DESAIN TANGKI DAN TINJAUAN KEKUATANNYA PADA DESAIN TANGKI DAN TINJAUAN KEKUATANNYA PADA KAPAL PENGANGKUT KAPAL PENGANGKUT COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) TUGAS AKHIR Oleh TOMI SANTOSO Pembimbing Pembimbing Ir. SOEWEIFY M. Eng. JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009
70
Embed
DESAIN TANGKI DAN TINJAUAN KEKUATANNYA PADA …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-9748-Presentation.pdf · Perhitungan Dimensi PV ... Horizontal Cylindrical Pressure Vessel
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
DESAIN TANGKI DAN TINJAUAN KEKUATANNYA PADA DESAIN TANGKI DAN TINJAUAN KEKUATANNYA PADA KAPAL PENGANGKUT KAPAL PENGANGKUT
COMPRESSED NATURAL GAS (CNG)COMPRESSED NATURAL GAS (CNG)COMPRESSED NATURAL GAS (CNG)COMPRESSED NATURAL GAS (CNG)
TUGAS AKHIROleh
TOMI SANTOSOPembimbingPembimbing
Ir. SOEWEIFY M. Eng.
JURUSAN TEKNIK PERKAPALANFAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA
2009
Tugas Akhir
ISI…g
BAB I PENDAHULUANBAB II TINJAUAN PUSTAKABAB II TINJAUAN PUSTAKABAB III METODOLOGIBAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASANBAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASANKESIMPULAN DAN SARAN
Pendahuluan
Tugas Akhir
Latar Belakangg
Bahan Bakar Gas (BBG) sebagai alternatif penggantiBahan Bakar Minyak (BBM)y ( )Perluasan distribusi BBG (dengan kapal)CNG lebih ekonomis dari pada bahan bakar lainCNG lebih ekonomis dari pada bahan bakar lain
PendahuluanBack to ISI
Tugas Akhir
Perumusan Masalah
g
Bagaimana menentukan ukuran utama tangki (pressure vessel) CNG)Berapa kekuatan tangki dan tingkat keamanan tangki(pressure vesse) CNG.(pressure vesse) CNG.
PhendauluanBack to ISI
Tugas Akhir
Batasan Masalah (Ruang Lingkup)
g
Muatan kapal 2000 ton gas.Pembagian blok di kapal sebanyak 10 blok.Pembagian blok di kapal sebanyak 10 blok.Tangki (pressure vessel) berbentuk tabung (silinder) denganpanjang maksimum 12 m tanpa penegarpanjang maksimum 12 m tanpa penegar.Pressure vessel tipe 1Tekanan dan temperatur operasional adalah 130 bar dan -29oC. Material A516 Grade 70.
PhendauluanBack to ISI
Tugas Akhir
Batasan Masalah (Ruang Lingkup)
g
Perhitungan dan analisa hanya pada tangki (pressure vessel) dan tidak menganalisa kapal secara keseluruhan.g pPerhitungan dan analisa hanya pada bagian shell dan head pressure vessel.pressure vessel.Software yang digunakan adalah ANSYS 9.
PhendauluanBack to ISI
Tugas Akhir
Tujuang
Mengetahui ukuran tangki yang idealMengetahui kekuatan dan tingkat keamanan pressure vesselMengetahui kekuatan dan tingkat keamanan pressure vessel
PendahuluanBack to ISI
Tugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir
Metodologiggg
MulaiStudi Literatur
Identifikasi Masalah
Analisa Data dan Pembahasan
Perhitungan Dimensi PVPerhitungan Dimensi PV
Perhitungan Kekuatan PV
MANUAL KOMPUTER (ANSYS 9)
Evaluasi dan Validasi Data
KesimpulanKesimpulan
SELESAI
PendahuluanPendahuluanBack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alamg
PengertianGas alam merupakan kelompok minyak bumi yang terjadiGas alam merupakan kelompok minyak bumi yang terjadi(terbentuk) secara alami, campuran kompleks hidrokarbon denganjumlah senyawa anorganik yang sedikit. Para ahli geologi dan ahlikimia men atakan bah a gas alam terbent k dari sisa sisakimia menyatakan bahwa gas alam terbentuk dari sisa – sisatumbuhan dan binatang yang berkumpul dengan sedimen bebatuandi dasar laut atau danau selama ribuan atau jutaan tahun.j
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Komponen
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Persamaan Gas Ideal
nRTPV =dimana :P = tekananV = volumeN = jumlah molR = konstanta gas idealT = temperatur
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Berat Jenis Gas Alam (δ )nmδV
=δ
⎞⎛⎞⎛ P⎟⎠⎞
⎜⎝⎛∗⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
TP
Rmδ
( )( ) 12
22 δδ ∗= T
P
( ) 11
12 δδT
P
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Berat Jenis Komponen Gas Alam (δ ) pada NTP1) dan STP2)
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Berat Jenis Komponen Gas Alam (δ ) pada NTP1) dan STP2)
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Berat Jenis Komponen Gas Alam (δ ) pada NTP1) dan STP2)
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Gas Alam Lanjutan…g
Jenis – Jenis Gas AlamGas Alam Jaringan PipaGas Alam Jaringan PipaLiquified Natural Gas (LNG)Liquified Petroleum Gas (LPG)Liquified Petroleum Gas (LPG)Compressed Natural Gas (CNG)
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNGg
Pegertian CNGCNG merupakan gas alam (natural gas) yang dipadatkanCNG merupakan gas alam (natural gas) yang dipadatkan(dimampatkan) dengan tekanan 100 s/d 250 bar.
