KAJI TEORITIS OPTIMASI SISTEM PERPIPAAN... Pros SemNas SNMI3 Untar 2007
PROSI D I N G
I SBN : 9 7 8 - 9 7 9 - 9 5 7 5 2 - 7 - 2 9 -
9767-0-7
SEM I N AR N ASI ON AL
M ESI N D AN I N D USTRI
( SN M I 3 ) 2 0 0 7
Audit or ium Ge dung Ut a m a
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
1 1 Se pt e m be r 2 0 0 7
RI SET APLI KATI F
BI D AN G TEKN I K M ESI N D AN I N D USTRI
D ise le n gga r a k a n ole h :
Ju r u sa n Te k n ik M e sin Fa k u lt a s Te k n ik
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
Be k e r j a sa m a de n ga n :
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
PROSI D I N G
SEM I N AR N ASI ON AL M ESI N D AN I N D USTRI
( SN M I 3 ) 2 0 0 7
I I SBN : 9 7 8 - 9 7 9 - 9 5 7 5 2 - 7 - 2
RI SET APLI KATI F
BI D AN G TEKN I K M ESI N D AN I N D USTRI
Au dit or iu m Ge du n g Ut a m a La n t a i 3
Ka m pu s I
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
1 1 Se pt e m be r 2 0 0 7
D ise le n gga r a k a n ole h :
Ju r u sa n Te k n ik M e sin Fa k u lt a s Te k n ik
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
Jl. Le t . Je n d. S. Pa r m a n N o. 1 Ja k a r t a
Te lp. ( 0 2 1 ) 5 6 7 2 5 4 8 , 5 6 3 8 3 5 8 , 5 6 6 3 1 2 4 Fa x . ( 0 2 1 ) 5 6 6 3 2 7 7
e - m a il : m e sin @t a r u m a n a ga r a .a c.id
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena rahmat dan kasih-Nya, Seminar
Nasional Mesin dan Industri (SNMI3) 2007 dapat berlangsung dengan baik.
SNMI3 2007 diselenggarakan oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara dalam rangka Dies Natalis ke-26 Program Studi Teknik Mesin dan Dies Natalis
ke-2 Program Studi Teknik Industri di Universitas Tarumanagara. Seminar Nasional ini
mengambil tema: “Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan Industri”
Tujuan penyelenggaraan SNMI3 2007 adalah sebagai berikut:
1. Menumbuhkan sikap inovatif, kreatif serta tanggap terhadap perkembangan IPTEK.
2. Menjadi forum komunikasi hasil penelitian terbaru antar Peneliti, Praktisi, Industri,
Akademisi, dan Mahasiswa.
3. Menjadi wadah presentasi ilmiah sehingga memacu pengembangan program penelitian
lebih lanjut
SNMI3 2007 menampilkan 2 (dua) pembicara kunci yang sangat berkompeten di
bidangnya, yaitu:
1. Prof. Dr. Ir. Abdul Hakim Halim, Guru Besar Teknik Industri Institut Teknologi Bandung.
2. Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE., M.Si, Guru Besar Teknik Mesin Universitas Indonesia
Selain pembicara kunci, dalam SNMI3 2007 juga dipresentasikan 70 makalah yang
berasal dari berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia.
Pada kesempatan ini Panitia SNMI3 2007 mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang telah mendukung terselenggaranya seminar ini dengan baik.
Akhirnya, panitia mengucapkan selamat berseminar kepada seluruh pemakalah dan
peserta, semoga melalui SNMI3 2007 ini peserta dapat membagikan dan memperoleh berbagai
pengalaman dan pengetahuan baru di Bidang Teknik Mesin dan Industri.
Jakarta, 11 September 2007
Ketua Panitia SNMI3 2007
I Wayan Sukania, ST., MT
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
UCAPAN TERIMA KASIH
Panitia SNMI3 Tahun 2007 mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
mendukung terselenggarakannya SNMI3 Tahun 2007 dengan baik.
Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada :
1. Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
2. Program Studi Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
3. PT. Optima Solusindo Informatika (Autodesk Indonesia)
4. TOP 1
5. CASIO
6. PT. Astra Honda Motor
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
57. Pengujian prototipe kursi untuk penjahit yang menggunakan mesin jahit merk
brother ditinjau dari aspek ergonomis dan produktivitas kerja penjahit (studi
kasus di perusahaan konveksi pt. Gen hut jakarta timur), Ahmad.
474
58. Kaji teoritis optimasi sistem perpipaan pabrik mini biodiesel, Hasan Basri Dan
Jimmy Willianto.
485
59. Studi pengaruh tinggi ruang bakar terhadap unjuk kerja tungku briket batubara,
Hasan Basri.
496
60. Sistem kontrol pada modul aliran distribusi bahan baku dengan menggunakan
progammable logic controller, Didi Widya Utama.
508
61. Analisis resiko kegagalan sistem dan disain pada produk multi purpose
stretcher (mps) di pt. Mega andalan kalasan dengan pendekatan acceptance
criteria of risk, Jimmy Wijaya.
516
62. The effect of temperature on corrosion rate of low carbon alloy scm 440, Erwin
Siahaan, Hendra Gunawan.
524
63. Analisis fenomena oil whirl pada sistem poros rotor ganda, Noor Eddy, R.
Wibawa Purabaya, Msae, Rahindradi Puntho Ds.
532
64. Perancangan mesin pengolah minyak kelapa murni dengan menggunakan
metode vdi 2221, Noor Eddy, Dani Prasetyo Dan Baron Noviyanto.
545
65. Penentuan jumlah tenaga kerja dan standard penugasan bagian pengepakan
pada pt x dengan metoda lini keseimbangan kilbridge dan wester, Lina Gozali,
I Wayan Sukania Dan Lamto Widodo
.553
66. Pengukuran tingkat produktivitas pada proses produksi hydraulic excavator,
bulldozer, motor grader, dan dump truck di pt. X, Viriya Madya Ariawan.
