Jurnal Flywheel Februari 2024 - Vol.
15 No.
1, hal.
e-ISSN: 2745-7435 p-ISSN: 1979-5858 Simulasi Konfigurasi Posisi Burner untuk Mengoptimalkan Heat Treatment Pressure Vessel Azis Solichi1.
Nova Risdianto1.
Purbo Suwandono1*.
Leo Hutri Wicaksono1
1 Teknik Mesin Universitas Widyagama Malang
Kata kunci
ABSTRAK
Heat Treatment Temperatur Velocity Pressure Pengelasan memiliki peran penting dalam proses manufaktur dan produksi.
Tegangan sisa yang ditinggalkan oleh pengelasan dapat menciptakan peluang terjadinya retak akibat hydrogen.
Untuk mencegah hal ini, tegangan sisa dapat dikurangi yaitu dengan cara PWHT.
Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk menganalisa posisi burner yang mempengaruhi ketercapaian atau pengoptimalan temperatur, velocity, dan pressure saat proses PWHT berlangsung.
Metode yang digunakan CFD (Computational Fluid Dynamic.
salah satu cabang dari mekanika fluida yang menggunakan numerik dan algoritma untuk menyelesaikan dan menganalisis permasalahan yang berhubungan dengan aliran fluida Berdasarkan penelitian, nilai paling optimal untuk temperatur ada pada inlet 2 yang lebih cepat mencapai titik 635 AC dengan waktu 310 second atau 5,16 menit, untuk velocity ada pada inlet 2 karena hasil lebih konstan arah pergerakannya dan tidak terlalu cepat namun memberikan hasil pada temperatur yang lebih optimal nilai rata-rata kecepatan adalah 2,7 m/s, sedangkan untuk pressure ada pada model 2, dimana tekanan lebih stabil, tidak mengalami penurunan tekanan yang naik terus dan kemudian dilanjut dengan konstan dan tidak ada penurunan yang secara extream, nilai rata-rata dari pressure tersebut adalah 101358 Pa.
Corresponding author:
Purbo Suwandono .
mail: purbo@widyagama.
Diterima: 5 Februari 2024 Disetujui: 25 Februari 2024 Dipublikasikan: 29 Februari 2024 Pendahuluan Pengelasan memiliki peran penting dalam proses manufaktur dan produksi .
Pengelasan melibatkan beberapa proses, diantaranya proses pencairan, proses metalurgi, dan proses pembekuan logam.
Perlakuan panas pasca las digunakan untuk mengurangi tegangan sisa setelah proses pengelasan.
Terutama pada pengelasan bagian tebal dari material yang sangat terkekang, menyebabkan tegangan sisa terbentuk karena pemanasan lokal dan pendinginan cepat selama pemadatan genangan las.
Tegangan sisa yang ditinggalkan oleh pengelasan dapat menciptakan peluang terjadinya retak akibat hydrogen .
Untuk mencegah hal ini, tegangan sisa ini harus Dari berbagai referensi bahwa selama proses pengelasan, panas yang masuk meninggalkan tegangan yang disebut tegangan sisa .
Tegangan sisa ini membuat material menjadi keras dan getas, sehingga tegangan sisa tidak diharapkan.
Kerusakan getas yang terjadi pada struktur pengelasan adalah masalah yang tersebar di seluruh dunia, terutama pada zona yang terpengaruh panas heat affected zone (HAZ).
Permasalahan di HAZ Ini adalah bagian dari masalah yang kompleks di mana struktur mikro terbentuk dari perbedaan perlakuan panas dan kondisi lingkungan.
Sifat fisik seperti kekuatan, keuletan, kekerasan, dan ketangguhan dipengaruhi oleh hal ini.
Tegangan sisa selalu terjadi selama pengelasan, tetapi dapat dikurangi dengan perlakuan panas setelah pengelasan atau bias disebut sebagai post weld heat treatment (PWHT).
Tujuan dari perlakuan panas PWHT adalah untuk mengurangi tegangan sisa, meningkatkan kekuatan, menambah atau mengurangi kekerasan, dan mengurangi risiko retak.
Setelah proses pemanasan dan pendinginan, setiap material mengalami perubahan Journal homepage: https://ejournal.
id/index.
php/flywheel/ Jurnal Flywheel: Februari 2024 struktur .
