III. METODELOGI Terdapat banyak metode untuk melakukan analisis tegangan yang terjadi, salah satunya adalah menggunakan metode elemen hingga (Finite Elemen Methods, FEM). Metode elemen hingga adalah prosedur perhitungan yang digunakan untuk memecahkan masalah yang luas dalam bidang keteknikan seperti analisis tegangan, perpindahan panas, keelektomagnetan dan aliran fluida pada keadaan steady, transient, linear ataupun nonlinear. Seiring dengan kemajuan teknologi, FEA dikemas dalam bentuk software sehingga tidak perlu menggunakan perhitungan-perhitungan interpolasi yang panjang karena perhitungan tersebut dilakukan oleh software tersebut. A. Pemodelan Untuk menganalisis tabung LPG dengan menggunakan program ANSYS diperlukan pemodelan yang tepat. Pemodelan ini merupakan tahapan yang paling penting karena apabila terjadi kesalahan dalam menentukan asumsi-asumsi pada pemodelan yang dibuat maka akan mempengaruhi hasil analisis yang dilakukan. Pada analisis yang dilakukan ini menggunakkan pemodelan material shell63. Tabung yang digunakan dalam permodelan ini adalah tabung gas LPG Pertamina ukuran 3 kg, seperti yang ditunjukan pada Gambar 12.
28 Gambar 12. Tabung LPG 3 kg. Dengan spesifikasi sebagai berikut: 1. Temperatur -40 sampai dengan 60 o C 2. Volume 7.3 L 3. Tekanan pada saat pengoperasian (Operating Pressure) 2.1 Mpa 4. Hydrutest Pressure 3.2 Mpa 5. Berat gas LPG 3 kg 6. Diameter luar tabung 260 mm 7. Diameter pegangan tabung 182 mm 8. Diameter dudukan tabung 190 mm 9. Tinggi keseluruhan 300 mm 10. Berat tabung 5 kg
29 Pemodelan geometri dilakukan pada koordinat cartesius dan koordinat titik atau keypoint dengan ukuran dimensi seperti pada Gambar 13. Keypoint merupakan titik yang menggambarkan posisi pada suatu sistem koordinat. Dalam pemodelan juga menggunakan line atau garis yang merupakan gabungan dari keypoint, garis ini dapat berupa kurva atau garis lurus. Area merupakan daerah yang dibatasi line atau keypoint, pada pemodelan ini area dibuat dengan cara merotasi line batas dari tabung. Hal ini dikarenakan benda berbentuk bulat dan silindris. Gambar 13. Dimensi tabung 3 kg Untuk properti material model, material dipilih berdasarkan ASTM-A414 Untuk spesifikasi material tabung pada penelitian ini yaitu baja struktural, dimana modulus elastisitas, E sebesar 200 GPa, kekuatan luluh (yield strength), σy sebesar 295 MPa, kekuatan tarik puncak (ultimate tensile strength) sebesar 487 MPa, dan rasio Poisson 0,30. Sedangkan pemodelan geometri digambarkan seperti keadaan aslinya sesuai Gambar 14.
30 Gambar 14. Pemodelan tabung 3 kg pada ANSYS B. Pembagian Elemen (Meshing) Elemen pada model dibagi dalam dua bidang, yakni longitudinal dan circumferential. Elemen yang dibuat berupa elemen persegi dan dengan tipe elemen shell63, yang mana didefinisikan dengan 4 node ( I, J, K, dan L), 4 ketebalan pada arah node, kekakuan elastik, dan bersifat orthotropik. Arah material orthotropik bergantung pada arah kordinat elemen. Skema elemen ini diperlihatkan oleh Gambar 15. Gambar 15. Geometri shell63
31 Ketebalan diasumsikan merata, maka hanya input ketebalan node K yang dimasukkan, sedangkan apabila ketebalan bervariasi, maka input ketebalan semua node dapat digunakan. Elemen ini juga memiliki 6 DOF (degree of freedom), yakni translasi pada arah sumbu x, y, z. dan rotasi terhadap sumbu x, y, z. Selain itu, elemen ini memiliki kemampuan bending dan membran, serta mampu menerima defleksi yang besar. Contoh gambar pemodelan yang telah dimeshing dapat dilihat pada Gambar 16. Gambar 16. Pemodelan tabung 3 kg yang dimesh pada ANSYS C. Penentuan Kondisi Batas Kondisi batas diberikan untuk semua node pada lingkaran footring sebagai displacement dalam arah sumbu Y seperti pada Gambar 17 dengan tekanan yang diterapkan pada permukaan dalam yaitu 2.1 MPa seperti pada Gambar 18.
32 Gambar 17. Kondisi batas pada tabung. Gambar 18. Tekanan pada tabung.
33 D. Analisa Elemen Hingga Setelah melakukan penentuan kondisi batas, maka selanjutnya dapat dilakukan penyelesaian secara komputasi untuk mendapatkan informasi yang dibutuhkan dengan basis analisa elemen hingga (Finite Element Method). E. Pengambilan dan Pengolahan Data Data yang telah didapat dari perhitungan komputasi dapat diolah dan ditampilkan baik dalam bentuk tabel, perubahan kontur model, grafik, dan nilai eksak lainnya. Dengan adanya data-data tersebut, maka dapat diketahui kondisi tegangan pada model tabung gas.
34 F. Diagram alir proses analis Diagram alir proses analisis diperlihatkan pada Gambar 19 sebagai berikut: mulai Pengumpulan Data Konstruksi tabung LPG pembuatan model dan pembagian elemen model penentuan kondisi batas solution is done Tidak Ya Analisis hasil Kesimpulan Selesai Gambar 19. Diagram alir proses