559
67. Pengaruh low frequency noise dan vertical whole body vibration terhadap
kemampuan kognitif dan persepsi perasaan mengganggu, Brilianta Budi
Nugraha, Subagyo Dan Andi Rahadiyan W.
572
68. Perancangan peralatan press untuk proses stamping atau deep drawing dengan
memanfaatkan universal testing machine, Susila Candra.
578
69. Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja
pada proses milling, Rosehan Dan Delvis Agusman, Nehemia Indrajaya.
586
70. Perbandingan sifat mekanik komposit berpenguat serat alam dengan orientasi
arah serat sejajar dan perlakukan Alkali (NaOH), Hendri Chandra.
595
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007
Pelindung
Penasehat
Penanggung jawab
: Rektor Universitas Tarumanagara
Prof. DR. Ir. Dali S. Naga, MMSI.
: Dekan Fakultas Teknik,
Ir. Ignatius Haryanto, MM.
: Ketua Jurusan Teknik Mesin,
Ir. Sofyan Djamil, MSi.
Panitia Pengarah dan Editor
Ketua
Anggota
:
: Prof. DR. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing
: 1. DR. Ir. Leksmono S. Putranto, MT
2. Dr. Ir. Erry Y.T. Adesta, M.Sc
3. Dr. Abrar Riza, ST., MT
4. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
5. Ir. Erwin Siahaan, M.Si
Panitia Pelaksana
Ketua
Sekretaris
Bendahara
:
: I Wayan Sukania, ST, MT
: Agustinus Purna Irawan, ST., MT
: Harto Tanujaya, ST., MT
Seksi Publikasi & dokumentasi
: 1. Wilson Kosasih, ST (Koordinator)
2. Didi Widya Utama, ST
3. Lina Gozali, ST., MM
4. Mariswan
5. Mahasiswa 2 orang
Seksi Makalah
: 1. DR. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator)
2. Ir. Rosehan, M.T.
3. Lamto Widodo, ST., MT
4. K. Gita Tarinta Ayu, M.Sc
5. Endro Wahyono
6. Kusno Aminoto
Seksi Acara
: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si. (Koordinator)
2. Delvis Agusman, ST., M.Sc
3. Khomeni Suntoso, ST
4. Litrone Laricha, ST (Pembawa acara)
5. Pujo Yuono, ST
6. Mahasiswa 2 orang
Seksi Perlengkapan
: 1. Drs. Totok Sugiarto (Koordinator)
2. Suryo Djatono
3. Pramono
4. Darwanto
5. Marsudi
6. Heriyanto
7. Mahasiswa 2 orang
Seksi Konsumsi
: 1. Suparti ( Koordinator)
2. Sulastini
Seksi Penerima Tamu
: 1. Beatric (Koordinator)
2. Stefi Haryono
3. Henny
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
Seksi Keamanan
: 1. Desnata Hambali, S.T. (Koordinator)
2. Mahasiswa 5 orang
Sekretariat
: 1. Agustinus Purna Irawan, ST., MT (Koordinator)
2. Sulastini
3. Herman
Seksi Sponsor
: 1. Harto Tanujaya, ST., MT (Koordinator)
2. Agus Halim, ST., MT
3. Mahasiswa 5 orang
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
SUSUNAN ACARA
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007
11 September 2007
No.
Waktu
1.
2.
3.
07.30 - 08.45
08.45 - 09.00
09.00 - 09.10
4.
09.10 -09.15
5.
09.15 - 09.30
6.
7.
09.30 - 10.00
10.00 - 11.00
8.
11.00 - 12.00
9.
10.
11.
12.
13.
12.00 - 13.00
13.00 - 15.00
15.00 - 15.15
15.15 - 16.30
16.30 - 17.00
Acara
Registrasi Peserta
Persiapan Pembukaan
Salam Pembuka Oleh MC, Doa dan dilanjutkan dengan
Tarian Lenggang Nyai Betawi dari Queendiva
Laporan Ketua Panitia
(I Wayan Sukania, ST., MT)
Sambutan dan Pembukaan Oleh Rektor Universitas Tarumanagara
Prof. Dr. Ir. Dali Santun Naga, MMSI
Coffe Break I
Keynote Speaker I: Prof. DR. Ir. Abdul Hakim Halim (ITB)
Moderator: Agustinus Purna Irawan, ST., MT
Keynote Speaker II: Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE., M.Si (UI)
Moderator: Agustinus Purna Irawan, ST., MT
ISOMA
Presentasi Paralel I
Coffe Break II
Presentasi Paralel II
Penutupan SNMI3 2007 oleh Dekan Fakultas Teknik Untar
(Ir. Ignatius Haryanto, MM)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
Ruang I V
No
Pembicara
Moderator: Harto Tanujaya, ST., MT
Judul Makalah
Analisa Kinerja Mesin Bensin Berdasarkan Pada
Pengujian Pemakaian Jenis Pelumas Yang
Digunakan
Uji Ujuk Kerja Dan Emisi Gas Buang Motor Bensin
Berbahan Bakar Campuran Etanol 85% Dan
Premium 15% (E-85) Dengan Variasi Diameter
Mainjet
Pipa Kasar Dan Halus Diameter 18 Mm Dengan
Pemberian Larutan Getah Karet
Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Refrigerator
Kapasitas 2 PK Dengan Refrigeran R134a Dan MC
134
Analisa Pengaruh Campuran Bahan Bakar Solar –
Minyak Jarak Pagar Pada Prestasi Mesin Diesel
Unjuk Kerja Kompor Tenaga Surya Menggunakan
Kolektor Plat Datar Tipe Box
Penerapan Sel Surya Sebagai Sumber Energi
Alternatif Pada Kotak Vaksin Untuk Daerah
Pedalaman
Kaji Teoritis Optimasi Sistem Perpipaan Pabrik Mini
Biodiesel
Waktu
36.
