakan dalam bentuk austenit, maka perlu diadakan perlakuan panas untuk membentuk austenit tadi setelah dilakukan deformasi plastik, atau perlu dipakai baja yang mengandung lebih banyak Ni untuk memberikan kestabilan pada fasa austenit.
2.2.1 Jenis baja tahan karat
a. 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, tetapi ketahanan karat suatu larutan juga cukup.
Sampai 5000C baja ini banyak dipakai karena mempunyai ketahanan panas
yang baik sekali, dan dengan pengerasan dan penemperan dapat diperoleh sifat-sifat mekanik yang baik, oleh karena itu baja ini dapat dipakai untuk alat pemotong, perkakas dan sebagainya.
b. Baja tahan karat ferit
untuk bagian dalam dari suatu konstruksi, untuk peralatan dapur, untuk komponen trim mobil bagian dalam, dan sebagainya. Perlu diperhatikan bahwa pada lingkungan korosi yang ringan tidak terjadi karat, tetapi berada pada air larutan yang netral, dapat terjadi korosi lubang atau krevis kalau terdapat sedikit ion klor. Plat tipis dari baja ini menyebabkan tanda regangan spesifik disebabkan oleh tarikan atau penarikan dalam.
Sifat yang menguntungkan dari baja tahan karat ferit adalah bahwa tanpa kandungan Ni sukar untuk terjadi retakan korosi tegangan. Yaitu bahwa kalau ketahanan baja tahan karat ferit dibuat sama atau lebih baik 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. Selanjutnya ketahanan korosi lubang bertambah kalau Cr dan Mo ditambahkan lebih banyak sebagai bahan pengganti Ni yang mahal, maka dipakai baja 18%Cr-1%Mo, 18-19%Cr-2%Mo dan sebagainya. Selanjutnya baja tahan karat ferit yang mengandung lebih dari 18%Cr adalah getas tetapi keuletannya tergantung pada jumlah kadar C dan N.
c. Baja tahan karat austenit
2.3 Baja Tahan Panas
Penggunaan baja tahan panas sangat luas termasuk pada ketel uap untuk pembangkit tenaga listrik, turbin uap dan turbun gas, berbagai reactor untuk industri kimia dan reaktor untuk tenaga atom, terutama penting untuk bahan kostruksi pembangkit tenaga. Karena bahan-bahan ini cenderung dalam temperatur tinggi dan tekanan tinggi dalam skala besar, atau dipakai dalam lingkungan yang khusus, contohnya pembangkit tenaga nuklir, boiler, dan sebagainya.Banyak diminta bahan yang mempunyai persyaratan tertentu dalam lingkup yang luas, jadi penyempurnaan dan pengembangan bahan tersebut maju pesat. Pada umumnya sifat-sifat yang diminta dari baja tahan panas adalah sebagai berikut:
1) Sifat-sifat mekanis yaitu kekuatan panas yang tinggi (kekuatan melar) untuk bisa bertahan pada temperatur yang tinggi dalam waktu yang lama, keuletan dan keliatan yang lebih baik, mempunyai ketahanan yang kuat untuk kelelahan pada temperatur yang tinggi dan ketahanan terhadap kejutan termal dan mempunyai sensitivitas yang kurang terhadap takikan.
2) Sifat-sifat kimia yaitu mempunyai ketahanan yang baik terhadap korosi dan oksidasi pada temperatur yang tinggi dan mempunyai stabilitas yang baik di dalam lingkungan dimana bahan ini dipergunakan.
3) Sifat-sifat fisik, koefisien pemuaian panas yang rendah dan berat jenis yang rendah, dan mempunyai konduktivitas termal yang besar.
4) Mudah dicairkan, mudah dicor, mudah ditempa, mudah dilas, dan juga mudah dibengkokkan.
Sifat-sifat dasar pada nomor 1 dan 2 adalah sifat-sifat yang diminta untuk dapat lebih baik, berdasarkan itu tegangan perencanaan dapat ditetapkan.
2.3.1 Baja tahan panas ferit
Baja tahan panas ferit adalah baja Mo, Cr-Mo, Cr-Mo-V, Cr-Mo-V-W, 12%Cr dan baja Si-Cr. Untuk baja Mo dan Cr-Mo biasanya dipakai untuk ketel uap, dan baja Cr-Mo-V dan Cr-Mo-V-W adalah untuk turbin uap, baja 12% Cr untuk sudu-sudu berputar dari turbin uap dan lain-lain. Baja Si-Cr dipergunakan untuk katup mobil.
2.3.2 Baja tahan panas austenit
a. Baja tahan karat austenit
Ada baja tahan karat 18-8, yang diperkuat oleh penambahan Ti, Nb, Mo, dan sebagainya dan yang mempunyai ketahanan panas lebih tinggi dengan menambahkan lebih banyak Cr dan Ni.
b. Baja cor tahan panas
Baja tahan panas harus mempunyai kekuatan tinggi pada temperatur tinggi, yang mengakibatkan pengerjaan panas lebih sukar, sehingga kebanyakan dari baja ini biasanya dicor. Baja Ni-Cr mengandung sampai 20% Ni dan baja paduan tinggi Ni-Cr kedua-duanya mempunyai ketahanan oksidasi sampai 11500C, baja yang pertama mempunyai kekuatan pemelaran dan perpanjangan yang tinggi, sedangkan baja yang terakhir kuat terhadap kejutan termal dan pemanasan berulang demikian juga pendinginan berulang.
