Analisa Kegagalan Tube Superheater Package Boiler Akibat Overheating
ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER
PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING
TESIS
OLEH
SARIYUSDA
097015009/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER
PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Pada Program Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
SARIYUSDA
097015009/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
Judul Tesis
: ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER
PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING
Nama Mahasiswa
: SARIYUSDA
Nomor Pokok
: 097015009/MTM
Program Studi
: MAGISTER TEKNIK MESIN
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Ketua
Dr.Eng.Ir. Indra, MT
Anggota
Ketua Program Studi
Dekan Fakultas Teknik
Dr.Eng.Ir. Indra, MT
Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Tanggal Lulus: 6 Juni 2012
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal: 6 Juni 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Anggota
: 1. Dr.Eng.Ir. Indra, MT
2. Dr.Ing. Ikhwansyah Isranuri
3. Ir. Tugiman, MT
4. Ir. Syahrul Abda, MSc.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Tube superheater package boiler mengalami kegagalan akibat terjadi pemanasan
berlebih dalam jangka waktu yang lama. Posisi tube superheater yang pecah berada
pada baris 1 nomor 8 dengan ketinggian 2300 mm dari lantai ruang bakar. Tujuan
penelitian dilakukan untuk menentukan akar penyebab utama kegagalan. Metode
penelitian dilakukan dengan menggunakan pengujian tidak merusak, termasuk
pemeriksaan secara visual, analisa tegangan, pengujian kekerasan, pengujian
komposisi kimia dan mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM). Pemeriksan secara visual pada lokasi gagal memperlihatkan
bahwa diaphragm yang menghalangi aliran uap. Penghalangan aliran uap
menyebabkan overheating pada dinding tube. Tube yang pecah mempunyai panjang
45 mm ke arah sumbu pipa, ditandai dengan mengembung dan efek mulut ikan. Lebar
dan diameter rata-rata dari mulut ikan adalah 10,025 mm dan 46,75 mm. Hasil analisa
tegangan menunjukkan kegagalan tube terjadi sebesar 178,15 Mpa; nilai ini lebih
besar dari tegangan maksimum yang diizinkan dari material tube sebesar 155 MPa.
Hal ini juga menunjukkan kekerasan permukaan material meningkat pada daerah
overheating; sementara, kekuatan material tube di daerah yang panas menurun sangat
signifikan. Komposisi kimia material masih berada dalam standar SA 213 T11, yang
merupakan baja karbon rendah. Hasil pengujian mikrostruktur pada permukaan
dinding tube menunjukkan morpologi pecah adalah perpatahan getas, pergeseran dan
dislokasi pada batas butir terjadi secara intragranular.
Kata kunci: Tube superheater, diaphragm, overheating, dislokasi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The superheater tube of package boiler has failed due to long term overheating. The
tube is located at the first rows (pipe number 8), 2300 mm high from the base of the
combustion chamber. The main objective of this research is to determine the root
cause of the failures. The methods of research were carried out using non-destructive
evaluation, including visual examination, stress analysis, hardness testing, chemical
composition identification. and microstructure evaluation by using Scanning Electron
Microscopy (SEM). Visual inspections at the location of failure showed that the failed
diaphragm restricts the steam flow. The restriction of the flow may promote
overheating at the tube wall. The fracture length of the failed tubes reached up to 45
mm in length in the direction of the pipe axis forming bulging and fish mouth effects.
The average width and diameter on of the fish mouth mode are of 10.025 mm and
46.75 mm. Results of the stress analysis showed that the failure of the tube is
predicted to occur at 178.15 MPa; this value is higher than that of the maximum
allowable stress of the tube material (155 MPa). It is also shown that the hardness
of material surfaces increased tremendously at the over heated area; however, the
strength of the tube material at the over heated location decreased significantly. The
chemical elements of material are still allowed within the standard of the
SA 213 Grade T 11 low carbons steel. The microstructure evaluation at the fractured
surface of the tube showed that cracking morphologies were in brittle fracture mode,
the sliding and dislocation of the grain boundary occurred intergranularly.
Key words: tube superheater, diaphragm, overheating, dislocation
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan Rahmat dan KaruniaNya
yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul
“Analisa Kegagalan Tube Superheater Package Boiler Akibat Overheating “.
Tesis penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh
setiap mahasiswa Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu penulis hingga selesainya tesis ini, yang
terutama penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: Prof.Dr.Ir. Bustami Syam,
MSME, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Dekan Fakultas Teknik USU, yang
ditengah kesibukannya, tetap selalu bersedia untuk menyempatkan waktu, baik siang
maupun malam untuk memberi bimbingan; Dr.Eng.Ir. Indra, MT selaku Anggota
Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin USU dan,
seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin FT-USU,
yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administratif selama
penulis mengikuti pendidikan.
Penulis juga secara khusus ingin mengucapkan terima kasih kepada Usman,
AMd selaku Inspektor Utility atas bantuannya yang tulus ikhlas, yang memberikan
data-data, sampel, buku maupun tempat bertanya dan berdiskusi dan Ir. Azhari, Farid,
Apt., Ir. Rasta Purba yang telah membantu penulis selama survey dan pengambilan
iii
Universitas Sumatera Utara
data di PT. Pupuk Iskandar Muda Lhokseumawe serta Hamdani, Zainal Arif,
Syurkarni Ali, Zulfikar, ST, MT., Mahyunis, Nasruddin sebagai teman berdebat,
memberi pandangan dan berdiskusi.
Akhirnya penulis merasa bersyukur memiliki Kedua Orang Tua yang selalu
memberikan dorongan semangat dan doa selama masa studi, Kakak, Abang dan adikadik, serta Istriku tercinta Ita Hartati, AMk., putra dan putriku tersayang M. Fathul
Albar, Khalda Hasna Rania, M. Alif Fakhri yang telah begitu lama memberikan
pengorbanan dan pengertian atas kurangnya perhatian selama masa studi dan
penulisan tesis, demi kelancaran studi di Program Studi Magister Teknik Mesin USU.
