PERANCANGAN POMPA (Q) = 275 m3/jam dan INSTALASI PIPA untuk PENDINGIN ROLL PT. KRAKATAU STEEL DEVISI WIRE ROD MILL (WRM)

i

PERANCANGAN POMPA (Q) = 275 m3/jam dan INSTALASI PIPA untuk PENDINGIN ROLL PT. KRAKATAU STEEL DEVISI WIRE ROD MILL (WRM)

TUGAS AKHIR

Diajukan Kepada :

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin

Disusun oleh :

FATCHUROHMAN BASOFI NIM : 201010120311011

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2016

v

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji dan syuku rkepada kehadirat Allah SWT yang mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahnya laporan tugas akhir dengan judul “PERANCANGAN POMPA (Q) = 275 m3/jam dan INSTALASI PIPA untuk PENDINGIN ROLL PT. KRAKATAU STEEL DEVISI WIRE ROD MILL (WRM)” ini akhirnya dapat terselesaikan.

Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa ringan dan dapat teratasi. oleh sebab itu sepatutnya saya ungkapkan terima kasih atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan sekripsi ini.Ungkapan terima ksi htersebut disampaikan kepada :

1. Orang tua dan keluarga yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan terlupakan.

2. Bapak Murjito ST,MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini dilakukan.

3. Bapak Ir.Ali Mokhtar.MT. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga terselesaikannya skripsi ini.

4. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku ketua jurusan teknik mesin UMM. 5. Bapak Budiono, SSi.MT. Selaku sekertaris jurusan teknik mesin UMM.

6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.

7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A, B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.

vi

8. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan kalian semuannya.

Dalam penyusunan sekripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak terbahas.Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.

Malang, 15 Januari 2016

vii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

BERITA ACARA ... iii

LEMBAR PERNYATAAN ... v

ABSTRAK ... vi

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Rumusan Masalah ... 3

1.3Tujuan Perancangan ... 3

1.4Batasan Masalah ... 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1Sistem Perpipaan ... 5

2.1.1 Jenis Pipa ... 5

2.2 Pemilihan Bahan ... 6

2.2.1 Bahan-bahan Pipa Secara Umum ... 6

2.2.1.1 Sealess Drawing Stell Pipe... 7

2.2.1.2 Seamless Brown Pipe... 8

2.2.1.3 Lap Welded Electric Resistence... 8

2.2.1.4 Pipa dari Timah Hitam... 9

viii

2.2.1.6 Pipa Galvanis... 9

2.3 Ukuran Pipa ... 9

2.3.1 Diameter, Ketebala, Schedule ... 9

2.3.2 Ukuran Pipa Berdasarkan Kapasitas Tangk... 12

2.3.3 Ukuran Pipa Berdasarkan JIS... 13

2.4 Komponen Perpipaan ... 14

2.5 Sistem Pengaliran... 14

2.6 Sistem Jaringan Pipa Distribusi ... 16

2.7 Kerugian Aliran dalam Pipa... 19

2.7.1 Head Losses ... 19

2.7.2 Head Statis Total... 23

2.7.3 Total Losses... 24

2.8 Spesifikasi Pompa ... 24

2.8.1 Pompa Sentrifugal... 24

2.8.2 Klasifikasi Pompa Sentrifugal ... 26

2.8.3 Aliran pada Saluran Tertutup (Pipa) ... 27

2.8.4 Daya Pompa... 39

2.9 Jaringan Pipa... 42

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tinjauan Umum ...,43

3.2 Metode Pengumpulan Data ... 43

3.3 Langkah-langkah Perancangan Instalasi Pipa ... 44

3.4 Bagian Perancangan Instalasi Pipa...45

BAB IV ANALISA DATA 4.1 Data Awal Perancangan ...46

ix

4.1.1 Data Pompa... 46

4.1.2 Data Instalasi... 47

4.2 Head Losses... 47

4.2.1 Kerugian pada Pipa Lurus ... 44

4.2.2 Kerugian pada Elbow 90 ... 50

4.2.3 Kerugian karena Percabangan ... 52

4.2.4 Kerugian Pengecilan Mendadak terhadap Pipa ... 53

4.2.5 Kerugian pada Katup ... 54

4.3 Daya Pompa yang Dibutuhkan ...55

4.4 Daya Motor ... 57

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 60

5.2 Saran ... 60 DAFTAR PUSTAKA

x

DAFTAR TABEL

1 Pipa Schedule 10s sampai dengan XXS 11

2 Ukuran Pipa Berdasarkan Kapasitas Tangki 12

3 Ukuran Pipa Berdasarkan JIS 13

4 Sifat-sifat Air (Viskositas Kinematik) pada Tekanan Atmosfer 29 5 Sifat Fisik Air (Air Dibawah 1 Atm, dan Air Jenuh Diatas 100°C) 46

