9 Mesin,Ari S

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

1/164

PERENCANAAN SISTEM PEMIPAAN DARI BACK PRESSURE

VESSEL (BPV) KE UNIT PROSES PADA P.T INTI KARYA PLASMA

PERKASA KABUPATEN KAMPAR

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu SyaratGuna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

OLEH

A R I S U G I O N O

NPM : 043310005

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ISLAM RIAU

PEKANBARU

2010

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

2/164

PERENCANAAN SISTEM PEMIPAAN DARI BACK PRESSURE

VESSEL (BPV) KE UNIT PROSES PADA P.T INTI KARYA PLASMA

PERKASA KABUPATEN KAMPAR

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu SyaratGuna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh :

ARI SUGIONO

043310005

Disetujui oleh :

PEMBIMBING I PEMBIMBING II

( Ir. Syawaldi, MSc ) ( Ir. M. Natsir. D, MT )

Disahkan oleh :

DEKAN FAKULTAS TEKNIK KETUA JURUSAN TEKNIK MESIN

( Prof. Dr. Ir. H. Sugeng Wiyono, MMT, I.PU ) ( Sehat Abdi. S, ST, MT )

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

3/164

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem instalasi pemipaan adalah suatu sistem untuk mengalirkan suatu fluida

dalam hal ini adala fluida gas dari suatu tempat ketempat yang lain yang di kehendaki

dengan menggunakan pipa untuk mendapatkan kebutuhan yang diinginkan. Didalam

suatu sistem pemipaan perlu diketahui bahwa kekurangan-kekurangan yang harus

diperhatikan dalam perencanaan adalah besarnya kapasitas, temperatur, kecepatan,

tekanan dan tegangan yang terdistribusi di sepanjang pipa yang akan mempengaruhi

keamanan dari instalasi tersebut dan juga mempengaruhi proses pengolahan.

Perlu diketahui suatu fluida gas (steam) adalah suatu fluida yang mempunyai

tekanan dan temperatur tinggi, maka pemasangannya haruslah efisien dengan arti

kata mudah dalam pemasangannya juga harus tahan dalam temperatur yang tinggi

agar tidak menimbulkan resiko yang dapat mencelakakan operator, oleh sebab itu

sistem pemipaan steam haruslah memenuhi standarisasi pipa yang akan digunakan

dalam instalasi tersebut, material yang digunakan haruslah tahan panas, tahan korosi

dan tahan tekanan yang dihasilkan oleh steam tersebut.

Sedangkan pengertian pipa adalah material baja yang dirangkai menjadi satu

kesatuan yang disebut instalasi pemipaan. Pipa merupakan lingkaran yang panjang

yang berfungsi untuk mengalirkan fluida cair maupun gas, sebagai alat penyalur

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

4/164

fluida, pipa mempunyai peran yang besar untuk kelancaran peralatan-peralatan

produksi yang memerlukan fluida untuk berbagai kebutuhan proses pengolahan

Instalasi pemipaan yang baik dan teratur dapat meningkatkan kinerja proses

produksi pada pabrik kelapa sawit. Atas dasar tersebut penulis mengangkat judul

Tugas Akhir yaitu “Perencanaan Sistem Pemipaan Dari Back Pressure Vessel (BPV)

ke Unit proses pada PT. Inti Karya Plasma Perkasa Kabupaten. Kampar ” dengan

maksud untuk merancang desain instalasi pemipaan dari Back Pressure Vessel (BPV)

ke unit proses, sehingga proses pengolahan pabrik kelapa sawit mencapai kebutuhan

maksimal.

Karena pentingnya suatu instalasi pemipaan yang tepat dan teratur dengan

melihat keadaan kondisi dilapangan, maka perlu diadakan suatu perencanaan dan

penelitian untuk mencari solusi yang tepat dalam instalasi pemipaan selanjutnya.

1.2

Batasan Masalah

Sesuai dengan judul Tugas Akhir ini yaitu “Perencanaan Sistem Pemipaan dari

Back Pressure Vessel (BPV) ke Unit proses pada PT. Inti Karya Plasma Perkasa

Kabupaten. Kampar “. Maka diambil suatu kebijakan bahwa penulis hanya

membahas sebatas masalah tentang instalasi pemipaan Steam (uap) dari BPV ke unit

stasiun Sterillizer, Daerator, Storage Oil Tank, Clarifier Tank, Digester serta

komponen pendukung pada instalasi pemipaan yang terdapat pada kelima stasiun

tersebut.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

5/164

Untuk menganalisis masalah ini maka perlu diambil batasan masalah yang

meliputi:

1. Perhitungan diameter pipa.

2. Perhitungan tebal pipa.

3.

Pemilihan bahan pipa.

4.

Perhitungan kecepatan aliran

5. Pemilihan isolasi.

6. Perhitungan tekanan yang diizinkan.

7.

Perhitungan tegangan-tegangan pada pipa.

Hal ini dimaksudkan untuk menghindari pembahasan ruang lingkup yang

terlalu luas, disamping itu pembicaraan diluar perencanaan yang telah ditetapkan

tentunya akan membutuhkan studi tersendiri dan dengan pembahasan yang khusus

pula.

1.3 Metodologi Penulisan

Untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan sebagai bahan untuk penulisan

tugas akhir ini penulis menggunakan dua metode yaitu :

• Peninjauan Lapangan

Dalam hal ini penulis melakukan peninjauan langsung (survey) ke PT.IKPP

untuk mendapatkan data-data dan gambaran tentang instalasi pemipaan

yang terdapat pada perusahaan tersebut, data-data dan gambaran tentang

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

6/164

instalasi pemipaan inilah yang nantinya akan menjadi bahan rujukan

penulis untuk merancang suatu instalasi pemipaan steam

• Tinjauan Referensi

Pada penulisan ini penulis menggunakan teori dan persamaan rumus yang

ada hubungannya tentang pemipaan. Diantara buku-buku yang menjadi

pegangan penulis tercantum dalam daftar pustaka.

1.3 Maksud Dan Tujuan

Adapun maksud dari perencanaan instalasi pemipaan ini adalah untuk

merancang sistem jaringan pemipaan steam dari Back Pressure Vessel (BPV) ke Unit

proses serta untuk menghitung kekuatan bahan material pipa yang akan direncanakan

untuk disesuaikan dengan kondisi sebenarnya dilapangan.

Sedangkan tujuannya adalah untuk menghitung dan merencanakan instalasi

pemipaan beserta komponen-komponenya berdasarkan kebutuhan uap tiap stasiun

serta mendesain jaringan pemipaan agar pelaksanaan proses pengolahan berjalan

sesuai yang diinginkan pada pabrik kelapa sawit PT.IKPP.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

7/164

1.4

Manfaat Penulisan

Adapun manfaat penulisan yang dapat diambil dari tulisan ini yaitu :

• Teoritis

Tulisan ini bisa dijadikan sebagai acuan bagi mahasiswa yang ingin dan akan

melanjutkan perencanaan sistem pemipaan atau juga sebagai referensi selain

dari literatur yang telah ada .

• Praktis

Tulisan ini bisa di jadikan sebagai masukan bagi perusahaan yang bisa

menyempurnakan desain pemipaan yang ada di perusahaan.

1.5 Sistematika Penulisan

Pada penulisan tugas akhir ini penulis menyelesaikan dalam enam (6) bab

yang berisikan :

Bab I : Pendahuluan

Berisikan latar belakang, pembatasan masalah, metodologi penulisan,

maksud dan tujuan perencanaan serta sistematika penulisan.

Bab II : Tinjauan Pustaka

Pada bab II ini menjelaskan tentang komponen-komponen yang terdapat

pada instalasi pemipaan yaitu : pembahasan umum pipa, pembahasan uap,

komponen-komponen pendukung instalasi dan rumus-rumus yang akan

digunakan dalam perhitungan tugas akhir ini.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

8/164

Bab III : Dasar-Dasar Perencanaan

Berisikan tentang data-data penetapan spesifikasi pemipaan serta

komponen masing-masing jalur tiap stasiun.

Bab IV : Perhitungan Perencanaan

Berisikan tentang perhitungan awal perencanaan seperti, perhitungan

diameter, tebal, schedule, bahan pipa, isolasi, serta distribusi tegangan-

tegangan yang ada di sepanjang pipa.

Bab V : Hasil Perencanaan.

Berisikan tentang data-data hasil perencanaan yang sudah dihitung secara

akurat dan siap disesuaikan dilapangan.

Bab VI : Kesimpulan Dan Saran

Berisikan kesimpulan dan saran yang penulis dapat berdasarkan

perencanaan pada instalasi pemipaan di PKS. IKPP Kec. Tapung,

Kabupaten Kampar

Tugas Akhir ini penulis mulai dengan mencari data spesifikasi dengan cara

mensurvey langsung ke PKS. IKPP Kec. Tapung, Kab. Kampar. Kemudian data-

data tersebut penulis olah dengan menggunakan persamaan rumus-rumus yang pernah

penulis pelajari kemudian penulis bandingkan dengan hasil rancangan sehingga

penulis mendapatkan hasil. Untuk lebih jelasnya mengenai tata cara perencanaan

dapat dilihat pada Gambar 1.1:

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

9/164

Gambar 1.1 Diagram alir perencanaan instalasi pemipaan steam pada PT PKS. IKPP

Kec. Tapung, Kabupaten Kampar.

START

Survey

Keperusahaan

Data Rancangan

Perencanaan Dimensi

dan Material Pipa

Tidak

Perhitungan Kekuatandan penurunan tekanan

END

Arsipkan

Tidak

Lengkap

Hasil Perencanaan dananalisa kekuatan

Gambar SistemInstalasi Pemipaan

Hasil

a

a

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

10/164

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Pengetahuan Dasar Pipa

2.1.1 Pipa

Pipa yaitu didefinisikan sebagai lingkaran panjang dari, logam, metal, kayu

dan seterusnya, yang berfungsi untuk mengalirkan (fluida) air, gas, minyak dan

cairan-cairan lain dari suatu tempat ke tempat lainnya sesuai dengan kebutuhan

yang dikehendaki.

2.1.2 Klasifikasi Pipa

Yang dimaksud dengan klasifikasi pipa merupakan parameter utama yang

terdapat pada pipa, dimana ukuran standar dari pipa dibuat dalam satuan inchi (..’)

Ukuran-ukuran yang perlu diperhatikan dalam pipa ialah :

• Diameter dalam ( Di)

• Diameter luar ( Do)

• Tebal pipa

•

Panjang pipa

Ketebalan dinding pipa nominal menurut ANSI ( American National Standard

Institute) dibedakan menurut ukuran pipa.

Terdapat tiga jenis ukuran pipa :

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

11/164

• Ukuran normal

Pipa dengan ukuran normal digunakan dengan tekanan normal.

• Ukuran Extra Strong

Jenis pipa ini mempunyai ketebalan dinding ekstra kuat dirancang untuk

tekanan hidrolik.

• Ukuran Double Extra Strong

Pipa ini dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi.

Ketebalan dan ukuran pipa adalah sangat berhubungan, hal ini disebabkan karena

ketebalan pipa tergantung dari ukuran pipa itu sendiri seperti. Diameter,

Ketebalan, Schedule.