Kiranya penulis
mohon
saran
dan
kritik
yang membangun
demi
kesempurnaan tesis ini agar menjadi lebih baik.
Medan, Mei 2012
Penulis,
Sariyusda
097015009
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
A. IDENTITAS PRIBADI
1.
Nama Lengkap
: Sariyusda
2. Tempat/Tanggal Lahir : Takengon, 18 Januari 1966
3. Jenis Kelamin
: Laki-laki
4. Unit Kerja
: Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe
5. Alamat Kantor
: Jl. B. Aceh Medan Km. 280 Buketrata Lhokseumawe
6. Alamat Rumah
: Komplek Perumahan Mutiara Indah I No. 10 F
Alue Awe Lhokseumawe
7. HP
: 0813 6161 3476
8. Email
: sariyusda@yahoo.com
B. PENDIDIKAN
No.
Nama Institusi
Tempat
Spesialisasi
STTB/Gelar/Thn
1.
SD N 15
Banda Aceh
-
IJAZAH 1979
2.
SMP N 2
Banda Aceh
-
STTB 1982
3.
SMA N 3
Banda Aceh
IPA
STTB 1985
4.
FT UNSYIAH
Banda Aceh
TEK. MESIN
IR.,1992
C. PENGALAMAN PENELITIAN
1. Perlakuan Panas Yang Tepat Pada Mata Bajak Traktor Dorong Produksi
Pandai Besi, Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe, 1996.
2. Nilai Kalor Pada Kulit Tanduk Kopi Sebagai Pengganti Arang Bahan Bakar,
Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe, 1998.
3. Perancangan Cantilever Rotating Bending Machine sebagai Kebutuhan Uji
Lelah, Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe , 2006.
4. Pemamfaatan Sekam Kopi Sebagai Katalis Pada Pembuatan Etil Ester
(Biodiesel) Dari Minyak Kelapa, Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe,
2008.
v
Universitas Sumatera Utara
D. PENGALAMAM KERJA
No
Nama Institusi
Tempat
Periode
1.
Dosen Politeknik Negeri Lhokseumawe
Lhokseumawe 1993 – Kini
2.
Kasi Uji Bahan & Metrologi PNL
Lhokseumawe 1998 – 1999
3.
Ka. Prodi Teknik Mesin PNL
Lhokseumawe 2003 – 2005
4.
Koordinator Program DUE-Like TM-PNL Lhokseumawe 2004 – 2005
5.
Q/A TPSDP PNL
Lhokseumawe 2004 – 2005
6.
Ka. UPT Perawatan dan Perbaikan PNL
Lhokseumawe 2005 – 2007
E. PUBLIKASI
1. Ilyas Yusuf, Sariyusda Dkk, “ Perlakuan Panas Yang Tepat Pada Mata Bajak
Traktor Dorong Produksi Pandai Besi”, Jurnal Teknologi (PNL), (2003).
2. Sariyusda Dkk, “Nilai Kalor Pada Kulit Tanduk Kopi Sebagai Pengganti
Arang Bahan Bakar”, Jurnal Polimesin (TM-PNL), Vol. 1, No. 1 (2003).
3. Irwin Syahri Cebro, Sariyusda, “Perubahan posisi mata pahat bubut terhadap
kedalama pemakanan”, Jurnal Polimesin (TM-PNL), Vol. 5, No. 1 (2005).
4. Sariyusda, Indra Mawardi Dkk, “Perancangan Cantilever Rotating Bending
Machine sebagai Kebutuhan Uji Lelah”, Jurnal Teknologi Vol. 6 No.1. 1
April 2006.
5. Sariyusda, “Kegagalan Pin Pasak pada kereta api NT-60 KA Turangga K167809”, Jurnal Polimesin (TM-PNL), Vol. 6 No. 6, 1 Feb 2007.
6. Sariyusda, “Pemamfaatan Sekam Kopi Sebagai Katalis Pada Pembuatan Etil
Ester (Biodiesel) Dari Minyak Kelapa”, Jurnal Polimesin Vol. 8 No. 8, 2 Feb
2008.
F. PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
1. Pembuatan alat penjatuh benih pada desa Lamnga Syamtalira Bayu
Lhokseumawe.
vi
Universitas Sumatera Utara
2. Pelatihan pembuatan spesifikasi prosedur las code ASME IX bagi teknisi dan
alumni Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe.
G. SIMPOSIUM/SEMINAR
1. Seminar Nasional II Teknologi dan Rekayasa. Medan. Fakultas Teknik
Universitas Islam Sumatera Utara (UISU) 2011.
2. The 6th Regional Seminar on Materials, Energy, and Structure (MAESTRUCT
2011). Medan. Program Doktor & Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik
USU. 2011.
3. Seminar Ilmiah dalam rangka Dies Natalis USU ke-59 (SI-ke-59 USU) Medan
2011.
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK
Halaman
...............................................................................
i
ABSTRACT
...............................................................................
ii
KATA PENGANTAR
...............................................................................
iii
RIWAYAT HIDUP
...............................................................................
v
DAFTAR ISI
...............................................................................
viii
DAFTAR TABEL
...............................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR
...............................................................................
xii
DAFTAR NOTASI
................................................................................
xv
PENDAHULUAN .......................................................................
1.1. Latar Belakang
...........................................................
1.2. Perumusan Masalah
...........................................................
1.3. Tujuan Penelitian
...........................................................
1.3.1. Tujuan umum
......................................................
1.3.2. Tujuan khusus
......................................................
1.4. Manfaat Penelitian
...........................................................
1
1
3
4
4
4
5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................
2.1. Pendahuluan
.........................................................................
2.1.1.
Sirkulasi fluida pada package boiler ……………
2.1.2.
