View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
PERANCANGAN SISTEM PERPIPAAN AIR BERSIH DI
HOTEL JAYAKARTA
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh
JEDDI ROY DAHLAN PURBA
Nim : 015214114
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2008
i
WATER PIPING DESIGNING AT JAYAKARTA HOTEL
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of The Requirements
To Obtain The Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By
JEDDI ROY DAHLAN PURBA
Student Number : 015214114
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2008
ii
iii
iv
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelas kesarjanaan di suatu perguruan tinggi,
dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak dapat karya atau pendapat yang pernah
dituliskan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan
disebutkan dalam daftar pustaka
v
Kupersembahkan Kepada
Bapa, Mama dan Kedua Adikku Saron Riahdo Purba
dan Seksio Fernando Purba
Masa depan memang ada, harapanmu tidak akan hilang.
(Amsal 23:18)
”Janganlah hendaknya kamu kuatir tentang apapun juga,
tetapi nyatakanlah dalam segala hal keraguan kepada
Allah dalan doa dan permohonan dengan ucap syukur”
(Filipi 4:6)
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih kepada Bapa di surga atas berkatNya, karunia dan
talenta yang diberikan kepada saya, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir
ini dengan judul ”Perancangan Sistem Perpipaan Air Bersih di Hotel Jayakarta”.
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi
mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam
pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini, tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,
baik berupa saran dan materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril.
Dan akhir kata penulis mengucapakan terimakasih banyak atas segala bantuan
dan saran sehingga tugas akhir ini terselesaiokan dengan baik kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat yang dilimpahkan kepada saya selama
penulisan tugas akhir ini.
2. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sanata Dharma.
3. Ir. Rines, M.T selaku dosen pembimbing akademik.
4. Budi Sugiharto, S.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir dan Kaprodi
Teknik Mesin
5. Seluruh staf pengajar jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang
sangat membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
vii
6. Ibunda tercinta dan Papa tersaya yang telah memberikan dukungan baik
moril mapun material. ” I Miss U Dad”.
7. Buat adek-adeku tersayang, Saron dan Nando
8. Teman-Teman Teknik Mesin yang membantu menyumbangkan saran dan
kritikan : Tris, Dimas, Edo, Suryatmaja
9. Teman-teman Kost : Krisna, Era, Adi, Alex
10. Rekan-rekan dan semua pihak yang banyak membantu yang tidak dapat aku
sebutkan satu persatu.
Penulis
Jeddi Roy Dahlan Purba
viii
INTISARI
Tujuan perancangan ini untuk menghitung ulang sistem pemipaan yang ada di
Hotel Jayakarta. Sistem pemipaan terbagi dalam 2 bagian, yang pertama
menggunakan sistem pengaliran bertekanan dimana pompa digunakan untuk
mengalirkan air dari bak penampung ke tower, dan yang kedua menggunakan sistem
aliran grafitasi untuk mengalirkan air dari tower ke kamar-kamar Hotel.
Tekanan paling besar yang dialami pipa di jadikan input untuk menentukan
ketebalan pipa. Agar debit dan kecepatan air di setiap lantai seragam, maka
digunakan sebuah katup dengan jenis Globe Valve yang di letakan pada pipa 2 inci
disetiap lantai.
Material pipa yang dipakai menggunakan Baja karbon berdiamater 3½”,
menggunakan schedule 5s, 2” menggunakan schedule 5s dan ½” menggunakan
schedule 10s. Jenis katup yang dipakai Globe Valve klas #150 dengan material besi.
Dan Jenis Flange yang dipakai menggunakan Lap Joint Type Flange klas #150
dengan material besi. Agar pipa –pipa distribusi tidak mengalami defleksi yang besar,
pipa dilengkapi penyangga dengan jarak 4 m.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................................................i
HALAMAN PENGESAHAN....................................................................................iii
HALAMAN PERNYATAAN ...................................................................................v
HALAMAN MOTTO.................................................................................................vi
KATA PENGANTAR ..............................................................................................vii
INTISARI ...................................................................................................................ix
DAFTAR ISI ...............................................................................................................x
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................xii
DAFTAR TABEL .....................................................................................................xv
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................................1
1.2 Tujuan Perancangan .......................................................................................2
1.3 Langkah Perancangan ....................................................................................2
1.4 Batasan Masalah ............................................................................................3
1.5 Skema Perancangan .......................................................................................3
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................4
2.1 Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan pipa .............................5
2.2 Pemilihan Material .........................................................................................6
x
2.3 Sambungan Pipa ............................................................................................7
2.3.1 Pengelasan .....................................................................................................8
2.3.2 Ulir .................................................................................................................8
2.3.3 Menggunakan Flens (Flange) ........................................................................8
2.3.4 Tipe sambungan Cabang ..............................................................................12
2.4 Katup (Valve) ...............................................................................................13
2.4.1 Beberapa jenis katup ....................................................................................14
2.4.2 Bahan atau material katup ...........................................................................14
2.5 Pemsangan pipa ...........................................................................................19
2.5.1 Pemasangan pipa di atas tanah ....................................................................19
2.5.2 Pemasangan pipa dibawah tanah .................................................................21
BAB III POMPA .......................................................................................................23
3.1 Pengertian pompa ........................................................................................23
3.2 Prinsip kerja pompa sentrifugal ...................................................................23
3.3 Kapasitas pompa ..........................................................................................24
3.4 Head pompa .................................................................................................26
3.4.1 Head kerugian gesek untuk pipa lurus .........................................................28
3.4.2 Kerugian pada satu belokan 90 P
0P..................................................................29
3.4.3 Head kecepatan keluar .................................................................................31
3.4.4 Head total pompa yang digunakan .............................................................31
3.5 Penentuan jumlah tingkat pompa .................................................................32
xi
3.6 Penentuan putaran motor dan Kecepatan spesifik .......................................34
3.6.1 Putaran motor ..............................................................................................34
3.6.2 Kecepatan spesifik .......................................................................................34
3.7 Daya pompa .................................................................................................35
BAB IV SISTEM PERPIPAAN ..............................................................................38
4.1 Debit ............................................................................................................38
4.1 Perhitungan kerugian-kerugian akibat faktor gesekan dan komponen pada
sistem pipa distribusi 3½ inch .....................................................................39
4.1.1 Head kerugian gesek untuk pipa distribusi 3½ inch ....................................39
4.1.2 Head kerugian untuk komponen pipa distribusi 3½ inch ............................42
4.2 Perhitungan kerugian-kerugian akibat faktor gesekan dan komponen pada
sistem pipa distribusi 2 inch ........................................................................44
4.3 Perhitungan tekanan .....................................................................................47
4.3.1 Perhitungan tekanan di B .............................................................................47
4.3.2 Perhitungan tekanan di ujung pipa ½ inch ...................................................49
4.3.3 Perhitungan tekanan di PB3B
............................................................................44
4.4 Ketebalan pipa .............................................................................................52
4.4.1 Ketebalan pipa untuk pipa distribusi 3½ inch..............................................54
4.4.2 Ketebalan pipa untuk pipa distribusi 2 inch ................................................54
4.4.3 Ketebalan pipa untuk pipa ½ .......................................................................54
xii
4.5 Jarak tumpuan .............................................................................................55
4.5.1 Jark tumpuan untuk pipa distribusi 3½ inch ................................................55
4.5.2 Jarak tumpuan untuk pipa distribusi 2 inch .................................................56
BAB V KESIMPULAN ....................... ....................................................................59
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................59
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Skema perancangan ..............................................................................3
Gambar 2.1 Contoh sistem perpipaan ......................................................................4
Gambar 2.2 Slip on type flange ..............................................................................10
Gambar 2.3 Weld neck type flange ........................................................................11
Gambar 2.4 Lap joint type flange ...........................................................................11
Gambar 2.5 Socket welding type flange .................................................................12
Gambar 2.6 Gate Valve ..........................................................................................16
Gambar 2.7 Globe Valve ........................................................................................16
Gambar 2.8 Check Valve ........................................................................................17
Gambar 2.9 Butterfly Valve ...................................................................................17
Gambar 2.10 Ball Valve ...........................................................................................18
Gambar 2.11 Plug Valve ..........................................................................................28
Gambar 3.1 Sistem Pemompaan .............................................................................25
Gambar 3.2 Belokan yang terdapat di sepanjang pipa transmisi ............................30
Gambar 3.3 Grafik penentuan jenis pompa ............................................................32
Gambar 3.4 Penentuan jumlah tingkatan pompa ....................................................33
Gambar 3.5 Efesiensi pompa .................................................................................36
Gambar 4.1 faktor-faktor gesekan untuk pipa komersial .......................................42
Gambar 4.2 Koefesien kerugian untuk komponen pipa .........................................43
xiv
Gambar 4.3 Komponen-komponen pendukung pipa ............................................45
Gambar 4.4 Percabangan pada pipa cabang 2 inch ................................................48
Gambar 4.5 Tekanan pipa ½ di salah satu kamar hotel.............. ............................51
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jumlah air yang dipakai per orang dalam waktu pemakaiyan menurut
jenis gedung ........................................................................................25
Tabel 3.2 Kondisi pipa dan harga C (Formula Hazen William) .........................28
Tabel 4.1 Kriteria pipa distribusi ........................................................................34
Tabel 4.2 Hasil perhitungan tekanan di pipa utama ...........................................49
Tabel 4.3 Tekanan minimum yang diperlukan komponen pipa..........................49
Tabel 4.4 Besar tekanan di ujung pipa ½ ............................................................52
Tabel 4.5 Values of Y Coeficien to be used in EBqB ..............................................54
Tabel 4.6 Ketebalan dan jenis material pipa .......................................................55
Tabel 4.7 Jumlah tumpuan pipa ..........................................................................58
xvi
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pemindahan fluida di dalam sebuah saluran tertutup yang biasanya disebut pipa,
sangat penting di dalam kehidupan sehari-hari. Perhatikan sejenak pada keadaan
sekeliling kita akan menunjukan bahwa terdapat banyak variasi penerapand dari
aliranp pipa. Penerapan-penerapan tersebut mencakup mulai dari jalur pipa-pipa
besar dan panjang sampai ke suatu sistem perpipaan yang kompleks. Contoh-contoh
lain misalnya, air pada pipa-pipa rumah masyarakat dan sistem distribusi yang
mengirimkan air dari sumur kota ke rumah-rumah. Banyak selang-selang dan pipa-
pipa menyalurkan fluida hirolik atau fluida lainya ke berbagai komponen kendaraan-
kendaraan dan mesin-mesin. Kualitas udara di dalam gedung-gedung dijaga pada
tingkat yang nyaman dengan distribusi udara yang terkondisi (dipanaskan,
didinginkan, dilembapkan/dikeringkan) melalui suatu jaringan pipa yang sangat
rumit. Meskipun sistem-sistem ini berbeda, prinsip-prinsip mekanika fluida yang
mengatur gerakan fluidanya adalah sama.