Spesifikasi umum dapat dilihat pada ASTM (American Society of Testing

Materials). Dimana disitu di terangkan mengenai diameter, ketebalan serta

schedule pipa. Diameter luar (out side diameter), ditetapkan sama, walaupun

ketebalan (thickness) berbeda untuk setiap schedule. Diameter dalam (inside

diameter), ditetapkan berbeda untuk setiap schedule. Diameter nominal adalah

diameter pipa yang dipilih untuk pemasangan ataupun perdagangan (Commodity).

Ketebalan dan schedule, sangatlah berhubungan, hal ini karena ketebalan pipa

tergantung dari pada pipa itu sendiri.

Schedule pipa ini dapat dikelompokkan sebagai berikut :

1. Schedule : 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 160.

2. Schedule standard.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

12/164

3. Schedule extra strong (XS)

4.

Schedule double extra strong (XXS)

5. Schedule special

Perbedaan-perbedaan schedule ini dibuat guna :

1.

Menahan internal pressure dari aliran.

2.

Kekuatan dari material itu sendiri (strength of material).

3. Mengatasi karat.

4.

Mengatasi kegetasan pipa.

Sehingga untuk menentukan tebal pipa atau silinder adalah :

t = 0.

2( )

p DCa

SE py+

+…………………………………Pers 2.1 (Lit.7 hal. 447)

Tekanan kerja izin maksimum pada keadan korosi adalah

P=. .

0,6.

y p

p

S E t Ca

R t −

+

…………………………………. Pers 2.2 (Lit. 8 hal. 326)

Dimana :

t = Tebal dinding silinder /pipa (m)

p = Tekanan internal disain (kg/cm2)

Do = Diameter luar (m)

S = Tegangan pada temperatur disain (kg/cm2)

E = Faktor efisiensi sambungan las

Y = Faktor bahan

Ca = Corrosion Alowable (0,05)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

13/164

Tekanan kerja izin pada saat baru adalah :

P =. .

0,6.

y p

p

S E t

R t +……………………………………… Pers 2.3 (Lit. 8 hal. 326)

2.1.3 Pemilihan Bahan Perpipaan

Pemilihan bahan perpipaan harus disesuaikan dengan pembuatan teknik

perpipaan, penggunaan, instalasi atau konstruksi. Perlu juga diketahui jenis aliran,

temperatur, sifat korosi, faktor gaya serta kebutuhan lainnya.

Material-material pipa dibagi dua kelas dasar, metal dan non metal, nonmetal

pipa seperti kaca, keramik, plastik dan seterusnya. Pipa metal pun dibagi menjadi

dua kelas, besi dan bukan besi. Material besi terdiri dari besi yang umum

digunakan pada pipa proses. Besi metal adalah baja karbon, besi tahan karat, baja

krom, besi tuang dan seterusnya, sedang nonmetal termasuk alumunium.

Adapun jenis pipa menurut bahan yang banyak dipakai didalam industri yaitu:

• Pipa besi cor

Jenis pipa ini digunakan untuk saluran induk bawah tanah, gas dan untuk air,

dapat juga digunakan untuk instalasi pipa uap tekanan rendah.

• Pipa baja

Pada prinsipnya pipa dengan bahan baja, dipakai pada saluran pipa yang

mempunyai temperatur tinggi dan tekanan tinggi.

Jenis dari material pipa baja dan penggunaanya dapat dilihat pada tabel 2.1 :

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

14/164

Sumber : American Society for Testing and Materials (ASTM)

ASTM No. Tipe Material Catatan

A-53

A-106

A-333

A-335

A-335

A-335

Gr.A.B

Gr.A.B

Gr.1

P1

P11

P5

Karbon Baja

Karbon Baja

Karbon Baja

Karbon Moly

Krom Moly

Krom Moly

Pembuatan dilas dan tanpa sambungan, grade B adalahumumTanpa sambungan. Grade B yang suka digunakandikilang modern, hampir seluruh pipa baja karbondispesifikasi ini.

Digunakan untuk temperatur dibawah nol, danmemelurkan tes khusus. Untuk -50oF.

Dasarnya baja karbon dengan 1/2%molibdenum.digunakan pada temperatur tinggi sedang1 1/4 % krom, 1/2% molibdenum. Digunakan untuktemperatur yang lebih tinggi atau servis korosi5% krom, 1/2% molibdenum, digunakan untuktemperatur yang lebih tinggi atau servis korosi

A-335

A-312

A-312

A-312

A-312

A-333

P9

304

316

321

347

Gr.3

Krom Moly

Stainless

Stainless

Stainless

Stainless

Nikel

9% krom, 1% molibdenum. Digunakan untuktemperatur tinggi, yang tinggi sekali servis korosinya.Digunakan untuk temperatur dibawah -50oF dan untuk

servis korosi dengan temperatur yang lebih tinggi.Umumnya untuk produk makanan.

Digunakan untuk temperatur tinggi, yang tinggi sekaliservis korosinyaDigunakan untuk temperatur sangat tinggi dan serviskorosi tinggiDigunakan pada kondisi lebih kasar dari pada tipe 321stainless3 1/2% Nikel. Digunakan untuk temperatur dari -50oFsampai -150oF.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

15/164

2.2

Pengetahuan Dasar Instalasi Pemipaan

Pengertian dari instalasi pemipaan adalah suatu sistem jaringan pipa yang

terpasang pada suatu pabrik atau kilang, dimana mempunyai suatu fungsi

menyalurkan fluida baik cair maupun gas dari tempat satu ketempat lainnya sesuai

dengan yang diinginkan.

Pemasangan Instalasi pemipaan dapat dikelompokan menjadi 3 bagian :

Pemasangan Instalasi pemipaan diatas tanah

Pemasangan Instalasi pemipaan dibawah tanah

Pemasangan Instalasi pemipaan dibawah air.

Dalam penulisan tugas akhir ini Pemasangan instaslasi pemipaan yang

dimaksud adalah diatas tanah , untuk pemasangan perpipaan di ketiga tempat ini

baik pipa proses, pipa utility, mempunyai perhitungan dan permasalahan sendiri,

maka disini hanya akan dibicarakan secara umum tentang Pemasangan Instalasi

pemipaan diatas tanah.

2.3 Teori Mekanika Fluida

Mekanika fluida adalah pelajaran (telaah) tentang fluida yang bergerak atau

diam dan akibat yang ditimbulkan oleh fluida tersebut pada batasnya. Batas itu

dapat berupa permukaan yang padat atau fluida lain.

Untuk memahami Pemipaan steam yang terdapat di PT. IKPP yaitu rangkaian

jaringan pipa proses yang telah didesain dengan melihat kondisi lapangan dimana

fluida yang dialirkan yaitu berupa steam yang diproduksi oleh boiler . Steam yang

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

16/164

'limδ δ Α→ Α nF δ δ Α

dialirkan melalui pemipaan ini dimanfaatkan untuk mendukung proses jalannya

produksi di pabrik kelapa sawit PT. IKPP.

Karena steam yang dihasilkan dari boiler mempunyai tekanan dan temperatur

yang tinggi maka dalam pemipaan steam ini dibuatlah peredam (isolasi) agar

panas yang berasal dari uap tidak keluar dari pipa.

Untuk mengerti masalah pemipaan steam secara lengkap maka perlu ketahui

unit proses dari fluida yang dialirkan, karena fluida yang dialirkan ini adalah steam

(uap) maka disini akan dibahas tentang uap.

2.3.1 Defenisi-defenisi Persamaan

1). Defenisi Tekanan

Definisi tekanan untuk medium yang sinambung dinyatakan oleh :

P = ……………………………………....Pers 2.4(Lit. 10 hal. 32)

Dimana :

F n = Komponen gaya tegak lurus pada A

A = Luas bidang dalam medium yang kecil

A’= Luas bidang yang terkecil, agar medium masih dapat dianggap sebagai

kontinuitas.

Skala satuan yang lazim dipakai adalah : Pascal (Pa), pound per inch

persegi (lb/in2), (kg/cm2), (inHg), (Psi), (cmHg), (mmHg). Tekanan atmosfer

standart adalah tekanan rata-rata pada permukaan air laut, 29,92 inHg. Untuk

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

17/164

memperoleh tekanan absolut, tekanan atmosfer harus ditambahkan pada

pembacaan tekanan relatif, jadi :

Pabsolute = Prelatif – Patmosfer …………………………..Pers 2.5(Lit.10 hal. 33)

Pada persamaan (2.5) digunakan untuk tekanan diatas tekanan atmosfer.

Untuk tekanan dibawah tekanan atmosfer, tekanan relatif menjadi negatif,

dan umumnya disebut vakum sebanyak harga tekanan relatif tersebut. Jadi

misalkan tekanan relatif sebanyak -10 kg/cm2 disebut vakum sebanyak 10

kg/cm2. Hubungan antara tekanan absolute, tekanan relatif, tekanan

atmosfer, dan vakum dinyatakan secara grafik dalam gambar 2.1.

Gambar 2.1 Satuan dan skala ukuran tekanan

Untuk tekanan atmosfer lokal diukur dengan barometer air raksa atau

dengan barometer aneroid, yang mengukur perbedaan tekanan antara

atmosfer dan suatu kotak atau tabung yang dihampakan dengan cara yang

analog dengan alat ukur bourdon kecuali bahwa tabung tersebut di

hampakan dan tertutup kedap.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

18/164

2). Definisi Suhu (Temperatur)

Defenisi dari temperatur adalah : dua sistem memiliki kesamaan suhu

bila tidak terjadi perubahan sifat apabila mereka bersentuhan. Dengan

perkataan lain, dua sistem yang ada dalam kesetimbangan termik

mempunyai sifat yang sama. Sifat ini disebut suhu atau temperatur. Jadi

sesungguhnya yang didefinisikan adalah persamaan suhu (temperatur), dan

ini menyatakan tidak berubahnya sifat yang menyangkut persamaan suhu.

Perlu diperhatikan bahwa kebalikan definisi ini tidak berlaku: bila dua

sistem suhunya sama, tidak berarti bahwa tidak akan terjadi perubahan bila

kedua sistem ini berhubungan. Sebagai contoh, air dan asam sulfat, yang

mula-mula sama suhunya akan bertambah panas bila dicampur.

Dalam menyatakan skala suhunya ada dua skala yang dipakai secara luas

antara lain :

• Skala Celcius

Dimana pada skala Celcius untuk menentukan titik es dan titik didih

masing-masing dinyatakan sebagai titik (0 dan 100).

• Skala Fahrenheit

Dimana pada skala Fahrenheit untuk menentukan titik beku dan titik didih

masing-masing dinyatakan sebagai titik (32 dan 100).

