ANALISA UMUR KELELAHAN AKIBAT BEBAN TERMAL
PADA EVAPORATOR SISTEM DESALINASI AIR LAUT
KEADAAN VAKUM
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DARMAN SUCITRA
110401072
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk mendapatkan Sarjana Teknik di
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun
judul skripsi ini adalah “Analisa Umur Kelelahan Akibat Beban Termal Pada
Evaporator Sistem Desalinasi Air Laut Keadaan Vakum”
Selama pengujian dan penulisan skripsi ini penulis ingin berterima kasih
banyak kepada:
1. Alm. Ayah yang menjadi panutan hidup, mengajarkan kerja keras dan
Bunda tercinta yang selalu memberi segala dukungan tak terkiranya baik
moril maupun materil,
2. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu untuk membimbing sehingga skripsi ini dapat selesai,
3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen Penguji I yang telah
banyak meluangkan waktu dan memberi nasihat kepada penulis,
4. Bapak Dr.Eng Taufiq Bin Nur, ST, M.Eng.Sc selaku dosen Penguji II
yang juga telah meluangkan waktu untuk membanding laporan, memberi
masukan kepada penulis dan pastinya nasihat-nasihat yang baik pula,
5. Bapak Dr.Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara,
6. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen Pembanding yang telah
meluangkan waktu untuk penulis,
7. Kolega seperjuangan Frenky C. Nababan, Richie Wijaya, Alexander Jos,
Novendy Leonard dan Peter Sumarwan yang telah memberi semangat,
bantuan dan tempat sharing dalam masa-masa sulit dan bahagia,
8. Ayahanda Richie Wijaya yang telah banyak diganggu waktunya dalam
proses penyelesaian pembangunan Sistem Desalinasi Air Laut dalam
Keadaan Vakum ini,
ii
9. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin terkhususnya stambuk 2011
yang sering memberi dukungan, dan sharing ilmu kepada penulis,
10.Kakak kandung tercinta Pretty Citra dan kakak angkat Sri Wahyuni
Wibowo yang sering memotivasi dalam penyelesaian skripsi ini,
11.Kepada staf jurusan dan fakultas yang telah meluangkan waktunya untuk
membantu penulis,
12.Serta kepada teman ataupun saudara-saudara penulis yang tidak dapat
diucapkan namanya satu persatu yang juga memberi motivasi dan
dukungan hingga sekarang.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna dan terdapat
kesalahan. Oleh karena itu, penulis menerima kritik dan saran yang sifatnya
membangun untuk menyempurnakan skripsi ini.
Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi
pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.
Medan, 08 Maret 2016
Penulis,
Darman Sucitra
NIM: 110401072
iii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Tujuan Penelitian ...3
1.3 Manfaat Penelitian ...3
1.4 Batasan Masalah ...4
1.5 Metodologi Penulisan ...4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pendahuluan ...5
2.2 Klasifikasi Sistem Desalinasi ...7
2.2.1 Solar Still ...7
2.2.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi ...8
2.2.3 Solar Chimney ...9
2.2.4 Solar Multi Stage Flash Desalination ...11
2.2.5 Solar Multi Effect Distillation ...12
2.2.6 Desalinasi Kompresi Uap ...13
2.2.7 Freeze Desalination ...14
2.2.8 Desalinasi Adsorpsi ...16
2.2.9 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal ...18
2.2.10 Elektrodialisis Tenaga Surya (ED) ...19
2.3 Evaporator ...20
2.3.1 Jenis-jenis Evaporator ...21
2.4 Fatik (Fatigue) ...22
2.4.1 Siklus Tegangan ...24
2.4.2 Faktor yang Mempengaruhi Fatik ...26
2.4.3 Tegangan dan Regangan Termal ...30
iv
2.4.4 Fatik Siklus Tinggi ...30
2.4.5 Menentukan Umur Fatik ...35
2.5 Simulasi Numerik ...36
2.5.1 Simulasi Struktur ...36
2.5.2 Simulasi Termal ...37
2.5.3 Simulasi Thermal Stress ...37
2.6 ANSYS Workbench ...37
2.6.1 Workbench Environment ...38
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Desain Parameter Analisis (Design Of Analysis) ...40
3.1.1 Komponen dan Fungsi ...41
3.1.2 Tabel Data Pengukuran ...42