Perlunya pemahaman tentang proses-proses yang terlibat di dalam aliran-aliran
suatu sistem perpiaan untuk menghasilkan suatu sistem yang diinginkan. Beberapa
komponen dasar yang khas dari sistem perpipaan, meliputi pipa itu sendiri, berbagai
sambungan yang digunakan untuk menyambung masing-masing pipa guna
2
membentuk sistem yang diinginkan, peralatan pengatur laju aliran dan pompa-pompa
yang menambah energi untuk mengalirkan fluida tersebut. Suatu kombinasi penuh
perhitungan yang dilakukan antara data eksperimental dengan pertimbangan teoritis
dan analisis yang dilakukan dalam perancangan ini, sehingga diperoleh hasil yang
diinginkan
1.2 Tujuan Perancangan
a. Menentukan jenis pompa yang digunakan
b. Menganalisis pengaruh kerugian-kerugian yang terjadi dalam suatu saluran
perpipaan terhadap penurunan tekanan pada suatu sistem perpipaan.
c. Menentukan jenis dan material pipa, katup dan flensa yang digunakan pada
perancangan sesuai dengan tekanan kerja dalam pipa.
1.3 Langkah Perancangan
- Perhitungan Head total pompa, Daya dan tekanan pompa
- Menentukan debit yang dibutuhkan di setiap kamar, pipa transmisi dan pipa
distribusi
- Perhitungan rugi-rugi yang dialami saluran pipa pada sistem perpipaan
- Perhitungan tekanan pada pipa
- Perhitungan tebal pipa
- Perhitungan panjang tumpuan.
3
1.4 Batasan Masalah
Lokasi perancangan sistem perpipaan ini berada di The Jayakarta Hotel & Spa.
Skema perpipaan, panjang pipa disesuaikan dengan bentuk arsitektur dari The
Jayakarta Hote & Spa yang dapat ditunjukan pada gambar 1.1
Pembatasan masalah pada perancangan ini meliputi tekanan yang bekerja dalam
pipa, rugi-rugi yang terjadi pada sistem akibat komponen-komponen pendukung
sistem perpipaan, seperti elbow, percabangan, katub dan kekasaran pipa yang dipakai.
Pada perhitungan pompa persoalan dibatasi hanya pada perhitungan Head total
pompa, daya pompa dan tekanan kerja pada pompa untuk menaikan air ke bak
penampung melalui pipa transmisi.
1.5 Skema Perancangan
Gambar 1.1 Skema Perancangan.
4
BAB II
DASAR TEORI
Pipa mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida dari satu tempat ke tempat
lainya. Fluida yang berada didalamnya bisa berupa gas, air, ataupun Vapour yang
mempunyai temperatur tertentu.
Sistem perpipaan dapat ditemukan pada gedung-gedung bertingkat, dari sistem
pipa tunggal yang sederhana sampai si9stem pipa bercabang yang sangat kompleks
seperti di tunjukan pada Gambar 2.1. Contoh sistem perpipaan misalnya, sistem
distribusi air minum pada gedung pemerintahan, Hotel, Mall dan lain sebagainya.
Gambar 2.1 Contoh Sistem Perpipaan.
5
Sistem perpipaan meliputi semua komponen dari lokasi awal sampai dengan
lokasi tujuan antara lain, saringan (strainer), katup atau kran, sambungan, nosel dan
sebagainya. Untuk sistem perpipaan yang fluidanya liquid, umumnya dari lokasi awal
fluida, dipsang saringan untuk menyaring kotoran agar tidak menyumbat aliran
fluida. Saringan dilengkapi dengan katup searah (foot valve) yang fungsinya
mencegah aliran kembali ke lokasi awal atau tandon. Sedangkan sambungan dapat
berupa sambungan penampang tetap, sambungan penampang berubah, belokan
(elbow) atau sambungan bentuk T (Tee).
2.1 Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan pipa
1. Material apa yang sesuai dengan kondisi kerja (tekanan external/internal, suhu,
korosi, dsb) yang diminta dari sistem perpipaan. Pemilihan material sangat
krusial karena menentukan reliabilitas keseluruhan sistem, faktor biaya, safeti,
umur pakai
2. Standar code mana yang sesuai untuk diaplikasikan pada sistem perpipaan yang
akan dirancang. Pemilihan standar code yang benar akan menentukan arah
perancangan secara keseluruhan, baik dari segi biaya, reliabilitas, safety
designe, dan stressm analisis
3. Perhitungan dan pemilihan ketebalan pipa tidak bisa dilakukan secara
sembarangan, atau hanya berdasrakan intuisi. Pemilihan ketebalan pipa
(schedule number) sebaiknya memenuhi kriteria cukup, aman, dan ketersediaan
stok di pasaran. Pipa dengan schedule 10, 20, 30, mungkin akan dengan mudah
6
didapatkan di pasaran eropa, tetapi belom tentu dapat dibeli dengan cepat dan
dalam jumlah besar di pasaran Asia.
4. Dengan cara bagaimana sistem perpipaan akan dikoneksikan satu sama lain,
jenis sambungan dan material sambungan seperti apa yang sesuai.
2.2 Pemilihan Material
Selain berdasarkan suhu, pemilihan material juga didasarkan pada jenis fluida
yang akan dialirkan, yaitu tingkat korosivitasnya. Pada material carbon steel based
piping, ketahanan terhadap korosi biasanya dilakukan dengan menambahkan
ketebalan pipa (corrosion allowance) dan menginjeksi corrosion inhibitor.
Beberapa ketebalan pipa yang harus ditambahkan ditentukan oleh laju korosi
yang diperkirakan. Perkiraan, perhitungan, dan pemodelan laju korosi biasanya
dilakukan metalurgist. Pada pemakaiyan dengan kondisi korosi yang parah serta
pemakayan corrosion inhibitor yang tidak memungkinkan, atau pemakayan yang
membutuihkan tingkat hygienitas yang tinggi, dan tidak mengandung debris (fuel
piping), biasanya austenitic based material lebih sesuai, karena permukaan dalamnya
bersih dan pada level pemakayan tertentu relatif tidak membutuhkan chemical
cleaning.