6 Koefisien Kerugian Percabangan (f1,f2) 52

7 8

Koefisien Pengecilan Pipa Koefisien Kerugian Katup

53 54

xi

DAFTAR GAMBAR

1 Seamless Drawing Stell Pipe (Pipa Baja tanpa Sambungan) 7

2 Seamless Brown Pipe (Pipa dari Tembaga/Kuningan) 8

3 Lap welded steel pipe 8

4 Elektric Resistence Welded Stell Pipe 8

5 Pipa Galvanis 9

6 Head Statis Total 23

7 Pompa Sentrifugal 25

8 Detail Pompa 26

9 Aliran Fluida dalam Pipa 30

10 Alat Osborn Renolds 32

11 Aliran Laminar, Aliran kritik, Aliran Turbulen 32

12 Grafik Tekanan Gesek 35

13 Grafik kehilangan energi 37

14 Kecepatan dan Tegangan Geser 37

15 Grafik Renolds Number 39

16 17 18

Alur Perancangan

Dimensi Perancangan Pipa

Gambar Potongan Perancangan Pipa

45 58 59

xii

DAFTAR PUSTAKA

Ardhelas, K.A. 2012. Analisis Performansi Pompa Sentrifugal Terhadap Kapasitas Crude Oil-Water Flow. S.T. Tugas Akhir, Diponegoro University.

Ahmed, W.H., Ching, C.Y., Shoukri, M., 2007. Pressure Recovery Of Two-Phase Flow

Across Sudden Expansions. Int. J. Multiphase Flow 33, 575–594.

ASME B31.3, Process Piping Guide Revision 2

Balakhrisna, T., Ghosh, S., Das, G., Das, P.K., 2009. Oil–Water Flows Through Sudden

Contraction And Expansion In A Horizontal Pipe – Phase Distribution And Pressure

Drop.

BRANAN C.R Rules_of_Thumb_for_Chemical_Engineers 3rd ed.

Fossa, M., Guglielmini, G., 2002. Pressure Drop And Void Fraction Profiles During Horizontal Flow Through Thin And Thick Orifices. J. Exp. Therm. Fluid Sci. 26, 513– 523.

Guglielmini, G., Muzzio, A., Sotgia, G., 1997. The Structure Of Two-Phase Flow In Ducts With Sudden Contractions And Its Effects On Pressure Drop. In: Invited Lecture, Proceedings of the Fourth. International Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Brussels.

Hwang, C.Y.J., Pal, R., 1997. Flow Of Two-Phase Oil/Water Mixtures Through Sudden

Expansion And Contractions. Chem. Eng. J. 68, 157–163.

International Journal of Multiphase Flow 36 (2010) 13–24.

Ir. Sularso, MSME dan Prof. Dr. Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1983.

Idris, Krisnaldi.2008.Calculation of Concrete Ballast Requirement for Sub-Sea HPDE Pipeline.Journal Infrastruktur and Built Enviroment Vol IV No.2.

Morimura, T. dan Noerbambang, S.M. 2000. Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Mousselli, AH. 1981. Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods. PennWellBooks. Oklahoma.

Soegiono.2005.Pipa Laut. Airlangga University Press.Surabaya.

Schmidt, J., Friedel, L., 1997. Two-Phase Pressure Drop Across Sudden Contraction In Duct

Areas. Int. J. Multiphase Flow 23, 283–299.