Dengan demikian bila t F dan t C adalah suhu-suhu yang dinyatakan dalam

skala Fahrenheit dan Celcius, maka terdapat hubungan :

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

19/164

t F = 9/5 (t C + 32) Sedangkan skala absolutenya adalah : R = ˚F + 460

t C = 5/9 (t F – 32) Sedangkan skala absolutenya adalah : K = ˚C + 273

3). Definissi Steam

Steam (uap) adalah rangkaian proses penguapan dimana molekul-

molekul air mampu untuk melepaskan diri dari lingkungannya, dan mampu

untuk melepaskan diri dari gaya tarik menarik antara molekul-molekul air

tersebut. sehingga molekul-molekul air yang melepaskan diri dari

lingkungannya tersebut akan berubah menjadi molekul uap yang kecepatan

gerakannya melebihi kecepatan gerak molekul-molekul air semula.Proses

penguapan sehingga menghasilkan uap dapat dibedakan dalam dua jenis

yaitu:

•

Uap kenyang,

• Uap yang dipanaskan lanjut (Superheated Steam)

Untuk mengetahui lebih jelas tentang uap kenyang dan uap yang

dipanaskan lanjut maka perlu dibahas satu persatu yaitu :

• Uap Kenyang

Uap kenyang yaitu steam (uap) yang dalam keadaan dimana

mempunyai tekanan yang tetap, setiap pemberian panas hanya akan

berakibat menguapkan airnya tanpa menaikkan temperatur mendidihnya.

Untuk selanjutnya, temperatur pada saat proses penguapan berlangsung

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

20/164

disebut temperatur mendidih. Uap yang dalam keadaan beginilah yang

disebut uap kenyang.

Dengan demikian dapat dikatakan : uap kenyang senantiasa

mempunyai pasangan-pasangan harga antara tekanan (P) dengan

temperatur mendidihnya (T d ). Bila tekanan dinaikkan, temperatur mendidih

akan naik, dan sebaliknya, bila tekanan diturunkan, maka temperatur

mendidihnya juga akan turun.

Ciri-ciri uap kenyang adalah sebagai berikut

a.

Uap kenyang adalah uap yang dalam keadaaan seimbang dengan air

yang ada dibawahnya.

b. Uap kenyang adalah uap yang mempunyai tekanan dan temperatur

mendidih air yang ada dibawahnya.

c.

Uap kenyang adalah uap yang mempunyai pasangan-pasangan harga

antara tekanan (P) dan temperatur mendidihnya(T d ).

d. Uap kenyang adalah uap yang apabila didinginkan akan segera

mengembun menjadi air, dan

e.

Uap kenyang adalah uap yang apabila melakukan ekspansi atau

dibiarkan mengembang akan mengembun menjadi air

Data-data uap kenyang dapat dilihat pada tabel 22 :

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

21/164

Tabel 2.2 Data Uap Kenyang

UapPsia

TempoF

UapPsia

TempoF

UapPsia

TempoF

14.7 212 140 353 290 414

15 213 145 356 300 417

20 228 150 358 320 424

25 240 155 361 340 429

30 250 160 364 360 434

35 259 165 366 380 440

40 267 170 368 400 445

45 274 175 371 420 449

50 281 180 373 440 454

55 287 185 375 460 459

60 293 190 378 480 463

65 298 195 380 500 467

70 303 200 382 550 477

75 308 205 384 600 486

80 312 210 386 650 495

85 316 215 388 700 503

90 320 220 390 750 511

95 324 225 392 800 518

100 328 230 394 850 525

105 331 235 396 900 532

110 335 240 397 950 538

115 338 245 399 1000 545120 341 250 401

125 344 260 404

130 347 270 408

135 350 280 411

Sumber : www.spiraxsarco.com

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

22/164

Tabel 2.2 yaitu data uap jenuh dimana pada titik didih air adalah 212oF , atau

100oC , pada tekanan atmosfir pada level laut, 14,7 psig. Titik didih adalah temperatur

dimana cairan mendidih, berubah ke uap dengan perantara panas tekanan yang

diminta cairan seperti air banyak mengubah titik didihnya. Air akan mendidih pada

212oF dengan tekanan 0.0885 psig dan selanjutnya akan berubah fase menjadi uap

pada temperatur didihnya.

• Uap yang dipanaskan lanjut (Superheated Steam)

Uap yang dipanaskan lanjut (Superheated Steam) yaitu uap yang dibawa

keluar dari bejana tempat penampungan uap kenyang melalui sebuah pipa atau

alat yang disebut pemanas lanjut uap, dan uap kenyang tadi dipanaskan lebih

lanjut hingga temperaturnya jauh lebih tinggi dari pada temperatur uap kenyang,

maka uap yang diperoleh dengan cara demikian itulah yang disebut Uap yang

dipanaskan lanjut (Superheated Steam).

Adapun ciri-ciri uap yang dipanaskan lanjut adalah :

a.

Uap yang mempunyai temperatur jauh lebih tinggi diatas temperatur air

mendidih pada tekanan P (Newton/m2).

b. Uap yang tidak bisa seimbang dengan air

c. Uap yang tidak mempunyai pasangan-pasangan harga antara tekanan dan

temperaturnya.

d.

Uap yang apabila didinginkan tidak akan mengembun

e. Uap yang bila melakukan ekspansi tidak akan mengembun

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

23/164

f.

Tidak dapat membuat uap yang dipanaskan lanjut dari uap kenyang selama

uap tersebut masih bersinggungan dengan air yang ada dibawahnya.

2.4 Aliran Dalam Pipa

2.4.1 Pembentukan Aliran

Fluida , setelah mengalir masuk ke dalam pipa akan membentuk lapis batas

dan tebalnya akan bertambah besar sepanjang pipa. pada suatu titik sepanjang

garis tengah pipa, lapisan akan bertemu dan membentuk daerah yang terbentuk

penuh di mana kecepatannya tidak berubah setelah melintasi titik tersebut. jarak

dari ujung masuk pipa ke titik pertemuan lapis batas tersebut dinamakan panjang

kemasukan,

2.4.2 Pola Aliran Dalam Pipa

Aliran dalam pipa diklasifikasikan dalm tipe 3 aliran yaitu :

1)

Aliran Laminar

Yaitu partikel-partikel fluida bergerak sepanjang lintasan-lintasan yang

halus serta lancar dalam lamina-lamina (lapisan-lapisan), dengan satu

lapisan meluncur secara halus pada lapisan yang bersebelahan. Dengan

kondisi 100 < Re < 103.

2) Aliran Transisi

Adalah aliran antara aliran laminar dan aliran turbulen, dengan kondisi

103

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

24/164

3)

Aliran Turbulen

Dalam aliran turbulen partikel-partikel bergerak dalam lintasan-lintasan

yang tidak teratur, partikel fluida tersebut dapat berukuran kecil sampai

sangat besar, beribu-ribu foot kubik ( ft 3) dalam pusaran yang besar atau

dalam hempasan udara atmosfir.

Turbulen membangkitkan tegangan geser yang lebih besar diseluruh fluida

dan mengakibatkan banyak kerugian dalam aliran Dengan kondisi 104 < Re < 106.

Untuk lebih memperjelas dapat dilihat pada gambar 2.2 :

Gambar. 2.2 Tipe aliran

2.5 Komponen Pendukung Instalasi Pemipaan Steam

Dalam sistem pemipaan steam yang dimaksud bukan hanya pipa saja. Tetapi

juga material lain sebagai pendukung kelancaran proses pemasangan pipa serta

kelancaran fluida yang akan dialirkan.

Komponen pendukung yang terdapat pada sistem instalasi pepipaan steam yang

terdapat pada PKS PT.IKPP adalah:

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

25/164

a) Fiting (sambungan)

b)

Valve

c) Flens (flange)

d) Steam trap (perangkap uap)

Untuk mengetahui tentang komponen pendukung pemipaan steam maka perlu

dibahas satu persatu.

2.5.1 Fiting (Sambungan)

Dalam sistem pemipaan fiting-fiting digunakan untuk membagi aliran secara

vertikal, menyudut dengan ukuran 45o, 90o, juga 180o. Dan juga untuk menaikkan

tekanan aliran. Komponen pendukung yang terdapat pada sistem instalasi

pepipaan steam (uap) yang terdapat pada PKS PT.IKPP adalah:

•

Komponen penyambung bengkokan “ Ellbow”

• Komponen penyambung “Tee”

• Komponen penyambung Reducer

• Komponen penyambung “return Bend ”

2.5.2 Katup (Valve)

Valve dalam instalasi pemipaan dipasang untuk mengatur aliran fluida (steam)

ini dimaksudkan agar suplai steam yang masuk atau keluar sistem sesuai dengan

kebutuhan yang di inginkan, serta sebagai safety (pengaman).

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

26/164

Terdapat beberapa jenis valve yang terpasang pada instalasi pemipaan steam di PT.

IKPP yaitu :

1. Katup pintu (gate valve)

2. Katup bola (globe valve)

3.

Katup cek (check valve)

4.

Katup Relief

2.5.3 Flens (Flange)

Flange dapat disebut juga penyambung. Flange merupakan penyambung atara

valve dengan pipa yang diikat dengan baut agar dapat mempermudah perawatan

dan penggantian terhadap valve.

Beberapa jenis flange yang terdapat pada sistem pemipaan steam dintaranya yaitu:

1.

Welding neck flange

2. Slip-on welding flanges

3. Blind flanges

4. Flanges buta

2.5.4 Steam Trap ( perangkap uap).

Steam trap merupakan perangkap uap yang bekerja pada sistem pembuangan

kondesat (air), steam trap dipasang pada sistem pemipaan uap untuk mengurangi

looses pada aliran steam. biasanya steam trap dipasang pada jalur pipa pembuang

kondensat.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

27/164

Jenis dari perangkat uap mekanik yaitu:

•

Perangkap uap pelampung ( float trap)

Perangkat uap ini bekerja denga cara berdasarkan berat jenis antara uap dan

kondensat, karena berat jenis kondensat yang lebih besar dari uap maka kondensat

akan terbawa aliran didalam pipa dan terbuang sedangkan uap akan terperangkap

didalam pipa dan tidak terbuang.

• Perangkap uap ember (bucket trap)

Perangkap uap ini bekerja secara periodik, perangkap akan menutup bila

terdapat uap, dan akan membuka bila terdapat kondensat.

Jenis dari perangkap uap thermostatik yaitu :

• Perangkap uap penghembus (blow steam trap)

Perangkap uap penghembus bekerja dengan cara membuka dan menutup, bila

ada perbedaan temperatur antara kondensat dan uap.

• Katup pembuangan gas (Vent )

Vent adalah suatu alat pembuangan gas, udara atau uap air.