Untuk mengembalikan struktur bahan seperti semula atau bahkan lebih baik, pemanasan dapat dilakukan dengan suhu dan waktu penahanan tertentu.
Dari dasar ini diharapkan bahwa analisis optimasi ini akan menghasilkan parameter terbaik.
Suhu PWHT, waktu penahanan .
olding tim.
dan media pendinginan adalah parameter yang dievaluasi.
Di zona pengelasan, sebagian besar metode pengelasan tradisional menghasilkan tegangan sisa.
Tegangan ini bisa menjadi dekat dengan kekuatan luluh material ketika kondisi tertentu terpenuhi.
Sambungan semacam itu tidak dapat digunakan secara langsung dan rentan terhadap kegagalan.
Rakitan baja yang dilas tersebut menerima PWHT untuk mengurangi kemungkinan patah getas.
Potensi kegagalan berkurang dengan pengurangan tegangan sisa yang cukup besar dari PWHT pada sambungan las.
Oleh karena itu.
PWHT diperlukan setiap kali ada kemungkinan retak.
Pada penelitian ini, pengaruh dari posisi burner mempengaruhi untuk ketercapaian atau pengoptimalan temperatur, velocity, dan pressure saat proses PWHT berlangsung.
Temperatur PWHT yang digunakan untuk awal proses adalah 425A C sampai mencapai temperatur 635A C dikarenakan proses PWHT ini juga mempengaruhi biaya produksi sehingga diperlukannya optimalisasi untuk setiap prosesnya.
Perancangan chamber PWHT ini menggunakan metode simulasi CFD untuk mensimulasikan bagaimana posisi burner dapat mempengaruhi hasil perambatan panas pada chamber PWHT .
Perancangan chamber PWHT ini menggunakan skala sesuai dengan skala pabrik dimana nantinya dengan perancangan skala ini didapatkan posisi chamber yang optimal dan mendapatkan penyebaran panas yang merata dalam vessel .
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan hasil yang optimal dari distribusi burner pada proses Heat Treatment Pressure Vessel, yang akan dianalisis oleh peneliti ada 3 poin, yakni: temperatur, velocity, dan Dari 3 poin tersebut juga buatkan 3 posisi burner yang berbeda-beda, yakni: model 1, model 2, dan Dari ketiga posisi burner terbut akan dianalisa posisi mana yang paling optimal untuk temperatur, velocity, dan pressure.
Metode Penelitian Metode penelitian pada penelitian ini menggunakan simulasi.
Variabel yang digunakan adalah variasi posisi burner dibagi menjadi 3 variasi yang berbeda.
Perbedaan posisi burner terletak pada posisi inlet burner.
Gambar 1 Variasi burner model 1.
Gambar 2 Variasi burner model 2.
Gambar 3 Variasi burner model 3.
Azis Solichi.
Nova Risdianto.
Purbo Suwandono.
Leo Hutri Wicaksono Variabel terikat pada penelitian ini adalah distribusi temperatur, distribusi velocity, dan distribusi pressure.
Variabel terkontrol disini yakni dimensi chamber dan dimensi vessel.
Gambar 4 Dimensi chamber.
Gambar 4 adalah gambar dimensi chamber tampak samping dengan ukuran mm.
Dimensi chamber disesuaikan dengan ukuran asli yang direncanakan.
Jenis Material Vessel yang digunakan adalah SA516 Gr.
70 N yaitu material baja yang mempunyai kekuatan mekanik yang lebih tinggi, kekuatan hasil yang lebih tinggi, kekuatan tarik yang lebih tinggi, ketahanan korosi, ketahanan pitting dan celah, tahan oksidasi, tegangan klorida dan ketahanan retak.
Gambar 5 Temporary furnace dan pressure vessel plan view.
Prosedur Penelitian/Simulasi Tahapan simulasi yang akan dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Modeling dari PWHT / 3D Furnace Pembuatan 3D modeling untuk proses PWHT menggunakan furnace, ukuran furnace disesuaikan dengan kebutuhan dan rencana yang sudah dibuat sebelumnya, di buat desain 3D furnace terlebih dahulu sebelum ke proses CFD.