I r. Mawardi Silaban, M.Si
37.
I r. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc
38.
Yanuar dan Tengku Syahdilan
39.
Suroso
40.
Dr. M. Sumarsono
41.
Drs. Mulyanef, ST., M.Eng dan
M. Andi Tesar
42.
Nandy Putra
43.
Hasan Basri dan
Jimmy Willianto
44.
I r. Mawardi Silaban, M.Si dan
Maradu Sibarani
45.
I r. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc
46.
Yanuar
Kurva Aliran Dengan Silinder Berputar
16.00-16.15
47.
Dr. M. Sumarsono
Pengembangan Kolektor Surya Pemanas Udara
Untuk Aplikasi I ndustri Pengeringan Kayu Dan
Komoditi Pertanian
16.15-16.30
Rehat
13.00-13.15
13.15-13.30
13.30-13.45
13.45-14.00
14.00-14.15
14.15-14.30
14.30-14.45
14.45-15.00
15.00-15.30
Uji Pengaruh Penambahan Turbojet Accelerator
Terhadap Kinerja Motor Bakar Bensin
Pengaruh Oversize Piston dengan Variasi
Kekasaran Permukaan Silinder Terhadap Unjuk
Kerja Motor Bensin 2 Langkah
15.30-15.45
15.45-16.00
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
KAJI TEORITIS OPTIMASI SISTEM PERPIPAAN PABRIK MINI BIODIESEL
Hasan Basri dan Jimmy Willianto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Jl. Raya Palembang Prabumulih Km 32, Inderalaya
Telp. (0711) 580739
e-mail: hasan_basri@unsri.ac.id
Abstrak
Makalah ini bertujuan untuk menentukan diameter optimum pipa berdasarkan aspek ekonomis dan menganalisa
sistem perpipaan yang optimal. Pipa adalah alat transportasi berbagai jenis fluida seperti gas, cairan dan partikelpartikel halus. Peranannya sebagai alat transportasi fluida untuk berbagai proses dalam berbagai jenis industri
mutlak dibutuhkan. Sebuah sistem instalasi perpipaan merupakan suatu koneksi dari pipa-pipa termasuk komponen
instalasi dan peralatan instalasi. Instalasi sistem perpipaan memerlukan insvestasi yang mahal. Mengingat
besarnya investasi yang diperlukan untuk mendapatkan instalasi yang baik dan aman, maka diperlukan suatu
perencanaan optimum. Tetapi dalam kajian ini yang direncanakan adalah diameter pipa, material pipa dan sistem
penyangganya. Metode yang digunakan adalah Least Annual Cost (LAC) untuk mendapatkan diameter optimum
pipa, material dan sistem penyangga yang cocok. Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan diameter optimum
sebesar ½ in, materialnya adalah baja karbon ASTM A-53 Grade B, dengan jenis penyangga duck foot.
Kata kunci: Least annual cost, pipa, diameter, penyangga.
Pendahuluan
Kamus mendefinisikan pipa sebagai tabung panjang dari tanah liat, konkret, metal, kayu
dan seterusnya, untuk mengalirkan air, gas, minyak, dan cairan-cairan lain. Fluida didefinisikan
sebagai substansi yang dapat mengalir (cairan atau gas). Pada dasarnya, pabrik biodiesel adalah
pabrik untuk mengonversi minyak nabati menjadi biodiesel. Proses konversi tersebut
sesungguhnya tidak lebih dari suatu tindakan mencampur minyak nabati dengan alkohol,
mengaduk, dan merebusnya. Selain itu, pabrik biodiesel sebenarnya hanya terdiri dari bejanabejana atau tangki-tangki perebus dengan alat pengaduk minyak nabati dan alkohol.
Instalasi sistem perpipaan pada pabrik biodiesel memerlukan investasi yang cukup
besar dan mahal. Mengingat besarnya investasi yang diperlukan untuk mendapatkan instalasi
yang baik dan aman, maka diperlukan suatu perancangan yang optimum. Untuk itu perlu
dipertimbangkan aspek ekonomis yang berhubungan dengan efisiensi dalam investasi modal dan
operasional dengan tidak mengabaikan persyaratan-persyaratan teknis. Salah satunya adalah
pemilihan jenis-jenis pipa, komponen dan perlengkapannya yang didasarkan pada spesifikasi dan
standarisasi yang terdaftar dalam bentuk kode dan simbol yang telah umum dipakai secara
intenasional.
Dalam perancangan sistem perpipaan, standar yang umum dipakai berdasarkan
ANSI/ASME B.31, dimana standar ini dikelompokkan berdasarkan jenis fluida yang mengalir
(Grinnel, 1978). Tulisan ini hanya membahas perencanaan jalur (Routing) dari tranportasi fluida,
penentuan diameter optimum, pemeriksaan penurunan tekanan, kecepatan izin dan perhitungan
konstruksi dari jalur sistem perpipaan yang direncanakan.
Tinjauan Pustaka
Perkebunan di daerah Sumatera Selatan memiliki jenis komoditi yang sangat beragam.
Beberapa jenis komoditas yang ada di Sumatera Selatan adalah karet, kelapa sawit, kopi, kelapa,
teh, lada, vanili, kakao, gambir, kemiri, cengkeh, tembakau, aren, kapuk, kayu manis, tebu,
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
jambu mete, pinang, nilam, dan beberapa komoditi lainnya. Perkebunannya tersebar di berbagai
daerah Kabupaten dan Kecamatan di Wilayah Sumatera Selatan.
