## ANALISIS TEGANGAN PADA ELBOW PIPE SA 123 Gr.T22 DI SHELL AND
TUBE HEAT EXCHANGER
Abdul Haris Siregar 1* , Hary Sutjahjono 2 , Agus Triono 2
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37, Jember , 68121
Email: *abdharissrg@gmail.com

## ABSTRACT
Heat exchanger is a system used to transfer heat between fluids. The most cases of heat exchanger failure is leakage pipe. This study aims to see the effect of increasing the radius of the elbow pipe in the shell and tube heat exchanger on the stress due to internal and external pressure. The research using ANSYS 15 at elbow pipe radius 40 mm, 51 mm and 62 mm with internal pressure 20.4 MPa and external pressure 2.04 MPa. Obtained maximum results occur in 40 mm radius elbow pipe of 81,528 MPa and minimum result occurs in 62 mm of 76,212 MPa. The stress that occurs in all elbow pipe can be said safe because the stress value is still under the pipe material yield point .
Keywords: Pipe stress analysis, elbow pipe, heat exchanger .

## PENDAHULUAN
Energi  listrik  telah  menjadi  kebutuhan utama  di  kehidupan  sehari  –  hari.  Energi  listrik digunakan  untuk  memasak,  menerangi  ruangan, media  informasi  sampai  media  transportasi. Selain  itu,  meningkatnya  jumlah  penduduk  juga meningkatkan kebutuhan akan energi listrik. Data Badan  Statistik  Ketenagalistrikan  menunjukkan peningkatan  konsumsi  tenaga  listrik  dari  tahun 2007 konsumsi tenaga listrik sebesar 129.018,81 MWh  dengan  223.013.776  penduduk  menjadi 247,416,06 MWh dengan 256.705.000 penduduk di tahun 2016 [1].
Salah  satu  sumber  pembangkit  tenaga listrik  adalah  Pembangkit  Tenaga  Listrik  Panas Bumi (PTLP). PLTP  memanfaatkan energi panas bumi  untuk  menghasilkan  energi  listrik  dengan cara menukar panas fluida dari bumi kepada fluida lain  yang  akan  dialirkan  ke  turbin.  Pada  PLTP terdapat  mesin  yang  berperan  penting  dalam proses  perpindahan  panas  yaitu heat  exchanger. Heat  exchanger berfungsi  untuk  menukar  panas fluida  dari  panas  bumi  ke  fluida  yang  akan dialirkan  ke  turbin.  Perbedaan  temperatur  dan tekanan  antara  kedua  fluida  sangat  besar,  maka mesin  tersebut  dapat  berpotensi  mengalami kegagalan.
Stewart  &  Lewis  menjelaskan  dalam survei  persentase  terbesar  yang  mengakibatkan kehilangan  produksi  akibat  kegagalan heat exchanger adalah  kebocoran  pipa  sebesar  47% atau 155 kasus dari total 350 kasus dalam kurun waktu 2008 – 2013. Oleh karena itu diperlukan
penelitian  guna  meminimalisir  kegagalan  pada heat exchanger [2]. Prastowo  dkk  melakukan  penelitian menurunkan  tingkat  erosi  pada elbow  fitting di condenser air conditioning cooling system dengan menambahkan vortex generator . Metode penelitian yang dilakukan yaitu dengan melakukan simulasi CFD pada elbow fitting untuk mengetahui posisi terjadinya erosi, lalu menambahkan vortex generator untuk menurunkan  kecepatan  fluida  di  daerah  yang terjadi  erosi  [3].  Mahmuddin  melakukan  studi eksperimental mengenai penurunan tekanan pada elbow  pipe dengan  variasi  rasio  R/D  untuk mengetahui karakteristik penurunan tekanan yang terjadi  [4].  Hafid  melakukan  analisa  tegangan pada elbow  pipe  hot  leg dengan  sudut  belokan sebesar 51 o menggunakan perhitungan mekanika teknik [5].
Penelitian ini melakukan analisa tegangan pada elbow pipe di shell and tube heat exchanger dengan menggunakan software ANSYS  15.  Penelitan  dilakukan  untuk  melihat pengaruh radius lengkung 40 mm, 51 mm dan 62 mm  pada elbow  pipe terhadap  tegangan  yang disebabkan oleh tekanan internal dan eksternal.

## BATASAN MASALAH
Batasan  masalah  pada  penelitian  ini  sebagai berikut :
1. Penelitian yang dilakukan adalah statis
2. Hasil penelitian berupa tegangan equivalent stress .
3. Tegangan diakibatkan oleh tekanan internal dan eksternal.
4. Analisa tegangan dititik beratkan pada elbow pipe di Shell and Tube Heat Exchanger . Proses penelitian menggunakan software ANSYS15 dengan jenis simulasi Static Structural .