Siklus Rankine (siklus pembentukan uap) ………
2.2. Ketel Paket (Package Boiler) ... .............................................
2.3. Analisa Kegagalan ………………………...............................
2.3.1. Faktor-faktor penyebab suatu kegagalan …..............
2.3.2. Prosedur analisa kegagalan untuk komponen ketel .
2.4. Tube Pecah karena Overheating ..............…...........................
2.4.1. Thick lip rupture …………………………………
2.4.2. Thin lip rupture …………..…………….............
2.5. Analisa Tegangan pada Tube Superheater …………………
2.5.1. Tegangan tangensial (hoop stress) ………………..
2.5.2. Tegangan radial dan tegangan longitudinal ……….
6
6
7
7
9
10
11
14
15
19
21
22
23
24
BAB 1
viii
Universitas Sumatera Utara
2.6.
2.7.
Diagram Transformasi Waktu Suhu ( Time Temperature
Transformation Diagram) …………………………………...
Diagram Laju Pendinginan ………………………………….
27
29
………...……..................................
BAB 3 METODA PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
……………………….........................
3.1.1. Tempat
………………………..........................
3.1.2. Waktu
………………………..........................
3.2. Diagram Prosedur Penelitian ……….……………..................
3.3. Metode Analisa Kegagalan …...….……………...................
3.3.1.
Metoda untuk mendapatkan sumber utama
kegagalan yang terjadi pada tube superheater …
3.3.1.1
Lokasi komponen yang gagal …………………
3.3.1.2
Pemeriksaan pendahuluan …………….……….
3.3.1.3
Koleksi spesimen …. ……… ………………….
3.3.1.4
Sejarah kerusakan (catatan pemeliharaan) ………
3.3.1.5
Tanggal dan waktu kegagalan ……………….....
3.3.1.6
Tingkat kerusakan struktur sekitarnya ……….....
3.3.1.7
Kondisi operasi dan kelainan layanan ……….....
3.3.2.
Metoda untuk menganalisa kejadian pecah
(rupture) pada tube superheater ………………...
3.3.3.
Metode analisa overheating tube superheater …
3.3.3.1
Pengujian kekerasan ... ………………………..
3.3.3.2
Pengujian komposisi kimia
………………….
3.3.3.3
Pengujian mikrostruktrur (SEM) …..…………...
3.3.3.3.1 Prinsip dasar pengujian SEM ………………….
3.3.3.3.2 Pengamatan mikrostruktur ……………………..
3.3.3.3.3 Persiapan spesimen uji SEM …………………...
3.3.3.3.4 Prosedur uji SEM ………………………………
31
31
31
31
32
33
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
4.1. Pendahuluan
……………………........................................
4.2. Sumber utama kegagalan tube superheater ............................
4.2.1. Analisa penyebab tube pecah ……………………...
4.2.2. Analisa secara keseluruhan …..…………………...
4.3. Analisa kejadian pecah (rupture) pada tube superheater .......
4.3.1. Analisa overheating tube superheater (perpindahan
panas)………………………………………………
4.3.2. Analisa tegangan …………………………………..
4.4. Analisa overheating pada tube superheater…………………
4.4.1. Pengamatan visual………………………………….
4.4.2. Pengujian kekerasan
…………………………...
4.4.3. Pengujian komposisi kimia ……………………..
64
64
64
64
71
72
33
39
39
40
41
44
44
46
47
48
48
51
58
58
59
59
59
72
76
79
79
81
83
ix
Universitas Sumatera Utara
4.4.4.
Pengujian mikrostruktur (SEM) ……………………
84
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN/TINDAKAN PERBAIKAN ……
5.1. Kesimpulan …………………………………………………
5.2. Saran-saran/tindakan perbaikan …………………………….
90
90
91
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
92
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Sebab-sebab kegagalan .... ..........................................................
15
2.2.
Perubahan laju pendinginan pada mirostruktur dan kekerasan ……
30
3.1.
Lokasi dan aktifitas penelitian ..........................................................
31
3.2.
Komposisi kimia material boiler
41
3.3.
Kondisi ketel uap pada keadaan sebelum terjadi pecah
…………..
45
3.4.
Kondisi ketel uap pada saat terjadi pecah …………………………
45
3.5.
Keadaan operasi ketel uap …………………………………………
46
3.6.
Sifat mekanik material SA-213 Grade T11 ………………………..
48
3.7.
Menentukan berapa lama proses pembacaan x-ray ………………..
56
4.1.
Panjang retak dan pembesaran diameter …………………………..
80
4.2.
Diameter tube ……………………………………………………...
82
4.3.
Tebal tube superheater …………………………………………….
82
4.4.
Hasil pengujian kekerasan ………………………………………...
83
4.5.
Komposisi kimia material ASTM SA 213 dan hasil pengujian …...
84
…….……………......................
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Skema diagram ketel ………………………………………………..
6
2.2.
Siklus Rankine…………………………………………….. ………...
8
2.3.
Diagram T-h dan T-s………................................................................
8
2.4.
Packaged boi ler ……….…………...………………………………..
10
2.5.
Diagram faktor-faktor penyebab kerusakan suatu komponen ……..
13
2.6.
Temperatur untuk tube yang bersih dan tube mempunyai internal
scale ………………………………………………………………..
17
2.7.
Pecah thick lip Struktur mikro permukaan pecah akibat overheating .
19
2.8.
Kegagalan short term overheating ………………………………….
21
2.9.
Tegangan yang terjadi pada tube …………………………………..
23
2.10.
Perubahan σ - ԑ terhadap temperatur untuk baja lunak ......................
27
2.11.
Tipe diagram TTT untuk baja paduan rendah grade 11 ……………
28
2.12.
Diagram type CCT untuk baja paduan rendah grade 11 ……………
29
3.1.
Diagram prosedur penelitian …........................................................
32
3.2.
Lokasi Macchi Package Boiler dalam peta dan google earth .............
34
3.3.