Tahara Haruo, Sularso, Pompa Dan Kompresor, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 2000. Yaqob, B.N. & Abbas, I.F. 2009. Effect Of Crude Oil-Water Two-Phase Flow On Pump

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang

Ke butuhan akan baja yang terus meningkat, menyebabkan industri-industri baja di dunia berkompetisi dalam menghasilkan baja berkualitas tinggi dengan harga bersaing. Pengetahuan di bidang material, khususnya ilmu logam, diharapkan dapat menjadi suatu fondasi yang kuat bagi kemajuan industri di Indonesia, khususnya industri baja, dalam menghasilkan baja berkualitas yang mampu bersaing dengan produk mancanegara. Teknologi yang tepat dalam pembuatan baja memerlukan penyeimbangan antara teori yang diperoleh melalui institusi pendidikan dengan kondisi aktual di lapangan (dunia industri).

Di Indonesia sendiri, PT. Krakatau Steel masih merupakan produsen baja yang terbesar, selain dapat memenuhi kebutuhan baja dalam negeri, PT. Krakatau Steel juga masih merupakan industri baja yang memiliki kapasitas produksi terbesar di Asia Tenggara. PT. Krakatau Steel sendiri dibagi menjadi beberapa pabrik dimana dari setiap pabrik tersebut mengkhususkan untuk salah satu jenis produk. Salah satu jenis produk dari PT. Krakatau Steel adalah berupa kawat baja (wire rod), proses produksinya sendiri dilakukan pada Pabrik Batang Kawat sering disebut juga WRM (Wire Rod Mill). Selain itu, PT. Krakatau Steel juga termasuk ke dalam Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang termasuk kedalam golongan industri strategis.

2

Oleh karena itu, untuk memberikan gambaran serta memperkaya wawasan mahasiswa agar mampu membandingkan dan mengaplikasikan ilmu mengenai

Pompa, Mekanika Fluida, dan Sistem Perpipaan yang diperoleh melalui

perkuiahan dalam mengamati dan menganalisa kondisi nyata yang diperoleh melaui perusahaan pembuat baja, dalam hal ini PT.Krakatau steel. Didalam pabrik baja tersebut pasti terdapat banyak instalasi-instalasi pipa, entah itu instalasi pipa gas atau fluida. Sesuai dengan judul skripsi, maka perencanaan penggambaran perpipaan ini untuk memberi gambaran pada para mahasiswa serta kalangan profesional di dalam merencanakan penggambaran perpipaan pada suatu pabrik atau pengilangan dan menerangkan bentuk-bentuk penggambaran yang ada pada kilang (pabrik).

Pabrik baja PT.Krakatau steel devisi Wire Rod Mill (WRM) terdapat masalah-msalah atau sering di sebut problem perusahaan, salah satunya yaitu roll reduksi yang cepat rusak, hal ini dikarnakan pendinginan roll yang kurang sempura. Di sini dapat di analisa penyebab proses pendinginan roll reduksi kurang sempurna, di sana terdapat pompa setrifugal untuk memompa air naik melalui pipa, untuk menyuplai air pada mesin reduksi guna mendinginkan roll-roll untuk mereduksi baja kawat, dan ternyata suplai air tersebut kurang, dikarenakan besarnya kerugian gesekan pada aliran air dalam pipa, sehingga roll reduksi cepat mengalami kerusakan. Dalam perancangan ini ditunjukkan untuk merancang instalasi pipa yang digunakan pada PT.Krakatau Steel devisi Wire Rod Mill (WRM).

3

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari perancangan instalasi pipa ini adalah :

1. Bagaimana desain instalasi pipa penyupali air untuk mendinginkan roll tersebut?

2. Dengan desain instalasi pipa tersebut mampukah menyuplai air sesuai kebutuhan pada mesin reduksi?

1.3 Tujuan Perancangan

Tujuan yang ingin dicapai dari Perancangan instalasi pipa, ini adalah sebagai berikut :

1. Mendapat desain instalasi pipa pendingin.

2. Mengetahui kemampuan suplai air sesuai kebutuhan.

1.4 Batasan Masalah

Untuk mencegah agar tidak meluas pembahasan perancangan ini maka perlu dilakukan pembatasan masalah. Dengan batasan masalah ini akan menuntun pada perancangan instalasi pipa dengan jelas, baik dan terarah, mengenai pada permasalahan utama. Adapun batasan masalahnya adalah :

a. Perhitungan lebih ditekankan pada :

 Analisa pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida.  Kerugian head yang terjadi pada tiap pipa.