## METODE PENELITIAN
Parameter Penelitian
Parameter  dalam  penelitian  ini  sebagai berikut:
Tabel 1. Parameter Penelitian Parameter Nilai Tekanan Internal 20,4 MPa Tekanan Eksternal 2,04 MPa Diameter luar 15,875 mm Diameter dalam 11,659 mm Poisson ratio 0,3 Ultimate strength 415 MPa Yield strength 205 MPa Densitas 7800 kg/m 3

## Pemodelan
Dimensi elbow  pipe dijelaskan  sebagai berikut:
(a) (b) (c)
Gambar 1. Pemodelan elbow pipe: (a) radius 40 mm, (b) radius 51 mm dan (c) radius 62 mm.

## Diagram Alir
Diagram  alir  dalam  penelitian  sebagai berikut:

## Gambar 2. Diagram Alir

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil simulasi pada elbow pipe radius 40 mm, 51 mm dan 62 mm di tampilkan pada Gambar 3.
(a) (b) (c)
Gambar 3. Hasil simulasi: (a) Elbow pipe radius 40 mm, (b) Elbow pipe radius 51 mm, dan (c) Elbow pipe radius 62 mm
Karena  hasil  simulasi  pada  Gambar  3 belum dapat menunjukkan titik kritis maka elbow pipe dipecah  menjadi  10 section seperti  pada Gambar 4. Section 0 dan 10 di elbow pipe terjadi peningkatan tegangan yang ekstrem, hal ini terjadi disebabkan section 0 dan 10 adalah letak tumpuan. Equivalent stress maksimal terjadi pada section 5 di setiap elbow pipe dengan nilai tegangan sebesar 81,528 MPa pada radius 40 mm, 79,309 MPa pada radius  51  mm  dan  76,212  MPa  pada  radius  62 mm.
Ya Mulai Pemodelan Elbow Pipe
Simulasi ANSYS 15 Tidak Perhitungan Analitis Equivalent Stress < Kriteria Bahan Selesai Kesimpulan Analisa dan Pembahasan Studi Literatur Desain Heat Exchanger Studi Lapangan di PT. Boma Bisma Indra (Persero)
Ya A B
B A
Gambar 4. Grafik equivalent stress terhadap peningkatan radius elbow pipe

## KESIMPULAN
Kesimpulan  analisis  tegangan  pada elbow pipe SA 213 Gr.T22 di shell and tube heat exchanger sebagai berikut : a. Equivalent stress di section 5 pada elbow pipe radius  40  mm  sebesar  81,528  MPa,  pada radius  51  mm  sebesar  79,309  MPa  dan  pada radius 62 mm sebesar 76,212 MPa.
b. Nilai  tegangan  yang  terjadi  dapat  dikatakan aman  karena  masih  jauh  di  bawah  titik yield sebesar 205 MPa.

## SARAN
Saran  untuk  peneliti  selanjutnya  sebagai berikut:
a. Melakukan  analisis  dengan  pemodelan  utuh heat exchanger .
b. Menambahkan pembebanan termal.
c. Melakukan  analisis  lanjut  terkait  penurunan tekanan yang terjadi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Dirjen  Ketenagalistrikan.  2017. Statistika Ketenagalistrikan  2016 .  Jakarta:  Direktorat
Jenderal Ketenagalistrikan Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral;
[2]  Stewart,  Maurice  dan  Cran  T  Lewis.  2013. Surface  Production  Operations  Vol  2.
Virginia: Elsevier;
[3]  Prastowo, Hari dkk. 2007. Damage Analysis of  Elbow  Fitting  at  Condenser  Air Conditioning  Cooling  System. Surabaya:
International Journal of Marine Engineering Innovation and Research. 1(4);
[4]  Mahmuddin.  2018. Studi  Eksperimental Penurunan Tekanan Aliran Melewati
Belokan  Pipa  Horizontal  dengan  Variasi Rasio  R/D. Makasar:  Universitas  Muslim Indonesia;
[5]  Hafid, Abdul. 2013. Analisis Tegangan Pada Belokan  Pipa  Hot  Leg  Sistem  Primer  PWR Menggunakan  Prinsip  Mekanika  Teknik .
Yogyakarta: Sigma Epsilon;
[6]  Thulukkanam, Kuppan. 2013. Heat Exchanger Design Handbook Second Edition. Boca  Raton:  CRC  Press  Taylor  & Francis Group;
[7] Budynas, Richard G dan J Keith Nisbett. 2018. Shigley’s  Mechanical  Engineering  Design Ninth Edition . New York: McGraw – Hill;
[8] Budynas, Richard G. 1977. Advanced Strength and Applied Stress Analysis Second Edition. United Stated of America: McGraw – Hill.
70 80 90 100 110 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Equ iv al ent S tr ess Section