Wilayah Sumatera Selatan sendiri, memiliki lahan yang sangat luas berkisar 1.952.940,04
ha. Perkebunan kelapa sawit di Sumatera Selatan, yang luas arealnya mencapai 618.752,40 ha,
saat ini sudah menghasilkan sekitar 1.593.241,73 ton TBS tandan buah segar (Data Luas Areal
dan Produksi Perkebunan Provinsi Sumatera Selatan, 2006). Dari luas areal sebesar itu, realisasi
tanaman yang dilakukan perusahaan pengembang kelapa sawit sebesar 499.983,61 ha. Hasil
Tandan Buah Segar (TBS) yang diperoleh untuk jenis inti sawit sebesar 2.880.044,00 ton dan
jenis plasma sawit sebesar 2.336.236,40 ton (Rekapitulasi Data Perkembangan Perizinan Luas
Areal, Produksi dan Pabrik Perusahaan Perkebunan Di Sumatera Selatan, 2006) .
Hal lain yang juga mendukung dikembangkannya biodiesel dari CPO kelapa sawit di
daerah Sumatera Selatan adalah jumlah produksi dari komoditi lain yang ada di daerah Sumatera
Selatan (lihat Tabel 1 dan Gambar 1).
Tabel 1. Komoditi terbesar di Sumatera Selatan.
KOMODITI
Karet
Kelapa Sawit
Kopi
Kelapa
Tebu
Luas Areal (ha)
959.678,00
618.752,42
276.864,00
58.353,20
12.363,00
Jumlah Produksi (ton)
694.886,00
1.593,962,00
150.167,00
72.279,00
55.755,00
1800000
1600000
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
Karet
Kelapa Sawit
Luas Areal
Kopi
Kelapa
Tebu
Jumlah Produksi
Gambar 1. Komoditi Terbesar di Sumatera Selatan
Langkah pertama dalam perancangan sistem jaringan perpipaan adalah menentukan
tahap-tahap perancangan instalasi. Tahap awal perancangan adalah mengetahui luas areal yang
tersedia, mengetahui tata letak antara masing-masing peralatan serta arah aliran proses. Ketiga
hal tersebut di atas dijelaskan dalam gambar susunan tata letak pabrik (pilot plan).
1. Teori Dasar Perhitungan Diameter
1.1. Diameter Dalam Pipa
Diameter pipa yang direncanakan dalam perancangan ini adalah diameter pipa yang
optimum, yaitu ekonomis dan memenuhi persyaratan keamanan secara teknis. Persamaan yang
digunakan (Cloude B. Nolte, 1978):
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
0 ,169
W 0, 479 . μ 0, 027 ⎡ 0,0657 .Y . K ⎤
di =
⎢ (a + b )(F + 1) η . X ⎥
ρ 0,337
⎣
⎦
(1)
dimana:
di = diameter dalam pipa optimum (in)
W = laju aliran (1000 lb/hour)
Y = jam operasi pertahun (hour)
K = biaya tenaga listrik, kwh
a = laju amortasi/umur pabrik.
b = persentase biaya perawatan (%)
F = faktor perbandingan harga sambungan, katup, biaya pemasangan pada harga pipa.
η = faktor efisiensi pompa.
X = harga pipa dua inchi, $/feet.
μ = viskositas fluida (cp)
ρ = massa jenis fluida (lb/ft3)
1.2. Schedulle dan Tebal Minimum Pipa
Untuk mengetahui diameter nominal pipa, terlebih dahulu dicari schedulle pipa tersebut
dengan persamaan:
1000.P
Schedule =
S
(2)
dimana:
P = tekanan kerja fluida (kg/cm2)
S = tekanan kerja izin (kg/cm2)
Menurut ASME/ANSI B.31.1, tebal pipa tersebut diperiksa keamanannya dengan persamaan,
(Sam Kannapan, 1986):
tm =
P.D o
+A
2( S .Eq + P.Y )
(3
)
dimana:
tm = tebal minimum pipa (in)
P = tekanan kerja fluida (psig)
Do = diameter luar pipa (in)
S = tekanan kerja izin (psi)
Eq = faktor kualitas
Y = koefisien yang ditentukan berdasarkan sifat meterial dan temperatur perencanaan
A = faktor tambahan
1.3. Pemeriksaan Keamanan Diameter Instalasi
Kecepatan aliran fluida yang terjadi :
Untuk instalasi perpipaan fluida batas kecepatan maksimum adalah V = 15 – 70 ft/s. Besarnya
kecepatan yang terjadi pada diameter optimum dihitung dengan persamaan, (Grinnel, 1978):
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
V = 144
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Q
AI
(4
)
dimana:
Q = debit aliran (m3/det), AI = luas dalam pipa (m2)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
1.4. Pemeriksaan Penurunan Tekanan
Untuk memeriksa penurunan tekanannya dapat diketahui dengan menggunakan persamaan:
f . L .V 2
h p = 0,001295
d i .υ
dimana:
V = kecepatan (ft/s)
f = faktor gesekan
hp = penurunan tekanan (psi)
L = panjang efektif pipa (ft)
di = diameter dalam pipa (in)
υ = spesifik volume fluida (ft3/lb)
(5)
2. Teori Dasar Perhitungan Konstruksi
2.1. Penentuan Material Pipa
Dalam pemilihan material pipa didasarkan atas pertimbangan: jenis fluida yang dilayani,
temperatur disain, tekanan disain, ketahanan korosi.
2.2. Tegangan-tegangan pada Dinding Pipa
Terdapat empat jenis tegangan yang terjadi pada dinding pipa, yaitu tegangan
longitudinal (sL), tegangan circumferensial atau keliling (sC), tegangan radial (sR), dan tegangan
puntir atau torsi (sT). Posisi dari tegangan-tegangan ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Tegangan-tegangan pada Dinding Pipa
Adapun tegangan-tegangan tersebut (Grinnel, 1978) adalah:
• Tegangan Longitudinal (sL)
Tegangan longitudinal yang terjadi merupakan gabungan dari tiga komponen yaitu:
1. Tegangan lengkung yang disebabkan oleh ekspansi termal
Untuk pipa lurus:
sB =
M
Sm
Untuk pipa lengkung:
M
sB = .i
Sm
dimana:
SB = tegangan lengkung (psi)
M = momen lengkung (lb.in)
Sm = modulus penampang (in3)
i = faktor intensitas tegangan
2.