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Karakteristik CNGKomposisi Kimia Sifat FisisKomposisi Kimia Sifat Fisis
• Tidak Beracun• Lebih Ringan darieb g d
pada udara• Tidak Berwana• Tidak Berbau
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Tangki CNGTipe 1; FULL LOGAMTipe 1; FULL LOGAMTipe 2; LOGAM – KOMPOSIT – LOGAMTipe 3; LOGAM – KOMPOSIT p ;Tipe 4; PLASTIK KEDAP GAS - KOMPOSIT
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Pengangkutan CNG dengan Kapal (CNG by Ship)EnerSea Transport LLC – USAEnerSea Transport LLC USA
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Pengangkutan CNG dengan Kapal (CNG by Ship)Knutsen OAS Shipping – NorwayKnutsen OAS Shipping Norway
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Pengangkutan CNG dengan Kapal (CNG by Ship)SEA NG Management Corporation – CanadaSEA NG Management Corporation Canada
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Pengangkutan CNG dengan Kapal (CNG by Ship)Trans CNG International – CanadaTrans CNG International Canada
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Pengangkutan CNG dengan Kapal (CNG by Ship)CETech Marine – NorwayCETech Marine Norway
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Pengangkutan CNG dengan Kapal (CNG by Ship)Trans Ocean Gas – CanadaTrans Ocean Gas Canada
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Keuntungan Penggunaan CNGPengurangan Emisi CNG dibandingkan SolarPengurangan Emisi
Keuntungan CNG CNG dibandingkan BBG yang Lain (LNG)CNG dibandingkan BBG yang Lain (LNG)
CNG, tanpa liquefaction terminal dan regassiffication terminal
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
CNG Lanjutan…g
Keuntungan CNG CNG dibandingkan BBG yang Lain (LNG)CNG dibandingkan BBG yang Lain (LNG)
LNG, dengan liquefaction terminal dan regassiffication terminal
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Baja Karbong
Baja Karbon Rendah (≤ 0.25% unsur C)
Baja Karbon Sedang (0.25% s/d 0.55% unsur C)Baja Karbon Tinggi (≥ 0.55% unsur C)
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vesselg
Pengertian Pressure VesselPressure vessel merupakan tangki yang digunakan untukPressure vessel merupakan tangki yang digunakan untukpenyimpanan fluida. Biasanya fluida yang disimpan dalam pressure vessel merupakan fluida yang memiliki karakteristik maupunperlak an kh s sperlakuan khususJenis – Jenis Pressure Vessel 1 C li d i l P V l1. Cylindrical Pressure Vessel
a. Vertical Cylindrical Pressure Vesselb. Horizontal Cylindrical Pressure Vessely
Tegangan pada Pressure VesselTegangan pada ShellTegangan pada Shell
Pressure Vessel Berdinding Tipis ( )10>t
Ri
PrTegangan Longitudinal σ long = Tegangan Circumferential σ hoop = Tegangan Radial σ rad ≈ 0
t2Pr
tPr
TINJAUAN PUSTAKA
g g rad
Back to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vessel Lanjutan…g
Tegangan pada Pressure VesselTegangan pada ShellTegangan pada Shell
Pressure Vessel Berdinding Tebal ( )σ long =
10≤t
Ri
1)2^( −aP
σ hoop =
)(
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
− 2^2^1
1)2^( rRo
aP
⎞⎛ 2^RoPσ rad = ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
− 2^21
1)2^( rRo
aP
Tegangan Longitudinal, σ long Tegangan Circumferential, σ hoopTegangan Radial, σ rad
TINJAUAN PUSTAKA
g g , rad
Back to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vessel Lanjutan…g
Tegangan pada Pressure VesselTegangan pada HeadTegangan pada Head
Pressure Vessel Berdinding Tebal ( )σ t =
10≤t
Ri
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
− 3^3^5.01
1)3^( rRo
aP
σ m = ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
− 3^3^5.01
1)3^( rRo
aP
⎞⎛ 3^RoP
⎠⎝)(
σ r = ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
− 3^31
1)3^( rRo
aP
Tegangan Tangensial, σ tTegangan Meridian, σ mTegangan Radial, σ r
TINJAUAN PUSTAKA
g g , r
Back to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vessel Lanjutan…g
Teori Kegagalan ElastikTeori Tegangan Normal MaksimumTeori Tegangan Normal Maksimum
