Total panjang bejana merupakan panjang keseluruhan dari wadah.
Gambar 3. 5 Panjang total desain wadah muatan
3-4 + 0,158
3.2.2 Penentuan Tebal Plat Tangki
Perhitungan tebal plat tangki dilakukan dengan memperhitungkan tegangan maksimal akibat tekanan yang dapat diterima oleh tangki tersebut. Tekanan kerja
yang diperhitungkan adalah tekanan hidrostatik dan tekanan internal atau tekanan uap dari fluida. Tegangan maksimal terjadi pada membran shell berbentuk silinder
pada wadah bejana yang digunakan. Tegangan membran akan diperhitungkan untuk menentukan tebal awal plat yang digunakan dalam desain awal. Untuk perhitungan
digunakan silinder biasa dengan tutup berupa bidang datar untuk mempermudah hitungan awal. Sedangkan untuk tutup bejana yang berbentuk elipsoidal 3:1 dapat
digunakan faktor pengali sesuai dengan standar keamanan yang ada. Untuk faktor pengali pada standar DOT Part 179
– Specifications for Tank Car adalah sebesar 1,83 kali tebal shell yang ada.
Gambar 3. 6 Arah tegangan meridional dan tegangan aksial
3-5
Untuk tegangan aksial besarnya sehingga :
3-6
Jika
3-7
Sehingga didapat tegangan aksial :
3-8
Untuk tegangan meridional besarnya sehingga :
3-9
Jika
3-10
Sehingga didapat tegangan meridional :
3-11
Rumus diatas digunakan untuk menghitung tegangan hanya berdasarkan tekanan internal, namun untuk kasus yang dihadapi terdapat juga tekanan hidrostatik.
Sehingga kita harus menggunakan penurunan rumus tegangan membran berdasarkan tekanan hirostatik dan tekanan internal.
Untuk mempermudah penghitungan kita menggunakan circular segment atau potongan melintang dari silinder yang berupa lingkaran.
Gambar 3. 7 Potongan melintang silinder Keterangan :
3-12 √
⁄ 3-13
√ ⁄
3-14
3-15 ⁄
3-16
3-17 ⁄
3-18
√ 3-19
Tegangan meridional
m
Tegangan meridional merupakan tegangan yang terjadi pada dinding bejana pada arah melingkar. Berikut diagram benda bebas dari tegangan meridional yang
terjadi :
Gambar 3. 8 DBB tegangan meridional
∑
⁄ [
⁄ ] {[
⁄ ⁄ ]
} ⁄
⁄ [
⁄ ] {[
⁄ ⁄ ]
} ⁄
⁄ 3-20
Tegangan aksial
a
Tegangan aksial merupakan tegangan yang terjadi pada membran yang sejajar dengan arah memanjang dari bejana tersebut. Tegangan aksial dihitung seragam
tanpa perbedaan pada setiap ketinggiannya. Hal ini dilakukan untuk menyerdahanakan proses perhitungan.
Gambar 3. 9 DBB tegangan aksial
∑
3-21
Dari rumus diatas tegangan yang berfariasi hanya untuk tegangan meridional sedangkan tegangan aksial dianggap seragam. Pada setiap ketinggian tegangan
meridional akan berbeda perhitungan dilakukan pada sudut kritis yang ada. Sudut kritis bisa terdapat pada titik terendah, titik tertinggi atau tepat pada titik perbedaan
tebal yang ada, misalnya pada dudukan tangki.
Gambar 3. 10 Sudut kritis perhitungan
Dari Gambar 3.10 kita dapat mengambil titik ritis pada sudut theta 1 , 20
, 130
, 180 , 270
. Dan untuk sudut alfa besarnya tetap yaitu 90 . Untuk data yang lain
digunakan asumsi awal sesuai data yang didapat saat study lapangan di PT INKA. Asumsi awal seperti tebal plat yang digunakan adalah 10 mm. Data tersebut
digunakan dalam perhitungan tegangan aksial dan tegangan meridional maka akan didapat besar tegangan sebagai berikut :
Tabel 3. 1 Hasil perhitungan tegangan meridional dan tegangan aksial
No Sudut theta
Sudut alfa Tegangan meridional
MPa Tegangan aksial
MPa 1
1 90
9,320 4,270
2 20
90 9,315
4,270 3
130 90
9,141 4,270
4 180
90 9,084
4,270 5
270 90
9,665 4,270
Dari Tabel 3.1 di atas tegangan terbesar terjadi pada sudut 270 , namun
perbedaan tegangan yang terjadi tidak terlalu besar sehingga dapat diambil tegangan terbesar sebagai acuan awal yaitu untuk tegangan meridional sebesar 9,665 MPa dan
tegangan aksial sebesar 4,270 MPa. Dari tegangan meridional dan tegangan aksial kita dapat memperhitungkan
tegangan ekuivalen yang terjadi. Tegangan ekuivalen dapat dihitung dengan perhitungan persamaan tegangan ekuivalen kriteria Von Misses. Persamaan tegangan
ekuivalen sebagai berikut :
√ 3-22
Dari tabel 3. 1 didapat besar tegangan :
Maka tegangan ekuivalen dapat dihitung sebagai berikut :
√
Setelah didapat tegangan ekuivalen kita dapat mencari faktor keamanan dari tebal plat asumsi. Besarnya faktor keamanan untuk tebal plat 10 mm adalah sebagai
berikut :
3-23
Dari bilangan faktor keamanan yang didapat maka tebal 10 mm masih dapat diperkecil untuk mendapatkan efisiensi dalam produksi. Kita dapat menentukan tebal
plat yang digunakan dengan mengolah kembali rumus tegangan meridional dan tegangan aksial.
√
√ 3-24
Dengan : [
] 3-25
[ ]
3-26 3-27
3-28
Dari rumus
3-24
kita dapat menghitung tebal shell dari faktor keamanan yang diinginkan dengan bantuan Ms Exel. Sedangkan untuk tebal head didapat dari
pengalian tebal shell dengan faktor pengali sebesar 1,83. Tabel 3.2 berikut ini memberikan hasil perhitungan yang telah dilakukan :
Tabel 3. 2 Tebal shell dengan variasi faktor keamanan No
SF Tebal Shell mm
Tebal Head mm 1
1 0,342
0,627 2
2 0,685
1,253 3
3 1,027
1,880 4
4 1,370
2,507 5
5 1,712
3,133 6
6 2,055
3,760 7
7 2,397
4,386 8
8 2,739
5,013 9
9 3,082
5,640 10
10 3,424
6,266 11
11 3,767
6,893 12
12 4,109
7,520 13
13 4,451
8,146 14
14 4,794
8,773 15
15 5,136
9,399 16
16 5,479
10,026 17
17 5,821
10,653 18
18 6,164
11,279 19
19 6,506
11,906 20
20 6,848
12,533 Perhitungan yang telah dilakukan diatas hanya menggunakan beban tekanan
internal dan tekanan hidrostatik muatan fluida yang diangkut. Oleh karena itu kita
perlu menetapkan faktor keamanan yang tinggi. Untuk tebal awal ditetapkan faktor keamanan sebesar 10 dengan tebal shell 3,424 mm dan tebal head 6,266 mm.
3.2.3 Penentuan Dimensi Rangka Dasar Underframe
Kategori