c. Paduan super berkadar dasar besi
berarti bahwa matriks austenit diperkuat dengan menambahkan unsur pembentuk karbid, seperti Mo, W, Nb, Ti. Karena kekuatan yang cukup tidak dapat dicapai dengan hanya perlakuan panas, maka dilakukan 20-30% pengerjaan panas dan dingin pada 600-7000C dan dilunakkan untuk menghilangkan tegangan pada
705-7300C. Kalau baja ini harus dipergunakan pada 7000C atau lebih, sebaiknya dilakukan pelakuan penuaan pada 700-8000C setelah pelakuan pelarutan pada 1100-12500C dan diikuti pendinginan tiba-tiba.
d. Paduan super berdasar Ni
Pengembangan paduan super berkadar dasar Ni dengan kekuatan yang tinggi pada temperatur tinggi 900-10000C. Paduan super berdasar pada Ni juga dikembangkan untuk coran, dan NASA-VI-A adalah paduan yang mempunyai kekuatan patah melar yang tinggi, yaitu 14,7kgf/mm2 pada 9200C untuk 1000 jam. Teknik pengecoran presisi telah dikembangkan sehingga produk-produk coran sangat dapat dipercaya karena dengan penempaan seperti telah dikemukakan bahwa daerah penempaan panas sangat sempit dan sangat sukar untuk dipakai. Dengan memperguankan teknik pengecoran yang ada secara praktis telah dibuat pembekuan yang tidak mengarah dan kristal tunggal untuk sudu-sudu turbin. e. Paduan super berkadar dasar Co
2.4Korosi
Suatu penelitian menunjukkan bahwa penyebab utama kerusakan pada pipa adalah korosi yang terbentuk di bawah endapan karbonat yang terbentuk pada suhu tinggi serta pada daerah yang telah kehilangan lapisan oksida saat endapan tersebut terkelupas.
Bermacam upaya 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 perlatan berhenti beroperasi. Spesifikasi pipa juga telah ditingkatkan dengan menaikkan kandungan Fe serta pensyaratan pembersihan internal pipa dengan Alumina saat fabrikasi, namun seluruh usaha tersebut tidak memberikan hasil yang memuaskan. Maka faktor korosi sangat penting untuk diperhitungkan.
Logam + Oksida logam
→
Oksida logamAdapula pemanfaatan fluida panas bumi untuk pembangkitan energi listrik merupakan suatu kegiatan yang berlangsung di lingkungan yang korosif serta mempunyai suhu dan tekanan tinggi. Penilaian dan pemilihan logam atau paduan logam sebagai material konstruksi di industri. Panas bumi sangatlah 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 terhadap laju korosi.
2.4.1 Macam-macam korosi
Korosi diklasifikasikan menurut penampakkan logam yang terkorosi yaitu : 1) Korosi yang merata adalah korosi yang terjadi karena proses
kimiawi atau elektrokimia berlangsung seragam atau merata diseluruh permukaan logam yang berhadapan dengan lingkungan pengkorosi.
sediri maka keduanya akan terkorosi dengan kecepatan yang hampir sama. Seperti halnya yang terjadi pada kaleng makanan. 3) Korosi pitting yaitu korosi yang terjadi di perukaan benda kerja
yang berbentuk lubang. Sifatnya sangat destruktif dan berbahaya, sulit di cek karena berbentuk lubang-lubang kecil dan dapat menyebabkan rusaknya kontruksi secara tiba-tiba. Untuk menghindari korosi ini maka igunakan bahan yang tidak mempunyai kecenderungan untuk korosi pitting. Sebagai contoh : - Baja tahan karat 304 (18%Cr, 8 %Ni)
- Baja tahan karat 316 (18% Cr, 8%Ni, 2Mo) -Hostelboy F. Nional (Durimet 20)
-Hostelloy C (Chlorimet)
4) Korosi celah atau korosi crevice adalah korosi yang terjadi secara lokal di dalam celah antara logam dan permukaan logam yang terlindungi, dimana larutan didalamnya tidak dapat keluar. Korosi ini banyak terjadi padapaku keling, baut, dan katub. Celah harus cukup besar sehingga cairan tidak bisa keluar. Dengan kata lain korosi ini terjadi pada celh-celah selebar beberapa mikron. Terjadi pada bahan –bahan logam paduan, misalnya pada titanium, steinless steel, aluminium alloy, cooper alloy. Untuk menghindari korosi ini dapat dilakukan dengan :
2) Sistem dibuat sedemikian rupa sehingga tidak memungkinkan adanya cairan yang berhenti
3) Gunakan gasket yang tidak berserat, menyerap misalnya teflon.
5.) Korosi intergranular yaitu korosi yang terjadi antar butir misalnya pada stainlesssteel yaitu cromium carbida mengendap mengumpul pada batas butir. Cara menghindari korosi ini adalah dengan :
a. Menggunakan perlakuan panas dengan cairan yang bersuhu tinggi sesudah pengelasan. Dengan pemanasan pada bagian yang dilas 500-600°C, kemudian diikuti dengan penyepuhan yaitu dengan air, cromium carbida masuk lagi ke butiran.
b. Hindari terbentuknya cromium carbida dengan cara menambah elemen yang dapat bereaksi dengan karbon. Misalnya titanium.
c. Menurunkan kandungan karbon, sehingga tidak akan terbentuk cromium carbida. Misalnya seperti pada stainless steel 304.
chlorida tetapi tidak di lingkungan amonia, sebaliknya kuningan retak dilingkungan ammonia, tetapi tidak retak di lingkungan chlorida. Cara menghindari korosi ini adalah dengan :
a. Turunkan teganan denga menghilangkan tegangan sisa menggunakakn perlakuan anealing.
b. Menghindari lingkungan yang merugikan
c. Jika tegangan atau lingkungan tidak dapat diubah, maka harus diganti dengan bahan lain. Misalnya pada mesin penukar panas yang mempunyai kontak langsung dengan air laut, stailess steel diganti dengan titanium. d. Dengan perlindungan katodik
7) Korosi Erosi yaitu korosi yang terjadi karena gerakan dari cairan korosif pada permukaan logam yang penampakannya seperti alur atau pita.