Namun austenitic steel based material seperti ASTM A312-316/316L memiliki
kelemahan pada pemakaian tekanan tinggi karena Maximum Allowable Working
Pressure (MAWP) yang relatif dibawah karbon steel dan lemah terhadap chlorida
7
strees corrosion serta crevice dan pitting. Tipe 304/316L menambah ketahanan
terhadap pitting.
Duplex Stainless Steel (keluarga A790) memenuhi kriteria pemakaiyan pada
tekanan tinggi, hig corrosion resistance, dan sifat-sifat metalurgisnya berada diantara
ferritic dan austenitic steel, adanya kandungan chromium memberikan ketahanan
yang baik terhadap atmospheric corrosion cracking serta nitrogen menambah
ketahanan terhadap crevice dan pitting. Nikel cenderung mendorong terbentuknya
struktur Face Centered Cubic yang meningkatkan keuletan (thoughness), namun
secara keseluruhan struktur duplex sebagai Body Centered Cubic (ferritic) dan
sebagai Fase Centered Cubic (Austenic). Chromium dan Molybdenum mendorong
terbentuknya ferit, sedangkan nikel dan nitrogen mendorong terbentuknya austenit.
Yang harus diperlihatkan pada pemakaiyan duplex adalah serangan sulphide stress
corrosion cracking, dan hydrogen (embrittlement hydrogen cracking). Secara umum
pengelasan pada material duplex menjadi relatif lebih sulit dan menambah kehati-
hatian yang lebih tinggi daripada bahan lain.
2.3 Sambungan Pipa
Dalam pemakaian pipa, banyak sekali diperlukansambungan, baik sambungan
antara pipa dengan pipa maupun sambungan-sambungan antara pipa dengan peralatan
yang diperlukan seperti katup (valve), instrumentasi, nozel (nozle) peralatan atau
sambungan untuk merubah arah aliran.
8
Sambungan perpipaan dapat dikelompokan sebagai berikut :
1. Sambungan dengan menggunakan pengelasan
2. Sambungan dengan menggunakan ulir
3. Sambungan dengan menggunakan Flensa (Flange)
2.3.1 Pengelasan
Jenis pengelasan yang dilakukan adalah tergantung pada jenis pipa dan
penggunaanya, misalnya pengelasan untuk bahan stainless steel menggunakan las
busur gas wolfram, dan untuk pipa baja karbon digunakan las metal.
Sambungan pipa dengan cara pengelasan dapat dilakukan dengan :
1.Sambungan langsung (tanpa penguat)
2.Sambungan dengan penguat
3.Sambungan dengan alat penyambung (Fitting)
4.Sambungan pipa cabang dengan menggunakan o’let
2.3.2 Ulir
Penyambungan ini digunakan pada pipa yang bertekanan tak terlalu tinggi.
Kebocoran pada pipa ini dapat di cegah dengan menggunakan gasket tape pipe.
Umumnya pipa dengan sambungan ulir digunakan pada pipa dua inch ke bawah
2.3.3 Menggunakan Flens (Flange)
Salah satu jenis sambungan pada sistem perpipaan (pipa dengan pipa, pipa
dengan valves, pipa dengan equipment) adalah dengan menggunakan flange.
9
Sambungan flange dibuat dengan cara menyatukan dua buah flange dengan
menggunakan baut dan mur, serta menyisipkan gasket antara kedua flange.
Pemilihan material flange serta baut dan mur biasanya dilakukan dengan
mengacu pada material pipanya. Hal lain yang tidak kalah penting adalah kekuatan
dari flange yang akan digunakan. Ketahanan dari flange terhadap tekanan adalah
berbanding terbalik dengan suhu (presusure-temperatur rating). Maka tinggi suhu
makin rendah kemampuan flange untuk menahan tekanan.
Untuk setiap grup material yang berbeda-beda, dikelompokan pressure dan
temperatur rating kedalam klsifikasi yang berbeda. Klasifikasi ini adalah 150#, 300#,
400#, 600#, 900#, 1500#, 2500#. Klasifikasi ini dipakai untuk mempermudah
pengelompokan flange, sehingga tidak perlu membuat berbagai macam ukuran flange
untuk setiap pressure-temperature tertentu. Berapapun tekanan dan suhu kerja dari
sistem perpipaan, selama masih berada pada batas-batas kelas tertentu, maka hanya
memakai flange kelas tersebut. Makin tinggi kelas flange makin berat dan tebal juga
ukuran flange. Pada perancangan perpipaan terdapat istilah “Flange as Weakest part
philosophy”. Istilah ini atau istilah full rating dipakai bila nilai pressure temperatur
tertentu pada ASME B16.5 diambil sebagai MAWP pada sistem perpipaan tersebut.
Dalam hal ini nilai MAWP tersebut juga berarti input tekanan (P) pada perhitungan
ketebalan pipa, Mengingat bahwa biasanya ketebalan pipa/schedule(T) memiliki
range kontingensi di atas nilai ketebalan pada hasil perhitungan, maka pada tekanan
tiba-tiba naik di atas MAWP maka kebocoran akan terjadi pada flange terlebih
dahulu, bukan pada pipa.
10
2.3.3.1 Jenis-jenis Flange
1. Slip On Type Flange (SO)
Flange jenis ini memiliki ketahanan yang rendah terhadap getaran dan kejutan,
serta konfigurasi menimbulkan gangguan aliran di dalam pipa.
Las-lasan bagian dalam cenderung lebih mudah terkorosi dibandingkan weld neck
type flange.
Gambar 2.2 Slip On Type Flange (SO)
2. Weld Neck Type Flange (WN)
Type Flange ini dipakai secara luas untuk berbagai aplikasi dan rating.
Dibanding dengan SO Flange, WN Flange lebih tahan terhadap getaran, kejutan,
geseran, impak, dan suhu tinggi. Lebih lanjut, konfigurasinya tidak menimbulkan
gangguan pada aliran
11
Gambar 2.3 Weld Neck Type Flange (WN)
3. Lap joint Type Flange (LJ)
Flange jenis ini digunakan jika dengan pertimbangan ekonomis, material
stubend dan flange secara individual dibedakan. Jika saat installasi perpipaan
pemasangan baut dan mur sulit karena keterbatasan ruang, LJ Flange dapat dipakai
Gambar 2.4 Lap Joint Type Flange (LJ)
12
4. Socket Welding Type Flange (SW)
Biasanya Flange jenis ini dipakai untuk perpipaan berdiameter di bawah 2 inch
Gambar 2.4 Socket Weling Type Flange (SW)
2.3.4 Tipe Sambungan Cabang
Tipe sambungan cabang (brance conection) dapat dikelompokan sebagai
berikut :
1. Sambungan Langsung (Sute in)
2. Sambungan dengan menggunakan fittings (alat penyambung)
3. Sambungan dengan menggunakan flange (flens-flens)
Tipe sambungan cabang dapat pula ditentukan pada spesifikasi yang telah dibuat
sebeleum mendesain atau dapat pupa dihitung berdasarkan perhitungan kekuatan,
kebutuhan, dengan tidak mel;upakan faktor efektivitasnya. Sambungan cabang itu
sendiri merupakan sambungan antara pipa dengan pipa, misalkan sambungan antara
header dengan cabang yang lain apakah memerlukan alat bantu penyambung lainya
13
atau dapat dihubungkan secara langsung, hal ini tergantung kebutuhan serta
perhitungan kekuatan.
2.4 Katup (Valve)
Salah satu komponen yang penting pada sistem perpipaan adalah katub. Sistem
instalasi pipa biasanya terdiri dari banyak sekali valve dengan ukuran dengan bentuk
yang beragam. Beberapajensi valve sasngat cocok untukmembuka dan menutup
penuh aliran, ada valve yang cocok untuk mengurangi tekanan dan laju aliran fluida,
ada pula valve yang berfungsi mengatur agar aliran fluida terjadi pada satu arah saja.
Dua jenis valve yang paling dikenal adalah gate valve dan globe valve. Pada
gate valve, bukaan tempat aliran fluida hampir sama besar dengan pipa sehingga
aliran fluida tidak berubah. Akibatnya, gate valve yang terbuka penuh menyebapkan
penurunan tekanan sedikit. Dalam gate valve terdapat piringan tipis yang berada pda
dudukan yang tipis pula. Bila gate valve dibuka, piringan naik ke selongsong atas,
sehingga seluruhnya berada di luar lintasan fluida. Valve ini tidak cocok digunakan
sebagai pengendali aliran, dan bisanya dalam keadaan terbuka atau tertutup penuh.
Sebaliknya, globe valve banyak digunakan sebagai pengendali aliran. Bukaanya
bertambah secara hampir linier menurut posisi batang valve, sehingga keausan di
sekeliling piringan terdistribusi secara seragam. Fluida mengalir melalui bukaan yang
terbatas dan berubah arah beberapa kali. Akibatnya, penurunan tekanan pada globe
valve cukup besar.