Macchi package boiler di PT PIM Lhokseumawe …………..............
34
3.4.
Ketel Pipa air tipe D ……………………………. ………………….
35
3.5.
Posisi tube yang pecah
……..……………………………………
38
3.6.
Lokasi tube pecah pada ruang bakar dan superheater …………….
39
3.7.
Pemeriksaan secara visual pada ruang bakar ………………………..
40
3.8.
Koleksi specimen …………………………………………………..
40
3.9.
Tube superheater pecah dan tube yang repair pecah .........................
42
3.10.
Tube superheater pecah dan tube yang repair pecah .........................
42
3.11.
Kondisi support yang sudah miring dan Spacer yang sudah lepas ..
42
3,12.
Tube yang ditutup (plug in situ) castable yang sudah diperbaiki ……
43
xii
Universitas Sumatera Utara
3.13.
Kondisi header atas dan bawah …....................................................
43
3.14.
Posisi header atas dan bawah. dan kondisi jalur tube dalam boiler ..
43
3.15.
Kerusakan yang terjadi pada superheater ………………………….
44
3.16.
Alat uji kekersan TIME …………………………………………….
49
3.17.
Alat uji metode Rebound/LEEB (ASTM A956) ……………………
50
3.18.
Specimen yang diuji kekerasan ……………………………………..
51
3.19.
Daerah pengujian …………………………………………………..
51
3.20.
Sampel tube superheater PB-2 …………………………………….
52
3.21.
Alat pengujian komposisi kimia ……………………………………
52
3.22.
Posisi daerah yang diuji ……………………………………………
53
3.23.
Kapasitas baterai
………………………………………………….
53
3.24.
Cara masuk ke program X-MET ………………………………….
54
3.25.
Cara memasukkan password ……………………………………..
54
3.26.
Cara memberi nama material ………………………………………
55
3.27.
Pemilihan metode material ………………………………………..
56
3.28.
Penyimpanan hasil pemeriksaan …………………………………..
56
3.29.
Menentukan cara pengukuran ……………………………………..
57
3.30.
Pemeriksaan komposisi kimia ……………………………………..
57
3.31.
Skematik alat uji SEM …………………………………………….
60
3.32.
Daerah pengujian SEM material SA 213 Gr. T11 …………………
63
3.33.
Pemotongan material ukuran 10x10 mm untuk uji SEM ………….
63
4.1.
Karakteristik Tube Primery Superheater yang pecah
66
4.2.
Tube Primary Superheater yang pecah ……………………………
67
4.3.
Tube yang pecah (rupture) yang berlokasi di ruang bakar …………
67
4.4.
Tube Primery SH Row 1 kolom 8 bagian Upper Header setelah
dipotong …………………………………………………………….
68
4.5.
Kemiringan Diaphragm pada Upper Header menghalangi Tube ……
69
4.6.
Upper Header dan diaphragm yang sebenarnya ……………………
70
4.7.
Pemasangan dan pengelasan diaphragms ke header ………………...
71
…………….
xiii
Universitas Sumatera Utara
4.8.
Distribusi temperature pada tube ……………………………………
73
4.9.
Tube yang terhalang diaphragm dan tidak terhalang ……………….
74
4.10.
Variasi tegangan luluh, tegangan tarik pada temperatur tertentu …
79
4.11.
Tube yang mengalami pecah dan mengembung (bulging) ……….
80
4.12.
Tube Superheater yang pecah dan sampel tube yang akan dianalisa .
80
4.13.
Pengamatan sampel ……………………………………………….
81
4.14.
Dimensi tube superheater …………………………………………..
81
4.15.
Hasil uji SEM specimen daerah 1 1000x dan 5000x ………………..
85
4.16.
Hasil uji SEM daerah 2 yang pecah 1000x dan 5000x ……...............
86
4.17.
Hasil uji SEM specimen tube 3 yang pecah 1000x dan 5000x ………
87
4.18.
Hasil uji SEM specimen 4 pembesaran 1000x dan 5000x …………
88
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Besaran
Satuan
Q
Fluk panas
Btu/hr
Ao
Luas permukaan
Uo
Koefisien overall heat transfer
∆T
Perbedaan temperature fluida dari luar dan di dalam tube
o
ro
Jari-jari luar tube
ft
ri
Jari-jari dalam tube
ft
rs
Jari-jari kerak
ft
km
Konduktifitas panas tube
Btu.in/h.ft2
ks
konduktifitas panas kerak
Btu.in/h.ft2
σH
Tegangan melingkar
MPa
Pi
Tekanan dalam tube
MPa
σL
Tegangan Longitudinal
MPa
σR
Tegangan Radial
MPa
σ vm
Tegangan Von Misses
MPa
σy
Tegangan luluh
MPa
σ1
Tegangan Radial
MPa
σ2
Tegangan Radial
MPa
σ3
Tegangan Radial
MPa
α
Termal ekspansi
mm/mm/oC
v
Poisson ratio
E
Modulus Elastis
T1
Temperature luar tube
o
T2
Temperatur dalam tube
o
A C1
suhu austenite
o
A C3
Suhu transformasi dari austenit ke ferit
o
mm2
Btu/h.ft2.oF
F
MPa
C
C
C
C
xv
Universitas Sumatera Utara
A R1
Suhu transformasi dari austenit ke ferit atau ferit ditambah
o
C
sementit
A R3
Suhu austenit mengubah ferit selama pendinginan
o
A R4
Suhu delta ferrite mengubah austenit selama pendinginan.