Tegangan lengkung akibat berat pipa
Hal ini diperhitungkan untuk menentukan beban penyangga.
(6)
(7)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
3. Tegangan longitudinal yang disebabkan oleh tekanan dalam fluida
Dinyatakan dalam persamaan:
A
sP = P I
AM
dimana:
P = tekanan dalam fluida (psi)
AI = luas penampang pipa sebelah dalam (in2)
AM = luas penampang logam pipa (in2)
(8)
• Tegangan Circumferensial (sC)
Tegangan circumferensial adalah tegangan yang terjadi karena internal pressure pada
dinding silender (tebal pipa). Persamaan untuk tegangan ini adalah:
sC = P .
di − t
2t
(9)
di mana:
di = diameter dalam pipa (in)
t = tebal pipa (in)
• Tegangan Radial (sR)
Tegangan radial adalah tegangan yang terjadi akibat eksternal pressure terhadap tegangan
lurus panjang pipa.
• Tegangan Puntir (sT)
Tegangan puntir merupakan penjumlahan dari dua komponen tegangan, yaitu:
- Tegangan puntir akibat ekspansi termal dinyatakan dengan persamaan:
T
sT =
2. Sm
di mana:
T = momen puntir(lb.in)
Sm = modulus penampang (in3)
3. Konsep Tegangan Akibat Ekspansi Termal
Batas tegangan termal yang diizinkan pada instalasi perpipaan dirumuskan pada
persamaan berikut (Grinnel, 1978):
SA = f (1,25 SC + 0,25 Sh)
dimana:
SA = batas tegangan izin
f = faktor pengurangan tekanan pada kondisi siklus (lihat Tabel 2)
SC = tegangan bahan untuk kondisi dingin
Sh = tegangan bahan untuk kondisi panas
(10)
(11)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Tabel 2. Faktor Pengurangan Tegangan
Jumlah Siklus Temperatur
Kurang dari 7000
7000 – 14000
14000 – 22000
22000 – 45000
45000 – 100000
100000 atau lebih
F
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
Persamaan untuk menghitung tegangan termal yang terjadi (Grinnel, 1978), yaitu:
s E = s B2 + 4 . sT2
(12)
dimana:
sE = tegangan lengkung (psi)
sT = tegangan torsi (psi)
Untuk tegangan yang terjadi (sE) harus dibawah batas tegangan izin (sA).
4. Sistem Penyanggaan Pipa
4.1. Berat Instalasi Perpipaan
Dalam suatu instalasi perpipaan yang direncanakan, beban utama yang ditahan oleh
penyangga pipa adalah berat pipa (WP), berat isolasi (WI), dan berat fluida yang dialirkan (WF).
a. Berat Isolasi (WI)
Berat isolasi dari pipa dapat ditentukan dari suhu operasi dan diameter nominal tersebut,
maka dapat ditentukan material isolasi, tebal isolasi, dan berat isolasi itu sendiri.
b. Berat Pipa (WP)
Berat pipa dapat ditentukan dari suhu operasi, diameter nominal pipa, nilai toleransi berat
pipa.
c. Berat Fluida (WF)
Berat fluida dapat dihitung dengan persamaan :
WF = 0,3405 x G x (D0 – 2T)2
di mana:
G = Gravitasi jenis fluida.
D0 = diameter luar pipa (in)
T = tebal pipa (in)
(13)
d. Berat Total (W)
Maka berat total instalasi per satuan panjang pipa adalah:
W = WP + WF + WI
(14)
Dengan demikian batas maksimum panjang pipa yang harus disangga dihitung
dengan persamaan berikut (Sam Kannapan, 1986):
0,4 × S m × S
L=
(15)
W
dimana:
Sm = modulus penampang pipa (in3)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
S = tegangan material pipa yang dizinkan (psi)
W = berat total pipa (lb/ft)
Hasil Dan Diskusi
Jaringan pipa untuk pabrik mini biodiesel yang akan dihitung dalam penelitian ini
ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3: Skema Pabrik Mini Biodiesel
Gambar 4: Isometrik jaringan perpipaan yang direncanakan
1. Penentuan Diameter Optimum dan Pemeriksaan Keamanan
Untuk perhitungan diameter, dibutuhkan data-data sebagai berikut, yaitu:
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Y = jam operasi pertahun = 3600 jam.
K = biaya tenaga listrik ($/kWh) = 1,17 $/ kWh.
a = 0,143, amortasi dalam 7 tahun
b = persentase biaya perawatan = 0,01
F = faktor perbandingan harga komponen pemasangan terhadap harga pipa = 6,75
η = faktor efisiensi pompa = 0,85
X = harga pipa baja karbon dua inch schedulle 40 ($ / feet) = 3,28 $ /ft (data)
dimana untuk setiap aliran memiliki data seperti ditunjukkan pada Tabel 3 berikut:
Tabel 3. Data-Data Perhitungan Diameter Optimum
No Aliran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Q (l/jam)
192,76
192,76
192,76
192,76
48,19
10,467
10,467
192,76
192,76
48,19
48,19
48,19
48,19
Nama Fluida
Methanol
NaOH
FAT
Methanol
FAME
FAME
Gliserol
FAME
Gliserol
Methanol
FAME
Methanol
FAME
Spg
0,792
1,224
0,890
0,792
0,926
0,926
1,26
0,926
1,26
0,792
0,926
0,792
0,926
W (lb/jam)
0,337
0,521
0,379
0,337
0,099
0,021
0,029
0,394
0,536
0,084
0,099
0,084
0,099
μ (cp)
0,594
0,802
7,14
0,594
7,14
7,14
14,95
0,594
14,95
7,14
0,594
7,14
7,14
ρ (lb/ft3)
49,675
111,266
54,937
49,675
10,156
10,156
54,568
49,675
54,568
10,156
49,675
10,156
10,156
Perhitungan diameter optimum dapat menggunakan persamaan (1). Diameter optimum
yang didapat dari hasil perhitungan dengan metode Least Annual Cost tersebut perlu dikoreksi.