8) Korosi kavitasi yaitu korosi yang disebabkan karena pecahnya gelembung-gelembung uap dan jika terjadi berulang-ulang akan menyebabkan kerusakan pada permukaan logam.
2.4.2 Pemilihan bahan tahan karat
Aturan umum dalam pemilihan bahan tahan karat adalah :
a. Untuk kondisi yang tidak oksidatif seperti lingkungan asam biasanya digunakan bahan-bahan nikel dan paduan tembaga. b. Untuk lingkungan yang oksidatif digunakan paduan yang
c. Untuk lingkungan yang sangat oksidatif digunakan titanium dan paduannya.
2.4.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi
Terjadinya korosi dipengaruhi oleh faktor-faktor yang dikelompokkan menjadi 2 yaitu :
a. Faktor dari luar
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 dibagi menjadi dua yaitu: 1. Lingkungan udara
Faktor paling penting yang menyebabkan korosi udara adalah adanya kandungan air dalam udara. Untuk memulai terjadinya korosi, selaput tipis air yang tidak kelihatan sudah cukup Umumnya logam akan mengalami korosi apabila kelembaban udara lebih dari 60%.
2. Lingkungan air
Air bebas biasanya mengandung ion-ion maka akan merupakan sebuah elektrolit. Proses dasar yang terjadi dalam korosi pada sebuah logam sangat berhubungan erat elektrolit 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 dalam lingkungan elektrolit misalnya air maka konsentrasi anion memainkan peranan penting dalam merusak selaput pelindung logam.
b. Faktor dari dalam
2.5 Pengujian bahan teknik
Sebagai contoh pentingnya pengujian bahan teknik yaitu seperti yang terjadi pada kasus tabung reformer yang dimiliki oleh unit hydrogen plant untuk pengolahan minyak dan gas yanag mengalami ledakan pada tanggal 21 Juni 2000. Pada saat terjadi ledakan ada 11 buah tabung yang mengalami kerusakan dari 288 buah tabung yang dimiliki oleh hydrogen plant tersebut. Untuk mengantisipasi ledakan berikutnya, maka tabung reformer yang tersisa selanjutnya diperiksa dengan menggunakan teknik uji tanpa merusak, yaitu insitu metalografi, pengukuran diameter luar, dan pengukuran loss of attenuation. Dari hasil pemeriksaan ini ditemukan 9 buah tabung yang harus dipotong karena telah melampaui ambang batas yang dipersyaratkan oleh standar yang ada. Kemudian salah satu dari tabung tersebut diuji creep dan hasilnya menunjukkan bahwa tabung yang tersisa masih dapat dioperasikan hingga bulan April 2001 atau estimasi sisa umur sekitar 9 bulan.
Pengujian mekanik pasca iradiasi meliputi:
1. Uji tarik dan uji tekan (tension & compression test).
Bentuk benda uji dalam pengujian ini dibuat berdasarkan standard. Dari pengujian ini dapat diketahui kekuatan serta keuletan bahan.
2. Uji mulur (creep test).
3. Uji kelelahan (fatique test).
Pengujian dilakukan dengan menggunakan beban uji uniaxial dikombinasikan dengan putaran rendah sampai benda uji putus. Informasi yang didapat dari pengujian ini adalah ketahanan suatu bahan terhadap fluktuasi pembebanan pada putaran rendah.
4. Uji pukul takik (impact test).
Pengujian dilakukan pada benda uji bertakik V yaitu untuk mengetahui temperatur kritis atau transisi ulet-getas suatu bahan sebagai akibat pemanasan atau pengaruh radiasi.
5. Uji kekuatan pecah (burst test).
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan informasi sifat-sifat kelongsong bahan bakar terhadap tekanan. Pemberian tekanan pada pipa (model kelongsong) dikontrol dengan kelajuan konstan dan suhu yang merata.
6. Uji lepuh (blister test).
Benda uji berupa mini-plate dipanasi dan ditahan pada suhu tertentu yang diperkirakan akan terjadi lepuh.
7. Uji kekerasan (hardness test)
Benda uji berbentuk plat diuji untuk mengetahui kekerasan bahan uji.
2.6 Dasar Perancangan
selamanya, bahkan pada tegangan di bawah tegangan luluh. Ketika temperatur pipa logam cukup tinggi untuk terjadinya efek mulur, pipa akan menjadi cepat rusak akibat
creep rupture, bahkan ketika korosi atau mekanisme oksidasi tidak bekerja. Untuk baja yang beroperasi pada temperatur yang lebih rendah, efek mulur akan menjadi tidak ada atau dapat diabaikan. Penelitian menunjukkan bahwa pada kasus ini, pipa akan bertahan dengan tak terbatas kecuali jika mekanisme korosi atau oksidasi aktif.
Karena ada suatu perbedaan pokok antara perilaku material pada dua temperatur tersebut, ada dua pertimbangan perancangan yang berbeda yaitu perancangan pipa pemanas elastis dan perancangan creep rupture. Perancangan elastis adalah perancangan pada daerah yang elastis, pada temperatur lebih rendah, dimana tegangan yang diijinkan didasarkan pada tegangan luluh. Perancangan creep rupture
adalah perancangan pada daerah creep rupture, pada temperatur lebih tinggi dimana tegangan yang diijinkan didasarkan pada kekuatan rupture.