o
Bs
Suhu transformasi austenit untuk bainit saat pendinginan
o
Ms
Suhu transformasi dari austenit ke martensit dimulai pada
o
C
C
C
C
saat pendinginan
MP
Suhu pembentukan martensit selesai selama pendinginan
o
C
xvi
Universitas Sumatera Utara
PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING
TESIS
OLEH
SARIYUSDA
097015009/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER
PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
Pada Program Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
SARIYUSDA
097015009/MTM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
Judul Tesis
: ANALISA KEGAGALAN TUBE SUPERHEATER
PACKAGE BOILER AKIBAT OVERHEATING
Nama Mahasiswa
: SARIYUSDA
Nomor Pokok
: 097015009/MTM
Program Studi
: MAGISTER TEKNIK MESIN
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Ketua
Dr.Eng.Ir. Indra, MT
Anggota
Ketua Program Studi
Dekan Fakultas Teknik
Dr.Eng.Ir. Indra, MT
Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Tanggal Lulus: 6 Juni 2012
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal: 6 Juni 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME
Anggota
: 1. Dr.Eng.Ir. Indra, MT
2. Dr.Ing. Ikhwansyah Isranuri
3. Ir. Tugiman, MT
4. Ir. Syahrul Abda, MSc.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Tube superheater package boiler mengalami kegagalan akibat terjadi pemanasan
berlebih dalam jangka waktu yang lama. Posisi tube superheater yang pecah berada
pada baris 1 nomor 8 dengan ketinggian 2300 mm dari lantai ruang bakar. Tujuan
penelitian dilakukan untuk menentukan akar penyebab utama kegagalan. Metode
penelitian dilakukan dengan menggunakan pengujian tidak merusak, termasuk
pemeriksaan secara visual, analisa tegangan, pengujian kekerasan, pengujian
komposisi kimia dan mikrostruktur dengan menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM). Pemeriksan secara visual pada lokasi gagal memperlihatkan
bahwa diaphragm yang menghalangi aliran uap. Penghalangan aliran uap
menyebabkan overheating pada dinding tube. Tube yang pecah mempunyai panjang
45 mm ke arah sumbu pipa, ditandai dengan mengembung dan efek mulut ikan. Lebar
dan diameter rata-rata dari mulut ikan adalah 10,025 mm dan 46,75 mm. Hasil analisa
tegangan menunjukkan kegagalan tube terjadi sebesar 178,15 Mpa; nilai ini lebih
besar dari tegangan maksimum yang diizinkan dari material tube sebesar 155 MPa.
Hal ini juga menunjukkan kekerasan permukaan material meningkat pada daerah
overheating; sementara, kekuatan material tube di daerah yang panas menurun sangat
signifikan. Komposisi kimia material masih berada dalam standar SA 213 T11, yang
merupakan baja karbon rendah. Hasil pengujian mikrostruktur pada permukaan
dinding tube menunjukkan morpologi pecah adalah perpatahan getas, pergeseran dan
dislokasi pada batas butir terjadi secara intragranular.
Kata kunci: Tube superheater, diaphragm, overheating, dislokasi
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The superheater tube of package boiler has failed due to long term overheating. The
tube is located at the first rows (pipe number 8), 2300 mm high from the base of the
combustion chamber. The main objective of this research is to determine the root
cause of the failures. The methods of research were carried out using non-destructive
evaluation, including visual examination, stress analysis, hardness testing, chemical
composition identification. and microstructure evaluation by using Scanning Electron
Microscopy (SEM). Visual inspections at the location of failure showed that the failed
diaphragm restricts the steam flow. The restriction of the flow may promote
overheating at the tube wall. The fracture length of the failed tubes reached up to 45
mm in length in the direction of the pipe axis forming bulging and fish mouth effects.
The average width and diameter on of the fish mouth mode are of 10.025 mm and
46.75 mm. Results of the stress analysis showed that the failure of the tube is
predicted to occur at 178.15 MPa; this value is higher than that of the maximum
allowable stress of the tube material (155 MPa). It is also shown that the hardness
of material surfaces increased tremendously at the over heated area; however, the
strength of the tube material at the over heated location decreased significantly. The
chemical elements of material are still allowed within the standard of the
SA 213 Grade T 11 low carbons steel. The microstructure evaluation at the fractured
surface of the tube showed that cracking morphologies were in brittle fracture mode,
the sliding and dislocation of the grain boundary occurred intergranularly.
Key words: tube superheater, diaphragm, overheating, dislocation
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan Rahmat dan KaruniaNya
yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul
“Analisa Kegagalan Tube Superheater Package Boiler Akibat Overheating “.
Tesis penelitian ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh
setiap mahasiswa Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang telah membantu penulis hingga selesainya tesis ini, yang
terutama penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: Prof.Dr.Ir. Bustami Syam,
MSME, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Dekan Fakultas Teknik USU, yang
ditengah kesibukannya, tetap selalu bersedia untuk menyempatkan waktu, baik siang
maupun malam untuk memberi bimbingan; Dr.Eng.Ir. Indra, MT selaku Anggota
Komisi Pembimbing dan Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin USU dan,
seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin FT-USU,
yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administratif selama
penulis mengikuti pendidikan.
Penulis juga secara khusus ingin mengucapkan terima kasih kepada Usman,
AMd selaku Inspektor Utility atas bantuannya yang tulus ikhlas, yang memberikan
data-data, sampel, buku maupun tempat bertanya dan berdiskusi dan Ir. Azhari, Farid,
Apt., Ir. Rasta Purba yang telah membantu penulis selama survey dan pengambilan
iii
Universitas Sumatera Utara
data di PT. Pupuk Iskandar Muda Lhokseumawe serta Hamdani, Zainal Arif,
Syurkarni Ali, Zulfikar, ST, MT., Mahyunis, Nasruddin sebagai teman berdebat,
memberi pandangan dan berdiskusi.
Akhirnya penulis merasa bersyukur memiliki Kedua Orang Tua yang selalu
memberikan dorongan semangat dan doa selama masa studi, Kakak, Abang dan adikadik, serta Istriku tercinta Ita Hartati, AMk., putra dan putriku tersayang M. Fathul
Albar, Khalda Hasna Rania, M. Alif Fakhri yang telah begitu lama memberikan
pengorbanan dan pengertian atas kurangnya perhatian selama masa studi dan
penulisan tesis, demi kelancaran studi di Program Studi Magister Teknik Mesin USU.
