desain bejana pendek (reaktor)

7/23/2019 Desain Bejana Pendek (Reaktor)

http://slidepdf.com/reader/full/desain-bejana-pendek-reaktor 1/132

Abubakar Tuhuloula, ST., MT



CONTENTS CONTENTS

DesainDesain BejanaBejana Pendek Pendek



Reference :1. Bhattacharyya, B.C., 1976,”Introduction to Chemical Equipment Design. Mechanical

Aspect” , Madras – New Delhi.

2. Brownell, L.E., and Young, E.H., 1959, “Process Equipment Design” , 1st ed., Willey Eastern

Limited, New Delhi.

3. Hesse and Rushton., 1945, “Equipemnet Process Design” Princeton, New Jersey.

4. Koolen, K.L.A., 2002, “Design of Simple and Robust Process Plants” , Wiley-VCH Verlag

GmbH & Co. KGaA.

5. Ulrich, G.D., 1984, “A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics” ,

o n ey an ons, ew or .

6. Vilbrant, F.C., and Dryden, C.E., 1959, “Chemical Engineering Plant Design” , 4th. ed. ,

International Studernt edition, Tokyo.

Support Reference :

Coulson & Richardson, “Chemical Engineering” Vol. 6' “ ” , ,

Volume 1, 2 and 3

Stanley M. Wallas, 1990, “Chemical Process Equipment; Selection and Design” , Butterworth-

.



Ada Ada bebera abebera a macammacam be anabe ana anan didasarkandidasarkan adaada tekanantekanan

tebaltebal,, peletakanpeletakan dandan tinggitinggi bejanabejana..

,,

a.a. bejanabejana bertekananbertekanan dalamdalam (internal pressure)(internal pressure)

.. e anae ana er e ananer e anan uar uar ex erna pressureex erna pressure .. BerdasarkanBerdasarkan tebalnyatebalnya,, bejanabejana bertekananbertekanan terdiriterdiri daridari ::

a.a. bejanabejana berdindingberdinding tipistipis

..



BerdasarkanBerdasarkan peletakannyapeletakannya,, bejanabejana terdiriterdiri daridari ::

a.a. bejanabejana horizontal horizontal

b.b. be anabe ana vertical vertical

BerdasarkanBerdasarkan tingginyatingginya bejanabejana,, dibagidibagi menjadimenjadi ::

..b.b. bejanabejana tinggitinggi



e anae ana er e ananer e anan asanyaasanya uaua ar ar a aa a se nggase ngga un uun umendesainnyamendesainnya perluperlu dipahamidipahami mengenaimengenai stressstress yangyang timbultimbul

a aa a e anane anan..

a.a. axial stressaxial stress ;; searahsearah dengandengan sumbusumbu vertikalvertikal bejanabejanadimanadimana stressstress iniini ditimbulkanditimbulkan oleholeh tekanantekanan operasioperasi dandan

beratberat bejanabejana besertabeserta isinyaisinya..

Fig. Longitudinal forces acting on thin cylinder under internal pressure



2

p d

P π

= P = force tending to repture vessel longitudinally

=

=

Sehin a

2

,

4

f stress induced stress psi

a t d t π

= = = = =

4

pd t =



.. atauatau kelilingkeliling bejanabejana,, dimanadimana stressstress iniini ditimbulkanditimbulkan oleholeh

....

P= A

Fig. Circumferential forces acting

on thin cylinder under internal

pressure



P pdl= P = force tending to repture vessel circumferentially

=

=

,2 2

p p f stress psia tl t

π = = = =

pd =2 f



xamp examp e .. -- n,n, s an ar s an ar con enser u e scon enser u e ssubjected to an axialsubjected to an axial load of 500 lbs. in tension, due toload of 500 lbs. in tension, due to

erence n coe c en o expans on e ween s e anerence n coe c en o expans on e ween s e an

tubes. Calculate the unit stress in the tube.tubes. Calculate the unit stress in the tube.



BejanaBejana Pendek Pendek ( (Reaktor Reaktor) )



BeberapaBeberapa kodekode yangyang biasabiasa digunakandigunakan dalamdalam desaindesain bejanabejana,,

a.a. BSBS 15001500 andand 515515 :: dikeluarkandikeluarkan oleholeh InggrisInggrisb.b. ISIS 28252825 – – 19691969 :: dikeluarkandikeluarkan oleholeh IndiaIndia

c.c. ASME ASME sectionsection VIIIVIII :: dikeluarkandikeluarkan oleholeh Amerika Amerika

d.d. API API :: dikeluarkandikeluarkan oleholeh Amerika Amerika



PemakaianPemakaian kodekode ugauga beragamberagam,, antaraantara lainlain ::a.a. ASME ASME CodeCode WeldinWeldin QualificationQualification untukuntuk Boiler Boiler

b.b. ASA ASA Code,Code, untukuntuk pipapipa bertekananbertekanan

.. ,,

PemakaianPemakaian kodekode dapatdapat dilihatdilihat padapada ::a.a. DimensiDimensi FlangeFlange and and Dishead Dishead head head –– ASME ASME CodeCode

Starndar Starndar Straight Straight FlangeFlange – – ASME ASME CodeCode

– –

SpesifikasiSpesifikasi Low Low Alloy Alloy Steel Steel – – API API Standar Standar

mensmens angang – – an ar an ar



FIXEDFIXED BED REACTORBED REACTOR

BagianBagian solidssolids dalam reaksidalam reaksi unsteady stateunsteady state atauatau semisemi--batch modebatch mode

Diatas bebera a waktu,Diatas bebera a waktu, solidssolids mana un di antikan atau di erbaharuimana un di antikan atau di erbaharui

C A,out

Regeneration

Breakthrough

1 2

curve

/ C A , i n

C A , o u t

C A,in



IsothermalIsothermal Reaction : Plug Flow Reactor Reaction : Plug Flow Reactor

FluidaFluida plug flow plug flow – – tidaktidak adaada radial gradientsradial gradients,, dandan tidaktidakadaada axial dispersionaxial dispersion

DensitasDensitas konstankonstan dengandengan posisinyaposisinya

z + dz C A,f + dC A,f

z C A,f

U0 (m/s) superficial velocity ( )2

2

0m A

s / mV U xs

gas&

=



Mass Balance

Input – Output – Reaksi = Akumulasi

( )[ ] ( )[ ] ( ) zC dzr dC C U C U f , A Av f , A f , A f , A ∂⋅∂⋅

∂

=⋅−−+− ε 00

Ba i den an ∂z dan men ambil batas seba ai ∂z 0

ε adalah void fraction dalam bed



Untuk hanya orde reaksi satu, hanya fluida :Void fraction

( ) f , A

' '

v A

r

Av C k dt V sreactor m

mor ε −==⎥⎦⎢⎣ ⋅

13

Volume reactor Untuk steady state:

0→∂t

,

Oleh karena itu

( ) 010 =−+ f , A

' '

v

f , AC k

dC U ε

z



Integrasi dengan C A,f = C A,f,in at z = 0

Catatan 1: Persamaan sama perihal catalytic reactor dengan reaksi orde 1

2: Dapat digunakan dalam pseudo-homogeneous reaction



InputInput – – OutputOutput – – Reaksi = AkumulasiReaksi = Akumulasi

a as ena ana as ena an z z : npu = , ou pu =: npu = , ou pu =

( ) ( ) z zr ssv Δε Δ ⋅−=⋅− 1

Fraksi volume solid =

m3 of solid3

mol

m3 of solid · s



=∂− C s∂t

sv

( ) ( )−⋅=− r ar svavΘ

01

=−

+∂

∂

ε a

r

t

C Avs



emeca anemeca an ersamaanersamaan nn

= 0 (In steady state tidak benar, akumulasi A kita abaikan dalam gas)