2.6.1 Persamaan untuk menghitung tegangan
Pada daerah elastis dan daerah creep rupture, persamaan perancangan didasarkan pada persamaan diameter rata-rata untuk tegangan dalam pipa. Pada daerah
elastis, digunakan perancangan tekanan elastis (Pe) dan tegangan elastis yang diijinkan (Se). Pada daerah creep rupture, digunakan perancangan tekanan rupture ( Pr) dan tegangan rupture yang diijinkan (Sr).
Persamaan rata-rata diameter memberi suatu perkiraan yang tepat dari tekanan yang akan menghasilkan luluh dari keseluruhan dinding pipa pada pipa tipis. Persamaan diameter rata-rata juga memberikan suatu korelasi yang tepat antara creep rupture suatu pipa bertekanan dan suatu spesimen uji berporos tunggal. Maka dari itu persamaan ini merupakan persamaan yang tepat untuk digunakan baik dalam daerah
elastis maupun creep rupture. Persamaan diameter rata-rata untuk tegangan sebagai berikut,yang diambil dari ( APIRecommended Practice 530,
hal 4):
S =
+ =
− ' 1
2 1 2 0 t D P t D
P i
………(2.1)
Di mana:
2.6.2 Perancangan Elastis (untuk temperatur rendah)
Perancangan yang elastis didasarkan pada pencegahan kerusakan yang dapat mengakibatkan pecah ketika tekanannya maksimum. Dengan perancangan elastis, ts dan tm dihitung dengan persamaan yang diambildari (APIRecommended Practice 530,hal 4):
) 2 ' ( 2 0 e e i e s e e e s P S D P t atau P S D P t − = +
= ....(2.2)
tm = ts +CA……….………...(2.3) Dimana :
Sc = tegangan elastis diijinkan pada perancangan temperatur bahan (MPa). Pe = Tekanan Elastis
Do = Diameter luar
CA = Tebal korosi yang diijinkan ts = Tebal akibat tekanan tm = Tebal minimum
2.6.3 Perancangan Rupture ( untuk Temperatur tinggi)
Perancangan rupture didasarkan pada pencegahan kerusakan pada daerah
rupture yang disebabkan bertambahnya tekanan dan korosi. Pada perancangan
rupture, ts dan tm dihitung sebagai berikut menggunakan persamaan yang diambil dari (APIRecommended Practice 530,hal 4)
) 2 ' ( 2 0 r r i r s r r r s P S D P t atau P S D P t − = +
tm = ts + fCA………...(2.5) Di mana:
Sr = tegangan rupture yang diijinkan dalam perancangan temperatur logam dan umur sisa perancangan, (Mpa).
Pe = Tekanan Elastis Do = Diameter luar ts = Tebal akibat tekanan tm = Tebal minimum
f = nilai korosi diberi seperti fungsi B dan n dalam figur
B = CA / ts………(2.6) CA = Tebal korosi yang diijinkan
n = rupture eksponen pada perancangan temperatur logam
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Perancangan Pipa
Bahan yang digunakan untuk perancangan pipa ini menggunakan Baja tahan karat 5Cr-1/2Mo- Si dengan batas suhu operasi 705 0C sesuai dengan yang ada ditabel. Bila suhu pengoperasian diatas batas suhu yang diijinkan maka akan terjadi pengurangan umur dari pipa tersebut bahkan bisa terjadi hal yang tidak diinginkan.
Limiting Design Metal Temperatur
Lower Critical Temperatur Material
Degrees Fahrenheit
Degrees Celsius
Degrees Fahrenheit
Degrees Cescius
Carbon steel 1000 540 1325 720
C-1/2 Mo steel 1100 595 1325 720
1 1/4Cr-1/2Mo steel 1100 595 1430 775
2 1/4Cr-1Mo steel 1200 650 1480 805
3Cr-1Mo steel 1200 650 1500 815
5Cr-1/2Mo steel 1200 650 1520 820
5Cr-1/2Mo-Si steel 1300 705 1550 845
7Cr-1/2Mo steel 1300 705 1515 825
9Cr-1Mo steel 1300 705 1515 825
16Cr-12Ni-2Mo steel 1500 815 - -
18Cr-10Ni-Ti steel 1500 815 - -
18Cr-10Ni-Cb steel 1500 815 - -
Ni-Fe-Cr 1800 985 - -
25Cr-20Ni 1850 1010 - -
Tabel 3.1 (limiting design temperatur) ( API Recommended Practice 530,hal 11)
Ketebalan minimum (Tm) untuk pipa (termasuk daerah korosi yang diijinkan) sebaiknya tidak kurang dari yang ditunjukkan pada Tabel 3.2. Spesifikasi dari ASTM mengharuskan ketebalan minimum lebih besar dari 0,875 kali ketebalan rata-rata, dimana sebanding dengan toleransi ketebalan rata-rata adalah ± 12,5 persen. Dengan toleransi 0 persen,+28 persen. Contohnya suatu pipa yang dibeli dengan spesifikasi ketebalan minimum 0.500 inchi (12.7 milimeter) akan mempunyai ketebalan rata-rata: (0,500)(1+0,28/2)=0,570 inchi (14,5 milimeter). Semua spesifikasi ketebalan harus memenuhi syarat apakah nilai yang ditetapkan merupakan ketebalan minimum atau ketebalan rata-rata. Toleransi yang digunakan untuk menghubungkan ketebalan dinding minimum dan ketebalan dinding rata-rata sebaiknya merupakan toleransi yang diberikan oleh spesifikasi ASTM.
