BAB 3 METODELOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB 3 METODELOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Tempat Penelitian ini merupakan studi kasus di industry kelapa sawit, yaitu analisa kegagalan pada pipa header air umpan boiler di PKS Swasta. Tahapan dan kegiatan penelitian ini dilakukan di dua tempat, seperti ditunjukkan pada tabel Tabel Tempat dan Aktifitas Penelitian No Kegiatan Tempat Keterangan 1 Pengambilan data Salah satu PKS Swasta Industry hulu kelapa sawit 2 Menggambar teknik boiler dan pipa header air umpan Kampus STIP-AP Medan Software autocad 2007 boiler 3. Simulasi numerik Kampus ITM Software Ansys Workbench Analisa akhir dan pembuatan laporan akhir Kampus STIP-AP Medan Software MS. Office Waktu Waktu penelitian dilakukan selama lebih kurang 9 bulan terhitung mulai bulan Januari 2016 sampai dengan September

2 3.2 Rancangan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan metode Fenite Element Method (FEM). Variabel dalam penelitian ini adalah data dimensi pipa, data operasional boiler, dan data material pipa.. Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakan Software Ansys Workbench 14.5, untuk mendapatkan distribution temperature, total heat flux, dan thermal stress. 3.3 Alat dan bahan Alat Alat-alat yang digunakan dalam proses penelitian ini antara lain adalah: 1. Boiler PT Swasta Boiler yang digunakan ialah boiler yang berada di Pabrik Kelapa Sawit PT Swasta, boiler ini dilakukan pengukuran untuk variable yang digunakan pada simulasi, spesifikasi boiler PT Swasta seperti ditunjukkan pada table: a. Spesifikasi boiler PT. Swasta 1. Merk : ATMINDO SFPO 2. Kapasitas : 26 Ton/jam 3. Tekanan Kerja : 30 Bar 4. Tahun : 1991 Gambar Boiler Atmindo 34

3 3.3.2 Laptop Laptop digunakan untuk merancang desain dan simulasi menggunakan software enginering Ansys workbench yang sudah diinstal di dalam komputer. Untuk software tersebut dibutuhkan laptop dengan spesifikasi berikut: 1. Processor : Intel Core i5-5200u 2,20GHz 2,19 GHZ 2. Installed memory (RAM) : 4,00 GB 3. System Type : 64-bit 4. NVDIA : Geforce 930M Gambar Laptop Bahan Bahan dalam penelitian tersebut adalah pipa header air umpan boiler DIN Tahapan Penelitian Kajian ini menggunakan metode simulasi (software enginering komputer) dengan menggambar model pipa header air umpan boiler. Kajian ini dilakukan dengan beberapa tahapan diantaranya adalah pengukuran lapangan, pembuatan model dan simulasi model Pengukuran lapangan Sebelum melakukan simulasi terlebih dahulu melakukan pengukuran untuk data yang akan di input kedalam simulasi.data-data yang sudah di dapatkan berdasarkan pengamatan seperti ditunjukkan pada table dibawah ini 35

4 Tabel Tabel Pengukuran Lapangan Parameter Nilai Satuan Temperature air pada pipa header 95 ºC air umpan Boiler Temperature lingkungan 25 ºC Tekanan aliran air 30 Bar Gambar Sket boiler Atmindo SFPO Modeling pipa header air umpan Desain model dikerjakan dengan menggunakan software AutoCad Model yang dibuat sesuai dengan keadaan boiler, pipa header air umpan boiler dengan diameter inchi dan ketebalan 15 mm. Langkah-langkah dalam menggambar meliputi: a. Klik program AutoCad pada desktop 36

5 Gambar Dekstop Autocad 2007 b. Menggambar pola sesuai dengan ukuran pada Software AutoCad 2007 Gambar Pola pipa header air umpan boiler c. Untuk proses simulasi digunakan pipa seperti pada gambar 11 Gambar Pipa yang disimulasikan 37

6 d. Membelah gambar pipa sampel sehingga pada saat proses simulasi hanya setengah bagian pipa dengan tujuan mempermudah proses simulasi Gambar Tampilan Setengah Sampel Pipa Simulasi Ansys Workbench 14.5 Analisa yang dilakukan adalah simulasi thermal stress. Thermal stress, yaitu analisa dengan menggabungkan temperatur dan tekanan. Untuk melihat pengaruh strain hardening pada daerah plastis, dipilih model isotropik. Tube header air umpan yang dikaji terhadap pembebanan mekanis akibat tekanan Tube bertekanan 30 bar dan temperatur bervariasi pada dinding (95,5 C s/d. 110 C pada bagian dalam) dan drop (34 C s/d. 25 C pada bagian luar), mendekati dengan kondisi operasional. Langkah-langkah simulasi thermal stress memiliki urutan yaitu; (1) memilih software ansys workbench 14.5 pada desktop, (2) memilih sistem pada toolbox (Custom System), (3) klik ganda thermal stress, (4) klik kanan pada Steady State > Replace With > Transient Thermal, (5) menyelasaikan simulasi termal sesuai dengan urutan program seperti tampak pada gambar