2.6. Rumus Untuk Pipa dan Bejana Tekan Dinding Tipis

Suatu bahan pipa berdinding tipis, tegangan yang terjadi pada dinding pipa

adalah tegangan kearah memanjang dari pipa (tegangan longitudinal), tegangan

kearah keliling (tegangan tangensial), dan tegangan radial yang diakibatkan oleh

tekanan dalam. Karena tegangan yang bekerja ini beraksi pada arah normal dari

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

28/164

dinding pipa, dan dengan tidak ada terjadinya tegangan geser, maka ketiga tegangan

tersebut bisa dikatakan tegangan-tegangan utama. Tegangan geser tidak terjadi karena

kondisi pembebanan yang simetris pada dinding bejana.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar yang mengalami tegangan-

tegangan sebagai berikut :

2.6.1 Tegangan-Tegangan Utama pada Bejana Tekan Dinding Tipis

Tegangan-tegangan utama yang terjadi pada bejana tekan dapat ditunjukkan

pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Tegangan-tegangan utama pada bejana tekan dinding tipis

2.6.2 Tegangan Tangensial (σ t ) pada Bejana Tekan

Tegangan tangensial pada bejana tekan ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Kondisi Tegangan Tangensial

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

29/164

Gambar 2.4, menunjukkan Tegangan Tangensial (σ t ) yang terjadi pada

dinding shell. Adapun yang dimaksud dengan tegangan tangensial (σ t ) adalah dimana

tegangan tersebut bekerja secara merata sepanjang bidang tegangan (penampang

longitudinal) untuk menahan gaya pecah F . Tegangan ini biasanya disebut dengan

tegangan tangensial (σt) karena bekerja menyinggung permukaan silinder, sehingga

dari konsep tegangan : σ = A

F , maka tegangan yang diperoleh untuk menahan gaya

pecah terhadap luas penampang silinder adalah :

σ t =tL

pDiL

2=

t

pDi

2…………………………………..Pers 2. 6 (Lit. 4 hal. 24)

Dimana :

σ t = Teganan tangensial (kg/cm2)

p = Tekanan internal (kg/cm2)

Di = Diameter dalam (cm)

t = Ketebalan silinder (cm)

2.6.3 Tegangan Membujur (σl) pada bejana tekan

Tegangan Membujur atau longitudinal Stress (σ l) pada bejana tekan seperti

ditunjukkan pada gambar 2.5, dimana tegangan ini bekerja sejajar dengan sumbu

longitudinal yang mempunyai setengah harga dari tegangan tangensial. Pengaruhnya

secara ekuivalen menyatakan bahwa, apabila tekanan pada silinder dinaikkan hingga

titik pecah, kerusakan akan terjadi sepanjang penampang longitudinal silinder.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

30/164

Karena ujung silinder bulat atau cekung dalam perencanaanya, maka menentukan

gaya pecah pada penampangnya adalah :

σ l =t

pDi

4………………………………………………Pers 2.7(Lit. 1 hal 24)

Gambar 2.5. Tegangan Membujur (longitudinal Stress) pada bejana tekan

Dimana :

σ t = σlong = Tegangan Longitudinal (kg/cm2)

p = Tekanan internal (kg/cm2)

Di = Diameter dalam silinder (cm)

t = Ketebalan silinder (cm)

2.6.4

Tegangan Radial (σ r ) pada bejana tekan

Tegangan yang dimaksud adalah tegangan radial (σ r ), dimana tegangan ini

terdistribusi sepanjang tebal dinding, maka tegangan maksimum yang terjadi pada

permukaan dalam adalah :

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

31/164

σr = - pi …………………………………………….Pers 2.8 (Lit. 4 hal. 75)

Tegangan ini mempunyai harga minus karena menganggap tekanan luar (po) = 0

2.6.5. Rumus untuk Bejana Tekan Berdinding Tebal

Untuk bejana berdinding tebal, variasi tegangan arah radial pada dinding

tidak dapat diabaikan. Perhitungan tegangan yang terjadi bisa menggunakan rumusan

silinder dinding tebal dari mekanika material dasar. Rumus diturunakan dengan

mengamati elemen kecil tak berhingga pada dinding silinder (dinding pipa) yang

ditunjukkan pada gambar 2.6

Gambar 2.6. Silinder Berdinding Tebal

Gambar 2.6 menunjukkan silinder berdinding tebal yang dibebani pada arah radial

yaitu tekanan dalam pi dan tekanan luar po. Dengan menyelesaikan persamaan

differensial, didapatkan rumus umum untuk silinder berdinding tebal :

σt = 22

22

io

ooii

r r

r pr p

−

− +

( )22

0

22

i

iooi

r r

r r p p

−

−x

2

1

r …………..Pers 2.9 (Lit. 5 hal. 553)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

32/164

σr = 22

22

io

ooii

r r

r pr p

−

− -

( )22

0

22

i

iooi

r r

r r p p

−

− x

2

1

r

…………Pers 2.10 (Lit.1 hal. 553)

Dimana :

σ t = Tegangan tangensial (Tangensial Stress) (kg/cm2)

σ r = Tegangan arah radial (kg/cm2)

pi = Tekanan yang bekerja didalam silinder (kg/cm2)

po = Tekanan eksternal /tekanan yang bekerja dari luar silinder (kg/cm2)

Apabila silinder hanya mengalami tekanan dalam ( po = 0 ), maka persamaan 2.9 dan

2.10 menjadi :

σt = 22

2

io

ii

r r

r p

−

+

2

2

1r

r o ………………………………Pers 2.11 (Lit. 1 hal. 553)

σr = 22

2

io

ii

r r

r p

−

−

2

2

1r

r o ………………………………Pers 2.12 (Lit. 1 hal. 553)

Gambar 2.7. Variasi tegangan yang terjadi pada silinder berdinding tebal

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

33/164

2.2.6. Teori Kegagalan Elastik

Kegagalan ( failure) dari suatu elemen mesin yang menerima pembebanan,

dinyatakan apabila elemen tersebut tidak dapat berfungsi dengan baik sesuai yang

direncanakan. Oleh karena itu, perlu diberikan kriteria-kriteria kapan elemen suatu

mesin dapat dikatakan gagal.

Untuk pembebanan dengan beban elastik terdapat dua tipe kriteria kegagalan

yaitu :

1. Distorsi (distorsion) atau deformasi plastis ( plastic strain). Kegagalan ini

menyatakan bahwa bila material dari elemen mesin tersebut sudah mengalami

deformasi plastis karena sudah melewati suatu batas harga tertentu. Harga

batas ini adalah tegangan atau regangan luluh ( yield point ) material atau bila

material tidak mempunyai data yield point maka dapat digunakan standart

0,2% offset yield point.

2.

Patah/rusak ( fracture). Kegagalan ini menyatakan bahwa bila material dari

elemen mesin tersebut sudah patah atau terpisah menjadi dua bagian atau

lebih. Untuk tipe kegagalan ini dipergunakan batas harga tegangan maksimum

(tarik maupun tekan) yang diizinkan pada material.

Dari beberapa teori kegagalan elastik yang dikembangkan, yang paling banyak

digunakan adalah :

• Teori Tegangan Normal Maksimum ( Maximum Normal Stress Theory –

MNST ).

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

34/164

• Teori Tegangan Geser Maksimum ( Maximum Shear Stress Theory – MSST ).

•

Teori Kegagalan Energi Distorsi Maksimum ( Maximum Distortion Energi

Theory).

3. Teori Tegangan Normal Maksimum

Teori tegangan normal maksimum ( Maximum Normal Stress Theory – MNST )

diusulkan pertama kali oleh W.J.M. Rankine (1802 – 1872) sehingga sering juga

disebut teori Rankine. Teori ini menyebutkan bahwa suatu material menerima

suatu kombinasi pembebanan, akan gagal atau :

1.

Luluh, bila tegangan prinsipal positif paling besar, melewati harga tegangan

yield tarik material atau bila tegangan prinsipal negatif paling besar melewati

harga tegangan yield tekan dari material.

2. Patah atau fracture, bila tegangan prinsipal positif (atau negatif) maksimum,

melewati harga tegangan tarik (atau tekan) maksimum dari material.

Sesuai dengan teori ini, jika luluh dianggap gagal dan material mempunyai

tegangan yield tarik (Syt) dan tegangan yield tekan (S yc) serta faktor keamanan

yang diambil adalah ( N ), maka agar tidak terjadi kegagalan :

σ t maksimum ≤ N

S yt dan σ c maksimum ≤

N

S yc…………….Pers 2.13 (Lit. 4 hal. 273)

Dengan patah dianggap gagal maka :

σ t maksimum ≤ N

S ut dan σ c maksimum ≤

N

S uc …………….. Pers 2.14 (Lit. 4 hal. 273)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

35/164

Dimana :

S ut = Tegangan tarik maksimum material (kg/cm2)

S uc = Tegangan tekan maksimum material (kg/cm2)

σ t maksimum atau σ c maksimum adalah tegangan-tegangan prisipal maksimum, yang

merupakan salah satu dari σ 1 , σ 2 , σ 3 (untuk 3 dimensi) yang secara aljabar adalah

σ 1 > σ 2 > σ 3 dan σ 1 , σ 2 , σ 3 masing-masing bisa mempunyai harga positif (tegangan

tarik) atau negatif (tegangan tekan).

Dimana pada gambar 2.8 menunjukkan secara grafis dalam 2 dimensi tentang

teori kegagalan tegangan normal maksimum.

Gambar 2.8 Teori kegagalan tegangan normal maksimum dalam koordinat σ 1 dan σ 2

4. Teori Tegangan Geser Maksimum

Teori tegangan geser maksimum ( Maximum Shear Stress Theory – MSST )

diusulkan pertama kali oleh C.A Coloumb (1736 – 1806), kemudian

disempurnakan oleh Tresca (1864) sehingga sering disebut sebagai teori kegagalan

Tresca. Teori ini secara khusus dipergunakan untuk material ulet ( Ductile) dengan

dasar bahwa kegagalan terjadi bila tegangan geser maksimum yang terjadi,

melewati harga tegangan geser yang diizinkan pada material.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

36/164

τmax ≤

N

S ys atau τmax ≤

N

S us ………………………..Pers 2.15 (Lit. 4 hal. 238)

Dimana :

S ys = Tegangan yield geser material (kg/cm2)

N = Angka keamanan

Pada gambar 2.9 menunjukkan kondisi tegangan dengan metode grafis

lingkaran Mohr . Dapat dicatat disini bahwa batas dari semua lingkaran Mohr

prinsipal tidak menunjukkan kegagalan pada arah garis horizontal ± Sys ataupun ±

Sus. Teori ini memprediksi bahwa kegagalan tidak terjadi oleh tegangan hidrostatik

murni.

Gambar 2.9 : Lingkaran Mohr prinsipal sebagai dasar teori kegagalan tegangan gesermaksimum

5.

Teori Kegagalan Energi Distorsi Maksimum

Dengan suatu pengetahuan hanya pada tegangan yield dari suatu material,

teori kegagalan ini memprediksikan “ductile yielding” dibawah suatu kombinasi

pembebanan, dengan akurasi lebih baik dari pada teori-teori kegagalan lainnya.

Teori kegagalan ini ( Maximum Distorsion Energy Theory) diusulkan pertama kali

oleh M.T Hueber (1904) kemudian diperbaiki dan diperjelas oleh R. Von Mises

(1913) dan oleh H. Hencky (1925). Teori kegagalan ini sering dikenal dengan teori

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

37/164

kegagalan Von Mises saja.toeri kegagalan ini dianalisa pertama melalui tegangan

oktahedral, dengan menggunakan persamaan :

τ oct = [ ] 21

222222 )(6)()()(3

1 zx yz xy x z z y y x τ τ τ σ σ σ σ σ σ +++−+−+− (a)

Sehingga disebut sebagai teori kegagalan tegangan geser oktahedral

maksimum yang menyatakan bahwa luluh akan terjadi bila tegangan geser

oktahedral maksimum yang terjadi melebihi harga limit yang diketahui dari hasil

tes tarik tarik material standard dengan beban uniaksial.