14
2.4.1 Beberapa jenis Katub.
1. Katup pintu (gate valve), digunakan untuk pengaturan untuk aliran baik dengan
membuka atau menutup katup sesuai dengan kebutuhan.
2. Katup bola (globe valve), digunakan untuk membuka seluruh atau menutup
sama sekali aliran.
3. Katub cek (check valve), digunakan untuk mencegah aliran balik atau dengan
kata lain, digunakan hanya untuk aliran satu arah.
Katup pintu dan katup bola dioperasikan dengan memutar sebuah roda.
Ada tiga variasi pemutaran katup pintu yang bekerja cepat dan katup-katup
tersebut mempunyai kegunaan khusus yaitu :
1. Katup kupu-kupu (Butterfly valve), dengan katup tipis, ringan dipakai untuk air.
2. Ball valve, dipakai untuk gas-gas
3. Plug valve, dipakai untuk minayak dan pelumas kental
Dari macam-macam katup tersebut di atas, masing-masing mempunyai beberapa
variasi dalam bentuk dan cara kerjanya.
2.4.2 Bahan atau Material katup
Sustu hal yang penting dalam pemakaiyan katup adalah memilih material katup
yang sesuai dengan perancangan.
Bahan yang dipakai untuk pembuatan katup adalah :
1. Kuningan (Brass), katup dengan bahan ini digunakan untuk temperatur di
bawah 450P
0PF, apabila digunakan pada temperatur yang melebihi dari yang
15
tersebut di atas maka valve tersebut akan mengalami kerusakan. Bila
temperaturnya lebih besar dari 550P
0PF maka digunakan material perunggu
(Bronzel) yang biasanya mempunyai diameter minimum 3 inci, dan tekanan
dapat lebih besar dari 330 Psi.
2. Besi (Iron), macam-macamnya adalah mulai dari cast iron yang biasa
digunakan untuk katup kecil High Strength metal alloy cast yang digunakan
untuk katup besar. Valve dengan jenis bahan ini juga tidak boleh digunakan
untuk temperatur yang melebihi dari 450P
0PF.
3. Baja (Steel), material ini dipakai untuk katup yang memerlukan tekanan dan
temperatur tinggi.
4. Stainless Steel, material ini dipakai untuk katup yang memerlukan temperatur
rendah atau aliran korosif.
Jadi untuk bahan material tersebut di atas, agar valve dapat berfungsi dengan
baik maka harus disesuaikan dengan temperatur dan tekanan kerja.
Pemilihan yang lain yang dapat dilakukan terhadap valve adalah dengan
menggunakan minyak pelumas. Minyak pelumas sangat dibutuhkan dalam perawatan
valve yaitu pada bagian screw. Dalam jangka waktu yang telah ditentukan minyak
pelumas ini perlu diberikan pada bagian screw. Hal ini ditujukan untuk memperlancar
proses pemutaran pada valve.
16
Gambar 2.6 Gate Valve
Gambar 2.7 Globe Valve
17
Gambar 2.8 Check Valve
Gambar 2.9 Butterfly Valve
18
Gambar 2.10 Ball Valve
Gambar 2.11 Plug Valve
19
2.5 Pemasangan Pipa
Pekerjaan pemasangan perpiaan dapat dikelompokan menjadi 2 bagian :
1. Di batas tanah
2. Di bawah tanah
2.5.1 Pemasangan pipa di atas tanah.
Pemasangan pipa di atas tanah dapat dilakukan pada rak pipa (pipa rack), di atas
penyangga-penyangga pipa, di atas dudukan pipa (Sleeper).
Pemasangan pipa di atas tanah ini dapat pula dimasukan pipa equipment yaitu :
1. Pipa kolom dan vessel
2. Pipa exchanger
3. Pipa pompa dan turbin
4. Pipa kompresor
5. Pipa utilitas
Dimana masing-masing pemasangan pipa pada equipment ini mempunyai batasn-
batasan khusus sebagai berikut.
1. Pipa kolom dan vessel
Pemasangan pipa utilitas ini harus benar-benar direncanakan sehingga
kebutuhan utilitas di proyek dapat terjangkau penggunaanya. Pipa utilitas seperti pipa
yang lain haruslah direncanakan beroperasi pada temperatur dan tekanan berapa.
20
2. Pipa Exchanger
Pemasangan pipa Exchanger tidak boleh dipasang di atas daerah-daerah kanal,
tutup shell dan fasilitas-fasilitas lain yang telah terpasang pada Exchanger atau
handling yang suka digunakan. Ruang-ruang bebas untuk pemasangan Flens
Exchanger harus disediakan. Spool di pasang di luar Nozzel kapal guna menuangkan
pemindahan bundel pipa Exchanger.
3. Pipa pompa dan turbin
Pada suction atau pipa yang mengalirkan aliran disebut juga pipa hisap harus
diatur sedemikian rupa guna mencegah penurunan tekanan dan kantung uap yang
dapat pula menimbulakn kavitasi pada impeler. Apabila perubahan ukuran diperlukan
untuk mempercepat atau memperlambat aliran, maka reducer eksentrik harus dipakai
bilaman kantung tanpa vent dapat dihindari.
4. Pipa kompresor
Pemasangan pipa pada kompresor harus diatur perbaikan dan pemeliharaanya.
Sambungan pipa dengan menggunakan flens lebih diutamakan demi memperlancar
jalannya perbaikan dan pemeliharaan. Pipa hisap (Suction) dan buang (Discharge)
harus benar-benar diperhatikan fleksibilitasnya, terutama untuk temperatur rendah
dan tinggi.
Masalah getaran termasuk bagian terpenting pada kompresor ini. Karena
masalah penyangga, guide dan anchor juga harus menjadi perhatian bagian
perancanaan dan devisi teknik.
21
5. Pipa utilitas
Pemasangan pipa utilitas ini harus benar-benar direncanakan sehingga
kebutuhan utilitas di proyek dapat terjangkau penggunaanya. Pipa utilitas seperti pipa
yang lain haruslah direncanakan beroperasi pada temperatur dan tekanan berapa.
2.5.2 Pemasangan Pipa Di Bawah Tanah
Pipa di bawah tanah dapat dibagi dalam dua bagian yaitu pipa proses dan pipa
utilitas.
Untuk pipa proses dibawah tanah sedapat mungkin harus dihindari, sedangkan
pipa utilitas di bawah tanah dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu :
1. Pipa dengan sistem aliran gravitasi
Pipa dengan sistem aliran gravitasi, tergantung dari pusat gravitasi, karena itu
jalur-jalur perpipaan harus mempunyai selop (Slope). Disarankan perbandingan
selopnya 1 : 100 untuk pipa 4 inci ke atas sedangkan untuk pipa 3 inci ke bawah
perbandingan yang disarankan adalah 1 : 50 untuk jalur di bawah tanah.
Di dalam pelaksanaan konstruksi perlu juga dicantumkan jarak elevasi dari
permukaan tanah ke dalam jalur perpiaan bawah tanah. Begitu juga ketebalan pipa
harus diperhatikan, serta perlu tidaknya menggunakan lapisan anti karat, isolasi,
selubung atau perlindungan pipa lainya.
2. Pipa dengan sistem bertekanan
Pemindahan aliran air pemadam kebakaran (Fire Water), air pendingin (Cooling
Water) dan pembuangan proses yang tertutup dan dipompakan keluar dari sistem
22
tersebut, dialirkan dengan tekanan, khususnya untuk air pemadam kebakaran dimana
tekanannya diberikan cukup besar. Penggunaan jalur pipa bahwa tanah dengan aliran
bertekanan ini, dalam pemilihan bahan harus teliti terutama perencanaan bahan
pipanya. Pemasangan jalur pipa bawah tanah dengan aliran bertekanan mempunyai
sambungan atau hubungan dengan jalur pipa di atas tanah untuk aliran yang sama.
Sehingga dalam perencanaan sistem perpipaanya perlu diperhatikan pada daerah atau
bagian mana pipa harus ditanam atau diletakan diatas tanah.
23
BAB III
PERANCANGAN POMPA
3.1 Pengertian pompa
Pompa merupakan mesin kerja fluida yang berfungsi mengalirkan fluida cair
dari suatu tempat ke tempat lain. Pada dasarnya fluida cair dapat mengalir dari suatu
tempat ke tempat lain secara alami karena adanya perbedaan ketinggian, yaitu dari
tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah.