--

UntukUntuk massmass continuity continuity menyeimbangkanmenyeimbangkan padapada fluidafluida dandan solidsolid

UntukUntuk energy energy balancebalance,, kitakita bertindakbertindak dengandengan menyeimbangkanmenyeimbangkan padapada

setiapsetiap phasephase

Asumsi Asumsi::

– –

((no radial temperature gradients)no radial temperature gradients) q = 0q = 0

22 BiBi adalahadalah kecilkecil – – TT sera amsera am didi dalamdalam artikelartikel suatusuatu reaksireaksi

exothermicexothermic TTpp >> TTgg))

3)3) Plug flow of gasPlug flow of gas dandan digunakandigunakan TTref ref = 0= 0 untukuntuk menghitungmenghitung enthalpyenthalpy4)4) Asumsi Asumsi suatusuatu average density average density dapatdapat digunakandigunakan ((ρρgg == tetaptetap))



ModelinModelin

q =0

Tf + dTf

T

z + dz

z

Tf,0

U0 kg =⎤⎡ gsm

02⎦⎣



Pen aturanPen aturan PersamaanPersamaan

Pecahkan semua persamaan ini bersama-sama.

T T ∂∂

FluidaFluida

zt f ss p f p f f f

=−−∂

+∂

ερ ,0,

t C T T hA H r s

ps f ssr A sv ∂−=−−Δ− ε ρ 1,

,∂ f AC 0=+∂ r C Avs

Quasi Steady State

∂

Av

z

1−∂ ε at



DESAIN DIAMETER VESSELDESAIN DIAMETER VESSEL

a ama am esa nesa n ame erame er anan nggngg ag anag an s n er s n er asar anasar anpadapada jumlah jumlah volume liquid :volume liquid :

= .= .

Volume totalVolume total bejanabejana dapatdapat dihitungdihitung disesuaikandisesuaikan dengandengan prosesproses atauatau ungsungs e anae ana,, apa aapa a se agase aga :: penampungpenampung,, penga upenga u ,,

pengadukpengaduk dandan pemanaspemanas atauatau sebagaisebagai kontaktor kontaktor gasgas dandan liquid.liquid.

V V T T = V = V ss ++ V V rk rk (2)(2)

Gambar Gambar 1.1. PeruntukanPeruntukan BejanaBejana dandan PerkiraanPerkiraan Volume LiquidVolume Liquid didi dalamdalam BejanaBejana



o ume o ao ume o a e anae ana apaapa ugauga ungung ar ar um aum a vo umevo umebagianbagian tutuptutup bawahbawah, volume, volume silinder silinder dandan volumevolume tutuptutup atasatas ::

T T == ss ++ d d ++ k k

Gambar Gambar 2. Volume2. Volume BagianBagian BejanaBejana



o umeo ume u upu up awaawa ungung se agase aga uasuas a as aa as a nggngg ,,diamandiaman :: luasluas alas =alas = π π /4 d /4 d 2 2 ,, sehinggasehingga ::

2 1

4 3 2 0 5k

d V d x

t

π

α

⎛ ⎞⎛ ⎞=

⎜ ⎟⎜ ⎟

(4)(4)3

d V

π =

24 0,5tg α

volumevolume silinder silinder,, (5)(5)2

4s s

V d Lπ

=

dimanadimana RasioRasio D/LsD/Ls→→ LihatLihat didi tabeltabel 44 – – 25; 425; 4 – – 27 Ulrich27 Ulrich



VolumeVolume tutututu atasatas berbentukberbentuk standard dished head standard dished head da atda at

dihitungdihitung sebagaisebagai volumevolume temberengtembereng bola :bola :

(6)(6)

==

34

d V h r h= −⎜ ⎟⎝ ⎠

,,

radiusradius dandan hargaharga h = 0,169d h = 0,169d ,, makamaka ::

( ) ( )( )2

0,169 3 0,1694d V d d = −⎜ ⎟⎝ ⎠

30,0847d V d =

makamaka ::

(8)(8)3

2 30,0847d

V d L d π π

= + +,tg α



UntukUntuk volumevolume tutututu berbentukberbentuk toris herical toris herical dished head dished head adalahadalah ::

V = 0,000049di V = 0,000049di 33

== ,,

V =V = volumevolume torispherical torispherical dished head to straightdished head to straight

,,

head head jenis jenis iniini digunakandigunakan untukuntuk tekanantekanan bejanabejana : 15: 15 – – 200 Psig200 Psig

n un u vo umevo ume u upu up er en uer en u e p ca s e eae p ca s e ea a a aa a a ::

V = 0,000076di V = 0,000076di 33

dimanadimana :: ddii = diameter= diameter dalamdalam vessel, invessel, in

V = volumeV = volume elliptical dished head to straight flangeelliptical dished head to straight flange,,cuftcuft

TinggiTinggi bagianbagian silinder silinder padapada keadaankeadaan optimaloptimal dibuatdibuat sebesar sebesar

1,5 kali diameter1,5 kali diameter bejanabejana..



DESAIN TINGGI BEJANADESAIN TINGGI BEJANA



DESAIN TINGGI BEJANADESAIN TINGGI BEJANA

nggngg u upu up awaawa er en uer en u on son s

Gambar Gambar 3.3. TutupTutup BawahBawah berbentukberbentuk

990,5d d

h = =, ,tg tgα α

supervisial supervisial velocity,velocity, sedangkansedangkan tingginyatingginya disesuaikandisesuaikan dengandengan

..



Tin iTin i tutututu ba ianba ian atasatas berbetukberbetuk dishdish lihatlihat ambar ambar dihitundihitun

dengandengan persamaanpersamaan ::ha = rha = r – – BDBD 1010

daridari ΔΔ ABD, ABD, didapatdidapat ::

22 == 22 – – 22

= (r= (r – – icr icr))22 – – (0,5d(0,5d –– icr icr))22

= r = r – – cr + cr cr + cr – – ,, + . cr+ . cr – – cr cr

jika jika dianggapdianggap : r = d: r = d dandan icr icr = 0,06d (= 0,06d (tutuptutup dianggapdianggap berbentukberbentuk

Gambar Gambar 3.3. TutupTutup BawahBawah berbentukberbentuk DishDish

s an ar s an ar ee eaea ,, ma ama a ::

BDBD22 = d= d22 – – 2 x 0,06d + (0,06d)2 x 0,06d + (0,06d)22 + d x 0,06d+ d x 0,06d – – (0,05d)(0,05d)22

= 0,69d= 0,69d22 BD = 0,831 dBD = 0,831 d

dengandengan menggunakanmenggunakan pers. (10)pers. (10)

ha = dha = d – – 0,831 d0,831 d ha = 0,169 dha = 0,169 d (11)(11)



on oon o soasoa ::SebuahSebuah bejanabejana digunakandigunakan untukuntuk menampungmenampung liquidliquid dengandengan lajulaju

a r a r se esar se esar cucu enganengan wa uwa u nggangga ra ara a--ra a qura a qu

jam. jam. TutupTutup atasatas berbentuberbentu standard dished headstandard dished head dandan tutuptutup bawahbawah

..

bagianbagian silinder silinder sebesar sebesar 1,5 kali diameter1,5 kali diameter bejanabejana dandan volumevolume