Tabel 3.2 ( minimum thickness pipas) ( API Recommended Practice 530,hal 5)
3.2. Perancangan Suhu rendah (elastic design)
Dari hasil penelitian daerah elastis untuk baja 5Cr-1/2Mo-Si sampai dengan suhu 4000C, Umur pipa yang dihasilkan menjadi tidak terbatas, kecuali mekanisme oksida aktif sehingga perhitungan dalam perancangan pipa pemanas pada daerah elastis hanya bertujuan untuk mengetahui besarnya tebal minimum pipa (tm) akibat terkena tekanan maksimum. Tetapi jika ingin menghitung umur pada daerah elastis maka kita harus mengetahui besarnya laju korosi terjadi di lingkungan pipa.
Gambar 3.1 Elastic stress baja 5Cr- 1/2Mo-Si ( API Recommended Practice 530,hal 59)
Setelah besarnya tegangan elastis diketahui maka dapat dihitung besarnya tebal minimum pipa pemanas akibat tegangan elastis yang terjadi (ts) dengan menggunakan persamaan ( APIRecommended Practice 530,hal 5).
e e e s
P S
D P t
+ × =
2
0 ……….3.1
Dengan:
Pe = Tekanan elastis (Mpa)
Se = Tegangan elastis (Mpa)
D0 = Diameter luar pipa (mm)
Dalam perancangan pipa pemanas perlu memperhatikan korosi yang akan terjadi selama proses pengoperasian dari pipa pemanas, korosi pada pipa pemanas akan mempercepat kerusakan dari pipa pemanas sehingga tebal minimum dari pipa akibat tegangan elastis perlu ditambahkan dengan korosi yang diijinkan dalam pipa pemanas, maka tebal minimum dari pipa pada daerah elastis (tm) menjadi (API Recommended Practice 530,hal 5).
CA t
tm= s+ ………3.2
Dengan:
tm = Tebal minimum pipa (mm)
CA = Tebal korosi yang diijinkan (mm)
3.3. Perancangan suhu tinggi (rupture design)
Perancangan pipa pemanas pada suhu operasi diatas 4000C perlu diperhatikan bahwa bahan baja 5Cr-1/2Mo- Si akan meregang atau mulur dan berubah bentuk dan tidak dapat kembali kedalam bentuk semula. Hal ini akan sangat berpengaruh terhadap umur dari pipa pemanas tersebut.
Gambar 3.2 (rupture eksponen5Cr-1/2Mo- Si) ( API Recommended Practice 530,hal 59)
Kemudian mencari parameter B, berdasarkan Corrosion fraction ( f )
Gambar 3.3 (Corrosion fraction) ( API Recommended Practice 530,hal 11)
f = Corrosion Fraction
Dalam hal ini besarnya faktor korosi antara 0,5 – 1 tergantung dari kemungkinan bahan terkena korosi, semakin besar tingkat korosinya maka semakin besar pula faktor korosi.
B = CA / ts...(3.4) ts = tebal akibat tegangan (mm)
CA = korosi yang diijinkan ( mm )
Setelah diketahui tebal pipa akibat tekena tekanan maka dapat diketahui besarnya tegangan yang terjadi pada pipa pemanas dengan menggunakan persamaan rumus
( APIRecommended Practice 530,hal 5) :
Sr =
−
× 0 1
2 Pr
ts D
………..…………....(3.5)
Dengan:
ts = Tebal pipa yang menerima tegangan ( mm ) Pr = Tekanan ( Mpa )
Sr = Tegangan ( Mpa )
D0 = Diameter luar pipa ( mm )
Gambar 3.4 rupture strength baja 5Cr-1/2Mo- Si ( API Recommended Practice 530,hal 65)
Dengan besarnya rupture strength yang telah diperoleh maka kita dapat menghitung lamanya umur pipa (Ld) dengan rumus persamaan sesuai bahan 5Cr-1/2Mo- Si.
LogLd = 20
273 10 . 3
−
+ d
T rs
……….(3.6)
Ld = 10LogLd Dengan
Ld = umur pipa (jam) rs = rupture strength 20 = (C) Nilai empiris.
Besarnya nilai empiris dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu bila bahan baja tersebut termasuk dalam golongan logam ferritic maka nilai C menggunakan 20 sedang bila tergolong logam austenitic maka nilai C menggunakan angka 15, sumber
Jenis bahan yang digunakan :
Feritic Steels : Austenitic Steels : - Low-carbon steel - 18Cr-8Ni - Medium –Carbon Steel - 16Cr-12Ni-2Mo - 1 ¼ Cr-1/2M0 - 18Cr-10Ni-Ti - 2 ¼ Cr – 1M0 -18Cr-10Ni-Cb - 3Cr – 1M0 - Ni-Fe-Cr - 5Cr-1/2M0 - 25Cr-20Ni - 5Cr-1/2M0 - Si
- 5Cr-1/2M0
3.4 Pemrograman
Berdasarkan rumus-rumus perhitungan untuk menghitung tebal maupun umur dari pipa dengan bahan 5Cr-1/2Mo- Si, Maka akan dibuat kedalam bentuk komputasi dengan tujuan mempermudah dan mempercepat proses penghitungan.,
Perancangan ini di bagi menjadi dua macam yaitu: untuk elastic design dan