Pada keadaan tertentu di perlukan pemindahan fluida dari tempat yang lebih
rendah ke tempat yang lebih tinggi namun hal ini tidak dapat terjadi secara alami
karena adanya gaya grafitasi. Untuk itu digunakan pompa yanag akan menaikan
energi tekan energi kecepatan dan energi potensialnya sehingga fluida dapat
mengalir kerana adanya perbedaan tekanan.
3..2 Prinsip kerja Pompa Sentrifugal
Daya dari motor listrik diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeler
di dalam zat cair. Zat cair yang ada di dalam impeler, oleh dorongan sudu-sudu itu
berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka zat cair mengalir dari tengah impeler
keluar melalui saluran di antara sudu-sudu. Disini head tekan zat cair menjadi lebih
tinggi demikian juga head kecepatan bertambah besar karena zat cair mengalami
percepatan. Zat cair yang keluar dari impeler ditampung oleh saluran berbentuk
Volut(Spiral) dikelilingi impeler dan di saluran keluar pompa melalui nosel. Di dalam
nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekan. Jadi dapat
24
disimpulakn bahwa pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam bentuk
kerja pompa menjadi fluida.
Sistem pemompaan dalam perancangan ini (Lihat gambar 3.1) dimana pompa
terletak di posisi lebih tinggi dari tangki tempat penghisapan.
Gambar 3.1 Sistem pemompaan pada perancangan
3.3 Kapasitas Pompa
Kebutuhan air bersih untuk gedung ditentukan berdasarkan konsumsi harian,
maksimum. Kebutuhan per orang untuk berbagai jenis gedung adalah seperti
diberikan pada Tabel 3.1.
25
Spesifikasi Hotel yang akan digunakan :
Berkapasitas 105 kamar, per kamar menampung 2 orang tamu. Dengan
demikian total tamu yang dapat ditampung di hotel ini adalah 210 orang.
Tinggi hotel 5 lantai (15 m).
Pada perancangan pompa ini, pompa dirancang hanya untuk memenihi air bagi
para tamu hotel.
Tabel 3.1 Jumlah air yang dipakai per orang dalam waktu pemakaian menurut jenis gedung(Sularso dan Haruo Tohara, 200, hal 21)
Jenis Gedung Pemakaian air
rata-rata per hari (l)
Waktu pemakaian
air rata-rata (jam) Keterangan
Kantor 100-120 8 Per karyawan
Runah Sakit 250-1000 10 Per tempat tidur
Gedung Bioskop dan
Sandiwara 10 3
Per pengunjung
Took, departement store 3 8 Per pengunjung
Rumah makan 15 7 Per pengunjung
Kafetaria 30 5 Per pengunjung
Perumahan 160-250 8-10 Per penghuni
Hotel, Losmen 150-300 10 Per tamu
Sekolah 40-50 5-6 Per murid
Laboratorium 100-200 8 Per karyawan
Pabrik 60-140 8 Per orang per shif
Stasiun kereta api 3 15 Per penumpang
26
Dari Tabel 3.1 didapatkan bahwa kebutuhan air bersih pada hotel mencapai
150-300 lt/hari per orang. Saat-saat terjadinya konsumsi maksimum setiap hari akan
bergantung pada jenis gedung maupun pada kebiasaan para penghuni atau
pemakainya. Di indonesia konsumsi maksimumnya terjadi anatar jam 06.00 sampai
09.00 pagi
Pada perancangan ini pompa akan memenuhi seluruh kebutuhan para tamu hotel
hanya dalam 3 jam. Dengan ini jumlah total kebutuhan air bersih untuk mencukupi
semua penghuni hotel tersebut adalah :
Diambil kebutuhan maksimalnya 300lt/hari per orang, maka kebutuhan total
hotel per hari sebesar :
QBdB = 600 x 105
= 63000 lt/hari
= 63 mP
3P/hari
Dipenuhi dalam waktu 3 jam
/jamm21
jam/hari3/harim63Q
3
3
h
=
=
Untuk menghindari hal-hal diluar perhitungan maka kapasitas pompa dibuat
lebih besar dari hasil perhitungan, yaiu sebesar 30 mP
3P/jam
3.4 Head Pompa
Spesifikasi instalasi pompa yang digunakan :
1.Total Head Static (hBaB) 17,5 m
27
2.Tekanan yang bekerja pada kedua permukaan adalah tekanan atmosfir
3.Kapasitas aliran pompa adalah 21 mP
3P/jam
4.Panjang pipa keseluruhan adalah 22 m
5.Terdapat 5 belokan 90P
oP
Untuk perancangan diameter pipa dapat dicari dengan persamaan :
Q = V.A
Besarnya kecepatan masuk ke mata impeler antara 10 sampai dengan 15 ft/dt.
Diambil kecepatan adalah 15 ft/dt.
15 ft/dt = 4 m/detik.
(Austin, 1990, hal 90)
A = 4πd 2
d = Vπ4Q
d = 3,14xm/s3
4x/sm0,0058 3
= 0,0489 m
= 1,92
Sedangkan dalam pasaran pipa yang tersedia adalah pipa dengan ukuran :
1, 2.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 30 dan 36 inci (Austin H.
Church, 1993, hal 90)
28
Pemilihan pipa harus diambil lebih besar dari 1,92 m, sehingga diameter pipa
yang dipakai pada pipa penghantar adalah 2 inch.
3.4.1 Head kerugian gesek untuk pipa lurus :
Dapat dihitung dengan persamaan :
(Sularso dan Haruo Taha, 200, hal 31)
LxdxCQx10,666hf 4,851,85
1,85
=
Dimana :
Q = 21 mP
3P/jam
= 0,0058 mP
3P/s
C diambil 100 (Untuk baja baru) Lihat Tabel 2.2
d = 0,0508 m
L = 22 m
Tabel 3.2 Kondisi pipa dan harga C (formula Hazen-William)
(Sularso & Haruo Tohara, 2000, hal 78)
Jenis Pipa C
Pipa besi cor baru 130
Pipa besi cor tua 100
Pipa baja baru 120-130
Pipa baja tua 80-100
Pipa dengan lapisan semen 130-140
Pipa dengan lapisan ter arang batu 140
29
Sehingga :
m3,92
22x0,0508x1300,0058x10,666hf 4,851,85
1,85
1
=
=
3.4.2 Kerugian pada satu belokan
Karena belokan yang ada pada pipa transmisi yang diperlukan pada Gambar 3,2
dapat dihitung dengan :
0,5
0
3,5
90θ
2Rd1,840,131f ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+=
Dimana :
d/R = 1 dan = 90P
0P θ
sm/2,9
(0,0508)4π
0,0058
d4πQV
2
2
=
=
=
Diman :
249,0
9090
211,840,131f
0,5
0
3,5
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+=
Maka :
m0,0181
2(9,8)2,9x0,249hf 2
=
=
30
Terdapat 7 belokan.
7 x 0,0181 = 0,12 m
Gambar 3.2 Belokan yang terdapat pada pipa Transmisi
Keterangan :
1. Belokan 1 2. Belokan 2
3. Belokan 3 4. Belokan 4
31
3.4.3 Head kecepatan keluar
Dapat dihitung dengan persamaan (Sularso dan Haruo Tahara, 200, hal 32) :
m0,42902(9,8)2,9
2gVhf
2
2
3
=
=
=
3.4.4 Head total pompa yang digunakan
Dapat dihitung dengan persamaan (Sularso dan Haruo Tohara, 200, hal 26)
m9621,0,420,123,9217,5
hfhfhfhH 321a
=+++=
+++=
Untuk mengatasi rugi-rugi head total diluar perhitungan maka head total pompa
yang digunakan adalah 30 m.
Maka dengan ini didapatkan :
Tinggi tekan pompa/head (H) = 30 m
= 82 ft
Kapasitas pompa = 30 mP
3P/jam (AS)
=132,15 gpm (AS)
Maka jenis pompa dapat ditentukan dengan grafik dibawah ini
32
Gambar 3.3 Grafik penentuan jenis pompa
(Austin, 1993, hal 56)
Dari grafik di atas, maka dengan kapasitas dan head yang ditentukan diperoleh
pompa radial.
3.5 Penentuan jumlah tingkat pompa
Jumlah tingkat pompa dapat ditentukan dengan persamaan :
(Sumber : Frits Dietsel, cetakan ketiga, hal 252)
1H
Hi=
33
Dengan : i = jumlah tingkat pompa
H = tinggi tekan pompa (m)
HP
1P = tinggi tekan pompa yang diperoleh dari grafik (m)
Gambar 3.4 Penentuan jumlah tingkatan pompa
(Frits Dietsel, 1992, hal 252)
Dari perhitungan sebelumnya diperoleh :
Kapasitas pompa (Q) = 132,15 gpm (AS)
Head pompa (H) = 30 m
Maka dari grafik 2.4 diperoleh tinggi tekan pompa adalah :
Head pompa (HP
1P) = 30
34
Maka jumlah tingkatan pompa yang diperoleh adalah :
1
3030HHi
1
==
=
Jumlah pompa dalam perancangan ini adalah 1 tingkat.