Dengan menggunakan persamaan ( a ), tegangan geser oktahedral untuk tes

tarik uniaksial (dimana hanya ada σ1 atau σx, dan sumbu x juga merupakan sumbu

prinsipal 1) adalah :

τ oct = 13

2σ ( b )

Karena dari test tarik, data yang ada hanyalah tegangan yield (S y), maka tegangan

geser octahedral material didapat :

τ oct(limit) = yS 3

2 ( c )

Persamaan ( c) ini disubtitusikan ke persamaan (a) dengan menganggap sumbu x,

y, z adalah sebagai sumbu prinsipal 1, 2, 3 dan tegangan geser τxy, τyz, τzx = 0,

Sehingga

yS 3

2= [ ] 2

12

13

2

32

2

21 )()()(3

1σ σ σ σ σ σ −+−+− ( d )

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

38/164

Sy = [ ] 21

2

13

2

32

2

21 )()()(

2

2σ σ σ σ σ σ −+−+− ( e )

Persamaan (e) menunjukkan bahwa kombinasi dari tegangan-tegangan prinsipal 1, 2,

3, atau tegangan-tegangan 3 dimensi sesuai sistem sumbu X, Y, Z akan menimbulkan

luluh (gagal kriteria yield ) pada material bila suku disebelah kanan melebihi harga

tegangan yield dari material (ingat menyertakan faktor keamanan N). Suku sebelah

kanan ini disebut dengan tegangan ekuivalen σe dimana :

σe = [ ] 21

2

13

2

32

2

21 )()()(2

2σ σ σ σ σ σ −+−+− …………. Pers 2.16 (Lit.4 hal. 241)

Selanjutnya dengan mengambil angka keamana N, maka :

σe ≤ N

S y………………………………………………Pers 2.17 (Lit.4 hal 241)

Pada dasarnya di dalam perencanaan hal-hal yang harus diketahui antara lain :

1). Pengaruh Korosi

Korosi merupakan salah satu penyebab utama kerusakan pada pipa atau bejana

tekan lain. Hampir semua logam dan paduan-paduannya yang berhubungan dengan

udara, steam atau medium lain yang mengelilinginya, secara bertahap akan

mengalami perusakan, dimulai dari permukaannya. Peristiwa perusakan permukaan

logam secara bertahap yang disebabkan oleh median yang mengelilinginya ini disebut

korosi.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

39/164

Jadi, korosi adalah reaksi kimia atau elektrokimia antara suatu logam degan

media sernya yang mengakibatkan perusakan. Cepat atau lambatnya reaksi perusakan

ini terutama tergantung pada 2 faktor yaitu :

a). Sifat kimia dari logam atau paduannya itu sendiri

b).

Sifat kimia dar media yang mengelilinginya dan temperatur media tersebut.

2). Faktor Keamanan

Faktor keamanan digunakan karena tidak ada proses manufaktur yang bisa

menjamin 100% kualitas. Setiap bejana tekan harus memiliki faktor keamanan.

Faktor keamanan digunakan untuk memperhitungkan ketidakpastian atau bisa

dikatakan ketidak sempurnaan dalam material, perancangan dan fabrikasi. Yang

dimaksud dengan ketidakpastian dalam material bisa termasuk diskontinuitas yang

terjadi pada material. Ketidakpastian dalam perancangan bisa berarti

ketidakmampuan untuk memperhitungkan berbagai konsentrasi tegangan yang

terjadi. Ketidakpastian dalam fabrikasi bisa meliputi ketidakmampuan untuk

mendeteksi sambungan-sambungan las yang kurang baik.

Faktor keamanan dirumuskan :

N =S

S y……………………………………………..Pers 2.18(Lit 4 hal. 333)

Atau juga bisa :

N =S

S u …………………………………………….Pers 2.19(Lit.4 hal. 333)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

40/164

Dimana :

N = Faktor keamanan

S y = Yield point atau tegangan luluh material (kg/cm2)

S u = ultimate strength atau Tegangan ultimate dari material (kg/cm2)

S = Tegangan maksimum yang diizinkan pada konstruksi pemipaan (kg/cm2)

Untuk pipa yang dirancang dengan informasi ultimate strength, faktor

keamanaan tidak boleh kurang dari 4.0. Sedangkan untuk pipa yang dirancang dengan

informasi yield strengh, faktor keamanan tidak boleh kurang dari 3

N =S

S y≥ 3…………………………………………..Pers 2.20(Lit. 4 hal. 335)

Dan

N =S

S u ≥ 4 ………………………………………….Pers 2.21(Lit. 4 hal. 335)

2.7 Isolasi

Isolasian merupakan bagian penting dalam penghematan energi pada sistim

steam. Isolasi yaitu pembungkus pipa steam untuk mengurangi perpindahan panas

secara konveksi yaitu perpindahan panas yang terjadi karena gerakan molekul-

molekul suatu fluida.

2.7.1 Tujuan pemasangan isolasi

Isolasi panas ditandai dengan konduktivitas panasnya yang rendah dan oleh

karena itu mampu menjaga panas tertahan didalam atau diluar sistim dengan

mencegah perpindahan panas ke atau dari lingkungan luar. Bahan-bahan isolasinya

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

41/164

berpori dan mengandung sejumlah besar sel-sel udara yang tidak aktif. Sejumlah

besar energi bisa hilang tanpa menggunakan isolasi atau jika isolasinya tidak

efisien atau pemasangannya tidak benar.

Isolasi panas dapat menurunkan kehilangan panas, memberikan keuntungan

sebagai berikut:

Penurunan pemakaian bahan bakar

Pengendalian proses yang lebih baik dengan mencapai suhu proses pada

tingkatan yang konstan

Pencegahan korosi dengan menjaga permukaan terbuka sistim pendinginan

diatas titik embun

Perlindungan terhadap peralatan dari bahaya kebakaran

Peredaman terhadap getaran

Disamping itu kondisi kerja para karyawan menjadi lebih baik karena isolasi

melindungi mereka dari kontak langsung dengan permukaan panas dan panas

radian dan sebab isolasi dapat mengurangi tingkat kebisingan.

2.7.2 Tipe-tipe Isolasi

Isolasi dapat diklasifikasikan berdasarkan pada tiga kisaran suhu yang

digunakan masing-masing:

Isolasi Suhu Rendah (sampai 90 oC), yang digunakan untuk lemari es, sistim

air panas dan dingin, tangki penyimpanan, dll. Bahan yang paling banyak

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

42/164

digunakan adalah gabus, kayu, magnesia 85%, serat mineral, polyurethane dan

gabus putih EPS / expanded polystyrene

Isolasi Suhu Menengah (90 – 325 oC), yang digunakan dalam pemanasan suhu

rendah dan peralatan pembangkit steam, jalur steam, saluran cerobong, dll. Bahan

yang paling banyak digunakan adalah magnesia 85%, asbes, kalsium silikat dan

serat mineral.

Isolasi Suhu Tinggi (325 oC dan diatasnya), yang biasanya digunakan untuk

boiler , sistim steam lewat jenuh, pemanggang oven, pengering dan tungku. Bahan

yang paling banyak digunakan adalah asbes, kalsium silikat, serat mineral, mika,

vermiculit , semen tahan api, silika dan serat keramik.

Tabel 2.3 menjelaskan penggunaan, keuntungan dan kerugian berbagai bahan

isolasi. Bahan-bahan isolasi dapat juga diperoleh dalam bentuk cetakan yang

besar, sebagai contoh, pipa-pipa semi silindris dan lempengan-lempengan untuk

tangki, flens, kran dan lain-lain. Keuntungan utama dari bagian yang dicetak

adalah kemudahan dalam pemasangan untuk isolasi yang baru dan dalam hal

penggantian atau perbaikan isolasi yang sudah ada.

2.7.3. Pemilihan bahan-bahan isolasi

Faktor-faktor penting yang harus dipertimbangkan ketika memilih bahan-

bahan isolasi adalah:

Suhu operasi sistim

Jenis bahan bakar yang sedang dibakar

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

43/164

Ketahanan bahan terhadap panas, cuaca dan kondisi yang merugikan

Konduktivitas panas bahan dan Ketahanan bahan terhadap nyala/api

Diffusivitas panas bahan

Untuk mencari tebal volume isolasi m3 /m dapat dicari dengan rumus sebagai

berikut :2 2( 2 ) )

4 13,378o o D T Dπ + −

m3 /m…………………..Pers 2.22 (Lit. 7 hal. 335)

Dimana : Do = Diameter luar pipa

T = Tebal isolasi

Tabel 2.3. Bahan-bahan Isolasi untuk Berbagai Penggunaan

Tipe Isolasi Penggunaan Keuntungan Kerugian

Polyurethane

Cocok untuk suhu

rendah (-178oCto 4oC),

digunakan terutama di

ruang dingin.

Struktur sel tertutup

densitas rendah dan

kekuatan mekanisnya

tinggi.

Mudah terbakar,

menghasilkan uap

beracun dan cenderung

membara.

Rockwool

Cocok untuk suhu

sampai 820oC

digunakan terutama

untuk mengisolasi

oven industri, penukar

panas, boiler dan pipa

suhu tinggi

Memiliki kisaran

densitas yang besar

dan tersedia dalam

banyak berbagai

bentuk dan ukuran.

Tidak korosi dan

mencapai kekuatan

mekanis salama

penggunaan dalam

berbagai kondisi.

Calsium

Silicate

Cocok untuk suhu

sampai 1050oC

digunakan untuk

mengisolasi dinding

boiler pipa suhu tinggi.

Struktur sel udaranya

kecil konduktifitas

panas rendah, dan

akan menahan bentuk

penggunaan selama

operasi

Fiber Glass

Cocok untuk suhu 540oC, untuk mengisolasi

oven dan alat penukar

panas, boiler dan pipa.

Tidak akan hancur

oleh penuaan.

Sedikit basa (PH=9)

harus dilindungi dari

pencemaran luar, untuk

menghindari percepatan

korosi.

Sumber : www.energyefficiencyasia.org (Spirax Sarco)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

44/164

2.7.4. Isolasian Jalur Steam Dan Kondensat

Penting untuk mengisolasi pipa saluran steam dan kondensat sebab mereka

merupakan sumber kehilangan panas yang utama melalui radiasi panas dari

saluran pipa. Bahan isolasi yang cocok adalah gabus, glass wool, rock wool dan

asbes. Flens juga harus diisolasi sebab jika tidak terbungkus kehilangan panasnya

setara dengan saluran pipa yang tidak diisolasi sepanjang 0,6 m (SEAV, 2005).

Flens serigkali tidak diisolasi untuk memudahkan memeriksa kondisinya.

Gambar 2.9 memberi petunjuk mengenai sejumlah kehilangan panas dari pipa

saluran yang tidakdiisolasi. Penjelasan tentang bagaimana menghitung ketebalan

isolasi yang diperlukan diberikan dalam bagian 3.

Gambar 2.10: Kehilangan panas dari 1 meter pipa yang tidak diisolasi padaberbagai diameter pipa (engeneering toolbox.com/SEAV, 2005)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

45/164

2.8 Penyangga Pipa

Penyangga pipa merupakan tumpuan untuk menahan beban pada pipa,

penyangga pipa sangat penting gunanya dalan system pemipaan. Karena rangkaian

pipa yang disambung dengan sangat panjang dan adanya massa fluida yang mengalir

dalam pipa membuat massa pipa bertambah, sehingga pipa perlu diberi penyangga

supaya pipa dapat diletakkan pada suatu tempat dengan aman.