Kiranya penulis
mohon
saran
dan
kritik
yang membangun
demi
kesempurnaan tesis ini agar menjadi lebih baik.
Medan, Mei 2012
Penulis,
Sariyusda
097015009
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
A. IDENTITAS PRIBADI
1.
Nama Lengkap
: Sariyusda
2. Tempat/Tanggal Lahir : Takengon, 18 Januari 1966
3. Jenis Kelamin
: Laki-laki
4. Unit Kerja
: Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe
5. Alamat Kantor
: Jl. B. Aceh Medan Km. 280 Buketrata Lhokseumawe
6. Alamat Rumah
: Komplek Perumahan Mutiara Indah I No. 10 F
Alue Awe Lhokseumawe
7. HP
: 0813 6161 3476
8. Email
: sariyusda@yahoo.com
B. PENDIDIKAN
No.
Nama Institusi
Tempat
Spesialisasi
STTB/Gelar/Thn
1.
SD N 15
Banda Aceh
-
IJAZAH 1979
2.
SMP N 2
Banda Aceh
-
STTB 1982
3.
SMA N 3
Banda Aceh
IPA
STTB 1985
4.
FT UNSYIAH
Banda Aceh
TEK. MESIN
IR.,1992
C. PENGALAMAN PENELITIAN
1. Perlakuan Panas Yang Tepat Pada Mata Bajak Traktor Dorong Produksi
Pandai Besi, Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe, 1996.
2. Nilai Kalor Pada Kulit Tanduk Kopi Sebagai Pengganti Arang Bahan Bakar,
Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe, 1998.
3. Perancangan Cantilever Rotating Bending Machine sebagai Kebutuhan Uji
Lelah, Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe , 2006.
4. Pemamfaatan Sekam Kopi Sebagai Katalis Pada Pembuatan Etil Ester
(Biodiesel) Dari Minyak Kelapa, Unit P2M Politeknik Negeri Lhokseumawe,
2008.
v
Universitas Sumatera Utara
D. PENGALAMAM KERJA
No
Nama Institusi
Tempat
Periode
1.
Dosen Politeknik Negeri Lhokseumawe
Lhokseumawe 1993 – Kini
2.
Kasi Uji Bahan & Metrologi PNL
Lhokseumawe 1998 – 1999
3.
Ka. Prodi Teknik Mesin PNL
Lhokseumawe 2003 – 2005
4.
Koordinator Program DUE-Like TM-PNL Lhokseumawe 2004 – 2005
5.
Q/A TPSDP PNL
Lhokseumawe 2004 – 2005
6.
Ka. UPT Perawatan dan Perbaikan PNL
Lhokseumawe 2005 – 2007
E. PUBLIKASI
1. Ilyas Yusuf, Sariyusda Dkk, “ Perlakuan Panas Yang Tepat Pada Mata Bajak
Traktor Dorong Produksi Pandai Besi”, Jurnal Teknologi (PNL), (2003).
2. Sariyusda Dkk, “Nilai Kalor Pada Kulit Tanduk Kopi Sebagai Pengganti
Arang Bahan Bakar”, Jurnal Polimesin (TM-PNL), Vol. 1, No. 1 (2003).
3. Irwin Syahri Cebro, Sariyusda, “Perubahan posisi mata pahat bubut terhadap
kedalama pemakanan”, Jurnal Polimesin (TM-PNL), Vol. 5, No. 1 (2005).
4. Sariyusda, Indra Mawardi Dkk, “Perancangan Cantilever Rotating Bending
Machine sebagai Kebutuhan Uji Lelah”, Jurnal Teknologi Vol. 6 No.1. 1
April 2006.
5. Sariyusda, “Kegagalan Pin Pasak pada kereta api NT-60 KA Turangga K167809”, Jurnal Polimesin (TM-PNL), Vol. 6 No. 6, 1 Feb 2007.
6. Sariyusda, “Pemamfaatan Sekam Kopi Sebagai Katalis Pada Pembuatan Etil
Ester (Biodiesel) Dari Minyak Kelapa”, Jurnal Polimesin Vol. 8 No. 8, 2 Feb
2008.
F. PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
1. Pembuatan alat penjatuh benih pada desa Lamnga Syamtalira Bayu
Lhokseumawe.
vi
Universitas Sumatera Utara
2. Pelatihan pembuatan spesifikasi prosedur las code ASME IX bagi teknisi dan
alumni Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe.
G. SIMPOSIUM/SEMINAR
1. Seminar Nasional II Teknologi dan Rekayasa. Medan. Fakultas Teknik
Universitas Islam Sumatera Utara (UISU) 2011.
2. The 6th Regional Seminar on Materials, Energy, and Structure (MAESTRUCT
2011). Medan. Program Doktor & Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik
USU. 2011.
3. Seminar Ilmiah dalam rangka Dies Natalis USU ke-59 (SI-ke-59 USU) Medan
2011.
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK
Halaman
...............................................................................
i
ABSTRACT
...............................................................................
ii
KATA PENGANTAR
...............................................................................
iii
RIWAYAT HIDUP
...............................................................................
v
DAFTAR ISI
...............................................................................
viii
DAFTAR TABEL
...............................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR
...............................................................................
xii
DAFTAR NOTASI
................................................................................
xv
PENDAHULUAN .......................................................................
1.1. Latar Belakang
...........................................................
1.2. Perumusan Masalah
...........................................................
1.3. Tujuan Penelitian
...........................................................
1.3.1. Tujuan umum
......................................................
1.3.2. Tujuan khusus
......................................................
1.4. Manfaat Penelitian
...........................................................
1
1
3
4
4
4
5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................
2.1. Pendahuluan
.........................................................................
2.1.1.
Sirkulasi fluida pada package boiler ……………
2.1.2.