3.6 Penentuan putaran motor dan Kecepatan spesifik
3.6.1 Putaran motor
Pada perancangan ini dipilih motor listrik sebagai penggerak pompa dengan
spsifikasi dari tabel 3.3
Putaran pompa = 2900 rpm
3.6.2 Kecepatan spesifik
Kecepatan spesifik pompa dapat ditentukan dengan persamaan 2.7
(Austin H.Church, cetakan ketiga, hal 49)
3/4s HQn
n =
Dengan : nBsB = kecepatan spesifik (rpm)
Q = kapasitas pompa (gpm)
N = Putaran poros penggerak (rpm)
H = tinggi tekan pompa (ft)
Maka kecepatan spesifik pompa adalah :
35
rpm1223,2282
132,152900H
Qnn
3/4
3/4s
=
=
=
3.7 Daya Pemompaan
Daya pemompaan merupakan daya yang berasal dari pompa yang dapat
dipindahkan dan digunakan ke fluida.
Besarnya daya pemompaan dapat dihitung dengan:
(Frits Dietsel, cetakan ketiga, hal 252)
HpQxHxgxγPv =
Dengan PBv B= daya pemompaan (kw)
= kerapatan fluida yang dipompa (kg/mP
3P) γ
G = grafitasi (9,81 m/detP
2P)
H = tinggi tekan pompa (m)
Q = kapasitas pompa (mP
3P/det)
Untuk air bersih memiliki berat jenis ( γ ) = 1000 kg/mP
3
Maka daya pemompaan :
Hp3,27wat2442,69
0,0083x30x0,81x1000HpQxHxgxγPv
====
36
Guna menggerakkan pompa dengan daya pemompaan PBvB, maka dibutuhkan daya
motor yang lebih besar dari daya pemompaan tersebut. Besarnya daya motor
penggerak dapat ditentukan dengan rumus
e
v
ηP
P=
eη merupakan efesiensi pompa yang dicari dengan grafik pada gambar 2.5
Gambar 3.5 Efesiensi Pompa
(Karassik L.J.,1976 hal 213)
Dari perhitungan sebelumnya diketahui:
Kapasitas pompa (Q) = 132,15 gpm (AS)
Putaran spesifik pompa (nBsB) = 1223,22 rpm
37
Dari gambar 3.5 diperoleh efesiensi pompa = 65% eη
Sehingga :
Kw3,75watt3757,98
0,652442,69ηP
Pe
v
==
=
=
Sehingga daya yang dibutuhkan untuk menggerakan pompa yang digunakan
adalah 4 Kw.
38
BAB IV
SISTEM PERPIPAAN
4.1 Debit
Pada kenyataannya kebanyakan sistem perpipaan adalah sistem pipa majemuk,
yaitu rangkayan pipa seri, pipa paralel maupun berupa jaringan perpipaan. Pada
sistem pipa paralel seperti dalam perancangan ini (lihat gambar 4.3), laju aliran sama
dengan aljabar kapasitas masing-masing aliran setiap pipa dan rugi atau head loss
pada sebuah cabang adalah sama dengan rugi pada cabang lain. Persamaanya adalah :
(Mekanika fluida, Edisi ke 4 jilid 2, hal 65)
QBTB = QB1 B+ QB2B + QB3B + QB4 B+ QB5
Atau VBTB.ABTB = VB1B.AB1 B+ VB2B.AB2B + VB3B.AB3 B+ VB4B.AB4 B+ VB5B.AB5B
Berdasarkan kapasitas pompa yang dirancang untuk mensuplai air setiap kamar
melalui pipa 3½ inci yaitu sebesar 21 mP
3P/jam, dan diameter pipa cabang di setiap
lantai sama (2 inci), maka besar debit yang mengalir dalam pipa sama dengan pipa
cabang lain. Di perlihatkan dalam perhitungan berikut.
21 mP
3P/jam = QB1 B+ QB2B + QB3B + QB4 B+ QB5
21 mP
3P/jam = 5Q
Q = 4,2 mP
3P/jam
= 0,0011 mP
3P/s
Maka diperoleh debit di setiap lantai sebesar 0,0011 mP
3P/s.
39
4.2 Perhitungan Kerugian-Kerugian Akibat Faktor Gesekan dan Komponen
Pada Sistem Pipa Distribusi 3½
Kerugian head pada bagian pipa yang panjang dan lurus dapat dihitung dengan
menggunakan faktor gesekan yang diperoleh dari diagram Moody atau dengan
menggunakan persamaan Basilus. Namun demikian, kebanyakan sistem perpipaan
bukan hanya terdiri dari sekedar pipa-pipa lurus saja. Komponen-komponen
pendukung pipa seperti katup, elbow, sambungan T, dan sejenisnya juga
memperbesar kerugian head keseluruhan dari sistem. Kerugian-kerugian itu secara
umum disebut kerugian mayor dan kerugian minor.
4.2.1 Head Kerugian Gesek Untuk Pipa Distribusi 3½ inci (Kerugian Mayor)
Kerugian head di dalam aliran pipa dinyatakan dalam faktor gesekan dapat
dicari dengan persamaan Darcy-Weisbach.
(Mekanika Fluida, Edisi ke 4 jilid 2, hal 43)
d2
LVfhf2
=
Dimana : f = Faktor gesekan dalam pipa akibat faktor kekasaran pipa
L = Panjang total pipa
d = Diameter pipa
V = Kecepatan aliran pipa
Debit pada pipa Distribusi 3½ inci : 21 mP
3P/jam
Diameter : 3½
40
smx
xdQ
VQV
AVQ
/93,008,0
0058,04
4.
2
2
=
=
==
=
π
π
Syarat :
, untuk pipa distribusi dengan bahan Baja smVsm /0,6/3,0 ≤≤
Tabel 4.1 Kriteria Pipa Distribusi
Sumber : www.goole.co.id/perancangan+pipa+distribusi
No Uraian Notasi Kriteria
1 Debit perancangan Q puncak Kebutuhan air puncak
Q peak = F peak x Q rata-rata
2 Faktor jam puncak F puncak 1,5 – 2
3
Kecepatan aliran dalam pipa
Kecepatan minimum
Kecepatan maksimum
- Pipa PVC atau ACP
- Pipa Baja atau DCIP
Vmin
Vmax
Vmax
0,3 m/det
3,0 m/det
6,0 m/det
4
Tekanan air dalam pipa
a. Tekanan minimum
b. Kecepatan maksimum
- Pipa PVC atau ACP
- Pipa Baja atau DCIP
h min
h max
h max
(10 -15) meter, pada titik jangkawan pelayanan terjauh, Pada titik sambungan rumah/konsumen terjauh 80 meter
100 meter
41
Menentukan nilai f dengan menggunakan persamaan blasilus dengan
menghitung angka Reynold terlebih dahulu .
Angka Reinoald :
μ
ρVDRe=
Asumsi T : 20P
0PC
ρ pada suhu ini 998,2
74266
100,076x0,93x998,2Re 3
=
=
Aliran di dalam pipa adalah laminer jika bilangan Reynoldsnya kurang kira-kira
2100 dan turbulen jika lebih besar dari kira-kira 4000.
Dari perhitungan di atas, maka aliran di dalam pipa 3½ inci adalah turbulen.
Untuk aliran turbulen pada pipa mulus dengan Re<10P
5P, nilai f dapat di cari dengan
rumus Blasilus.