rupture design. Pertama-tama kita menentukan input data : a).Suhu rendah (Elastic Design):
1. Diameter luar = Do (mm) 2. Tekanan elastis = Pe (MPa) 3. Suhu = T ( 0C) b).Suhu tinggi ( Rupture design ):
2. Tekanan rupture = Pr (MPa) 3. Suhu = T (0C) 4. Corrosion Fraction = f
5. Tebal korosi yang diijinkan = CA (mm) Kemudian menentukan output data yang akan ditampilkan :
a).Suhu rendah ( Elastic design )
1. Tegangan elastis = Se (MPa) 2. Tebal minimum = tm (mm) b).Suhu tinggi ( Rupture design )
1. Tebal akibat tegangan = ts (mm) 2. Tebal minimum = tm (mm) 3. Tegangan Rupture = Sr (MPa) 3. Rupture strength = rs (MPa)
4. Umur pipa = Ld (tahun)
Diagram alir dibuat untuk memperjelas arah pemrogramannya. Hal ini berdasarkan urutan penghitungan untuk tebal pipa dan perhitungan rancangan umur dari pipa, dengan menentukan apa saja yang menjadi inputannya maupun output seperti keterangan diatas
Persamaan Elastic stress (Se) dari table 3.6 : 45 , 129 * 0531 , 0 * 0011 , 0 ) 10 * 4 ( ) 10 * 6
(− 9 4+ 6 3 − 2 + +
= − − T T T T Se
Persamaan Rupture exponent dari table 3.3 n=(12,825)e−0,0013T
Persamaan Rupture strength dari table 3.5 : 1 , 24 121 , 0 * 0006 ,
0 2 − +
−
= Sr
rs
Persamaan factor B dari table 3.4 :
Diagram alir elastis design : Do START T Pe tm
R <= 0
F F 129,45 * 0,0531 * ,0011 0 ) 10 * 4 ( ) 10 * -6
( 9 4− 6 3 − 2 − +
= − − T T T T Se
R= 2Se + Pe
Pe Se D Pe ts + = 2 0 *
CA = tm - ts
CR
Ld = CA CR
Diagram alir : Rupture Design START D0 CA f T Pr
n=10,6 -11,5 n=9,6
-10,5 n=8,6-9,5 n=7,6-8,5 n=6,6-7,5 n=5,6-6,5 n=4,6-5,5
n=3,6-4,5 B = 132,58.f4-279,45.f3 + 223,87.f2 + 75,909 .f + 8,633
B = 216,79.f4-491,41.f3 + 430,99.f2 -162,63 .f + 22,195
B = 200,37.f4 –464,99.f3 + 408,32 f2 -156,89.f + 21,972
B = 198,04.f4
-473,72.f3 + 428,9.f2 -170,53.f + 24,88
B = 587,29 . f4 –1516,9 .f3 + 146,1.f2 -621,6.f + 97,691
B = 604,35 . f4 –1575,3 .f3 + 1532,5.f2 –655,72.f + 103,92
B = 378,28 .f4 –970,25 .f3 + 933,07.f2 -395,24.f + 61,944
B =359,13 .f4 –917,5.f3 + 878,31.f2 -370,28.f + 57,803 F F F F F T F T T T T T T T T
B = -299,9.f4+ 911,74.f3 + 991,4.f2 + 469,49 .f –82,124 n<=3,5
F
A
Lanjutan Diagaram Alir : Rupture Design
21,11
*
-0,0315
+=
Sr
rs
20
273
10
*
log
3−
+
=
T
rs
Ld
ts = CA / B
−
=
1
2
Pr
tm
Do
x
Sr
FINISH tm = ts + fCABAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Hasil Program
Program yang telah dihasilkan ini adalah program untuk merancang pipa pemanas dengan menggunakan bahan 5Cr-½Mo-Si, Program ini dirancang untuk mempermudah perhitungan tebal dan umur pipa pemanas.
A. Cara Menjalankan Program
Untuk menjalankan program yang dihasilkan dapat dilakukan dengan cara klik dua kali pada icon borland delphi yang telah dibuat terlebih dahulu atau dengan cara mencari nama file pada Windows Explorer lalu klik dua kali. Setelah program dipanggil, tunggu beberapa saat sampai tampilan menu utama seperti gambar 4.1.
B. Form Menu Utama
Gambar 4.1 Tampilan Pembuka Program
C. Perancangan Elastis (Elastic Design)
Seperti yang dijelaskan diatas pada form suhu rendah terdapat beberapa tombol yang masing-masing mempuyai kegunaan sebagai berikut:
-Tombol hitung tebal : Digunakan untuk menghitung tegangan dan tebal akibat tegangan elastis dari data-data yang telah dimasukan.
- Tombol Hitung korosi: Digunakan untuk menghitung tebal akibat korosi yang diijinkan.
- Tombol Hitung Umur: Digunakan untuk meghitung umur pipa.
- Tombol Simpan: Digunakan untuk menyimpan semua data dan hasil perhitungan ke dalam form suhu tinggi maupun suhu rendah
Gambar 4.2 Tampilan form suhu rendah
D. Perancangan Plastis (Rupture Design)
Pada form suhu tinggi fungsi tombol didalamnya sama dengan form yang ada pada form suhu rendah, hanya pada tombol perhitungan di form suhu tinggi berfungsi untuk menghitung suhu tinggi pada pipa pemanas.
- Tombol hitung: Digunakan untuk menghitung semua data dan menampilkan hasil yang telah melalui perhitungan.
- Tombol Simpan: Digunakan untuk menyimpan semua data dan hasil perhitungan ke dalam form suhu tinggi.