,,

DESAINDESAIN INTERNAL PRESSURE VESSELINTERNAL PRESSURE VESSEL



DESAINDESAIN INTERNAL PRESSURE VESSELINTERNAL PRESSURE VESSEL

ayaaya yangyang m um u a ama am e anae ana a aa a a anyaa anya e anane anan apaapadihitungdihitung menggunakanmenggunakan persamaanpersamaan ::

= p x= p x

..

circumferentialcircumferential padapada bejanabejana

UntukUntuk gayagaya axial :,axial :, P = pi xP = pi x ππ/4 x d/4 x dii22 (13)(13)

n un u gayagaya c rcum eren a , = p x s xc rcum eren a , = p x s x ii



tersebuttersebut,, makamaka ::

==

padapada gayagaya axialaxial luasanluasan yangyang akanakan menahanmenahan stressstress adalahadalah π π dt dt ss ::

axial axial ss

apabilaapabila hargaharga gayagaya axialaxial sepertiseperti yangyang terlihatterlihat padapada gambar gambar 6,6,

esarnyaesarnya nya a annya a an enganengan pers. ,pers. , ma ama a pers.pers. men amen a ::

2/ 4 .i pi d pi d π

(17)(17). . 4i s sd t t π

= =

Gambar Gambar 6. Stress yang6. Stress yang didi

dandan circumferentialcircumferential



,,

akanakan menahanmenahan stressstress adalahadalah 2L2Lss.t .t ss,, sehinggasehingga ::

== c rcum eren ac rcum eren a ss.. ss

makamaka besarnyabesarnya streesstrees padapada gayagaya circumferential circumferential ::

(19)(19). . .

2. . 2

s i i

s s s

pi L d pi d f

L t t = =

stress circumferential stress circumferential dalamdalam bejanabejana adalahadalah yangyang terbesar terbesar,, makamaka

esa nesa n e ae a e anae ana asar anasar an pa apa a gayagaya c rcum eren ac rcum eren a ::

. pi d (20)(20)2s

f =



SepertiSeperti telahtelah diketahuidiketahui bejanabejana dibuatdibuat daridari bahanbahan steel plate,steel plate,

,, ,,

disambungdisambung yangyang dinamakandinamakan pengelasanpengelasan..

berubahnyaberubahnya struktur struktur dandan komposisikomposisi bahanbahan bejanabejana tersebuttersebut..

sekaligussekaligus menentukanmenentukan efisiensiefisiensi atauatau faktor faktor pengelasanpengelasan (E).(E).

Gambar Gambar 7.7. BeberapaBeberapa macammacam pengelasanpengelasan

Penggunaan sambungan pengelasan dapat



menyebabkan berkurangnya kekuatan

ada daerah disekitar sambun an.



Dari pers.(20)Dari pers.(20) dandan memperhatikanmemperhatikan hargaharga t/t/d < 0,1d < 0,1 untukuntuk bejanabejana

,, ,,

persamaanpersamaan tersebuttersebut,, dandan dengandengan memperhatikanmemperhatikan juga juga faktor faktor

en elasanen elasan dandan faktor faktor korosikorosi makamaka ers. 20ers. 20 men adimen adi ::

.i i p r

t C = +2 0,6

i

fE p−

.d

( )2 0, 4s

i

t fE p

= +−



Ada Ada duadua macammacam bentukbentuk tutuptutup ::

.. en uen u p r ngp r n g :: or sp er caor sp er ca ,, an ar an ar s e eas e ea , p ca ,, p ca ,

Hemispherical Hemispherical ..

.. en uen u corongcorong :: on ca anon ca an or con caor con ca



Gambar Gambar 8. Gaya8. Gaya dandan stressstress padapada tutuptutup

berbetukberbetuk dishdish

stress longitudinal (f stress longitudinal (f mm ) ),, perluperlu dikonversikandikonversikan keke araharah horisontalhorisontal

mau unmau un vertikalvertikal,, karenakarena a aa a adaada tutututu membentukmembentuk sudutsudutsebesar sebesar α α terhadapterhadap sumbusumbu bejanabejana ((lihatlihat gambar gambar 9).9).

stressstress searahsearah sumbusumbu horosontalhorosontal = f = f coscos 9090oo – – αα 2323

stressstress searahsearah sumbusumbu vertikalvertikal = f = f mm sin (90sin (90oo

– – αα)) (24)(24)



.i o p r

t =2 m f sin α

JikaJika,, sinsin α α == r r oo /r /r ,, makamaka ::

(28)(28)

. .

2 / 2

i o ih

m o m

p r p r

t f r r f = =

,, ,,makamaka untukuntuk beberapabeberapa jenis jenis tutuptutup dishdish dapatdapat diberikandiberikan persamaanpersamaan..



. .i i p r W

=( )2 0,1

h

i fE p−

13

4

r W

icr = +⎜ ⎟⎜ ⎟

( ( atauatau,, untukuntuk knuckle radiusknuckle radius lebihlebih besar besar daridari 6%),6%), makamaka ::

(29a)(29a)( ), .

0,1

ch

p r t C

fE p= +

−



. .i i p d V =

( )2 0,1h

i fE p−

dimanadimana :: V = 1/6 (2 + k V = 1/6 (2 + k 2 2 ) ) dandan k = a/bk = a/b (see to table 8.1 B & Y)(see to table 8.1 B & Y)

atauatau ::

. p d t C = +

2 0, 2 fE p−



.i i p d =

( )4 0,1h

fE p−

BagianBagian tutuptutup,, yaituyaitu crown radius (r), knuckle radiuscrown radius (r), knuckle radius atauatau torustorus

(inside corner radius,(inside corner radius, icr icr) ) dandan straight flange ( straight flange (SSf f ) ),, menurutmenurut

ASME Code ASME Code,, dapatdapat didi tetapkantetapkan berdasarkanberdasarkan tabeltabel 5.75.7 B & Y.B & Y.

Straight flangeStraight flange berbentuk berbentuk elliptical ( elliptical (tabel tabel 5.11 B & Y)5.11 B & Y)

Straight flangeStraight flange berbentuk berbentuk dishedhead dishedhead ( (tabel tabel 5.8 B & Y)5.8 B & Y)



oncaonca

Gambar Gambar 10.10. TutupTutup berbetukberbetuk conical conical

Conical Conical adalahadalah suatusuatu bentukbentuk tutuptutup yangyang hampir hampir samasama dengandenganbentukbentuk silinder silinder,, dimanadimana jari jari--jari jari silinder silinder berubahberubah secarasecara teratur teratur

((lihatlihat gambar gambar 10)10)



luruslurus merupakanmerupakan titiktitik yangyang ditinjauditinjau.. PadaPada tinjauantinjauan tersebuttersebut stressstress

..

Apabila Apabila daridari titiktitik A A tersebuttersebut ditarikditarik garisgaris tegaktegak luruslurus padapada sumbusumbu

,,

r = Lr = L coscos α α atauatau L = r /L = r / coscos α α (33)(33)

a aa a ea aanea aan α α == ma ama a = r = r ,, enganengan em anem an en uen u on son s

hampir hampir samasama dengandengan silinder silinder,, sehinggasehingga perhitunganperhitungan tebaltebal tutuptutup ,,

α α ,, yaituyaitu ::

(34)(34)( )2 0,6ct C

cos fE pα = +

−



,,

perluperlu dipasangdipasang cincincincin penguatpenguat dengandengan luasluas,,

(35)(35)2

1i p d tg A

α ⎛ ⎞ Δ⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎜ ⎟

T iT i C i lC i l



Tori Tori- -ConicalConical

DesainDesain tebaltebal padpad tutuptutup berbentukberbentuk tori tori--conical conical sepertiseperti padapadaambar ambar adaada duadua tebaltebal aituaitu thth--11 adaada ba ianba ian tori tori--s herical s herical

dandan thth--2 2 padapada bagianbagian tutuptutup berbentukberbentuk conical conical ..