Berdasarkan pembebannya penyangga pipa dapat dibagi dua :

1) Pembebanan statik

2)

Pembebanan dinamik

Pembebanan statik terdiri dari :

1) Penyangga struktur (sipil )

2) Penyangga kaki bebek (duct foot )

3)

Penyangga bentuk siku-siku ( bracket )

4)

Penyangga pembaringan pipa ( pipe sleeper )

5) Penyangga gantung ( hanger )

6) Penyangga pipa rendah ( low support )

Penyangga pembenanan dinamik terdiri dari :

1)

Penyangga variabel ( variable support )

2) Penyangga konstan ( constan support )

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

46/164

2.9 Bejana-Bejana ( Vessel )

Bejana-bejana adalah jantung atau pusat aliran fluida (steam) sebelum fluida

disalurkan kesetiap peralatan pengolahan yang memerlukan steam. Dan bejana ini

mempunyai fungsi yang penting yaitu sebagai pengontrolan dalam penyaluran steam

yang dipakai. Didalam PKS. PT.IKPP bejana yang dipakai untuk steam yaitu back

pressure vessel (BPV).

2.10 Dasar Persamaan

Dalam tugas akhir ini, yang diharapkan dari perencanaan sistem pemipaan

adalah mengetahui dimensi dan ukuran pipa beserta komponen-komponennya untuk

mendapatkan semaksimal mungkin dimensi yang berkualitas yang mempengaruhi

proses produksi supaya berjalan lancar.

Persamaan-persamaan yang terkait dalam perencanaan sistem pemipaan yaitu :

2.10.1

Laju aliran massa (•

m )

Steam (uap) merupakan fluida yang mengalir bersifat compressible fluid ,

perubahan densitas diperhitungkan, karena adanya penambahan kalor yang

disebabkan pengaruh gesekan pada dinding, sehingga dalam mekanika fluida

dikenal dengan istilah laju aliran massa (•

m )

•

m = ρ.v.A .....................................................Pers. 2.23 (lit.1 Hal. 21)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

47/164

Dimana :

•

m = Laju Aliran Massa (Kg/s)

ρ = massa jenis (Kg/m3)

v = Kecepatan Aliran (m/s)

A = Luas lingkaran (m2)

2.10.2

Kecepatan Aliran (V )

V = A

m

. ρ (m/s),................................................ Pers 2.24 (lit.1 Hal 21)

Dimana :

v = Kecepatan Aliran (m/s)

•

m = Laju Aliran Massa (Kg/s)

ρ = Massa Jenis (kg/m3)

A = Luas Lingkaran (m2)

2.10.3

Luas Lingkaran ( A)

A =4π D2 (m2)............................................Pers.2.25 (lit 6.Hal 43)

Dimana :

D = Diameter lingkaran (m)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

48/164

2.10.4

Kapasitas Aliran (Q)

Q = ρ

.

m.........................................................pers.2.26 (lit 6 hal 44)

Dimana :

Q = Kapasitas aliran fluida (m3 /s)

•

m = laju aliran massa (kg/s)

ρ = densitas uap (kg/ m3)

2.10.5 Diameter Pipa ( D)

Q = v.A....................................................... pers.2.27 (lit 2 hal 75)

Q = v.

2

.

4 D

π

D2 =

π

4.

v

Q

D =4.

.

Q

vπ

Dimana :

Q = Kapasitas aliran fluida ( m3 /s)

v = kecepatan aliran (m/s)

A = penampang lingkaran (m2 )

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

49/164

2.10.6 Bilangan Reynold ( Reynold Number )

Angka reynold adalah suatu hal yang diperlukan untuk dapat

membandingkan aliran fluida pada kondisi kecepatan, kekentalan, densitas,

dan ukuran laluan yang berbeda uuntuk saluran yang bentuknya sama. Telah

terbukti bahwa tahanan terhadap aliran fluida, atau terhadap benda yang

bergerak didalam fluida, adalah fungsi dari perbandingan yang tanpa satuan.

Re = µ

ρ Dv

................................................................ Pers. 2.28 ( lit.4 Hal 9)

Dimana :

D = Diameter Pipa (m)

V = Kecepatan (m/s)

ρ = Massa jenis Fluida (kg/m3)

µ = Viskositas Dinamik Fluida (Kg/m.s)

2.10.7 Aliran Dalam pipa

- Aliran Laminar

Llaminar = 0,05.Re. D

-

Aliran Turbulen

Lturbulen = 1,935. D. Re1/4

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

50/164

2.10.8 Faktor Tekanan (F )

L

PPF 21

−= ……………………… Pers 2.29 (Lit. 7 hal. 410)

Dimana :

F = Faktor tekanan aliran

P = Tekana dalam (kg/cm2)

L = Panjang pipa (m)

2.10.9 Penurunan Tekanan ( ∆P )

∆P =2 . . .

2 . i

v f L

D

ρ (Pa)……Pers 30 (HydraulicSupermarket.com)

Dimana :

∆P = Penurunan Tekanan (Pa)

v = kecepatan aliran steam didalam pipa (m/s)

f = faktor Gesekan 0,004 (literatur 7 hal. 409)

L = Panjang Pipa Stasiun

ρ = Densitas steam tiap stasiun (kg/m3)

Di = Diameter Dalam Pipa (m)

Sehingga : Pin

– ∆P (tekanan keluar pada ujung pipa)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

51/164

BAB III

SPESIFIKASI PERENCANAAN

3.1 Spesifikasi

Spesifikasi perencanaan diambil di PT. Inti Karya Plasma Perkasa adalah

sebuah perusahaan yang bergerak dibidang pengolahan buah kelapa sawit (PKS),

yang mana perusahaan ini dijadikan sebagai pengambilan sumber data untuk

menyelesaikan tulisan ini, adapun data perusahaan ini adalah :

• Boiler

• BPV ( Back Pressure Vessel)

• Sterillizer

• Daerator

• Stronge Oil Tank

• Clarifier Tank

• Digester

3.1.1 Spesifikasi Boiler

Kebutuhan akan uap yang di gunakan untuk berbagai jenis-jenis proses

pengolahan di PKS dan sebagai pembangkit listrik disuplai oleh sebuah ketel uap

(boiler ) sebagai sumber utama pembangkit energi, boiler yang dipergunakan adalah

jenis pipa air (Water Tuber Boiler ).

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

52/164

Proses pengolahan tandan buah segar (TBS) sebagai bahan baku utama yang

akan dijadikan minyak mentah (CPO) dan inti (Kernel) yang berkualitas tinggi adalah

tujuan utama dari proses pengolahan, berdasarkan hasil survey di lapangan dimana

kapasitas olah pabrik adalah sebesar 60 ton TBS/jam.

Untuk memngolah tandan buah segar (TBS) sebesar 60 ton TBS/jam maka

boiler dalam hal ini harus dapat menghasilkan uap super heater sebesar 30 ton

uap/jam dengan tekanan kerja 20 bar dengan spesifikasi bahan bakar yang sudah

ditentukan. Data spesifikasi ketel uap di PT.Inti Karya Plasma Perkasa dapat

ditunjukan pada tabel 3.1

Tabel 3.1 Data ketel uap (Boiler )

NO DATA SPESIFIKASI

1 Jenis boiler Water tube boiler

2 Kapasitas uap boiler 30 ton uap/jam

3 Jumlah ketel 1 buah

4 Temperatur maksimum boiler 325 C

5 Tekanan maksimum boiler 24 bar g

6 Tekanan kerja boiler 20 bar g

Sumber:Survey Lapangan PT.IKPP

Pada boiler ini, uap yang di hasilkan adalah berbentuk uap super heater

(panas lanjut), energi uap tersebut digerakan untuk menggerakan sudu turbin

sehingga menghasilkan listrik, dan juga digunakan untuk memproses pengolahan

lainnya.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

53/164

3.1.2. Back Pressure Vessel (BPV)

B.P.V adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penampungan steam jenuh

sementara yang kemudian steam tersebut digunakan untuk keperluan proses

selanjutnya. B.P.V yang dipakai pada PT. IKPP menampung uap jenuh dengan

tekanan kerja 4,7 bar g dan temperatur sebesar 150oC

3.1.3. Spesifikasi Sterillizer

Sterillizer adalah sebuah alat yang dipakai untuk merebus TBS (Tandan buah

segar) dimana proses perebusan menggunakan uap yang dihasilkan oleh boiler yang

kemudian didistribusaikan ke turbin uap. Kemudian uap yang keluar dari turbin uap

ditampung oleh BPV ( Back Pressure Vessel) yang selanjutnya salah satunya untuk

perebusan oleh sterillizer. Sterillizer yang di gunakan di PT.IKPP mempunyai

spesifikasi sebagai berikut:

Tekanan kerja maksimum : 2,8 bar g / 2,855 kg/cm2

Temperatur kerja maksimum : 1310 C

3.1.4 Spesifikasi Daerator

Daerator adalah untuk menghilangkan gas-gas yang terlarut dan memanaskan

air umpan dengan tekanan rendah yang dipompakan ke boiler. Pada suatu tekanan

tertentu, kelarutan turun bila temperaturnya naik dengan memasukkan steam maka

oksigen akan terusir keluar lewat saluran buang. oksigen yang terlarut dalam air harus

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

54/164

dihilangkan karena dapat menimbulkan korosi didalam boiler , turbin, dan condensat

sistem. Daerator yang di gunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut:



3.1.5 Spesifikasi Storage Oil Tank

Storage Oil Tank adalah sebuah alat yang digunakan untuk menimbun

minyak mentah hasil dari proses produksi dari pabrik kelapa sawit yang akan di

angkut oleh truk-truk pengangkut minyak mentah yang akan diproses selanjutnya,

Spesifikasi Storage Oil Tank yang di gunakan di PT.IKPP mempunyai spesifikasi

sebagai berikut:



3.1.6 Spesifikasi Clarifier Tank

Clarifier Tank adalah sebuah alat yang digunakan untuk menyaring atau

memisahkan ampas, minyak berat, dan air sebelum dimasukkan kedalam tangki

penimbun Tank CPO. Uap pada stasiun ini uap digunakan untuk proses pemanasan

minyak mentah untuk menghindari tercemarnya bakteri-bakteri yang ditimbulkan dari

minyak itu sendiri. ClarifierTank yang di gunakan dengan spesifikasi sebagai berikut:



8/19/2019 9 Mesin,Ari S

55/164

3.1.7 Spesifikasi Digester

Digester adalah sebuah alat yang digunakan untuk melumat daging buah

kelapa sawit dimana daging buah tersebut yang kemudian akan diproses selanjutnya

dan akan menghasilkan minyak kelapa sawit. Uap pada stasiun ini digunakan untuk

memanaskan buah kelapa sawit dengan sehingga dengan mudah dilumat dengan

waktu yang singkat. Digester yang di gunakan mempunyai spesifikasi sebagai

berikut:



3.2 Kebutuhan Uap Maksimum di Setiap Stasiun

Diambil total kebutuhan uap maksimum karena dalam merencanakan sistem

perpipaan beban maksimum yang ditopang oleh pipa tidak akan melebihi beban

puncak dari total kebutuhan proses. Total kebutuhan uap maksimum proses pada

pabrik kelapa sawit PKS Inti Karya Plasma Perkasa (PT.IKPP), seperti ditunjukan

pada table 3.2, terlihat pembagian uap pada masing-masing stasiun yang akan

penulis rencanakan dimana total kebutuhan uap yaitu sebesar 28 Ton uap/jam.