Gambar 4.3 Tampilan form suhu tinggi
4.2. SistemPengendali
a. Data inputan suhu pada elastic design
Jika pemakai memasukkan nilai suhu kurang dari 270C pada perhitungan elastic design, maka akan muncul pesan seperti pada gambar 4.6 :
Sedang jika pemakai memasukkan nilai suhu diatas dari 4000 C, maka akan muncul pesan seperti pada gambar 4.7:
Gambar 4.7 Tampilan pengendali inputan suhu
b. Data inputan suhu pada Perancangan pada suhu tinggi
Jika pemakai memasukkan nilai suhu kurang dari 4000 C pada perhitungan suhu tinggi, maka akan muncul pesan seperti pada gambar 4.8
Gambar 4.8 Tampilan pengendali inputan suhu
Bila pengisian ( f ) tidak = 0,5 -1 maka akan muncul pesan seperti pada gambar 4.9 :
4.3. Hasil Perhitungan
4.3.1 Suhu rendah
Pada daerah elastis perhitungan pipa bertujuan untuk mendapatkan tebal minimum dari pipa pemanas setelah dikenai tekanan maksimum selama pengoperasian. Umur dari pipa pemanas tidak dihitung karena pada suhu rendah umur yang didapat pengoperasiannya tak terhingga.
Contoh Perhitungan :
1.a. Perhitungan tebal pipa akibat perubahan suhu
Perhitungan tebal pipa akibat tegangan elastis yang dipengaruhi oleh perubahan suhu dapat dilakukan dengan cara memasukkan data suhu pada form suhu rendah, dengan mengasumsikan bahwa selain data suhu yang akan dimasukkan adalah konstan. Seperti pada contoh berikut :
Misal : D0 = 150 mm
Pe = 5 Mpa
CR = 0.4 mm per tahun
Tabel 4.1 Hasil perhitungan tebal pipa karena tegangan elastis akibat perubahan suhu
No Suhu ( oC)
Tebal minimum akibat tegangan
elastis(mm)
1 175 3,04
2 200 3,1
4 250 3,25
5 275 3,34
6 300 3,46
7 325 3,63
8 350 3,86
9 375 4,19
10 400 4,71
Hasil perhitungan tebal pipa karena tegangan elastis akibat perubahan suhu yang diperoleh, dapat digunakan sebagai dasar untuk menggambarkan hasil perhitungan dalam sebuah bentuk grafik. Grafik 4.1 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu maka ketebalan yang dibutuhkan pipa akan semakin besar.
PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP TEBAL PIPA
y = 4E-05x2 - 0.015x + 4.5842
R2 = 0.9852
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
150 200 250 300 350 400 450
SUHU (celcius) U M U R ( tah u n )
Grafik 4.1 Pengaruh suhu terhadap tebal pipa
b. Perhitungan umur pipa akibat perubahan suhu
Misal D0 = 150 mm
Pe = 5 Mpa
CR = 0.4 mm per tahun
Tabel 4.2 Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan suhu
No Suhu ( oC) Umur (tahun)
1 175 7,4
2 200 7,25
3 225 7,08
4 250 6,89
5 275 6,65
6 300 6,34
7 325 5,93
8 350 5,36
9 375 4,52
10 400 3,22
PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP UMUR
y = -9E-05x2 + 0.0378x + 3.5124
R2 = 0.9853
2 3 4 5 6 7 8
100 150 200 250 300 350 400 450 SUHU (celcius) U M U R ( ta h u n)
Grafik 4.2 Pengaruh suhu terhadap umur pipa
2. a. Perhitungan tebal pipa akibat perubahan tekanan
Perhitungan tebal pipa akibat perubahan tekanan dapat dilakukan dengan cara memasukkan data tekanan pada form suhu rendah, dengan mengasumsikan bahwa selain data tekanan yang akan dimasukkan adalah konstan. Seperti pada contoh berikut :
Misal : D0 = 150 mm
T = 200 0 C
CR = 0,4 mm per tahun
Tabel 4.3 Hasil perhitungan tebal pipa akibat perubahan tekanan
No Tekanan (MPa) Tebal minimum (mm)
1 4 2.49
2 4,5 2.8
3 5 3.1
4 5,5 3.4
5 6 3.7
7 7 4.3
8 7,5 4.6
9 8 4.9
10 8,5 5.19
Hasil perhitungan tebal pipa akibat perubahan tekanan yang diperoleh, dapat digunakan sebagai dasar untuk menggambarkan hasil perhitungan dalam sebuah bentuk grafik. Grafik 4.3 menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan maka ketebalan yang dibutuhkan pipa akan semakin besar.
PENGARUH TEKANAN TERHADAP TEBAL PIPA
y = 0.6001x + 0.0982
R2 = 1
0 1 2 3 4 5 6
2 4 6 8 10
TEKANAN (Mpa) S U H U ( c el ci u s )
Grafik 4.3 Pengaruh perubahan tekanan terhadap tebal pipa
2.b. Perhitungan umur akibat perubahan tekanan
Perhitungan umur pipa akibat perubahan tekanan dapat dilakukan dengan cara memasukkan data tekanan pada form suhu rendah, dengan mengasumsikan bahwa selain data tekanan yang akan dimasukkan adalah konstan. Seperti pada contoh berikut :
Misal: D0 = 150 mm T = 200 0 C
CR = 0,4 mm per tahun
No Tekanan (MPa) Tebal minimum (mm)
1 4 8.77
2 4,5 8.01
3 5 7.25
4 5,5 6.49
5 6 5.7
6 6,5 4.99
7 7 4.24
8 7,5 3.49
9 8 2.75
10 8,5 2.01
Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan tekanan yang diperoleh, dapat digunakan sebagai dasar untuk menggambarkan hasil perhitungan dalam sebuah bentuk grafik. Grafik 4.4 menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan maka umur pipa akan semakin pendek.
PENGARUH TEKANAN TERHADAP UMUR PIPA
y = 0.0077x2 - 1.5987x + 15.044
R2 = 1
0 2 4 6 8 10
0 2 4 6 8 10
TEKANAN (MPa) U M U R ( ta h u n )
3. Perhitungan umur pipa akibat perubahan laju korosi
Perhitungan umur pipa akibat perubahan laju korosi dapat dilakukan dengan cara memasukkan data laju korosi pada form suhu rendah, dengan mengasumsikan bahwa selain data laju korosi yang akan dimasukkan adalah konstan. Seperti pada contoh berikut :
Misal D0 = 150 mm
T = 200 0 C
CR = 0,4 mm per tahun
Tm(tebal perancangan) dimisalkan 6mm berdasarkan tebal akibat tegangan elastis yang terjadi.