Siklus Rankine (siklus pembentukan uap) ………
2.2. Ketel Paket (Package Boiler) ... .............................................
2.3. Analisa Kegagalan ………………………...............................
2.3.1. Faktor-faktor penyebab suatu kegagalan …..............
2.3.2. Prosedur analisa kegagalan untuk komponen ketel .
2.4. Tube Pecah karena Overheating ..............…...........................
2.4.1. Thick lip rupture …………………………………
2.4.2. Thin lip rupture …………..…………….............
2.5. Analisa Tegangan pada Tube Superheater …………………
2.5.1. Tegangan tangensial (hoop stress) ………………..
2.5.2. Tegangan radial dan tegangan longitudinal ……….
6
6
7
7
9
10
11
14
15
19
21
22
23
24
BAB 1
viii
Universitas Sumatera Utara
2.6.
2.7.
Diagram Transformasi Waktu Suhu ( Time Temperature
Transformation Diagram) …………………………………...
Diagram Laju Pendinginan ………………………………….
27
29
………...……..................................
BAB 3 METODA PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
……………………….........................
3.1.1. Tempat
………………………..........................
3.1.2. Waktu
………………………..........................
3.2. Diagram Prosedur Penelitian ……….……………..................
3.3. Metode Analisa Kegagalan …...….……………...................
3.3.1.
Metoda untuk mendapatkan sumber utama
kegagalan yang terjadi pada tube superheater …
3.3.1.1
Lokasi komponen yang gagal …………………
3.3.1.2
Pemeriksaan pendahuluan …………….……….
3.3.1.3
Koleksi spesimen …. ……… ………………….
3.3.1.4
Sejarah kerusakan (catatan pemeliharaan) ………
3.3.1.5
Tanggal dan waktu kegagalan ……………….....
3.3.1.6
Tingkat kerusakan struktur sekitarnya ……….....
3.3.1.7
Kondisi operasi dan kelainan layanan ……….....
3.3.2.
Metoda untuk menganalisa kejadian pecah
(rupture) pada tube superheater ………………...
3.3.3.
Metode analisa overheating tube superheater …
3.3.3.1
Pengujian kekerasan ... ………………………..
3.3.3.2
Pengujian komposisi kimia
………………….
3.3.3.3
Pengujian mikrostruktrur (SEM) …..…………...
3.3.3.3.1 Prinsip dasar pengujian SEM ………………….
3.3.3.3.2 Pengamatan mikrostruktur ……………………..
3.3.3.3.3 Persiapan spesimen uji SEM …………………...
3.3.3.3.4 Prosedur uji SEM ………………………………
31
31
31
31
32
33
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
4.1. Pendahuluan
……………………........................................
4.2. Sumber utama kegagalan tube superheater ............................
4.2.1. Analisa penyebab tube pecah ……………………...
4.2.2. Analisa secara keseluruhan …..…………………...
4.3. Analisa kejadian pecah (rupture) pada tube superheater .......
4.3.1. Analisa overheating tube superheater (perpindahan
panas)………………………………………………
4.3.2. Analisa tegangan …………………………………..
4.4. Analisa overheating pada tube superheater…………………
4.4.1. Pengamatan visual………………………………….
4.4.2. Pengujian kekerasan
…………………………...
4.4.3. Pengujian komposisi kimia ……………………..
64
64
64
64
71
72
33
39
39
40
41
44
44
46
47
48
48
51
58
58
59
59
59
72
76
79
79
81
83
ix
Universitas Sumatera Utara
4.4.4.
Pengujian mikrostruktur (SEM) ……………………
84
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN/TINDAKAN PERBAIKAN ……
5.1. Kesimpulan …………………………………………………
5.2. Saran-saran/tindakan perbaikan …………………………….
90
90
91
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
92
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Sebab-sebab kegagalan .... ..........................................................
15
2.2.
Perubahan laju pendinginan pada mirostruktur dan kekerasan ……
30
3.1.
Lokasi dan aktifitas penelitian ..........................................................
31
3.2.
Komposisi kimia material boiler
41
3.3.
Kondisi ketel uap pada keadaan sebelum terjadi pecah
…………..
45
3.4.
Kondisi ketel uap pada saat terjadi pecah …………………………
45
3.5.
Keadaan operasi ketel uap …………………………………………
46
3.6.
Sifat mekanik material SA-213 Grade T11 ………………………..
48
3.7.
Menentukan berapa lama proses pembacaan x-ray ………………..
56
4.1.
Panjang retak dan pembesaran diameter …………………………..
80
4.2.
Diameter tube ……………………………………………………...
82
4.3.
Tebal tube superheater …………………………………………….
82
4.4.
Hasil pengujian kekerasan ………………………………………...
83
4.5.
Komposisi kimia material ASTM SA 213 dan hasil pengujian …...
84
…….……………......................
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Skema diagram ketel ………………………………………………..
6
2.2.
Siklus Rankine…………………………………………….. ………...
8
2.3.
Diagram T-h dan T-s………................................................................
8
2.4.
Packaged boi ler ……….…………...………………………………..
10
2.5.
Diagram faktor-faktor penyebab kerusakan suatu komponen ……..
13
2.6.
Temperatur untuk tube yang bersih dan tube mempunyai internal
scale ………………………………………………………………..
17
2.7.
Pecah thick lip Struktur mikro permukaan pecah akibat overheating .
19
2.8.
Kegagalan short term overheating ………………………………….
21
2.9.
Tegangan yang terjadi pada tube …………………………………..
23
2.10.
Perubahan σ - ԑ terhadap temperatur untuk baja lunak ......................
27
2.11.
Tipe diagram TTT untuk baja paduan rendah grade 11 ……………
28
2.12.
Diagram type CCT untuk baja paduan rendah grade 11 ……………
29
3.1.
Diagram prosedur penelitian …........................................................
32
3.2.