Modeling Pressure Vessel/3D Pressure Vessel Pembuatan 3D modeling untuk pressure vessel, desain pressure vessel di sesuaikan dengan aktual barang yang ada d Perusahaan saat ini, mulai dari thickness pressure vessel, jumlah nozzle dan manhole, serta dimensi secara keseluruhan di samakan dengan aktual barang.
CFD (Computational Fluid Dynami.
Jurnal Flywheel: Februari 2024 Masuk fluent/CFD (Computational Fluid Dynami.
Simulasi merupakan metode yang menggambarkan suatu objek atau sistem dalam bentuk tiruan yang mirip dengan keadaan yang sesungguhnya.
Simulasi juga menjadi penggambaran suatu sistem atau proses dengan peragaan berupa model statistik, numerik atau gambar visual, sehingga simulasi CFD secara umum dapat dijabarkan sebagai tiruan dari sebuah sistem fluida dinamis dengan menggunakan metode numerik secara komputasi yang digunakan untuk melakukan mengetahui perilaku dari objek .
Import geometry Geometry merupakan domain yang digunakan sebagai objek penelitian, dimana simulasi fluida dan solid akan terjadi sehingga dalam simulasi CFD bentuk geometry menjadi langkah pertama dalam simulasi.
Bentuk geometry terbagi ke dalam dua jenis .
2D .
ua dimens.
dan 3D .
iga dimens.
Meshing Meshing atau griding adalah proses membagi komponen yang dianalisis menjadi elemen-elemen kecil atau Proses mesh atau grid yang sesuai disebut pembuatan mesh, dan proses pembuatan mesh telah lama dianggap sebagai proses yang memerlukab waktu dan biaya yang cukup besar dalam tahap pembuatan simulasi CFD.
Pada simulasi ini meshing yang digunakan adalah tipe fine.
Input parameter Input parameter yakni memasukkan nilai numerikal, program dan batasan-batasan yang lainnya terkait desain furnace dan pressure vessel sebelum dilakukannya running atau analisis PWHT pada software.
Hasil dan Pembahasan Hasil Simulasi Simulasi CFD (Computational Fluid Dynamic.
merupakan simulasi yang terkonsentrasi pada pola aliran fluida secara dinamis, pada simulasi ini didapatkan hasil analisis temperatur, velocity, dan pressure, pada desain proses PWHT pressure vessel.
Untuk detail dari hasil simulasi CFD sebagai berikut:
CFD Domain Simulasi Model 1 Gambar 6 Desain CFD simulasi model 1.
Posisi inlet 1 berada pada tengah chamber disisi yang persegi, sesuai dengan titik merah pada gambar, jarak dari bawah 1,75 m dan jarak dari samping 1,75 m.
Inlet 1 adalah tempat burner yang nantinya akan mendistribusikan panas ke dalam chamber sesuai titik merah .
nlet 1 fluid.
Untuk posisi outlet nya ada di pojok samping sesuai pada titik merah .
utlet fluid.
adalah untuk keluarnya fluida yang sudah masuk dan terdistribusi sebelumnya.
Temperatur Berikut merupakan hasil CFD untuk melihat pada temperatur saat proses simulasi PWHT Azis Solichi.
Nova Risdianto.
Purbo Suwandono.
Leo Hutri Wicaksono .
Gambar 7 Hasil Simulasi model 1 pada waktu yang berbeda untuk parameter temperatur.
Gambar 8 Hasil simulasi model 2 pada waktu yang berbeda untuk parameter temperatur.
Gambar 9 Hasil simulasi model 3 pada waktu yang berbeda untuk parameter temperatur.
Jurnal Flywheel: Februari 2024 Panas dari burner yang masuk melalui inlet 1 dengan posisi burner dapat dilihat pada gambar 7.
Pada gambar 7 .
adalah gambar perambatan panas selama 3 menit.
Pada gambar 7 .
, 7 .
, 7.
masing-masing adalah perambatan pada menit 6, menit 9 dan menit 12.
Pada gambar 7 .
adalah gambar perambatan panas selama 14,3 menit.
Panas inlet 1 masuk untuk proses PWHT secara konstan .
Untuk mencapai temperatur 635 AC.
Temperatur itu adalah temparatur paling panas yang membutuhkan waktu 14,3 menit.
Pada gambar dapat dilihat temperatur pada ruangan paling panas menyebar secara merata.