Gambar Gambar 11.11. TutupTutup berbetukberbetuk tori tori--conical conical

,,de =de = di di – – 2( 2(Icr Icr – – b)b)

== – – – –

de

=

de

=

di di – – 2Icr

(1

2Icr

(1

– – coscos αα

) ) (36)(36)

HH ii ii LL d id i bb ili dili d ii dd b ib i tt



Har aHar a ariari-- ariari LL daridari sumbusumbu silinder silinder sam aisam ai adaada ba ianba ian torus :torus :

L = de / 2L = de / 2 coscos αα (37)(37)

DenganDengan memperhatikanmemperhatikan ASME ASME--Code,Code, makamaka desaindesain tebaltebal tori tori--

..

.i p L W

=

( )2 0,1

i

fE p−

−

dimanadimana :: dandan L = de/2L = de/2 coscos αα

de =de = di di – – 22 Icr Icr (1(1 – – coscos ½½ αα ) )

34

r W

icr = +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

3939i e p d

t C − = +, cos

i p α −



on oon o soasoa ::

SebuahSebuah bejanabejana berdiameter berdiameter dalamdalam 60 in.,60 in., tutuptutup bawahbawah bejanabejana

er en uer en u concaconca enganengan su usu u puncapunca oo.. a ana an e anae ana --

grade Ograde O.. Alat Alat iniini bekerjabekerja padapada 3535ooC, 1 atm.C, 1 atm. PengelasanPengelasan berupaberupa

..

tebaltebal silinder silinder,, tutuptutup atasatas dandan bawahbawah.!!!.!!!



Contoh Kasus

Persamaan reaksi utama (proses dimerisasi Etilen) :

X = 95,7 %



2 4( ) 2 4( ) 4 8( ) katalis

g g g

Reaksi UtamaC H C H C H + ⎯⎯⎯→

Kecepatan laju reaksi orde 1terhadap A (Etilen) , maka :

:

: . . .

AO AO

AO AO AO

Awal F F

Reaksi F X F X F X

−

− − +

1

a Ar kC − =

Sisa

− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −

: (1 ) (1 ) . AO AO AOF X F X F X − −

. AoF X

F = C A = C A0 (1 – X)

F A = F Ao (1 – X)

3 3

/

/

Ao Ao

o

F kmol h kmolC

v m h m= = =

Perhitungan volume fase gas (Plug flow) :



Perhitungan volume fase gas (Plug flow) :

: Reaksi

2 4( ) 2 4( ) 4 8( )

:

g g g

AO AO

C H C H C H

Awal F F

+ ⎯⎯⎯→

−

: . . . AO AO AO

Reaksi F X F X F X − − +

− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −

Sisa : (1 ) (1 ) . AO AO AOF X F X F X − −

2 4

2 4

(1 )

(1 )

AO A

AO A

FC H F X F

FC H F X F

= − =

= − =

4 8

-----------------------------------

AOFC H F X = +

A A

A

F y

F Total= E3-7.1 Fogler, 1992:92)

(2 ) AOF Total F X = −



−

( )2 2

AO

A AO

y F X X

−

= =− −

AO AO TOC y C =

o AO AO

o

C y RT

= E2-3.1 Fogler, 1992:41)

1 .o o A A

P P X C y −= =−o o

Untuk Plug flow digunakan persamaan



Untuk Plug flow digunakan persamaan

X V dX

= X

V dX =

0 AO Ar −

0 AO A

X X

o RT dX dX ( ) ( )0 0

.. 1 / 21

2

oo

o

k P X X P X k

X RT

− −⎛ ⎞−⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠⎝ ⎠

( )( ) ( )( ) ( )0 0 0

2 1 1. . . 11. 1 . 1 . 1

X X X

o o o

o o o

X X R T R T R T dX dX dX k P X k P X k P X

⎡ ⎤⎛ ⎞− − += = = +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟− − −⎢ ⎥∫ ∫ ∫

. 1 X X

o R T

dX dX

⎡ ⎤⎛ ⎞

= +0 0. 1ok P X −⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

. R T n

.

AO

ok P

= − −⎣ ⎦



Sehingga Volume total fluida dalam reaktor gelembungadalah :

Volume total = Volume liquid + volume gas

Jika safety factor 20%, maka :

VD = Volume total x safety factor



Pemilihan jenis impeller tergantung pada jenis dan sifat fluida :

Turbin < µ < (rendah – sedang)

a e µ ngg v s os

dimensi Impeller :

a t = –

Zi/Da = 2,7 – 3,9 Zi = tinggi impeller dari dasar

l a = , – , l = ngg qu a am ang

P/Da = 0,25 P = panjang blade

L/Da = , L = lebar blade

J/Dt = 1/12 J = lebar baffle



Kecepatan Impeller



Kecepatan Impeller

.V N Dπ

= . liquid rata rata H Sg Jumlah agitator

D

−=

V = kece atan linear : u/ turbin : 200 – 250 m mu/ propeler : 300 – 500 mpm

arak antara a itator : 1 – 1 5D Joshi -389

Power pengaduk yang dibutuhkan tidak dapat diprediksi secara

teoritis teta i den an men unakan korelasi em iris antaraturbulensi pengadukan, power number and froude number

sehingga diperoleh korelasi :



. , –

log3 3 2. .

a Nre

b N D−

Φ . aPg g

= ⎢ ⎥⎣ ⎦

Reynold number 2. . a N D Nre

ρ =

ν = viskositas kinematis2

. a N D Nre =

=, , . . .vol.1 dengan menggunakan fungsi Nre didapat Φ.

a = ; =



Untuk baffle tank : ( )3 5. .

10.000P a

e

N N DP Nr

g

ρ = → ≤



( )3 5

. . 10.000T a

e

K N DP Nr ρ = → ≥



Rasio kebutuhan daya gas sparged liquid dalam stirred tank, P G /P.

er asar an ata emp r s untu s x- a a e ur ne, engan e ar

blade 1/5 d a, untuk diameter tangki sampai dengan 0,6 m, namun

besar di mana liquid depth-to-diameter ratio biasanya dalam region.

Log (P G /P ) = -192 (d/D)4.38(d 2 N/v )0.115(dN 2 /g )1.96(d/D)(Q/Nd 3)

Rasio P G /P untuk flat-blade turbine impller systems dapat diestimasi

den an ersamaan :P G /P = 0.10(Q/NV)-1/4(N 2 d 4 /gbV 2/3 )-1/5

, .



Konsumsi Daya untuk Gas Liquid Mixing



Energy loss melalui sparger ditentukan dari perhitungan

pressude drop untuk orifice,

2

2

g ospiakrkger

c d

uP

g cΔ = ⎜ ⎟

⎝ ⎠

ket, u o adalah kecepatan melalui orifice tunggal dan c d

adalah koefisien 0 9 untuk downstream ke u stream rasio

tekanan 0,4 atau kurang.

o ens a ea



o ens a ea ,

1 p L g L L

c c

P Z Z g g

ε ρ ερ ρ Δ = − + ≈⎣ ⎦

ket, ZL adalah ketinggian liquid tanpa gas.

Power total per unit volume dalam memompa gas (Pg)

( )( )

2 2

2 2

/g g g o g L L c g g o

s Lg

P Q u Q Z g g Q u gu

ρ ρ ρ ρ = + = +

ket, (u s )g adalah superficial gas velocity dan Qg adalah laju

c c c c

a r vo ume r gas.

onsums ower a am sparg ng gas



onsums ower a am sparg ng gas,

0.450.45

( )2 3

0.560.56 3

/0.08 ,a I

a g

hp ft minP NDP

Q

⎢ ⎥= ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥

ket P adalah ower as dan Pa adalah ower bukan as.