Lokasi Macchi Package Boiler dalam peta dan google earth .............
34
3.3.
Macchi package boiler di PT PIM Lhokseumawe …………..............
34
3.4.
Ketel Pipa air tipe D ……………………………. ………………….
35
3.5.
Posisi tube yang pecah
……..……………………………………
38
3.6.
Lokasi tube pecah pada ruang bakar dan superheater …………….
39
3.7.
Pemeriksaan secara visual pada ruang bakar ………………………..
40
3.8.
Koleksi specimen …………………………………………………..
40
3.9.
Tube superheater pecah dan tube yang repair pecah .........................
42
3.10.
Tube superheater pecah dan tube yang repair pecah .........................
42
3.11.
Kondisi support yang sudah miring dan Spacer yang sudah lepas ..
42
3,12.
Tube yang ditutup (plug in situ) castable yang sudah diperbaiki ……
43
xii
Universitas Sumatera Utara
3.13.
Kondisi header atas dan bawah …....................................................
43
3.14.
Posisi header atas dan bawah. dan kondisi jalur tube dalam boiler ..
43
3.15.
Kerusakan yang terjadi pada superheater ………………………….
44
3.16.
Alat uji kekersan TIME …………………………………………….
49
3.17.
Alat uji metode Rebound/LEEB (ASTM A956) ……………………
50
3.18.
Specimen yang diuji kekerasan ……………………………………..
51
3.19.
Daerah pengujian …………………………………………………..
51
3.20.
Sampel tube superheater PB-2 …………………………………….
52
3.21.
Alat pengujian komposisi kimia ……………………………………
52
3.22.
Posisi daerah yang diuji ……………………………………………
53
3.23.
Kapasitas baterai
………………………………………………….
53
3.24.
Cara masuk ke program X-MET ………………………………….
54
3.25.
Cara memasukkan password ……………………………………..
54
3.26.
Cara memberi nama material ………………………………………
55
3.27.
Pemilihan metode material ………………………………………..
56
3.28.
Penyimpanan hasil pemeriksaan …………………………………..
56
3.29.
Menentukan cara pengukuran ……………………………………..
57
3.30.
Pemeriksaan komposisi kimia ……………………………………..
57
3.31.
Skematik alat uji SEM …………………………………………….
60
3.32.
Daerah pengujian SEM material SA 213 Gr. T11 …………………
63
3.33.
Pemotongan material ukuran 10x10 mm untuk uji SEM ………….
63
4.1.
Karakteristik Tube Primery Superheater yang pecah
66
4.2.
Tube Primary Superheater yang pecah ……………………………
67
4.3.
Tube yang pecah (rupture) yang berlokasi di ruang bakar …………
67
4.4.
Tube Primery SH Row 1 kolom 8 bagian Upper Header setelah
dipotong …………………………………………………………….
68
4.5.
Kemiringan Diaphragm pada Upper Header menghalangi Tube ……
69
4.6.
Upper Header dan diaphragm yang sebenarnya ……………………
70
4.7.
Pemasangan dan pengelasan diaphragms ke header ………………...
71
…………….
xiii
Universitas Sumatera Utara
4.8.
Distribusi temperature pada tube ……………………………………
73
4.9.
Tube yang terhalang diaphragm dan tidak terhalang ……………….
74
4.10.
Variasi tegangan luluh, tegangan tarik pada temperatur tertentu …
79
4.11.
Tube yang mengalami pecah dan mengembung (bulging) ……….
80
4.12.
Tube Superheater yang pecah dan sampel tube yang akan dianalisa .
80
4.13.
Pengamatan sampel ……………………………………………….
81
4.14.
Dimensi tube superheater …………………………………………..
81
4.15.
Hasil uji SEM specimen daerah 1 1000x dan 5000x ………………..
85
4.16.
Hasil uji SEM daerah 2 yang pecah 1000x dan 5000x ……...............
86
4.17.
Hasil uji SEM specimen tube 3 yang pecah 1000x dan 5000x ………
87
4.18.
Hasil uji SEM specimen 4 pembesaran 1000x dan 5000x …………
88
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Besaran
Satuan
Q
Fluk panas
Btu/hr
Ao
Luas permukaan
Uo
Koefisien overall heat transfer
∆T
Perbedaan temperature fluida dari luar dan di dalam tube
o
ro
Jari-jari luar tube
ft
ri
Jari-jari dalam tube
ft
rs
Jari-jari kerak
ft
km
Konduktifitas panas tube
Btu.in/h.ft2
ks
konduktifitas panas kerak
Btu.in/h.ft2
σH
Tegangan melingkar
MPa
Pi
Tekanan dalam tube
MPa
σL
Tegangan Longitudinal
MPa
σR
Tegangan Radial
MPa
σ vm
Tegangan Von Misses
MPa
σy
Tegangan luluh
MPa
σ1
Tegangan Radial
MPa
σ2
Tegangan Radial
MPa
σ3
Tegangan Radial
MPa
α
Termal ekspansi
mm/mm/oC
v
Poisson ratio
E
Modulus Elastis
T1
Temperature luar tube
o
T2
Temperatur dalam tube
o
A C1
suhu austenite
o
A C3
Suhu transformasi dari austenit ke ferit
o
mm2
Btu/h.ft2.oF
F
MPa
C
C
C
C
xv
Universitas Sumatera Utara
A R1
Suhu transformasi dari austenit ke ferit atau ferit ditambah
o
C
sementit
A R3
Suhu austenit mengubah ferit selama pendinginan
o
A R4
Suhu delta ferrite mengubah austenit selama pendinginan.
o
Bs
Suhu transformasi austenit untuk bainit saat pendinginan
o
Ms
Suhu transformasi dari austenit ke martensit dimulai pada
o
C
C
C
C
saat pendinginan
MP
Suhu pembentukan martensit selesai selama pendinginan
o
C
xvi
Universitas Sumatera Utara