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vessel Lanjutan…g
Teori Kegagalan ElastikTeori Tegangan Geser MaksimumTeori Tegangan Geser Maksimum
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vessel Lanjutan…g
Teori Kegagalan ElastikTeori Kegagalan Energi Distorsi MaksimumTeori Kegagalan Energi Distorsi Maksimum
TINJAUAN PUSTAKABack to ISI
Tugas Akhir
Pressure VesselDesign g
Gambaran Model Kapal Pengangkut CNG dan Pressure Vessel
METODOLOGIBack to ISI
Tugas Akhir
Pressure VesselDesign Lanjutan…g
Diagram Alir Pressure Vessel DesignINPUT
Calculate CNG Density (δ)
Calculate CNG Volume (V)
Calculate F1
Determine PV Internal Diameter (Di)
Calculate F1
Calculate PV Length (L)
Calculate PV Outer Diameter (Do)
Calculate PV Thickness (t)
METODOLOGI
Calculate PV Outer Diameter (Do)
Back to ISI
Tugas Akhir
Perhitungan Kekuatan PVg
Hand CalculationOuter Radius (Ro)Design Pressure (P) Internal Radius (Ri) Radius in Thickness (R)( )
Calculate Principal Stress
g ( ) ( ) ( )
Calculate Von Mises Stress
Calculate and Analysis Safety Factor (N)
Yield Strength (Sy)N < 3
Material Accepted
N ≥ 3
METODOLOGI
p
Back to ISI
Tugas Akhir
Perhitungan Kekuatan PVg
ANSYS Calculation
Input
ModellingModelling
Define ModelM i l A d
Meshing
S f t F t (N)
Material Accepted
N ≥ 3N < 3
Loading
Running Complete.? Display Solution
Safety Factor (N)
Yield Strength (Sy)Yes
No
METODOLOGIBack to ISI
Tugas Akhir
Pressure Vessel Designg
Perhitungan Berat Jenis CNG dan Volume CNGKomponen Komposisi [ % ] δ [kg/m3] Massa [ kg ] Volume [ m3 ]Komponen Komposisi [ % ] δ [kg/m3] Massa [ kg ] Volume [ m3 ]
Validasi Hand Calculation dengan ANSYS CalculationTegangan Ekivalen Von Mises pada Cylindrical Shellg g p y
16000
Variasi Tegangan Von Mises
14000
15000
n M
ises
[psi
]
11000
12000
13000
eg
an
gan
Vo
n
Hand Calculation
ANSYS Calculation
10000
11000
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
Te
Variasi
Max Min
ANALISA DATA DAN PEMBAHASANBack to ISI
Tugas Akhir
Perhitungan Kekuatan PV Lanjutan…g
Validasi Hand Calculation dengan ANSYS CalculationTegangan Ekivalen Von Mises pada Hemispherical Headg g p p
11000
Variasi Tegangan Von Mises
9000
10000
Vo
n M
ises
6000
7000
8000
Teg
an
gan
V
Hand Calculation
ANSYS Calculation
5000
6000
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
Variasi
Max Min
ANALISA DATA DAN PEMBAHASANBack to ISI
Tugas Akhir
Perhitungan Kekuatan PV Lanjutan…g
Analisa KegagalanHand Calculation• Untuk Shell
SyN =eσ
314.3915531
51488==N
• Untuk Head 9.15531
eSyNσ
=eσ
395.5489542
51488==N
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
48.9542
Back to ISI
Tugas Akhir
Perhitungan Kekuatan PV Lanjutan…g
Analisa KegagalanANSYS Calculation• Untuk Shell
SyN =eσ
422.31504351488
==N• Untuk Head 15043
eSyNσ
=eσ
225.559852
51488==N
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
5.9852
Back to ISI
Tugas Akhir
Kesimpulang
Untuk pengangkutan 2000 ton gas diperlukan 5420 tangki (pressure vessel) dengan panjang 12m (472.4in), diameter dalam 23.56 in, tebalk li ki ( h ll) i d di l ikulit tangki (shell) 1.66 in dan diameter luar 26.88 in.Berat tiap tangki adalah 8.41 ton dan berat total 45582.2 tonM t i l b j k b A516 G d 70 d i ld t th 355 MMaterial baja karbon A516 Grade 70 dengan yield strength 355 Mpa(51488 psi) yang digunakan pada tekanan operasional 130 bar (1885.5 psi) dan temperatur -29oC telah memenuhi syarat ditinjau dari faktorp ) p y jkeamanan.
KESIMPULAN DAN SARANBack to ISI
Tugas Akhir
Sarang
Dengan penggunaan material yang memiliki allowable sress yang lebih tinggi akan didapatkan ukuran tangki yang lebih tipis dan lebihgg p g y g pringan.Perhitungan kekuatan akibat pengaruh sambungan tidak dilakukan, hal ini dapat dijadikan sebagai bahan penelitian selanjutnya.Penguasaan konsep dasar baik untuk perhitungan manual maupunsecara komputasi akan memberikan hasil yang lebih baik.Perancangan kapal pengangkut CNG dapat berdasarkan hasil desaint ki ( l) t l h dit ktangki (pressure vessel) yang telah ditemukan.