Sedangkan total produksi uap yang disuplai oleh boiler untuk melayani proses

dengan kapasitas 60 Ton TBS/jam adalah 28 Ton uap/jam. Dalam proses penyaluran

uap di sepanjang pemipaan akan terjadi kehilangan-kehilangan uap pada jaringan.

Kehilangan ini diakibatkan seperti losses, penurunan tekanan, penurunan panas dan

lain-lain.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

56/164

Tabel 3.2 Kebutuhan Uap Maksimum Seluruh Proses Pengolahan

NO Stasiun Pemakaian Uap (kg/jam)

1 Sterillizer 6.421

2 Daerator 4.510

3 Storage Oil Tank 3.100

4 Clarifier Tank 3.551

5 Digester 2.324

6 Thresser 2.518

7 Nut Silo Drier 2.350

8 Crude Oil Tank 1.316

9 Oil Sparator Tank 1.250

10 Kernel Storage Bin 730

Total Seluruh Kebutuhan Uap 28.070

Sumber:Survey Lapangan PT.IKPP

Kehilangan ini selain merugikan juga dapat menurunkan produksi pabrik

sehingga semaksimal mungkin penulis meminimalisir kerugian tersebut. Sehingga

dapat dihitung kehilangan uap pada jaringan distribusi adalah :

Kapasitas Boiler – kebutuhan uap maksimum

30 Ton/jam – 28 Ton/jam = 2 Ton/jam

Dengan persentase kehilangan uap pada jaringan distribusi adalah :

2 Ton/jamx 100% 7,1 %

28= =

Dari tabel 3.2 dapat dilihat kebutuhan uap yang diperlukan untuk proses produksi

kelapa sawit yaitu sebesar 28 ton uap/ jam .

Maka dapat dihitung besarnya uap yang dibutuhkan untuk setiap produksi kelapa

sawit adalah :28

X 0,4660

Ton uap/jamTon uap / Ton TBS

Ton TBS/jam= =

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

57/164

3.3 Data Pemipaan Jalur Induk

Jalur induk adalah keseluruhan panjang pipa total dari boiler menuju turbin

dengan menggunakan pipa 10 inchi (data lapangan) dan selanjutnya menuju BPV

yang akan dibagi-bagi kesetiap jalur proses produksi. Uap yang melalui jalur ini

adalah uap super heater dengan temperatur 325oC dengan tekanan kerja 20 bar g dan

total laju aliran massa 28.070 kg/jam. Jika saat penyalaan awal pabrik steam belum

bisa mencapai tekan kerja 20 bar g dan turbin belum bekerja optimal sedangkan

kebutuhan proses sudah berjalan maka steam dialirkan melalui jalur bypasss dan

langsung menuju BPV. Apabila melihat dari diagram T-s dengan cara menarik garis

temperatur senilai 150oC menuju garis tekanan diketahui 4,7 bar g maka didapat

nilai X=1, artinya fasa uap yang terjadi didalam BPV adalah uap saturasi kering jika

nilai X=

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

58/164

Gambar 3.1. Data pemipaan jalur induk

3.4 Data Pemipaan Tiap Jalur

Jalur yang penulis maksudkan adalah panjang pipa total dari BPV ( Back

Pressure Vessel) ke masing-masing unit tiap stasiun, dan dimensi masing-masing tiap

stasiun di sesuaikan dengan data hasil survey di pabrik, dalam pembahasan ini

penulis hanya merencanakan dan menghitung lima jalur.

3.4.1 Data pemipaan Jalur I

Jalur I pada pembahasan ini diambil dari BPV ( Back Pressure Vessel)

Ke stasiun sterilizer , dimana data-data yang diambil dari pabrik kelapa sawit di

PT.IKPP seperti ditunjukan pada gambar 3.2, dan data terlihat pada tabel 3.3

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

59/164

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

60/164

3.4.2 Data pemipaan Jalur II

Jalur II pada pembahasan ini diambil dari BPV ( Back Pressure Vessel)

Ke stasiun daerator , dimana data-data yang diambil dari pabrik kelapa sawit di

PT.IKPP dapat ditunjukan pada gambar 3.3 dan data terlihat pada tabel 3.4.

Gambar 3.3 : Jalur pemipaan dari BPV ke daerator.

Gambar pemipaan jalur II tidak diambil menurut skala sebenarnya melainkan

hanya skema saja, dikarenakan penulis hanya merencanakan berdasarkan panjang

total pipa jalur II beserta elemen pendukung lainnya.

Data perencanaan pada pemipaan jalur II dapat dilihat pada tabel 3.4

Tabel 3.4 : Data Pemipaan Jalur II.

No Spesifikasi Notasi Nilai Satuan

1 Panjang Pipa Total L 30 m2 Jumlah Elbow 90° n 3 Pcs

3 Jumlah Gate Valve n 2 Pcs

4 Jumlah Check Valve n 1 PcsSumber:Survey Lapangan PT.IKPP

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

61/164

3.4.3 Data pemipaan Jalur III

Jalur III pada pembahasan ini diambil dari BPV ( Back Pressure Vessel)

Ke stasiun Storage Oil Tank , dimana data-data yang diambil dari pabrik kelapa sawit

di PT.IKPP dapat ditunjukan pada gambar 3.4 dan data terlihat pada tabel 3.5:

Gambar 3.4 : Jalur pemipaan dari BPV ke stronge oil tank .

Gambar pemipaan jalur III tidak diambil menurut skala sebenarnya

melainkan hanya skema saja, dikarenakan penulis hanya merencanakan berdasarkan

panjang total pipa jalur III beserta elemen pendukung lainnya.

Data perencanaan pada pemipaan jalur III dapat dilihat pada tabel 3.5 .

Tabel 3.5 : Data Pemipaan Jalur III.


1 Panjang Pipa Total L 55 m2 Jumlah Elbow 90° n 6 Pcs


4 Jumlah Check Valve n 1 Pcs

5 Jumlah Tee n 1 PcsSumber:Survey Lapangan PT.IKPP

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

62/164

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

63/164

3.4.5 Data pemipaan Jalur V

Jalur V pada pembahasan ini diambil dari BPV ( Back Pressure Vessel)

Ke stasiun digester , dimana data-data yang diambil dari pabrik kelapa sawit di

PT.IKPP dapat ditunjukan pada gambar 3.6 dan data terlihat pada tabel 3.7:

Gambar 3.6 : Jalur pemipaan dari BPV ke digester.

Gambar pemipaan jalur V tidak diambil menurut skala sebenarnya melainkan

hanya skema saja, dikarenakan penulis hanya merencanakan berdasarkan panjang

total pipa jalur V beserta elemen pendukung lainnya.

Data perencanaan pada pemipaan jalur V dapat dilihat pada tabel 3.7

Tabel 3.7 : Data Pemipaan Jalur V.


1 Panjang Pipa Total L 26 m

2 Jumlah Elbow 90° n 5 Pcs


4 Jumlah Check Valve n 1 Pcs

5 Jumlah Tee n 3 PcsSumber:Survey Lapangan PT.IKPP

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

64/164

BAB IV

PERHITUNGAN PERENCANAAN

4.1 Dimensi dan Ukuran Pipa.

Dalam merencanakan sistem aliran fluida dari suatu tempat ketempat yang

diinginkan, maka memerlukan dimensi dan ukuran pemipaan. Dimensi pemipaan

yang terdiri dari panjang, diameter, ketebalan serta bahan pipa salah satunya adalah

diameter pipa. Dalam menentukan diameter pipa perlu diketahui kecepatan aliran

fluida didalam pipa, aliran fluida yang terdapat pada pemipaan adalah berupa

saturated steam (uap jenuh). Pada umumnya berdasarkan analisa dan pengujian

dilapangan, dimana rata-rata kecepatan saturated steam dengan diameter nominal

1 / 2”-12” (15-300 mm) adalah 15-40 m/s, dilain hal penulis juga membaca catatan dan

informasi dari internet (www.engineeringtoolbox.com) untuk memperkuat alasan

tersebut, maka pada perencanaan diameter pipa saluran dari BPV ke masing-masing

unit proses diambil 25 m/s. Untuk lebih jelasnya mengenai jalur sistem pemipaan

dapat dilihat pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Sistem Pemipaan Dari BPV Ke Unit Proses

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

65/164

Untuk menentukan diameter pipa yang akan direncanakan terlebih dahulu

diketahui densitas steam ( ρ) yang selanjutnya di pergunakan untuk menghitung

kapasitas aliran yang menuju tiap stasiun pengolahan, dalam menentukan densitas

steam penulis meggunakan software Chemical Logic Steam Tab Companion. Data-

data pada masing-masing unit stasiun dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Densitas steam tiap stasiun

Stasiun

Tekanan

P (bar g)

Temperatur

T (oC )

Densitas

ρ (kg/m3)

Sterillizer 2,8 131 1,547

Daerator 2,2 123 1,234

Storage Oil Tank 2,5 127 1,391

Clarifier Tank 1,8 117 1,023

Digester 2,1 121 1,181

Sumber : Chemical Logic Steam Tab Companion (software)

Steam yang berada pada BPV adalah steam jenuh dengan temperatur 150oC

dengan tekanan 4,7 bar g

4.1.1 Perhitungan Diameter Pipa Jalur I (Sterillizer )

Dalam menentukan (Q) kapasitas aliran dapat dihitung sebagai berikut :

Q =

•

m / ρ (m3 /s)

Dimana :

Q = Kapasitas aliran (m3 /s)

•

m = Laju aliran massa Sterillizer (1,783 kg/ s)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

66/164

ρ = Densitas pada tekanan 2,8 bar g dan Temperatur 131oC

( 1,547 kg /m3)

Sehingga :

Q =3

1,783 /

1,547 /

kg s

kg m

= 1,152 m3 / s.

Maka untuk menentukan diameter pipa (dp) dapat di hitung sebagai berikut :

d p

4 Q

vπ

×=

×

Dimana :

d p = Diamater pipa (mm)

Q = Kapasitas aliran ( 1,15 m3 /s)

v = Kecepatan rata-rata aliran fluida direncanakan (25 m/s)

Sehingga :

d p 34 1,152 /s

3,14 25 /

m

m s

×=

×

d p = 0,242 m = 242 mm

Dari hasil perhitungan diameter pipa didapat 242 mm, dimana diameter

242 mm tidak ada pada pabrikasi (commodity), maka berdasarkan tabel komersial

pipa direncanakan diameter 230,226 mm pada schedule 120 dengan diameter

nominal pipa adalah 10 inchi.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

67/164

4.1.2. Perhitungan Diameter Pipa Jalur II ( Daerator )


Q =•

m / ρ (m3 /s)

Dimana :


•

m = Laju aliran massa Daerator (1,25 kg/s)

ρ = Densitas pada tekanan 2,2 bar g dan temperatur 123oC

( 1,234 kg/m3)

sehingga :

Q =3

1,25 /

1,234 /

kg s

kg m

= 1,012 m3 / s.