(Mekanika fluida, Edisi ke 4 jilid 2, hal 48)
0,0174266
0,316Re0,316f
0,25
0,25
=
=
=
Maka besar head kerugian untuk pipa 3½ inci akibat faktor f dengan panjang total
pipa 109,5 m :
42
m5,87
2x0,080,93x109,50,01hl
3
1
=
=
Gambar 4.1 Faktor-faktor gesekan untuk pipa komersial
(Sumber : Mekanika fluida teknik 1993, Edisi Kelima hal 338)
4.2.2 Head Kerugian Untuk Komponen Pipa Distribusi 3½ inci (Kerugian
Minor)
Metode yang paling umum digunakan untuk menentukan kerugian-kerugian
head seperti elbow, pipa cabang, katup dll adalah dengan menentukan koefisien
kerugian KBLB yang didefenisikan sebagai :
43
(Mekanika fluida, Edisi ke 4 jilid 2, hal 50)
2VKh
/2)(Vh
K
2
Ll
2l
L
=
=
Gambar 4.2 Koefesien kerugian untuk komponen pipa
(Sumber : Mekanika fluida edisi ke 4, jilid 2, ”Bruce R.Munson”)
44
Head kerugian untuk komponen pipa yang terdapat pada pipa distribusi 3½ inci
yang di perlihatkan pada gambar 4.3, menunjukan terdapat 6 belokan, 7 percabangan,
dan 1 katup
Total KBLB = 6 KBbelokanB + 7 KBSambunganB + KBKatupB
KBLB = 6 x 1,5 + 7 x 0,9 + 0,05
= 14,45
m6,242
0.9314,45
2VKh
2
2
L2l
=
=
=
Sehingga total besar kerugian yang terjadi pada pipa distribusi 3½ inci
m12,096,245,87hhh L2L1LT
=+=+=
4.3 Perhitungan Kerugian-Kerugian Akibat Faktor Gesekan dan Komponen
Pada Sistem Pipa Distribusi 2 inci
4.3.1 Head Kerugian Gesek Untuk Pipa Distribusi 2 inci (Kerugian Mayor)
Debit pada pipa Distribusi : 4,2 mP
3P/jam
Diameter : 2 in
Panjang Total pipa Distribusi : 55 m
45
m/s0,540,0508xπ0,0011x4πd4Q
AQV
2
2
=
=
==
, untuk pipa distribusi dengan bahan Baja smVsm /0,6/3,0 ≤≤
Gambar 4.3 Komponen-komponen pendukung pipa
Angka Reinolds :
Asumsi T : 20P
0PC
pada suhu ini : 998,2 ρ
27382
100,0508x0,54x998,2Re 3
=
=
46
Dan :
0,02427382
0,316Re0,316f
0,25
0,25
=
=
=
Beasar kerugian akibat faktor gesekan pada cabang :
m3,78
2x0,0508054x550,024hf
2
=
=
3.3.2 Head Kerugian Untuk Komponen Pipa Distribusi 2 inci (Kerugian Minor)
Total KBLB untuk komponen sistem, terdapat 21 sambungan T dan 1 katup :
KBLTB = 21 x KBBelokan B+ KBKatup
B B = 21 x 0,25 + 10
= 15,25
Maka :
m2,222
0.5415,25
2VKh
2
2
L2l
=
=
=
Dengan demikian total kerugian-kerugian pada pipa 2 inci :
m6
2,223,78hhh L2L1LT
=+=+=
47
Besar kerugian di setiap cabang (Lantai) sama, karena jumlah percabangan,
diameter dan panjang pipa sama.
4.4 Perhitungan Tekanan
4.4.1 Perhitungan Tekanan di Titik B
Penurunan tekanan (pressure drop) pada sistem pipa merupakan fungsi dari laju
aliran, perubahan ketinggian, dan total head loss. Sedangkan head loss merupakan
fungsi dari faktor gesekan, perubahan penampang, dan komponen pipa seperti katup,
belokan dan percabangan.
Dengan demikian besar tekanan yang terdapat di titik B dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan bernouly.
(Sumber : Dasar-dasar mekanika fluida teknik hal 360, Reuben M.Olonso)
LT1
211
0
200 hgz
2V
ρP
gz2
VρP
+++=++
Dimana :
: Tekanan di permukaan air pada tandon 0P
: Berat jenis air ρ
: Kecepatan rata-rata di permukaan air pada bak penampang 0V
g : Percepatan grafitasi
: Kecepatan rata-rata di 1P 1P
: Total kerugian pada pipa LTh
48
Gambar 4.4 Percabangan Pipa Pada Pipa cabang 2 inci
Panjang total pipa 20 m, dengan 3 belokan, 2 percabangan, dan 1 katup :
m3,34
0,052(0,9)3(1,5)0,0819,50,01
20,93
KdLf
2V
2VK
.2dVL.f
hlhlh
2
LTotal
2
2
L
2
MinorMayorLT
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+++=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
+=
+=
Sehingga besar tekanan di titik B
Persamaan dasar :
LT1
211
0
200 hgz
2V
ρP
gz2
VρP
+++=++
49
Permukaan air di tandon terbuka sehingga PBoB = PBatmB = 0 dan VB1B= 0
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−−=
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−−−=
3,342
0,939,81(20)998,2
h2
V)zg(zρP
2
LT
2B
B0B
Psi27,88
Kpa192,23=
=
Untuk mempersingkat penulisan maka untuk besar tekanan di setiap lantai dapat
dilihat pada tabel 4.2 di bawah
Tabel 4.2 Hasil perhitungan tekanan
Titik Panjang pipa
(m)
Diameter Pipa
(inci) hBL B(m) Tekanan (Psi)
B (A-B) 19,5 3½ 3,34 27,88
F (A-F) 97,5 3½ 9,85 22,75
G (A-G) 100,5 3½ 10,84 18,26
H (A-H) 103,5 3½ 11,38 13,92
I (A-I) 106,5 3½ 11,93 9,57
J (A-J) 109,5 3½ 12,09 5,29
4.4.2 Perhitungan Tekanan di Ujung Pipa ½ inci
Agar sistem berjalan sesuai yang diharapkan, dimanan air bisa mengalir keluar
dari kran maka tekanan di ujung pipa disarankan sesuai dengan ketentuan yang di
berikan SNI 03-7065-2005 (Lihat Tabel 4.3)
50
Tabel 4.3 Tekanan minimum yang diperlukan komponen pipa
Sumber : SNI 03-7065-2005
No Nama Komponen Tekanan Yang Diperlukan
(kg/cmP
2P)
1 Kran yang menutup otomatik 0,7
2 Pancuran mandi, dengan pancaran air halus 0,7
3 Pancaran mandi biasa 0,35
4 Kran biasa 0,3
Karena diameter dan panjang pipa pada pipa distribusi menuju ke kamar-kamar
hotel sangat kecil (0,5), kerugian mayor dan minor dapat di abaikan. Sehingga besar
tekanan disetiap kran pada masing-masing kamar dapat dicari. Suplai air dari pipa 2
inci ke ujung pipa ½ inci di setiap kamar mempunyai perbedaan ketinggian yang
sama, dengan demikian tekanan di ujung pipa dapat dicari
51
Di ketahui besar tekanan di lantai 2 sebesar 22,75 psi, perbedaan ketinggian
antara pipa 2 inci dengan ujung pipa ½ inci untuk kran bak mandi 2,5 m dan untuk
kran cuci tangan adalah 2 m
Maka besar tekanan masing-masing di ujung pipa ½ inci di setiap lantai :
m/s0,80,0127xπ0,0001x4πd4Q
AQV
2
2
=
=
==
smVsm /0,6/3,0 ≤≤ , untuk pipa distribusi dengan bahan Baja
Gambar 4.5 Peletakan Pipa ½ di salah satu kamar
52
Persamaan dasar :
tangan)CuciKran(UntukPsi25,56Kpa176,24
156,859,8x220,80,54998,2
P)zg(z2
VVρP
02
VV)zg(z
ρPP
gz2
VρP
gz2
VρP
22
010
21
20
1
21
20
1010
1
211
0
200
==
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
−=
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−
−=
=−
−−+−
++=++
Untuk mempersingat penulisan besar tekanan di ujung pipa ½ inci ditabelkan
pada Tabel 4.4 di bawah
Tabel 4.4 Besar tekanan di ujung pipa ½ inci
Bak Mandi
(Psi)
Kran Cuci Tangan
(Psi)
Lantai Diameter
(inci)
Tekanan Input
(Psi)
Psi Kg/cmP
2P Psi Kg/cmP
2P
1 ½ 22,75 26,27 1,84 25,56 1,79
2 ½ 18,26 21,78 1,53 21,07 1,48
3 ½ 13,92 17,44 1,22 16,73 1,14
4 ½ 9,57 13,09 0,92 12,38 0,87
5 ½ 5,29 8,81 0,61 8,10 0,56
53
4.5 Ketebalan Pipa
Perbedaan ketinggian dan head losess pada pipa mengakibatkan kondisi tekanan
kerja dalam sistem tidak sama, namun demikian untuk menseragamkan ketebalan
pipa, diambil tekanan terbesar yang diperoleh dari perhitungan yang akan dijadikan
sebagai acuan, sehingga ketebalan pipa dapat sama pada kondisi tekanan kerja yang
berbeda-beda. Dapat dihitung dengan persamaan berikut :
(Pipe Sters Analisi, Sam Kanapan, hal 22)
APY)2(SE
DxPt o
nim ++
=
Dimana :
tBminB : Tebal minimum pipa yang diijinkan (inci)
P : Tekanan internal (Psi)
DBoB : Diameter luar pipa (inci)
S : Stress yang terjadi akibat panas (Psi)
Y : Koefesien properti dan temperatur design. Unuk t < d/6, harga Y
diberikan pada tabel 4.3. Untuk temperatur sampai dengan 900P
0P F,
dapat menggunakan asumsi Y = 0,4
E : Faktor kualitas pengelasan adalah 1
A : Penambahan tebal pipa akibat adanya pengerjaan panas, korosi,
erosi dan akibat manufaktur (manufacturing tolerance/MT)
54
Tabel 4.5 Values of Y Coefficien to Be Used in EBqB
(Sumber : Pipe Sterss Analisi)
Tem(P
0PF)
Material
900P
0PF
and
below
950 1000 1050 1150 1150 and
above
Feritic Steel 0,4 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7
Austenitic 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,7
Cast iron 0,4 - - - - -
Nonferrous 0,4 - - - - -
4.5.1 Ketebalan Pipa Untuk pipa 3½ inci
inci052,0
05,0002,0
0,050,4)x27,122(2000
3,5x27,12t nim
=+=
++
=
4.5.2 Ketebalan Pipa Untuk Pipa 2 inci
inci0,051
0,050,001
0,050,4)x23,512(2000
2x23,51t nim
=+=
++
=
4.5.3 Ketebalan Pipa Untuk Pipa ½ inci
55
0,052
0,050,002
A0,4)x26,252(2000
2x26,25t nim
=+=
++
=
Pemilihan ketebalan pipa disarankan lebih besar dari hasil perhitungan untuk
menghindari kemungkinan-kemungkinan di luar perhitungan.