4

 Ukuran pipa yang digunakan dan tekanan yang terjadi pada ujung pipa terjauh.

b. Tidak membahas tentang analisa biaya.

c. Tidak membahas masalah komposisi bahan dan sifat-sifatnya.

d. Pembahasan hanya dilakukan menggunakan pompa setrifugal dengan kapasitas (Q) = 275 m3/jam ≈ 1108,7 galon/menit dan daya motor = 200 kW.

xi

DAFTAR GAMBAR

1 Seamless Drawing Stell Pipe (Pipa Baja tanpa Sambungan) 7 2 Seamless Brown Pipe (Pipa dari Tembaga/Kuningan) 8

3 Lap welded steel pipe 8

4 Elektric Resistence Welded Stell Pipe 8

5 Pipa Galvanis 9

6 Head Statis Total 23

7 Pompa Sentrifugal 25

8 Detail Pompa 26

9 Aliran Fluida dalam Pipa 30

10 Alat Osborn Renolds 32

11 Aliran Laminar, Aliran kritik, Aliran Turbulen 32

12 Grafik Tekanan Gesek 35

13 Grafik kehilangan energi 37

14 Kecepatan dan Tegangan Geser 37

15 Grafik Renolds Number 39

16 17 18

Alur Perancangan

Dimensi Perancangan Pipa

Gambar Potongan Perancangan Pipa

45 58 59

DAFTAR PUSTAKA

Ardhelas, K.A. 2012. Analisis Performansi Pompa Sentrifugal Terhadap Kapasitas Crude Oil-Water Flow. S.T. Tugas Akhir, Diponegoro University.

Ahmed, W.H., Ching, C.Y., Shoukri, M., 2007. Pressure Recovery Of Two-Phase Flow Across Sudden Expansions. Int. J. Multiphase Flow 33, 575–594.

ASME B31.3, Process Piping Guide Revision 2

Balakhrisna, T., Ghosh, S., Das, G., Das, P.K., 2009. Oil–Water Flows Through Sudden Contraction And Expansion In A Horizontal Pipe – Phase Distribution And Pressure Drop.

BRANAN C.R Rules_of_Thumb_for_Chemical_Engineers 3rd ed.

Fossa, M., Guglielmini, G., 2002. Pressure Drop And Void Fraction Profiles During Horizontal Flow Through Thin And Thick Orifices. J. Exp. Therm. Fluid Sci. 26, 513– 523.

Guglielmini, G., Muzzio, A., Sotgia, G., 1997. The Structure Of Two-Phase Flow In Ducts With Sudden Contractions And Its Effects On Pressure Drop. In: Invited Lecture, Proceedings of the Fourth. International Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Brussels.

Hwang, C.Y.J., Pal, R., 1997. Flow Of Two-Phase Oil/Water Mixtures Through Sudden Expansion And Contractions. Chem. Eng. J. 68, 157–163.

International Journal of Multiphase Flow 36 (2010) 13–24.

Ir. Sularso, MSME dan Prof. Dr. Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1983.

Idris, Krisnaldi.2008.Calculation of Concrete Ballast Requirement for Sub-Sea HPDE Pipeline.Journal Infrastruktur and Built Enviroment Vol IV No.2.

Morimura, T. dan Noerbambang, S.M. 2000. Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Mousselli, AH. 1981. Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods. PennWellBooks. Oklahoma.

Soegiono.2005.Pipa Laut. Airlangga University Press.Surabaya.

Schmidt, J., Friedel, L., 1997. Two-Phase Pressure Drop Across Sudden Contraction In Duct Areas. Int. J. Multiphase Flow 23, 283–299.

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang

Ke butuhan akan baja yang terus meningkat, menyebabkan industri-industri baja di dunia berkompetisi dalam menghasilkan baja berkualitas tinggi dengan harga bersaing. Pengetahuan di bidang material, khususnya ilmu logam, diharapkan dapat menjadi suatu fondasi yang kuat bagi kemajuan industri di Indonesia, khususnya industri baja, dalam menghasilkan baja berkualitas yang mampu bersaing dengan produk mancanegara. Teknologi yang tepat dalam pembuatan baja memerlukan penyeimbangan antara teori yang diperoleh melalui institusi pendidikan dengan kondisi aktual di lapangan (dunia industri).

