Simulasi Finite Element Analysis (FEA) pada Pressure Vessel: Mematuhi Standar untuk Keamanan dan Kinerja Optimal

Pressure vessel, atau bejana bertekanan, adalah komponen kritis dalam berbagai industri seperti petrokimia, energi, dan manufaktur. Simulasi Finite Element Analysis (FEA) telah menjadi alat yang penting dalam merancang dan memvalidasi keandalan struktural pressure vessel. Dalam artikel ini, kita akan menjelajahi penerapan simulasi FEA pada pressure vessel sesuai dengan standar industri yang relevan.

Pentingnya Simulasi FEA pada Pressure Vessel:

  1. Perancangan yang Aman: Pressure vessel harus dirancang untuk menahan tekanan internal yang tinggi dengan aman. Simulasi FEA memungkinkan insinyur untuk memodelkan distribusi tegangan, deformasi, dan respons struktural lainnya di bawah berbagai beban operasional.
  2. Penghematan Biaya: Dengan menggunakan simulasi FEA, insinyur dapat mengidentifikasi potensi kegagalan atau kelemahan dalam desain pressure vessel sebelum pembuatan prototipe fisik. Hal ini dapat menghemat waktu dan biaya yang terkait dengan pengujian dan iterasi desain.
  3. Optimasi Desain: Simulasi FEA memungkinkan pengujian berbagai konfigurasi desain dan bahan material untuk memastikan kinerja dan keamanan optimal pressure vessel.
  4. Kepatuhan Regulasi: Pressure vessel harus mematuhi standar dan regulasi yang ketat, seperti ASME Boiler and Pressure Vessel Code di Amerika Serikat atau PED (Pressure Equipment Directive) di Uni Eropa. Simulasi FEA membantu memastikan bahwa desain pressure vessel memenuhi persyaratan yang ditetapkan oleh standar tersebut.

Langkah-langkah dalam Simulasi FEM pada Bejana Tekan:

  1. Pemodelan Geometri: Langkah awal adalah memodelkan geometri pressure vessel secara akurat dalam perangkat lunak simulasi FEM. Ini mencakup pembuatan model 3D yang mencakup semua komponen penting seperti dinding, head, nozzle, dan pengunci.
  2. Meshing: Setelah geometri dipersiapkan, langkah berikutnya adalah membuat mesh atau jaringan elemen berukuran kecil di sekitar objek. Untuk memperoleh kualitas mesh yang baik pada sebuah plat tipis seperti pressure vessel ini sangatlah menantang, diperlukan metode mid surface dan shell elemen agar mesh menjadi berkualitas tinggi dan menghasilkan data yang akurat serta proses komputasi lebih cepat. Mid surfacing dan shell element meshing dapat dilakukan dengan mudah menggunakan software FEA generasi terbaru seperti MSC Apex.

Paduan meshing 3D dan 2D yang dibuat menggunakan MSC Apex

3. Pemilihan Material: Identifikasi material yang sesuai adalah langkah penting dalam simulasi FEA. Sifat material seperti kekuatan tarik, keuletan, dan modulus elastisitas harus dipertimbangkan dengan cermat.

4. Penerapan Beban dan Batasan: Beban dan batasan harus diterapkan sesuai dengan kondisi operasional yang diinginkan, termasuk tekanan internal, suhu, gaya eksternal, dan gaya hidrostatik.

5. Analisis: Setelah model dipersiapkan dan beban diterapkan, analisis FEA dapat dilakukan. Ini melibatkan pemecahan persamaan matematis yang menggambarkan respons struktural pressure vessel terhadap beban yang diberikan. Solver standar industri yang umum digunakan untuk pressure vessel adalah MSC Nastran, karena robustness dan juga akurasinya yang tinggi.

6. Interpretasi Hasil: Hasil simulasi FEA memberikan wawasan tentang distribusi tegangan, deformasi, dan faktor keamanan di seluruh pressure vessel. Interpretasi hasil ini memungkinkan insinyur untuk mengevaluasi keandalan desain dan mengidentifikasi area yang memerlukan perbaikan atau modifikasi. Untuk analisis lebih dalam tentang fatigue, software CAEFatigue dapat menjadi pilihan yang tepat karena memang dedicated untuk aplikasi ini.

Penerapan Standar dalam Simulasi FEA pada Pressure Vessel:

Beberapa standar yang relevan untuk simulasi FEA pada pressure vessel meliputi:

  • ASME Boiler and Pressure Vessel Code: Standar ini menetapkan persyaratan untuk desain, konstruksi, inspeksi, dan pengujian pressure vessel.
  • PED (Pressure Equipment Directive): Standar ini merupakan regulasi yang berlaku di Uni Eropa yang menetapkan persyaratan keamanan bagi pressure vessel dan peralatan bertekanan lainnya.
  • ISO 16528 (Boilers and Pressure Vessels): Standar ini memberikan panduan untuk desain dan perhitungan teknis pressure vessel.

Keuntungan Simulasi FEA pada Pressure Vessel:

  1. Keamanan yang Ditingkatkan: Simulasi FEA memungkinkan identifikasi potensi kegagalan atau kelemahan dalam desain pressure vessel sebelum konstruksi fisik dilakukan.
  2. Efisiensi Desain: Dengan memungkinkan pengujian berbagai konfigurasi desain, simulasi FEA membantu dalam mengoptimalkan desain pressure vessel untuk kinerja maksimal.
  3. Penghematan Biaya: Dengan mengidentifikasi masalah desain sejak awal, simulasi FEA dapat mengurangi kebutuhan akan pengujian dan modifikasi fisik yang mahal.
  4. Kepatuhan Regulasi: Simulasi FEA memastikan bahwa desain pressure vessel memenuhi standar dan regulasi yang relevan, mengurangi risiko pelanggaran peraturan.
  5. Menemukan Masalah Tersembunyi: Perhitungan kekuatan struktur seperti tegangan dan deformasi sangat tergantung dengan detail dari geometri dan beban, sehingga dengan penyederhanaan asumsi geometri pada perhitungan analitis banyak sekali perhitungan yang mungkin terlewatkan.

Simulasi FEA merupakan alat yang kuat dalam merancang pressure vessel yang aman dan efisien. Dengan mematuhi standar industri yang relevan dan mengikuti langkah-langkah terbaik dalam proses simulasi, perusahaan dapat meningkatkan keamanan, kinerja, dan keandalan pressure vessel mereka.

PT Tensor memberikan konsultasi jasa simulasi FEA pada pressure vessel dengan software berlisensi resmi, yang dikerjakan oleh para engineer yang berpengalaman mendesain pressure vessel. Hubungi kami sekarang juga!