Maka untuk menentukan diameter pipa (d p) dapat dihitung sebagai berikut :

d p4 Q

vπ

×=

×

Dimana :


Q = Kapasitas aliran (1,012 m3 /s)


8/19/2019 9 Mesin,Ari S

68/164

Maka :

d p 34 1,012 /

3,14 25 / m sm s

×=

×

d p = 0,227 m

d p = 227 mm




nominal pipa adalah 10 inchi

4.1.3. Perhitungan Diameter Pipa Jalur III (Storage Oil Tank )


Q =

•

m / ρ (m3

/s)

Dimana :


•

m = Laju aliran massa Storage (0,86 kg/s)


( 1,391 kg/m3)

Sehingga :

Q =3

0,86 /

1,391 /

kg s

kg m

= 0,62 m3 / s.

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

69/164


d p4 Q

vπ

×=

×

Dimana :




Maka :

d p

34 0,62 /

3,14 25 /

m s

m s

×=

×

d p = 0,177 m

d p = 177 mm


177 mm ada pada pabrikasi (commodity), maka berdasarkan tabel komersial pipa

direncanakan diameter 182,601 mm pada schedule 120 dengan diameter nominal

pipa adalah 8 inchi

4.1.4. Perhitungan Diameter Pipa Jalur IV (Clarifier Tank )


Q =•

m / ρ

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

70/164

Dimana :

Q = Kapasitas aliran•

m = Laju aliran massa Clarifier Tank (0,98(kg/s)


( 1,023 kg/m3)

Sehingga :

Q =3

0,98 /

1,023 /

kg s

kg m

= 0,957 m3 / s


4 Q

v pd

π

×=

×

Dimana :




Maka :

3

p

4 0,957 / d

3,14 25 /

m s

m s

×=

×

d p = 0,22 m

d p = 220 mm

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

71/164




nominal pipa adalah 8 inchi

4.1.5. Perhitungan Diameter Pipa Jalur V ( Digester )

Dalam menentukan (Q) kapasitas aliran dapat dihitung sebagai

berikut :

Q =•

m / ρ

Dimana :

Q = Kapasitas aliran

•

m = Laju aliran massa Digester (0,64 kg/ s)


( 1,181 kg/m3)

Sehingga :

Q =3

0,64 /

1,181 /

kg s

kg m

= 0,541 m3

/ s.


4 Q

v pd

π

×=

×

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

72/164

Dimana :




Maka :

34 0,541 /

3,14 25 /

m sdp

m s

×=

×

d p = 0,166 m

d p = 166 mm

Dari hasil perhitungan diameter pipa didapat 166 mm, dimana diameter 166

mm tidak ada pada pabrikasi (commodity), maka berdasarkan tabel komersial pipa

direncanakan diameter 182,601 mm pada schedule 120 dengan diameter nominal

pipa adalah 8 inchi

Untuk mempermudah melihat hasil perhitungan diameter dalam ( Di) sistem

pemipaan yang akan direncanakan maka dapat dilihat pada tabel 4.2 .

Tabel .4.2 Perencanaan Pipa Tiap Jalur

Jalur SaluranKapasitas

(m3 /s)

Di

(mm)

Di . Tabel

(mm)

Dn

(mm,in)Schedule

I Sterillizer 1,15 242 230,22 250,10 120

II Daerator 1,012 227 230,22 250,10 120

III Storage Oil Tank 0,60 177 182,601 200,8 120

IV Clarifier Tank 0,48 156 182,601 200,8 120

V Digester 0,541 166 182,601 200,8 120

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

73/164

Berdasarkan perhitungan perencanaan diameter pipa saluran tiap stasiun

diketahui persamaan schedule dikarenakan perencanaan didasarkan tebal pipa yang

akan digunakan karena tekanan kerja yang akan melewati pipa yaitu maksimal 4,7

bar g maka tegangan yang terjadi rata-rata hampir sama maka diambil schedule yang

sama.

4.2 Perhitungan Kecepatan Aliran Tiap Stasiun

Kecepatan Steam yang mengalir didalam pipa harus diketahui karena untuk

menentukan bilangan Reynold, yang selanjutnya akan digunakan untuk menentukan

jenis aliran dan menghitung besarnya head losses yang ada pada sistem pemipaan

tersebut. Perhitungan kecepatan aliran steam dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan :

Q = v. A

Qv

A=

2

4i

Qv

Dπ

= (m/s)

Dimana :


v = Kecepatan aliran (m/s)

A = Luas penampang (m2)

Di = Diameter dalam pipa (m)

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

74/164

4.2.1

Perhitungan Kecepatan Aliran Pada Jalur I

Dari data sebelumnya telah didapat :

Q = 1,15 m3 /s

Di = 0,23022 m

Maka :2

4i

Qv

Dπ

=

Sehingga:2

1,15

(0,23022)4

v π =

= 27,64 m/s

4.2.2 Perhitungan Kecepatan Aliran Pada Jalur II


Q = 1,012 m3 /s

Di = 0,23022 m

Maka :2

4i

Qv

Dπ

=

Sehingga:2

1,012

(0,23022)4

vπ

=

= 24,32 m/s

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

75/164

4.2.3

Perhitungan Kecepatan Aliran Pada Jalur III


Q = 0,62 m3 /s

Di = 0,182601m

Maka :2

4i

Qv

Dπ

=

Sehingga:2

0,62

(0,182601)4

v π =

= 23,68 m/s

4.2.4 Perhitungan Kecepatan Aliran Pada Jalur IV


Q = 0,957 m3 /s

Di = 0,23022 m

Maka :2

4i

Qv

Dπ

=

Sehingga:2

0,957

(0,182601)4

vπ

=

= 23 m/s

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

76/164

4.2.5

Perhitungan Kecepatan Aliran Pada Jalur V


Q = 0,541 m3 /s

Di = 0,23022 m

Maka :2

4i

Qv

Dπ

=

Sehingga:2

0,541

(0,182601)4

v π =

= 20,67 m/s

Untuk mempermudah melihat hasil perhitungan kecepatan aliran (v)

didalam pipa masing-masing stasiun yang akan direncanakan, dapat dilihat

pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Kecepatan aliran tiap stasiun

Jalur SaluranKapasitas

(m3 /s)

Di . Pipa

(mm)

Kecepatan

(m/s)

I Sterillizer 1,15 230,22 27,64

II Daerator 1,012 230,22 24,32

III Storage Oil Tank 0,60 182,601 23,68

IV Clarifier Tank 0,48 182,601 23

V Digester 0,541 182,601 20,67

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

77/164

4.3 Pemilihan Bahan Pipa

Dalam perencanaan pemipaan material pipa dipilih berdasarkan temperature

kerja, tekanan kerja dan faktor yang mempengaruhi korosi yang sesuai menurut

standard ASTM dengan sifat-sifat sebagai berikut :

Jenis material : ASTM - A 106 Gr. B Carbon Steel

Tegangan luluh : 35.000 psi = 2460,5 kg/cm2

Tegangan tarik : 60.000 psi = 4218 kg/cm2

Komposisi kimia : C = 0,30%, Mn = 1,06%, Si = 0,10%, P = 0,035%,

S = 0,035%.

Suhu kerja maksimum : 600˚C

Suhu kerja minimum : -5˚C

Adapun dimensi yang direncanakan seperti ditunjukan gambar 4.2 sebagai berikut :

Gambar 4.2. Dimensi pipa saluran

Untuk perhitungan tebal pipa saluran, dimana diameter dalam ( Di) pipa

didapat dari perhitungan sebelumnya seperti ditunjukan pada tabel 4.4 sebagai berikut

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

78/164

Tabel 4.4 Data Spesifikasi Pipa ASTM

Jalur Saluran

Spesifikasi

TipeMaterial

Di(mm)

Tegangan Luluh(kg/cm2)

Tegangan Tarik(kg/cm2)

I Sterellizer A 106 Gr. B 242,92 2460,5 4218

II Deaerator A 106 Gr. B 230,22 2460,5 4218

III Storage Oil Tank A 106 Gr. B 177,82 2460,5 4218

IV Clarifier Tank A 106 Gr. B 222,05 2460,5 4218

V Digester A 106 Gr. B 131,80 2460,5 4218

4.4 Perhitungan Tebal Pipa Tiap Saluran

Dalam perhitungan tebal pipa perlu diperhatikan juga dalam pemilihan bahan

atas kondisi kerja. Perbandingan kekuatan material pipa didasarkan atas tegangan

luluh material, jadi tekanan kerja harus dibawah tegangan luluh material pipa supaya

material tersebut tidak melewati batas deformasi plastis.

Jika perhitungan didasarkan pada tegangan tarik material pipa, maka bias jadi tekanan

kerja akan melewati batas deformasi plastis dan material pipa akan berubah bentuk

dan akan mendekati titik kritis tegangan tarik dan kemudian material pipa tersebut

akan putus/ pecah karena kelebihan tekanan yang terlalu tinggi.

4.4.1 Perhitungan Tebal Pipa Jalur I

Berdasarkan perhitungan diameter pipa tiap saluran maka perhitungan tebal

pipa jalur I dapat dihitung sebagai berikut :

t =2( . . )

o

y

p x D

S E p y++ C

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

79/164

Dimana :

P = Tekanan kerja Sterillizer diketahui = 2,8 bar g = 2,855 kg/cm2

Do = Diameter luar pipa = 27,305 cm (Tabel lampiran 1)

S y = Tegangan luluh pipa A 106 Gr. B = 2460,5 kg/cm2

E = Faktor efisiensi sambungan las = 0,9

y = Faktor bahan (literatur 7 halamn 448 ) = 0,4

C = Corrosion allowable (literatur 7 halamn 448 ) = 0,05

Sehingga :

t =2

2 2

2,855 / 27,305

2(2460,5 / 0,9 2,855 / 0,4)

kg cm x cm

kg cm x kg cm x++ 0,05

t = 0,067 cm = 0,67 mm

0,67 mm adalah ketebalan minimum yang diizinkan, tetapi untuk pengamanan

terhadap korosi berdasarkan literatur 7 halaman 448 ditambahkan 12,5% sehingga:

t = 0,67 mm + (12,5% x 0,67) = 0,753 mm

Dalam prakteknya pipa diameter luar pipa baja 273,05 mm dengan tekanan yang

diketahui sebesar 2,855 kg/cm2, maka pada tabel lampiran 1 diambil tebal adalah :

t = 21,412 mm (Pipa schedule 120)

Sehingga diameter dalam pipa pada jalur I adalah :

Di = Do – (2 . t )

= 273,05 mm – (2 x 21,412) mm

= 230,226 mm

8/19/2019 9 Mesin,Ari S

80/164

4.4.2 Perhitungan Tebal Pipa Jalur II

Berdasarkan perhitungan diameter pipa tiap saluran maka perhitungan tebal

pipa jalur II berdasarkan persamaan sebagai berikut :

t =2( . . )

o

y

p x D

S E p y++ C

Dimana :

P = Tekanan kerja Daerator diketahui = 2,2 bar g = 2,243 kg/cm2

Do = Diameter luar = 219,08 mm = 27,305 cm (Tabel lampiran 1)

S y = Tegangan izin pipa A 106 Gr. B = 2460,5 kg/cm2

E = Faktor efisiensi sambungan las = 0,9

y = Faktor ba

Documents

9 Mesin,Ari S