• Daya Motor

Kebocoran tenaga akibat poros dan bearing (Gland losses)

Gland losses = 10% Power in ut P

(transmision system losses). =



• Untuk operasi pengadukan moderate (propeller dan turbin)

untuk konsumsi power spesifik 0,2 – 0,5 kW/m3.

Waktu pencampuran untuk suatu Vessel batch, dapat

dihitung dengan,

1/ 51/ 2

3

12.0001,0P m

θ = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

ket, μ = viskositas, Pa.s ; P = power, watt; V = volume, m3.



Example : Calculate the power requirements, with and without aeration,-. , . ,

with a six-blade Rushton turbine that is 0.5 m in diameter d , with blades

0.25d long and 0.2d wide, operating at a rotational speed of 180 rpm. Airis supplied from the tank bottom at a rate of 0.6 m3 min-1. Operation is at

room temperature. Values of water viscosity μ = 0.001 kg m-1 s-1 and

wa er ens y ρ = g m- ; ence μ ρ = v = - m s- can e use .

Desain Poros Pengaduk



Poros yang terbuat dari commercial cold rolled steel.Shear stress an di izinkan f = 550 k /cm2.

Elastic limit intension = 2460 kg/cm2.

Modulus elastisitas (E) = 9,5 x 105 kg/cm2.

Moment Puntir yang terjadi pada poros:

.75.60

2. .C

hp

T N π = N = putaran pengadukh = da a en aduk

Tc = momen puntir

. , C

ModulusModulus polar polar daridari penampangpenampang melintangmelintang porosporos::



f f == shear shear stressstress1,5 C

P

T Z =

Diameter Diameter orosoros dd ::

s

3.

16P

d Z

π =

BendingBending MomentMoment::T

0,75m b a

b R= → =

RbRb == modulusmodulus bladeblade (radius(radius of of blade)blade)

l =l = tin itin i tan kitan ki totaltotal – – ZaZa l =l = an anan an orosoros



M = F M = F mm . L. L

220 5 M M T ⎡ ⎤= + +

untukuntuk pipapipa pijalpijal::

d = diameterd = diameter orosoros

3.d Z

π =



e f =

jika jika f f hitung hitung lebihlebih kecilkecil daridari f f datadata,, makamaka diameter diameter porosporos dapatdapat

,, ,,

DicobaDicoba diameter diameter porosporos (d)(d) == ……..cmcm

.

32 Z

π =

SyaratSyarat defleksidefleksi ::

DefleksiDefleksi anan ter aditer adi adaada orosoros::

33 .mF I WLδ = =

. . . .

. π



64 I =

KecepatanKecepatan kritiskritis:: ,

C

x N

δ =

SyaratSyarat untukuntuk turbinturbin,, NNaktualaktual = 50= 50 – – 65%N65%NCC

Seandain aSeandain a NN tidaktidak memenuhimemenuhi s arats arat untukuntuk turbinturbin

makamaka perluperlu dilakukandilakukan penurunanpenurunan defleksidefleksi ::

TrialTrial diameter diameter porosporos (d)=(d)= ……....cmcm

4.d I

π =

33 .F I L

60 4,987C

x N =

3. . 3. .

m

E I E I = =

Heateat Transferransfer Coefficientoefficient



Heateat Transfer Coefficient on the Agitated Sideransfer Coefficient on the Agitated Side

StudiStudi reaktor reaktor tangkitangki berpengadukberpengaduk,, dengandengan jacketted jacketted dandan ber ber--

bafflebaffle untukuntuk simultaneous gassimultaneous gas sparging sparging dandan Impeller rotationImpeller rotation

e eae ea - - rans er coe c enrans er coe c en a a aa a a er u unganer u ungan enganengan power inputs power inputs untukuntuk sistimsistim,,

).

a k g

g

P P

h hP

+

= ⎢ ⎥

KetKet,, hh dandan hh adalahadalah liquidliquid heatheat--transfer transfer coefficientcoefficient dengandengan

dandan tanpatanpa spargingsparging,, P P k k adalahadalah power power yangyang dibutuhkandibutuhkan untukuntuk

compresscompress gasgas secarasecara adiabatisadiabatis daridari tekanantekanan padapada toptop dandan

bottombottom..



UntukUntuk konfigurasikonfigurasi standar standar, (, (RaseRase, p, p--356)356)

0.33 0.240.653

0.73

p b I c NDhD μ μ ρ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞

= f f wμ μ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠

UntukUntuk konfigurasikonfigurasi nonstandar nonstandar,, substitusisubstitusi untukuntuk 0.73,0.73,1.15 Z1.15 Z /D /D 0.40.4 ZZ /D /D --0.560.56

ketket;; Z Z I I adalahadalah tinggitinggi impellerimpeller daridari dasar dasar Reaktor Reaktor..



esa nesa n ozz eozz e anan engua nyaengua nya



g yg y

a.a. u angu ang pemasu anpemasu an anan penge uaranpenge uaran a aua au nozz enozz e

untukuntuk desiandesian ukuranukuran nozzle yang optimalnozzle yang optimal adaada duadua caracara ::

1.1. secarasecara grafisgrafis

2.2. secarasecara analitisanalitis

b.b. Manhole andManhole and handholehandhole



ManholeManhole dandan handholehandhole adalahadalah nozzlenozzle yangyang diameternyadiameternya lebihlebihbesar besar dibandin kandibandin kan den anden an nozzelnozzel emasukanemasukan && en eluaranen eluaran..

ManholeManhole didi desaindesain diameter 20 indiameter 20 in atauatau 24 in24 in

..



PengelasanPengelasan bagianbagian dalamdalam ( (tw tw i i ) )

w w i i = ,= , minmin

PengelasanPengelasan bagianbagian luar luar (tw (tw oo ) )

tw tw oo = 0,5 ( = 0,5 (t t minmin ) )



tidaktidak dapatdapat dievaluasidievaluasi daridari luasluas penampangpenampang tebaltebal padapada bagianbagian ..

Ada aun Ada aun luasluas enam anenam an adalahadalah ::

A = A = ttrsrs xx ddnn

dimanadimana :: tt == tebaltebal teoritisteoritis shell inshell in

ddnn = diameter nozzle, in= diameter nozzle, in

11 ss – – rsrs nn



A A22 = 2 x [(= 2 x [(ttnn – – ttrnrn) (2,25t) (2,25tnn ++ ttpp)])]

i inrn

p d t C = +

−ketket :: ttnn == tebaltebal nozzle, in.;nozzle, in.; ttrnrn == tebaltebal teoritisteoritis nozzle, in.;nozzle, in.; tt == tebaltebal

, i

penguatpenguat nozzle, innozzle, in

A A33 = (tw= (twoo22 + tw+ twii

22))

== – – – –pp nn nn pp

11 22

A A11 + A+ A22 < A< A dimensidimensi penguatpenguat belumbelum memadaimemadai

esa nesa n angeange



Berba ai enis flan e an umum di unakan adalah :

1.1. WeldingWelding--neck (Fig. 7.1 a)neck (Fig. 7.1 a)

.. -- . .. .3.3. LapLap--joint (Fig. 7.1 c) joint (Fig. 7.1 c)

4.4. Blind (Fig. 7.1 d)Blind (Fig. 7.1 d)



DesainDesain flan eflan e melibatkanmelibatkan ::

a)a) Selection of the gasket (material, type, andSelection of the gasket (material, type, and

dimensionsdimensionsb)b) Flange facingFlange facing

cc BoltinBoltin

d)d) Hub proportionHub proportion

ee Flan eFlan e widhtwidht

f)f) Flange thicknessFlange thickness

P ilihP ilih G k tG k t



PemilihanPemilihan GasketGasket

diantaradiantara flange facesflange faces..

as oas o gas e s ressgas e s ress,, e ae a vessevesse awaawa e anane anan,, un uun utekanantekanan dalamdalam yangyang disebutdisebut “gasket factor” “gasket factor” ..