Nilai masing-masing faktor koreksi tersebut adalah:
• Faktor koreksi untuk jumlah jam operasi (Fd1)
= 1,0033
• Faktor koreksi untuk jumlah biaya tenaga listrik (Fd2) = 1,06
• Faktor koreksi untuk jumlah harga pipa (Fd3)
= 0,868
Sehingga didapat persamaan untuk diameter dalam pipa optimum adalah:
d = di x Fd1 x Fd2 x Fd3
(16)
Dimana untuk perhitungan keduanya dibutuhkan data-data seperti pada Tabel 4 berikut:
Tabel 4. Data-Data Perhitungan Pemeriksaan Keamanan Kecepatan Aliran Fluida
dan Penurunan Tekanan pada Setiap Aliran
No Aliran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Q (ft3/s)
0,11345
0,11345
0,11345
0,11345
0,02836
0,00616
0,00616
0,11345
0,11345
0,02836
0,02836
ρ (kg/m3)
795,719
1782,311
880,00
795,719
276,486
276,486
874,095
276,486
874,095
795,719
276,486
μ (cp)
0,594
0,802
7,14
0,594
7,14
7,14
14,95
0,594
14,95
7,14
0,594
Re
35108.08679
58242.90111
3230.117647
35108.08679
253.4067765
55.14230588
83.2582796
35108.08679
1532.326539
253.4067765
8766.304943
f
0.045
0.038
0.02
0.045
0.253
1.161
0.768
0.045
0.041
0.253
0.038
L (ft)
5,71
5,71
19,42
1,03
11,00
2,15
2,15
5,9
5,9
1,28
1,28
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
No Aliran
12
13
Q (ft3/s)
0,02836
0,02836
ρ (kg/m3)
795,719
276,486
μ (cp)
7,14
7,14
Mesin
Fakultas
Re
253.4067765
253.4067765
Teknik
Universitas
f
0.253
0.253
L (ft)
1,28
1,28
Maka hasil perhitungan untuk diameter optimum, pemeriksaan keamanan kecepatan
aliran fluida dan penurunan tekanan pada setiap aliran, harganya ditabelkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Diameter Optimum, Pemeriksaan Keamanan Kecepatan
dan Penurunan Tekanan pada masing-masing Aliran
No Aliran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
di (in)
0,331
0,314
0,385
0,331
0,356
0,169
0,122
0,691
0,495
0,170
0,356
0,170
0,356
d (in)
0,306
0,289
0,356
0,306
0,329
0,156
0,113
0,638
0,457
0,157
0,329
0,157
0,329
V (ft /s)
53,74
53,74
53,74
53,74
13,43
2,92
2,92
53,74
53,74
13,43
13,43
13,43
13,43
hp (psi)
1.8295
3.4605
3.0584
0.33
0.4293
0.0182
0.0381
1.8904
1.892
0.05
0.0216
0.05
0.05
Dari tabel di atas dapat penurunan tekanan terbesar pada aliran 2 yaitu sebesar 3,4605
psi. Sedangkan penurunan tekanan terkecil terdapat pada aliran 4 yaitu sebesar 0,33 psi.
Besarnya penurunan tekanan pada aliran dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya ukuran dan
dimensi pipa yang digunakan, faktor gesekan pada pipa, dan kecepatan aliran pada pipa. Pada
aliran yang memiliki kecepatan yang tinggi maka penurunan tekanan cenderung menurun,
sedangkan semakin besar faktor gesekan maka akan semakin besar penurunan tekanan pada
sistem perpipaan.
Untuk memeriksa ketebalan yang diizinkan, maka ketebalan minimum diizinkan
berdasarkan ANSI B31.1 ditentukan menurut persamaan (3), sehingga ketebalan minimum
0,0654 in.
2. Analisa Fleksibilitas dan Tegangan Termal Maksimum
Analisa Fleksibilitas pipa dapat dianalisa setelah melakukan perhitungan yang ada di
atas, maka analisa fleksibilitas instalasi pipa ditunjukan pada Tabel 6 di bawah, dimana diameter
nominal untuk setiap pipa adalah ½ in:
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Tabel 6. Nilai y, U, L dan Fleksibilitas Instalasi Pipa untuk Tiap Sistem Pipa
D× y
No.