Panas dari burner yang masuk melalui inlet 2 dengan posisi burner dapat dilihat pada gambar 8.
Pada model 2 gambar 8 .
adalah perambatan panas selama 3 menit dan gambar 8 .
adalah perambatan panas saat mencapai temperatur mencapai 635 AC yang dicapai selama 5,16 menit.
Panas dari burner yang masuk melalui inlet 3 dengan posisi burner dapat dilihat pada gambar 3.
Pada model 3 gambar 9 .
adalah gambar perambatan panas selama 3 menit, sedangkan gambar 9 .
dan 9 .
adalah perambatan panas pada menit 6 dan menit 10,5 hingga mencapai temperatur 635 AC.
Velocity Berikut merupakan hasil CFD untuk melihat velocity pada saat proses simulasi PWHT.
Gambar 10 Hasil simulasi model 1 pada waktu yang berbeda untuk parameter velocity.
Gambar 11 Hasil simulasi model 2 pada waktu yang berbeda untuk parameter velocity.
Azis Solichi.
Nova Risdianto.
Purbo Suwandono.
Leo Hutri Wicaksono .
Gambar 12 Hasil simulasi model 3 pada waktu yang berbeda untuk parameter velocity.
Pada gambar 10 .
adalah gambar perambatan panas selama 3 menit.
Pada gambar 10 .
, 10 .
, 10.
masing-masing adalah perambatan pada menit 6, menit 9 dan menit 12.
Pada gambar 10 .
adalah gambar perambatan panas selama 14,3 menit.
Pada gambar 10 .
3D-Streamline terdapat pola aliran yang tidak beraturan dengan memakai posisi inlet 1 tersebut.
Pada hasil velocity atau kecepatan inlet 1 terdapat kecepatan yang paling tinggi adalah 3,709 m/s.
nilai kecepatan tersebut tidak konstan akan tetapi naik turun sesuai aliran yang dilewati yang terkadang bisa membuat perubahan pada kecepatan aliran tersebut.
Pada hasil velocity atau kecepatan model 2 terdapat kecepatan yang paling tinggi adalah 3,564 m/s nilai kecepatan tersebut tidak konstan akan tetapi naik turun sesuai aliran yang dilewati yang terkadang bisa membuat perubahan pada kecepatan aliran Pada gambar 11 .
menunjukkan perubahan kecepatan aliran pada menit 3 dan pada gambar 12 .
menunjukkan perubahan aliran pada menit 5.
Pada gambar 11 .
3D-Streamline terdapat pola aliran yang cukup beraturan dan lebih baik dari inlet sebelumnya ini memakai posisi model 2.
Pada model 1 dan model 3 aliran terlihat tidak beraturan karena posisi burner langsung menumbuk vessel dengan kecepatan tinggi, selain itu jarak antara burner dan vessel pada model 1 dan 3 cukup dekat.
Pada model 2 posisi burner tidak langsung menumbuk vessel sehingga aliran lebih streamline dibandingkan model 1 dan model 3.
Pressure Berikut merupakan hasil CFD untuk melihat pada pressure saat proses simulasi chamber PWHT.
Gambar 9 Hasil simulasi pada waktu yang berbeda untuk parameter pressure.
Jurnal Flywheel: Februari 2024 Tekanan yang di hasilkan pada inlet 1 yang paling besar nilainya 101334.
3 Pa.
tekanan tersebut tidak konstan, namun nilai paling besar dari proses PWHT yang dimana masih bisa berubah tergantung posisi yang membutuhkan tekanan besar pada proses pendistribusian panas/fluida pada proses PWHT tersebut.
Perbandingan Ketiga Model Chamber Temperatur Berikut merupakan grafik untuk melihat perbandingan temperatur untuk ketiga inlet, temperatur dimulai dengan temperatur 425 AC dan berhenti di 635 AC.
dari ketiga proses tersebut yang paling optimal atau paling cepat mencapai di titik 635 AC.
Gambar 10 Grafik hubungan temperatur dengan waktu pemanasan.
Dari hasil grafik temperatur diatas dapat dilihat bahwa garis b2 atau inlet 2 yang lebih optimal atau lebih cepat mencapai titik 635 AC dengan waktu 310 second atau 5,16 menit sudah mencapai titik tersebut, dibandingan dengan inlet 1 dan inlet 3 yang membutuhkan waktu yang lebih lama yaitu 14.