Gasket factor Gasket factor adalahadalah suatusuatu propertyproperty daridari gasket materialgasket material

and constructionand construction dandan tidaktidak tergantungtergantung daridari tekanantekanan internalinternaldiatasdiatas berbegaiberbegai tekanantekanan..

The plain face flangeThe plain face flange adalahadalah sangatsangat ekstremekstrem digunakandigunakan

untukuntuk temperatur temperatur diatasdiatas 250250ooCC dandan tekanantekanan diatasdiatas 1 MN/m1 MN/m22



Source : Bhattacharyya, p-104

DesainDesain GasketGasket

Material gasket (Fig 12 11 pMaterial gasket (Fig 12 11 p 228 Brownell)228 Brownell)



Material gasket (Fig.12.11, pMaterial gasket (Fig.12.11, p--228 Brownell)228 Brownell)

od y pm−

=

( )1id y p m− +

m =m = a or a or gas e g. .gas e g. .

y = minimum design seating stress (Fig.12.11)y = minimum design seating stress (Fig.12.11) p = n erna pressure, psp = n erna pressure, ps

ddoo = outside diameter gasket, in= outside diameter gasket, in

ddii = ns de d ameter gasket, n= ns de d ameter gasket, n

dd == IDID + 2t+ 2t

ddoo = (d= (doo//ddii) x) x ddii



ddoo = (d= (doo / /ddii) x) x ddii

lebar lebar asketasket minimum Wminimum W::

= ½ (d= ½ (doo – – ddii))

diameter asket ratadiameter asket rata--rata G:rata G:== ddii + W+ W

Basic Seatin width:Basic Seatin width:

bboo

= W/8= W/8

==oo oo

b = effective gasket seating widthb = effective gasket seating width

==oo

jika jika bobo > ¼ in,> ¼ in, makamaka,,ob

=2



Bolting DesignBolting Design . e an pa a o .

Ada dua beban baut : yang dikembangkan oleh pengetatan



Ada dua beban baut : yang dikembangkan oleh pengetatan , 2 , , 1.

Beban baut untuk kondisi pengetatan harus mengerahkan

kekuatan an cuku H

Wm2 = H y = π .b.G.y

2. Beban yang dibutuhkan untuk menahan

kebocoran. Gaya yang diperlukan untukpelihara gasket dari kebocoran

Hp = 2.b.π .G.m.p

3. The internal pressure produces an end

H = 0,7850 (G 2 ).p

..

WmWm11 = H + Hp= H + Hp



WmWm11 = H + Hp= H + Hp ..

JikaJika WmWm22 < Wm< Wm11,, makamaka yangyang mengontrolmengontrol WmWm11 ((untukuntuk

.. ,,minimum,minimum,

((f f bb == tabeltabel 1313..11 atauatau itemitem 44 Brownell)Brownell)

1

1b

Wm Am

f =

jika jika yangyang mengontrolmengontrol WmWm22 tanpatanpa internal internal pressure pressure

22

Wm Am =

a

..

(see to table 10 4 p(see to table 10 4 p –– 188 Brownell & Young)188 Brownell & Young)



(see to table 10.4, p(see to table 10.4, p 188, Brownell & Young)188, Brownell & Young)

== IDIDvesselvessel + 2(1,41 x g + R) g =+ 2(1,41 x g + R) g = tebaltebal shellshell

R = radial distanceR = radial distance



DesainDesain FlangeFlange

1.1. MenghitungMenghitung otsideotside diameter flangediameter flange

OD flan e A = C + 2E E = ed e distanceOD flan e A = C + 2E E = ed e distance



OD flan e A = C + 2E E = ed e distanceOD flan e A = C + 2E E = ed e distance

..AbAb actual =actual = JumlahJumlah bolt x Root areabolt x Root area

.

2. .

actual allowabel Ab f

lebar gasket minimum y Gπ =

lebar lebar gasketgasket iniini harusharus lebihlebih kecilkecil daridari lebar lebar gasketgasket yangyang dipilihdipilih..

DesainDesain Moment Moment

11.. UntukUntuk keadaankeadaan boltingbolting up,up, tanpatanpa tekanantekanan dalamdalam



11.. UntukUntuk keadaankeadaan boltingbolting up,up, tanpatanpa tekanantekanan dalamdalam1

2 2

actualm bm ba aW f f = = ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠For gasket seatingFor gasket seating

22.. JarakJarak radialradial daridari gasketgasket keke lingkaranlingkaran bautbaut

hhG G == (C (C – – G)/ G)/2 2

33.. FlangeFlange momentmoment

MaMa == W W x x hh

==

4. Hydrostatic and force4. Hydrostatic and force padapada daerahdaerah dalamdalam flangeflange

H H DD

== π π /4 (B /4 (B2 2 ).p ).p B = outside diameter B = outside diameter



5.5. JarakJarak radialradial daridari bolt circlebolt circle keke circlecircle padapada aksiaksi HHDD

hh = ½ C= ½ C – – BB

6. Moment6. Moment DiamerialDiamerial

M M DD

= H = H DD

x x hhDD

== – –

M M G G = H = H G G x x hhG G

77.. PerbedaanPerbedaan antaraantara Hydrostatic Hydrostatic end end ForceForce dandan Hydrostatic Hydrostatic and and

ForceForce adaada areaarea insideinside flan eflan e ::

H H T T == H H – – H H P P

==

M M T T = H = H T T ++ hhT T



jadi jadi momentmoment untukuntuk kondisikondisi operasioperasi ::

Mo = M Mo = M DD + M + M T T + M + M G G

jika jika dalamdalam prosesproses MaMa <<<< Mo,Mo, makamaka yangyang mengontrolmengontrol

prosesproses adalahadalah MoMo == MMmaxmax..

StressStress didi shall flangeshall flange didi tentukantentukan untukuntuk kondisikondisi operasioperasi dandan gasketgasket



gg pp gg,, ..

UntukUntuk perhitunganperhitungan,, faktor faktor berikutberikut diperkenalkandiperkenalkan dalamdalam operasioperasi

dengandengan flange inside diameter Bflange inside diameter B ::

C C

dandan total flange moment total flange moment

UntukUntuk asket seatinasket seatin total flan e moment Mototal flan e moment Mo adalahadalah

o

B= o

B=

berdasarkanberdasarkan flange design bolt load flange design bolt load , yang which is opposed only, yang which is opposed only

by the gasket load in which case,by the gasket load in which case,

( )o

C G M W

−=



A = outside diameter flange, in A = outside diameter flange, in

( )max

.t

f B=

,,Y = (Fig.12.22 Brownell, pY = (Fig.12.22 Brownell, p--238)238)

PerhitunganPerhitungan FlangeFlange padapada PerpipaanPerpipaan EE--

STEELSTEEL – – ASTM 181ASTM 181 (Brownell Fig.12.2, p(Brownell Fig.12.2, p – – 221).221).