7 Gambar Langkah-langkah Simulasi Thermal Stress Data Material (Engineering Data) Cara memasukkan data material adalah dengan klik ganda engineering data dan pilih add new material. Data material DIN (Tabel 3.11) untuk simulasi thermal stress adalah temperature-dependent material properties. Sifat material diperoleh dari literatur meliputi berat jenis, modulus, kekuatan, koefisien ekspansi termal, konduktivitas termal, dan panas spesifik. Setelah data dimasukkan,klik tanda centang pada kolom(parameterized) 39

8 Tabel Data Material DIN Model material elastis-plastis dipilih multilinier isotropic hardening. Pada temperatur 100 C, DIN memiliki sifat kekuatan seperti gambar 3.25 Gambar Kekuatan DIN pada temperatur tinggi Baja yang ulet (ductile) akan mulai mencapai batas elastis jika pemuluran (yield) melewati 0,005 mm. Besarnya tegangan mulur (σ y ) DIN pada temperatur 100 C adalah Pa. Nilai regangan ini diperhitungkan sebagai regangan plastis inisial untuk model pada simulasi ini. Kemudian tegangan dinaikkan sehingga tampak seperti tabel berikut: 40

9 Tabel Sifat Multilinear Isotropic Hardening Geometri dan Mesh Pipa header air umpan boiler yang telah digambar di software autocad 2007 di pindahkan ke software ansys workbench 14.5 untuk disimulasikan dengan langkah: 41

10 1. Klik File pada menu autocad 2007 pilih export. 2. Pilih lokasi penyimpanan, beri nama file gambar dan merubah format penyimpanan menjadi ACIS.sat pada setiap sampel. 3. Kembali ke software ansys workbench 14.5,geometri klik kanan pilih file kemudian klik Import External Geometry file kemudian pilih generate 4. Pilih > Model Mesh >Generate Gambar Geometri dan Mesh 5. Parameter mesh dapat di lihat pada gambar Gambar Parameter Mesh 42

11 3.4.6 Kondisi Batas dan Beban (Thermal) Terdapat dua kondisi batas dan beban untuk jenis simulasi ini, yaitu termal dan struktur. Untuk kondisi batas dan beban struktur diberikan setelah didapatkan hasil simulasi termal. Kondisi batas dan beban termal diselesaikan dengan langkah berikut: 1. Klik pada Initial Temperatur, isikan 100 C. 2. Klik pada Analysis Setting, masukkan time stpes seperti pada gambar Akhir simulasi hingga 30 detik. 3. Klik kanan Transient Thermal (A5) > Insert > Temperature >Tabular, isikan data temperatur pada kulit luar dan kulit dalam seperti pada gambar Gambar Analysis Setting 43

12 Temperature pada kulit luar Tabel Transient Thermal>Temperatur Temperature Kulit Dalam Tabel Transient Thermal>Temperatur Gambar Kondisi Batas Termal Solusi (Thermal) Untuk menentukan output temperatur dibuat dengan cara-cara berikut: 1. Klik kanan pilih Insert > Temperature. 2. Klik kanan pilih Insert > Thermal > Total Heat Flux Kondisi Batas dan Beban (Struktur) Untuk kondisi batas dan beban struktur dilakukan sebagai berikut: 44

13 1. Pada Static Structural, klik kanan Imported Load (Set Up 2)> Imported Body Temperatur 2. Klik pada Analysis Setting, masukkan Time Steps seperti tampak pada gambar Akhir simulasi hingga 5 detik 3. Klik kanan Static Structural (B5) > Insert > Frictionless Support, pilih empat sisi, lalu Apply, seperti tampak pada gambar Klik kanan Static Structural (B5) > Insert > Pressure, pilih bagian dalam silinder, pada Magnitude, isikan 3.e Pa Gambar Kondisi Batas Struktur 45

14 Solusi (Solution) Untuk menentukan output temperatur dibuat dengan cara-cara berikut: 1. Klik kanan Solution pilih Insert > Stress>Equivalent (von Mises) 2. Klik kanan Solution pilih Insert > Strain >Equivalen (von Mises) 3. Klik kanan Solution pilih Insert > Strain >Thermal 4. Klik kanan Solution pilih Insert > Strain > Equivalen Plastic 5. Klik kanan Solution pilih Insert > Deformation > Total Hasil (Result) Untuk melihat hasil simulasi, klik kanan Results > Solve. 46

15 3.5 Diagram alur penelitian Mulai Studi Pustaka Pengamatan Lapangan Pengumpulan Data Pembuatan Model di Auto CAD 2007 Simulasi Ansys Workbench 14,5 Trancient Thermal Penulisan Hasil dan Pembahasan Kesimpulan Selesai Gambar Alur penelitian 47

16 3.6 Jadwal Penelitian No Jenis Kegiatan Bulan Pemilihan lokasi penelitian 2 Pengukuran lapangan 3 Modeling 4 Simulasi 5 Analisa data 6 Penyusunanlaporan penelitian 7 Seminar 48