Tabel 4.5 Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan laju korosi
No Laju
korosi(mm/tahun) Umur pipa(tahun)
1 0.1 35.10
2 0,2 17.50
3 0,3 11,01
4 0,4 8.77
5 0,5 7.02
6 0,6 5.85
7 0,7 5.01
8 0,8 4.39
9 0,9 3.90
10 1 3.51
sebuah bentuk grafik. Grafik 4.3 menunjukkan bahwa semakin tinggi laju korosi maka umur pipa yang dihasilkan akan semakin pendek.
PENGARUH PERUBAHAN LAJU KOROSI TERHADAP UMUR PIPA
y = -694.1x5
+ 2251.7x4
- 2825.1x3
+ 1722.1x2
- 523.96x + 72.824
R2 = 0.9996
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
LAJU KOROSI (m m per tahun)
U M U R P IP A ( ta h un )
Gambar 4.5. Grafik Pengaruh laju korosi terhadap umur pipa
4.3.2 Suhu tinggi
Pipa yang bekerja diatas daerah elastis akan mengalami perubahan bentuk untuk selamanya dan bahan pipa akan cepat rusak bila terkena tekanan atau suhu. Dari kenyataan diatas maka dalam perancangan ini umur dari pipa harus dihitung:
Contoh Perhitungan :
a. Perhitungan umur pipa akibat perubahan Tekanan
Misal : D0 = 150 mm
T = 5000 C
f = 0.6
CA = 3 mm
Tabel 4.6 Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan tekanan
No Tekanan (Mpa) Umur pipa(tahun)
1 6 477.04
2 6,5 219.37
3 7 105.34
4 7,5 52.81
5 8 27.65
6 8,5 15.11
7 9 8.63
8 9,5 5.14
9 10 3.2
10 10,5 2.08
PENGARUH PERUBAHAN TEKANAN TERHADAP UMUR PIPA
y = 516833e-1.2079x
R2 = 0.9919
0 100 200 300 400 500 600
5 6 7 8 9 10
TEKANAN (MPa) U M U R ( ta h u n )
Gambar 4.6. Grafik Pengaruh perubahan tekanan terhadap umur pipa
b. Perhitungan umur pipa akibat perubahan Suhu
Perhitungan umur pipa akibat perubahan suhu dapat dilakukan dengan cara memasukkan data suhu pada form suhu tinggi, dengan mengasumsikan bahwa selain data suhu yang akan dimasukkan adalah konstan. Seperti pada contoh berikut :
Misal : D0 = 150 mm Pe = 4 Mpa
f = 0,6 CA = 3 mm
Tabel 4.7 Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan suhu
No Suhu (°C) Umur pipa(tahun)
1 500 92.57
2 510 45.24
3 520 22.48
4 530 11.36
5 540 5.83
6 550 3.04
7 560 1.6
8 570 0.374
9 580 0.2
Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan suhu yang diperoleh, dapat digunakan sebagai dasar untuk menggambarkan hasil perhitungan dalam sebuah bentuk grafik. Grafik 4.7 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu maka umur pipa pemanas akan semakin pendek mendekati nol.
PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP UMUR PIPA
y = 4E+18e-0.0761x
R2 = 0.9919
0 20 40 60 80 100 120
480 500 520 540 560 580 600
SUHU (celcius) U M U R ( ta h u n )
Gambar 4.7. Grafik Umur pipa akibat perubahan suhu
c. Perhitungan pipa akibat corrosion fraction
Perhitungan umur pipa akibat perubahan corrosion fraction dapat dilakukan dengan cara memasukkan data corrosion fraction pada form suhu tinggi, dengan mengasumsikan bahwa selain data corrosion fraction yang akan dimasukkan adalah konstan. Seperti pada contoh berikut
Misal : D0 = 150 mm
Pe = 4 MPa
T = 550 0C
Tabel 4.8 Hasil perhitungan umur pipa akibat corrosion fraction (f)
No Corrosion
fraction Umur pipa(tahun)
1 0,65 150.6506
2 0,66 94.37277
3 0,67 60.66612
4 0,68 39.92182
5 0,69 26.83955
6 0,7 18.40677
7 0,71 12.86326
8 0,72 9.15403
9 0,73 6.63191
10 0.74 4.89146
Hasil perhitungan umur pipa akibat perubahan corrosion fraction yang diperoleh, dapat digunakan sebagai dasar untuk menggambarkan hasil perhitungan dalam sebuah bentuk grafik. Grafik 4.8 menunjukkan bahwa semakin tinggi
corrosion fraction maka umur pipa pemanas akan semakin pendek.
PENGARUH CORROSION FRACTION TERHADP UMUR PIPA
y = 7E+12e-37.979x
R2 = 0.9956
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0.64 0.66 0.68 0.7 0.72 0.74 0.76 CORROSION FRACTION U M U R ( ta h u n )
5.1. Kesimpulan
.
Pengembangan bahan baja dapat memenuhi kebutuhan industri di masa
depan. Maka berdasarkan tahap-tahap pengerjaan pada skripsi ini yang berjudul
perhitungan umur pipa pemanas baja 5Cr-½Mo-Si menggunakan pemrograman
borland delphi 6.0 dapat diambil kesimpulan bahwa :
Pada suhu rendah (elastis design)
Perancanga