Contoh : Design a pair of welding neck flanges yang akan

digunakan pada sebuah reaktor. Diameter dalam reaktor

41 in. dengan tekanan 150 Psi dan 500oF, tebal shellreaktor ½ in. dengan faktor korosi 1/8 in. Shell side

ange as men a se ua u uran 1 x 75 n. pa a

460 Psi dan 650o

F. Assume iron jacketed asbestos filted - - -

Bolts.

DesainDesain BebanBeban Reaktor Reaktor

UntukUntuk menyanggamenyangga beratberat Reaktor Reaktor,, umumnyaumumnya dipilihdipilih penyanggapenyangga



yangyang ditahanditahan ::

W W sheel sheel == ( ( π π / /44) ) ( (DD poros poros ) )2 2 ( (LL poros poros ) ).. ρ ρ poros poros

== – – 2 2 poros poros .. poros poros

dimanadimana,, LL == tinggitinggi reaktor reaktor totaltotal

BeratBerat tutuptutup atasatas dandan bawahbawah::

==BB f f DDBB == ODOD ++ OD/ OD/2424 ++ 2 2ssf f ++ 2 2/ /33 Icr Icr ++ t t (for (for gagesgages inin.. && over)over)

==

Icr Icr == InsideInside--corner corner Radius,Radius, inin ((TabelTabel 55..77 Brownell)Brownell)

== 2 2 . .. .

Berat Berat flange = 2( flange = 2( π π /4)[( /4)[(ODODflangeflange ) )2 2

( (IDIDflangeflange ) )2 2

]. ].t t flangeflange.. ρ ρ



W W bejanabejana == W W sheel sheel ++ W W dishdish ++ W W flangeflange

berat berat umpanumpan = …….= …….

makamaka::

W W designdesign = ( = (W W bejanabejana ++ W W umpanumpan ) x ) x faktor faktor keamanankeamanan

DesainDesain PenyanggaPenyangga ((Leg and Lug)Leg and Lug)

I-BEAM AMERICA STANDAR (Brownell, Item 2, p-355) ,



penyangga.

,, JumlahJumlah legleg berpengaruhberpengaruh padapada besar besar bebanbeban yangyang akanakan ditahanditahan

-- ..

Besar Besar bebanbeban oleholeh masingmasing--masingmasing leg leg ::

(42)(42)

4

.

w

bc

W P H LP

n d n

−= +

(42a)(42a)W

P = ∑P = beban kompresi maksimum

H = tin i reaktor diatas ondasi

atauatau

nL = jarak dari pondasi sampai ke dalam vessel

Dbc = diameter anchor bolt circle

ΣW = berat dari vessel beserta isi dan perlengkapannya

, ,

Pw = ½ CPw = ½ CDDρρVVww22AA (42b)(42b)tt tt



etet,, DD = rag coe c ent= rag coe c ent

ρρ == densitasdensitas udaraudara

VVww == kecepatankecepatan anginanginAA == proyeksikanproyeksikan daerahdaerah yang normalyang normal untukuntuk araharah

ang nang n

JikaJika wind velocity wind velocity diketahuidiketahui,, perkiraanperkiraan tekanantekanan anginangin dapatdapat ungung ar ar u unganu ungan er uer u yangyang se er ana anse er ana an,,

PPww = 0.05V= 0.05Vww22 (42c)(42c)

ketket, P, Pww == minimum wind pressureminimum wind pressure yang akan digunakan untukyang akan digunakan untukmoment calcultaionmoment calcultaion, N/m, N/m22..

VVww == maximum wind velocitymaximum wind velocity experinced experinced oleholeh daerahdaerah didi

bawahbawah kondisikondisi cuacacuaca yangyang terburukterburuk, km/h, km/h

..

PadaPada bejanabejana pendekpendek biasanyabiasanya jumlah jumlah legleg yangyang dipasangdipasang



,,

digunakandigunakan 33 buahbuah

..TinggiTinggi leg (l),leg (l), didi desaindesain berdasarkanberdasarkan padapada tinggitinggi bejanabejana,, yaituyaitu ::

tinggi tinggi totaltotal bejanabejana (h)(h)

tinggi tinggi ujung ujung tutuptutup bawahbawah keke permukaan permukaan tanahtanah (L),(L), biasanyabiasanyadiambil diambil sebesar sebesar 5 ft. (1.52 m)5 ft. (1.52 m)

makamaka tinggitinggi legleg adalahadalah ::

l = L + hl = L + h

l = 5 ft + 0 5 l = 5 ft + 0 5 hbhb + Ls ++ Ls + Sf Sf + ha+ ha 4343

DariDari AppApp..GG Brownell,Brownell, pp – – 355355,, untukuntuk jenis jenis I I BEAM BEAM padapada itemitem 22,,..



contohcontoh :: ukuranukuran 88 in,in, 88 xx 44

StressStress akibatakibat peletakanpeletakan beambeam padapada axisaxis 11 – – 11,, akanakan

fc fc axial axial

== fc fc – – fc fc exentric exentric

== – –

,,

menimbulkanmenimbulkan bebanbeban exentrikexentrik padapada beambeam::

== ==ax aax a

JikaJika kitakita mempertimbangkanmempertimbangkan sebuahsebuah kolomkolom yangyang panjangnyapanjangnyabesar besar dibandin kandibandin kan least crossleast cross- -sectional dimensionsectional dimension den anden an



nilainilai L/k >> 200 L/k >> 200 ,, kegagalankegagalan biasanyabiasanya terjaditerjadi oleholeh buckling buckling ,, dandan

besarnyabesarnya bebanbeban kritiskritis,,

P/A =P/A = f f c c == Π Π 2 2 E/(L/k)E/(L/k)2 2 Euler’s equation for long column

ketket, E, E = modulus= modulus elastisitaselastisitas, Psi, Psi

= 29 x 10= 29 x 1066 PsiPsi commercial steelscommercial steels

L/kL/k = slenderness ratio (Fig. 5= slenderness ratio (Fig. 5--3434 HesseHesse && RushtonRushton))

UntukUntuk memungkinkanmemungkinkan efekefek kolomkolom didi akhir akhir kondisikondisi Euler’sEuler’s

,,2

c

P C E f

π = = CC adalahadalah faktor faktor yangyang tergantungtergantung padapada kondisikondisi

L akhir akhir (see fig. 5(see fig. 5--31 H & R)31 H & R)

aa ras oras o < ,< , ma ama a ::

fcfc = P/A= P/Aaa ras oras o an araan ara anan umumnyaumumnya er aer a enganengan



aa ras oras o an araan ara anan ,, umumnyaumumnya er aer a enganengan

kombinasikombinasi antaraantara bucklingbuckling dandan direct compression,direct compression, dandan

,,

( )2

/ y

f L k P ⎡ ⎤−

24c

A CE π ⎢ ⎥⎣ ⎦

,, y y ..



ApabilaApabila luasluas permukaanpermukaan beambeam terhadapterhadap hasilhasil perhitunganperhitungan

lebihlebih kecilkecil daripadadaripada luasluas permukaanpermukaan beambeam daridari data,data, dandan

stressstress axialaxial hasilhasil perhitunganperhitungan lebihlebih kecilkecil daridari padapada stressstressyangyang diizinkandiizinkan (=(= 1500015000 Psi)Psi) makamaka BeamBeam dapatdapat dipakaidipakai



yangyang diizinkandiizinkan (=(= 1500015000 Psi),Psi), makamaka BeamBeam dapatdapat dipakaidipakai..

aa.. TrialTrial PemasanganPemasangan axisaxis 11 – – 11

Com ressionCom ression – – columncolumn rossross sectionsection axiallaxiall loadedloaded

JikaJika L/k L/k ≤ ≤ 120 120 ,, ((HesseHesse,, pp--142142)) ::

== – – 2 2 ,,

L/k L/k >> 120 120 digunakandigunakan persamaanpersamaan ::

2180001

c f L

=⎛ ⎞

18000 K ⎝ ⎠

fc fc axial axial == fc fc – – fc fc exentric exentric

fc fc exentric exentric == P.aP.a / (I/y) / (I/y)



a = 0,5b xa = 0,5b x JarakJarak vesselvessel dengandengan penyanggapenyangga

==

(I/y)(I/y) == PanjangPanjang penyanggapenyangga xx TinggiTinggi beam(r beam(r 11--11))

jika jika fc fc axial axial < 15000 psi < 15000 psi ,, makamaka trialtrial benar benar dandan dapatdapat dipakaidipakai..