3 menit dan 10.
menit, sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk hasil temperatur inlet 2 yang lebih optimal dan lebih cepat perambatan temperaturnya.
Dengan lebih cepatnya ketercapaian temperatur tersebut berarti sudah sesuai dengan keoptimalan dengan yang diharapkan, karena semakin cepat waktu menuju ke holding time lebih baik ke temperatur titik 635 AC.
Velocity Berikut merupakan grafik untuk menilai perbandingan velocity di ketiga inlet, velocity yang di cari yakni arah yang beratukan dan kecepatannya lebih konstan dibangikan yang lainnya, sehingga nanti akan didapatkan nilai yang paling optimal di ketiga percobaan tersebut.
Azis Solichi.
Nova Risdianto.
Purbo Suwandono.
Leo Hutri Wicaksono Gambar 11 Grafik Hubungan Velocity dengan Waktu Pemanasan Dari hasil grafik velocity diatas dapat dilihat bahwa garis b2 atau model 2 yang lebih optimal atau lebih konstan arah pergerakannya dan tidak terlalu cepat namun memberikan hasil pada temperatur yang lebih optimal untuk mencapai 635 AC lebih cepat yang nilai rata-ratanya adalah 2,7 m/s dan dapat dilihat juga pada gambar 17 3D-Streamline Pandangan Isometri yang Dimana arah dari atau pendistribusian proses PWHT nya lebih terarah dan lebih rapi dibandingan kedua inlet yang lainnya.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk hasil velocity yang lebih optimal pada proses model 2.
B3 menghasilkan kecepatan yang paling tinggi dikarenakan posisi burner mendukung hal tersebut, namun tidak menjadikan keoptimalan karena hasil dari analisis model 3 menggambarkan velocity yang kurang teratur dan tidak stabil arah nya.
Kecepatan paling tinggi namun ketercapaian temperatur cukup lama di bandingkan inlet 2.
Pressure Gambar 11 merupakan grafik untuk menilai perbandingan Pressure di ketiga inlet, pressure yang di cari yakni pressure yang lebih besar namun memberikan dampak yang sigifikan pada proses temperatur dan velocity.
Sehingga ketiga poin tersebut saling berkesinambungan dan memberikan efek satu sama lain.
Gambar 11 Hasil perbandingan pressure.
Jurnal Flywheel: Februari 2024 Dari hasil grafik pressure diatas dapat dilihat bahwa garis b2 atau inlet 2 yang lebih optimal atau lebih stabil arah pergerakannya, yang dimana pressure tersebut tidak mengalami penurunan tekanan, yang naik terus dan kemudian dilanjut dengan konstan dan tidak ada penurunan yang secara ekstrem nilai rata-rata dari pressure tersebut adalah 101358 Pa, dibandingkan dengan tekanan dari inlet 1 dan inlet 3 yang dimana proses tekanan yang terjadi tidak konstan dan naik turun yang cukup banyak, yang menyebabkan tidak stabilnya tekanan Sehingga dapat disimpulkan bahwa inlet 2 yang lebih optimal prosesnya.
Inlet 2 menghasilkan pressure paling tinggi dan lebih konstan karena posisi burner mendukung hal tersebut untuk menghsilkan pressure tinggi.
Kesimpulan Dari simulasi penelitian berikut, didapatkan kesimpulan bahwa nilai yang paling optimal untuk temperatur ada pada model 2 yang lebih cepat mencapai titik 635AC dengan waktu 310 detik atau 5,16 menit, kemudian yang paling optimal untuk model 2 karena hasil lebih konstan arah pergerakannya dan tidak terlalu cepat namun memberikan hasil pada temperatur yang lebih optimal yang nilai rata-ratanya adalah 2,7 m/s, sedangkan untuk pressure nilai yang paling optimal ada pada model 2, dimana tekanan lebih stabil, tidak mengalami penurunan tekanan yang naik terus dan kemudian dilanjut dengan konstan dan tidak ada penurunan yang secara extream nilai rata-rata dari pressure tersebut adalah 101358 Pa.
Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terimakasih kepada PT BBI atas bantuan tentang pengambilan data dan pihak terkait atas penelitian ini.
Referensi