Di Indonesia sendiri, PT. Krakatau Steel masih merupakan produsen baja yang terbesar, selain dapat memenuhi kebutuhan baja dalam negeri, PT. Krakatau Steel juga masih merupakan industri baja yang memiliki kapasitas produksi terbesar di Asia Tenggara. PT. Krakatau Steel sendiri dibagi menjadi beberapa pabrik dimana dari setiap pabrik tersebut mengkhususkan untuk salah satu jenis produk. Salah satu jenis produk dari PT. Krakatau Steel adalah berupa kawat baja (wire rod), proses produksinya sendiri dilakukan pada Pabrik Batang Kawat sering disebut juga WRM (Wire Rod Mill). Selain itu, PT. Krakatau Steel juga termasuk ke dalam Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang termasuk kedalam golongan industri strategis.

Oleh karena itu, untuk memberikan gambaran serta memperkaya wawasan mahasiswa agar mampu membandingkan dan mengaplikasikan ilmu mengenai Pompa, Mekanika Fluida, dan Sistem Perpipaan yang diperoleh melalui perkuiahan dalam mengamati dan menganalisa kondisi nyata yang diperoleh melaui perusahaan pembuat baja, dalam hal ini PT.Krakatau steel. Didalam pabrik baja tersebut pasti terdapat banyak instalasi-instalasi pipa, entah itu instalasi pipa gas atau fluida. Sesuai dengan judul skripsi, maka perencanaan penggambaran perpipaan ini untuk memberi gambaran pada para mahasiswa serta kalangan profesional di dalam merencanakan penggambaran perpipaan pada suatu pabrik atau pengilangan dan menerangkan bentuk-bentuk penggambaran yang ada pada kilang (pabrik).

Pabrik baja PT.Krakatau steel devisi Wire Rod Mill (WRM) terdapat masalah-msalah atau sering di sebut problem perusahaan, salah satunya yaitu roll reduksi yang cepat rusak, hal ini dikarnakan pendinginan roll yang kurang sempura. Di sini dapat di analisa penyebab proses pendinginan roll reduksi kurang sempurna, di sana terdapat pompa setrifugal untuk memompa air naik melalui pipa, untuk menyuplai air pada mesin reduksi guna mendinginkan roll-roll untuk mereduksi baja kawat, dan ternyata suplai air tersebut kurang, dikarenakan besarnya kerugian gesekan pada aliran air dalam pipa, sehingga roll reduksi cepat mengalami kerusakan. Dalam perancangan ini ditunjukkan untuk merancang instalasi pipa yang digunakan pada PT.Krakatau Steel devisi Wire Rod Mill (WRM).

3 1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari perancangan instalasi pipa ini adalah :

1. Bagaimana desain instalasi pipa penyupali air untuk mendinginkan roll tersebut?

2. Dengan desain instalasi pipa tersebut mampukah menyuplai air sesuai kebutuhan pada mesin reduksi?

1.3 Tujuan Perancangan

Tujuan yang ingin dicapai dari Perancangan instalasi pipa, ini adalah sebagai berikut :

1. Mendapat desain instalasi pipa pendingin.

2. Mengetahui kemampuan suplai air sesuai kebutuhan.

1.4 Batasan Masalah

Untuk mencegah agar tidak meluas pembahasan perancangan ini maka perlu dilakukan pembatasan masalah. Dengan batasan masalah ini akan menuntun pada perancangan instalasi pipa dengan jelas, baik dan terarah, mengenai pada permasalahan utama. Adapun batasan masalahnya adalah :

a. Perhitungan lebih ditekankan pada :

 Analisa pada tiap pipa antara lain kapasitas aliran fluida.  Kerugian head yang terjadi pada tiap pipa.

 Ukuran pipa yang digunakan dan tekanan yang terjadi pada ujung pipa terjauh.

b. Tidak membahas tentang analisa biaya.

c. Tidak membahas masalah komposisi bahan dan sifat-sifatnya.

d. Pembahasan hanya dilakukan menggunakan pompa setrifugal dengan kapasitas (Q) = 275 m3/jam ≈ 1108,7 galon/menit dan daya motor = 200 kW.