Check :Check :

A = P / A = P / fc fc axial axial

ikaika AA hitunhitun < A data,< A data, makamaka I BEAM I BEAM da atda at di enuhidi enuhi..

PerhitunganPerhitungan LugLug

LUGLUG yangyang dipakaidipakai terdiriterdiri daridari gussetgusset dandan 22 buahbuah plateplate horisontalhorisontal

PenentuanPenentuan A,A,

AA == dd ++ 99



AA == ddboldbold sizesize ++ 99

ddboldbold sizesize dicaridicari dengandengan ::

WW == P/P/88

fsfs == AA ..DD,, BrownellBrownell4.W W = =.ab dbπ

( )2

.

. s

db f π = PenentuanPenentuan b’ & Lb’ & L

’ =’ = bold bold sizesize

L = a + ½ bL = a + ½ b

enen uanenen uan e ae a a ea e or sonaor sona hphp

UkuranUkuran ddboldbold sizesize dapatdapat dilihatdilihat padapada tabltabl 10.4 Brownell.10.4 Brownell. γγ11 daridaritabeltabel 10 610 6 didapatdidapat dengandengan caracara interpolasiinterpolasi



tabeltabel 10.610.6 didapatdidapat dengandengan caracara interpolasiinterpolasi..

e = nut/2e = nut/2

p’ = p’ = fsfs ++ Ab Ab

Poisson’s ratioPoisson’s ratio

steelssteels = 0,3 ( = 0,3 (HesseHesse, p, p – – 34)34)

== ,,

copper & alloy = 0,33copper & alloy = 0,33

( ) ( )1

2

1 ln 14 y

P l

M eμ γ π π

⎡ ⎤

= + + −⎢ ⎥⎣ ⎦



My = maximum bending moment along radial axis, inch-pound

x , -b = gusset spacing, inchi

e = radius, of action of concentrated load, inchi

- ,

a = radial distance from outside of skirt to bolt circle, inchi

l = radial distance from outside of skirt to outer edge of compression plate, inchi

aπ ⎡ ⎤

( ) ( )2

1 ln 1 14 4

x P Pl M e

μ μ γ π π π

= + + − − −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎢ ⎥

hp y allowable=



PenentuanPenentuan tebaltebal gussetgusset

hphp

DesainDesain Base PlateBase Plate

BaseBase plateplate dipakaidipakai untukuntuk menahanmenahan agar agar bebanbeban tidaktidak menembusmenembus

tanahtanah.. DalamDalam halhal iniini dipilihdipilih betonbeton sebagaisebagai pondasipondasi,, f f bpbp == 600 600 Psi Psi a ea e .. esseesse,, p p – – ..



PadaPada kakikaki--kakikaki penahanpenahan bagianbagian bawahbawah,, dipasangdipasang basebase plate plate yangyang

..persegipersegi panjangpanjang dngdng sisisisi sebagaisebagai berikutberikut ::

,, ,, – –

dd == panjangpanjang kakikaki penahanpenahan

Lebar Lebar basebase plate plate == 0 0,,80 80bb ++ 2 2nn (H (H && R,R, p p – – 163163) )

nn == jarak jarak tepitepi basebase plate plate dengandengan kakikaki penahanpenahan

p a ep a e erse aerse a enganengan e ae a :: ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, anan nn

P= u uran ase p a e



,,daridari allowableallowable bearing bearing stressesstresses betonbeton..

TebalTebal BaseBase PlatePlate ,, – –

t t == ( (0 0,,00015 00015 pm pm2 2 ) )½½

== ,, pn pntt == tebaltebal basebase plateplate minimumminimum yangyang didi izinkanizinkan,, inin

pp == e ane an ompresompres per per ug,ug,

m = (m = (ukuranukuran base platebase plate – – dimensidimensi I BEAM)I BEAM)

n = (n = (ukuranukuran base platebase plate –– dimensidimensi I BEAM)I BEAM)

PenentuanPenentuan DiameterDiameter BautBaut



PenentuanPenentuan DiameterDiameter BautBaut

,,

PP masingmasing--masingmasing bautbaut == P/nP/n

bolt

bolt

P A

f

=

bolt A=

/ 4π

. ,. ,

DesainDesain PondasiPondasi

ContohContoh :: diambildiambil ukuranukuran pondasipondasi;;

BidanBidan atasatas : 12 x 12 in: 12 x 12 in

BidangBidang bawahbawah : 17 x 17 in: 17 x 17 in



BidangBidang bawahbawah : 17 x 17 in: 17 x 17 in

ρρbetonbeton : 150 lb/: 150 lb/cuftcuft

luasluas permukaanpermukaan ratarata--rata = [(12 x 12) + (17 x 17)] / 2rata = [(12 x 12) + (17 x 17)] / 2= 216,5000 in= 216,5000 in ..

volumevolume pondasipondasi == TinggiTinggi xx luasluas permukaanpermukaan

= 12 x 216,5000= 12 x 216,5000= 2598 in= 2598 in33..

Save bearing power Save bearing power minimumminimum untukuntuk semen,semen, pasir pasir & gravel& gravel 22 – – -- ,, – –



Volume pondasi

pondasi betonTinggi pondasi

Base plateBase plate terbuatterbuat daridari steel (steel (ρρsteelsteel = 490 lb/= 490 lb/cuftcuft ),),

si e base late x x t

s ee ase p a e

base plateW

Tinggi pondasi=

WWtotaltotal == WWbasebase plateplate ++ WWpondasipondasi ++ WWbasebase plateplate

TekananTekanan adaada tanahtanah

== beratberat total /total / luasluas tanahtanah

jikajika lebihlebih kecilkecil daridari savesave bearingbearing powerpower makamaka tekanantekanan padapada



jika jika lebihlebih kecilkecil daridari savesave bearing bearing power, power, makamaka tekanantekanan padapada

..

ec ec em r nganem r ngan on ason as

DariDari perspers.. 1212..33 HesseHesse,, pp – – 334334;;UntukUntuk suatusuatu betonbeton yangyang mempunyaimempunyai kekuatankekuatan yangyang bisabisa didi

ijinkanijinkan adalahadalah 22502250 psi,psi, ungkapanungkapan menjadimenjadi ::

57ad P=

,,

a=69



Untuk 4250 psi, betonUntuk 4250 psi, beton

78d P=

d = tekanan yang dialamid = tekanan yang dialami bearing soil bearing soil , in, in

slope actual :slope actual :tan = (btan = (b – – a) / aa) / a



dimana :dimana :

b = luas pondasi bagian bawahb = luas pondasi bagian bawah

a = luas ondasi ba ian atasa = luas ondasi ba ian atas

,,

pemilihanpemilihan dengandengan pondasipondasi yangyang adaada dapatdapat diterimaditerima..



Thank You

desain bejana pendek (reaktor)

Documents