3.2 Design of Analysis Simulasi...43
3.2.1 Kerangka Konsep Permodelan Simulasi ...43
3.2.2 Setup Komputasi ...43
3.2.3 Diagram Alir Simulasi ...47
3.3 Kelengkapan Penelitian ...48
3.3.1Waktu dan Tempat ...48
3.3.2 Alat dan Bahan ...48
3.3.2.1 Alat ...48
3.3.2.2 Bahan ...50
3.3.3 Prosedur Pengujian ...51
3.3.4 Jadwal Pelaksanaan Penelitian / Schedule ...51
3.3.5 Estimasi Biaya Penelitian ...51
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Membangun Design of Analysis (DoA) ...53
4.2 Perhitungan Parameter ...53
4.2.1 Tegangan Termal Maksimum ...53
4.2.2 Tegangan Termal Minimum ...54
4.2.3 Ratio ...54
4.2.4 Tegangan Mean ...54
4.2.5 Tegangan Alternating ...55
v
4.2.6 Amplitudo ...55
4.2.7 Tegangan Rata-rata Goodman ...55
4.2.8 Tegangan Rata-rata Soderberg ...56
4.2.9 Tegangan Rata-rata Gerber ...56
4.3 Perhitungan Fatigue Life Siklus Tinggi (High Cycle Fatigue/HCF) ...56
4.4 Simulasi Fatigue Life ...58
4.4.1 Hasil Simulasi Fatigue Life ...58
4.5 Ralat Fatigue Life ...63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...64
5.2 Saran ...64
DAFTAR PUSTAKA ...ix
LAMPIRAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Desalinasi Sistem Vakum Natural ...7
Gambar 2.2 Solar Still Sederhana ...8
Gambar 2.3 Sistem Desalinasi Surya Humidifikasi – Dehumidifikasi ...9
Gambar 2.4 Instalasi Sistem Desalinasi Solar Chimney pada Air Laut ...10
Gambar 2.5 Sistem Desalinasi Solar Multi Stage Flash ...12
Gambar 2.6 Solar Multi Effect Distillation ...13
Gambar 2.7 Sistem Desalinasi Kompresi Uap Mekanik ...14
Gambar 2.8 Desalinasi Beku menggunakan Auto Reversed Vapor Compression Heat Pump ...16
Gambar 2.9 Sistem Desalinasi Adsorpsi ...17
Gambar 2.10 Unit Desalinasi Reverse Osmosis Bertenaga Siklus Rankine Organik Surya ...19
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Unit Elektrodialisis ...20
Gambar 2.12 Evaporator ...21
Gambar 2.13 Fatik pada Pesawat Terbang ...23
Gambar 2.14 Ledakan Akibat Fatik ...23
Gambar 2.15 Fatik pada Saluran Pipa ...24
Gambar 2.16 Tipe Umum dari Siklus Tegangan ...25
Gambar 2.17 Efek Mean Stress ...28
Gambar 2.18 Faktor permukaan vs UTS ...29
Gambar 2.19 Tipe Penyebaran dari retak fatik...32
Gambar 2.20 Pertumbuhan Retak Fatik dalam Bagian Baja Berkekuatan Tinggi ...33
Gambar 2.21 Efek dari Tegangan Rata-rata Terhadap Umur Fatik ...33
Gambar 2.22 Perbandingan kurva Goodman, Gerber dan Soderberg ...35
Gambar 2.23 Kurva S-N Wohler ...35
Gambar 2.24 Cara Memulai Analisa dengan Program ANSYS Workbench ....38
Gambar 2.25 Interface program Ansys Workbench ...38
Gambar 2.26 Workbench environment ...39
Gambar 3.1 Kerangka Konsep Permodelan Simulasi ...44
Gambar 3.2 Bangun Evaporator ...44
Gambar 3.3 Import Geometri Evaporator ke ANSYS ...44
Gambar 3.4 Menentukan Material dan Parameter Design ...45
Gambar 3.5 Meshing Evaporator ...45
Gambar 3.6 Kondisi Batas...46
Gambar 3.7 Fatigue Tool pada ANSYS Workbench 15.0 ...46
Gambar 3.8 Diagram Alir Simulasi ...47
Gambar 3.9 Tangki Air Laut ...49
Gambar 3.10 Evaporator ...50
Gambar 3.11 Kondensor...50
Gambar 3.12 Tube in Tube Heat Exchanger ...51
Gambar 3.13 Manometer ...52
Gambar 3.14 Sistem Desalinasi Air Laut ...52
Gambar 3.15 Diagram Alir Pengujian ...52
Gambar 4.1 Hasil Penyeberan Tegangan (Equivalent (von-Mises) Stress) ...59
Gambar 4.2 Titik Tegangan Equivalent Maksimum dan Minimum ...59
vii
Gambar 4.3 Plotting Equivalent Alternating Stress ...60
Gambar 4.4 Daerah Tegangan Maksimum dan Minimum Equivalent Alternating ...60
Gambar 4.5 Hasil Simulasi Fatigue Life ...61
Gambar 4.6 Hasil Fatigue Life Maksimum dan Minimum ...61
Gambar 4.7 Kurva Sensitifitas Fatik ...62
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Komponen dan Fungsi ... 42 Tabel 3.2 Tabel Data Perhitungan ... 42
ix
E Modulus Young/Modulus Elastisitas GPa
α Koefisien muai panjang /K
ΔT Perubahan Temperatur °C
T Temperatur °C
N Umur Fatik Siklus