Tabel 4.6 Ketebalan dan jenis Material pipa
No Ukuran
Nominal
(inci)
Tekanan
Maksimal
(Psi)
Ketebalan
Minimal
(inci)
Schedule
Number
Material
pipa
1 3 27,88 0,073 5s
Baja karbon
ASTM A53
Grade A
2 2 23,51 0,191 5s
Baja karbon
ASTM A53
Grade A
3 ½ 26,25 0,073 10s
Baja karbon
ASTM A53
Grade A
4.6 Jarak Tumpuan (Span)
(Pipe Stress Analisis, Sam Kanapan, hal 34)
56
w
SxZxL h4,0= Berdasarkan pada batas tegangan
wxlxExL
5,13Δ
= Berdasarkan batas defleksi
L = Panjang tumpuan (meter)
w = Berat pipa + Berat fluida
4.6.1 Untuk pipa distribusi 3½ inci
WBtotalB : WBPipaB + WBFluida
B B: 8,47 lb/ft
Untuk WBtotal B pipa dapat di lihat pada Tabel AB4B pada halaman lampiran
Maka panjang span dapat dihitung :
Berdasarkan pada batas tegangan
m8,29ft27,21
8,471600x0,98x0,4L
==
=
Z = Modulus section pipe
= 0,98 inP
3P (Lihat Tabel AB4B yang terdapat pada lampiran)
SBhB = Tekanan regangan yang diijinkan (Psi)
= 16000 Psi untuk pipa baja karbon steel A53 grade A dengan temperatur fluida
20P
oPC (Lihat Tebal AB3B)
Berdasarkan pada batas defleksi
Dengan asumsi defleksi maksimum yang terjadi pada pipa adalah 1 inci.
57
m6,5
ft21,868,47x13,5
1,96x27900x1L
==
=
E = Modulus Elastisitas (Psi) dengan temperatur fluida 20P
oPC untuk karbon steel
= 27900 Psi (Lihat Tabel AB2B)
I = Moment inertia pipa (Lihat Tabel AB4B)
= 1,96 inP
4P
Dari perhitungan di atas, jarak tumpuan di ambil yang terkecil.
4.6.2 Untuk Pipa Distribusi 2 inci
WBtotalB : WBPipaB + WBFluida
B B: 3,32 lb/ft
Untuk WBtotalB pipa dapat dilihat pada tabel AB4B pada halaman lampiran
Maka panjang span dapat dihitung dengan persamaan :
Berdasarkan pada batas tegangan
m9,61
ft22,693,32
1600x0,26x0,4L
==
=
Z = Modulus section pipe
= 0,26 inP
3P (Lihat Tabel AB4B yang terdapat pada lampiran)
SBhB = Tekanan regangan yang diijinkan (Psi)
58
= 16000 Psi untuk pipa baja karbon steel A53 grade A dengan temperatur fluida
20P
oPC (Lihat Tebal AB3B)
Berdasarkan pada batas defleksi
Dengan asumsi defleksi maksimum yang terjadi pada pipa adalah 1 inci
m4,23ft13,89
3,32x13,50,31x27900x1L
==
=
E = Modulus Elastisitas (Psi) dengan temperatur fluida 20P
oPC untuk karbon steel
= 27900 Psi (Lihat Tabel AB2B)
I = Moment inertia pipa (Lihat Tabel AB4B)
= 1,31 inP
4
Dari perhitungan di atas, panjang jarak tumpuan diambil yang terkecil
Tabel 4.7 Jumlah Tumpuan Pada Setiap Pipa
No Pipa Diameter
(inci)
Jumlah Tumpuan
(m)
1 A-B 3½ 3
2 B-C 3½ 3
3 C-D 3½ 7
4 D-E 3½ 2
5 E-J 3½ 2
59
6 Lantai 1 2 13
Karena pipa ½ inci sangat pendek dan berdiameter kecil, perhitungan tumpuan
tidak perlu dilakukan
5. Perawatan
Pelaksanaan pengoperasian dan pemeliharaan jaringan transmisi dan distribusi
meliputi :
* Pemeriksaan pipa inlet dan alat ukur debit secara berkal, satu bulan sekali
* Pemeriksaan katup, pipa penguras secara berkala 3 bulan-4 bulan sekali
* Penggantian komponen jaringan Distribusi yang rusak segera mungkin, agar
tidak mengganggu pengoperasian dan pasokan ke konsumen.
BAB V
KESIMPULAN
1. Dari hasil perhitungan Bab III maka Pompa yang dibutuhkan pada perancangan ini :
Jenis Pompa : Pompa Sentrifugal
Tingkatan pompa : 1 tingkat
Daya Pemompaan : 4 Kw
2
Pipa Panjang pipa
(m)
Diameter Pipa
(inci) hBL B(m) Tekanan (Psi)
Bawah Tanah (A-B) 19,5 3½ 3,34 27,88
Lantai I (A-F) 97,5 3½ 9,85 22,75
Lantai II (A-G) 100,5 3½ 10,84 18,26
Lantai III (A-H) 103,5 3½ 11,38 13,92
Lantai IV (A-I) 106,5 3½ 11,93 9,57
Lanatai IV (A-J) 109,5 3½ 12,09 5,29
Melihat tabel diatas yang didapat dari perhitungan, bahwa besar kerugian-kerugian yang
diakibatkan faktor gesekan pada pipa-pipa pendek dan berdiameter kecil tidak terlalu
mempengaruhi terhadap penurunan tekanan di sepanjang pipa. Demikian juga dengan
alat-alat yang mendukung perpipaan tersebut. Kecuali jika ada perancangan khusus untuk
katup yang berfungsi untuk menurunkan. Yang menjadi faktor penyebap penurunan yang
sangat besar adalah beda ketinggian antara Tower dengan Titik yang ditinjau di setiap
lantai kamar hotel
60
2. Dari besar tekanan kerja yang di peroleh dari perhitungan maka :
Jenis katup yang di pakai : Globe Flange yang berfungsi untuk Mengatur
laju aliran ke setia lantai .
Material Katub : Besi
Klas : #150
Jenis Flange : Lap Join Flange
Material Flange : Besi
Klas : #150
61
DAFTAR PUSTAKA
Austin, C.,1990, Pompa dan Boiler Sentrifugal, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Dietsel, F.,1992, Turbin, Pompa, dan Kompresor, Penerbit Erlangga, Jakarta
Munson, B.R, Mekanika Fluida, Edisi Ke Empat, jilid Kedua.
Oloson, R.M., dan Wright, S.J, 1999, Dasar-dasar Mekanika fluida Teknik, Penerbit PT.
Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Raswari, “Teknologi dan Perancangan Sistem Perpipaan”
Sularso dan Tahara, H, 2004, Pompa dan Kompresor, Penerbit PT. Pradnya Paramita,
Cetakan Kedelapan, Jakarta.
LAMPIRAN
Recommended