Nama Pipa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Metanol ke Mixer
Katalis ke Mixer
CPO ke Reaktor
Reaktor ke Washer
Washer ke Decanter
Decanter ke St 1 & St 2
St 1 & St 2 ke Evaporator
Evaporator ke Reboiler
Evaporator ke St Methanol
Reboiler ke Drier
Drier ke St 2
Absorber ke St 4
St Methanol ke Methanol
Cooler ke St 3
Reboiler ke Absorber
Boiler ke Reaktor & HE
Kompresor ke Washer
HE ke Drier
( L − U )2
y (in)
U (ft)
L (ft)
0.00472
0.00472
0.06295
0.03844
0.00253
0.00493
0.01252
0.01367
0.03294
0.03894
0.04381
0.00472
0.01492
0.01517
0.01629
0.05423
0.00849
0.09597
3.93191
3.93191
10.86243
7.25255
2.10769
3.63539
10.36763
2.57913
6.21576
6.58125
7.88039
3.93248
12.42983
4.38181
3.07406
7.83295
7.07986
18.07871
5.71129
5.71129
19.41962
11.0099
2.3248
5.94948
14.63255
3.3855
8.66109
11.82546
10.48885
4.7582
15.18176
6.57251
3.78543
16.68077
9.87697
26.28281
0.00075
0.00075
0.00043
0.00137
0.02683
0.00046
0.00034
0.01051
0.00276
0.00071
0.00322
0.00346
0.00099
0.00158
0.01609
0.00035
0.00054
0.00071
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai fleksibilitas yang diperlukan oleh pipa 6
(washer ke decanter) paling tinggi yaitu sebesar 0,02683. Sedangkan nilai fleksibilitas paling
rendah terdapat pada pipa 4 (mixer ke reaktor) dan pipa 10 (reboiler ke evaporator) yaitu
sebesar nol. Besarnya fleksibilitas sangat dipengaruhi dari bentuk konstruksi perpipaan. Semakin
sederhana bentuk konstruksi maka fleksibilitas semakin rendah, namun hal ini tidak mutlak
karena fleksibilitas dapat juga dipengaruhi faktor-faktor lain, misalnya tegangan, regangan, berat
pipa, dan lain-lain.
Perhitungan tegangan yang dilakukan pada tiap titik diperoleh tegangan termal
maksimum seperti pada Tabel 7 berikut ini:
Tabel 7. Tegangan maksimum yang terjadi pada titik di tiap pipa jaringan
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Nama Sistem Pipa
Methanol menuju Mixer
Katalis menuju Mixer
CPO menuju Reaktor
Reaktor menuju Washer
Washer menuju Decanter
Decanter ke St 1 & St 2
St 1 & St 2 ke Evaporator
Evaporator ke Reboiler
Evaporator ke St Methanol
Reboiler ke Drier
Drier ke St 2
Absorber ke St 4
St Methanol ke Methanol
Cooler ke St 3
Reboiler ke Absorber
Boiler ke Reaktor & HE
Kompresor ke Washer
Titik
4
4
12
6
4
5
8
3
6
11
3
6
1
3
1
5
1
SE (psi)
210.236
198.829
306.145
1109.33
11823.04
222.11
205.717
1149.837
851.354
588.013
1221.237
381.9402
25.526
483.957
11448.658
275.98
672.021
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
No.
18
Nama Sistem Pipa
HE ke Drier
Mesin
Fakultas
Titik
6
Teknik
Universitas
SE (psi)
604.942
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa tegangan terbesar terjadi pada pipa 12 (Reboiler
menuju Absorber) yaitu sebesar 11823,04 psi. Sedangkan tegangan terkecil terjadi pada pipa 16
(St. Methanol menuju Methanol) yaitu sebesar 25,526 psi. Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi tegangan termal maksimum yang terjadi pada pipa, antara lain suhu, laju aliran,
dan bentuk rancangan sistem perpipaan. Semakin besar suhu maka akan semakin besar juga
tegangan termal maksimum yang terjadi.
Dengan demikian dapat dihitung batas maksimum panjang pipa yang harus disangga
dihitung dengan persamaan 17 sehingga didapat panjangnya sebesar 15,35 ft. Batas maksimum pipa
harus disangga dipengaruhi faktor berat fluida, berat pipa, dan tegangan maksimum yang terjadi.
Perhitungan ini dimaksudkan agar tidak terjadi rancangan konstruksi pipa memiliki keamanan.
Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan terdahulu, dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain:
1. Pada instalasi perpipaan fluida pabrik mini biodiesel ukuran pipa dan material yang
ekonomis, dipilih dengan mengunakan metode Least Annual Cost adalah:
- Material
: Baja Karbon Seamless, ASTM A-53 Grade B.
- Schedule
: 40
- Diameter nominal : ½ in
- Diameter dalam : 0,622 in
- Diameter luar
: 0,840 in
- Tebal dinding
: 0,109 in
2. Pemeriksaan keamanan pipa yang dilihat dari segi kecepatan aliran fluida, ketebalan
minimum, dan penurunan tekanan, pipa dengan spesifikasi diatas sudah aman.
3. Pada perhitungan tegangan termal maksimum terlihat bahwa tegangan yang terjadi berada
dibawah tegangan izin(SA = 20250 psi), sedangkan instalasi pipa dikatakan fleksibel, karena
fleksibilitas pipa keseluruhan ≤ 0,03, sehingga instalasi pipa aman untuk digunakan.
4. Instalasi pipa perlu dilengkapi penyangga. Jarak maksimum antar penyangga yang
direncanakan adalah 15,35 ft.
Daftar Pustaka
1. Cloude B. Nolte, (1978), Optimum Pipe Size Selection, Gulf Publishing Company.
2. Grinnel, (1978), Piping Design and Engineering, Second Edition, Grinnel Company Inc.
3. Sam Kannapan, (1986), Introduction to Pipe Stress Analysis, John Wiley and Son Inc.,
Tennesse.
4. Louis Garry Lamit, Piping System, Drafting and Design, Prentice Hall Inc, Engle Wood
Cliffs, New York.
5. Peters, Max S, (1987), Plant Design and Economics for Chemical Engineers, McGrawHill, Inc., New York.
6. P.Cm, (2005), The Biodiesel Handbook, AOCS Press, United States of America.
7. An American National Standard, (2002), Process Piping, ASME Code for Pressure Piping
B.31.3 – 2002 Edition, The American Society of Mechanical Engineers, New York.
8. Smith, Paul R., (1987), Piping and Pipe Support Systems, McGraw-Hill, Inc, United States
of America.
9. Direktorat Jendral Perkebunan, (2006), Pembakuan Statistik Perkebunan (PSP), Direktorat
Jendral Perkebunan, Jakarta.
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
10. Streeter, Victor L, (1990), Mekanika Fluida, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Universitas
I SBN : 9 7 8 - 9 7 9 - 9 5 7 5 2 - 7 - 2 9 -
9767-0-7
SEM I N AR N ASI ON AL
M ESI N D AN I N D USTRI
( SN M I 3 ) 2 0 0 7
Audit or ium Ge dung Ut a m a
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
1 1 Se pt e m be r 2 0 0 7
RI SET APLI KATI F
BI D AN G TEKN I K M ESI N D AN I N D USTRI
D ise le n gga r a k a n ole h :
Ju r u sa n Te k n ik M e sin Fa k u lt a s Te k n ik
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
Be k e r j a sa m a de n ga n :
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
PROSI D I N G
SEM I N AR N ASI ON AL M ESI N D AN I N D USTRI
( SN M I 3 ) 2 0 0 7
I I SBN : 9 7 8 - 9 7 9 - 9 5 7 5 2 - 7 - 2
RI SET APLI KATI F
BI D AN G TEKN I K M ESI N D AN I N D USTRI
Au dit or iu m Ge du n g Ut a m a La n t a i 3
Ka m pu s I
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
1 1 Se pt e m be r 2 0 0 7
D ise le n gga r a k a n ole h :
Ju r u sa n Te k n ik M e sin Fa k u lt a s Te k n ik
Un ive r sit a s Ta r u m a n a ga r a
Jl. Le t . Je n d. S. Pa r m a n N o. 1 Ja k a r t a
Te lp. ( 0 2 1 ) 5 6 7 2 5 4 8 , 5 6 3 8 3 5 8 , 5 6 6 3 1 2 4 Fa x . ( 0 2 1 ) 5 6 6 3 2 7 7
e - m a il : m e sin @t a r u m a n a ga r a .a c.id
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena rahmat dan kasih-Nya, Seminar
Nasional Mesin dan Industri (SNMI3) 2007 dapat berlangsung dengan baik.
SNMI3 2007 diselenggarakan oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara dalam rangka Dies Natalis ke-26 Program Studi Teknik Mesin dan Dies Natalis
ke-2 Program Studi Teknik Industri di Universitas Tarumanagara. Seminar Nasional ini
mengambil tema: “Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan Industri”
Tujuan penyelenggaraan SNMI3 2007 adalah sebagai berikut:
1. Menumbuhkan sikap inovatif, kreatif serta tanggap terhadap perkembangan IPTEK.
2. Menjadi forum komunikasi hasil penelitian terbaru antar Peneliti, Praktisi, Industri,
Akademisi, dan Mahasiswa.
3. Menjadi wadah presentasi ilmiah sehingga memacu pengembangan program penelitian
lebih lanjut
SNMI3 2007 menampilkan 2 (dua) pembicara kunci yang sangat berkompeten di
bidangnya, yaitu:
1. Prof. Dr. Ir. Abdul Hakim Halim, Guru Besar Teknik Industri Institut Teknologi Bandung.
2. Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE., M.Si, Guru Besar Teknik Mesin Universitas Indonesia
Selain pembicara kunci, dalam SNMI3 2007 juga dipresentasikan 70 makalah yang
berasal dari berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia.
Pada kesempatan ini Panitia SNMI3 2007 mengucapkan terima kasih kepada berbagai
pihak yang telah mendukung terselenggaranya seminar ini dengan baik.
Akhirnya, panitia mengucapkan selamat berseminar kepada seluruh pemakalah dan
peserta, semoga melalui SNMI3 2007 ini peserta dapat membagikan dan memperoleh berbagai
pengalaman dan pengetahuan baru di Bidang Teknik Mesin dan Industri.
Jakarta, 11 September 2007
Ketua Panitia SNMI3 2007
I Wayan Sukania, ST., MT
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
UCAPAN TERIMA KASIH
Panitia SNMI3 Tahun 2007 mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
mendukung terselenggarakannya SNMI3 Tahun 2007 dengan baik.
Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada :
1. Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
2. Program Studi Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
3. PT. Optima Solusindo Informatika (Autodesk Indonesia)
4. TOP 1
5. CASIO
6. PT. Astra Honda Motor
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
57. Pengujian prototipe kursi untuk penjahit yang menggunakan mesin jahit merk
brother ditinjau dari aspek ergonomis dan produktivitas kerja penjahit (studi
kasus di perusahaan konveksi pt. Gen hut jakarta timur), Ahmad.
474
58. Kaji teoritis optimasi sistem perpipaan pabrik mini biodiesel, Hasan Basri Dan
Jimmy Willianto.
485
59. Studi pengaruh tinggi ruang bakar terhadap unjuk kerja tungku briket batubara,
Hasan Basri.
496
60. Sistem kontrol pada modul aliran distribusi bahan baku dengan menggunakan
progammable logic controller, Didi Widya Utama.
508
61. Analisis resiko kegagalan sistem dan disain pada produk multi purpose
stretcher (mps) di pt. Mega andalan kalasan dengan pendekatan acceptance
criteria of risk, Jimmy Wijaya.
516
62. The effect of temperature on corrosion rate of low carbon alloy scm 440, Erwin
Siahaan, Hendra Gunawan.
524
63. Analisis fenomena oil whirl pada sistem poros rotor ganda, Noor Eddy, R.
Wibawa Purabaya, Msae, Rahindradi Puntho Ds.
532
64. Perancangan mesin pengolah minyak kelapa murni dengan menggunakan
metode vdi 2221, Noor Eddy, Dani Prasetyo Dan Baron Noviyanto.
545
65. Penentuan jumlah tenaga kerja dan standard penugasan bagian pengepakan
pada pt x dengan metoda lini keseimbangan kilbridge dan wester, Lina Gozali,
I Wayan Sukania Dan Lamto Widodo
.553
66. Pengukuran tingkat produktivitas pada proses produksi hydraulic excavator,
bulldozer, motor grader, dan dump truck di pt. X, Viriya Madya Ariawan.
559
67. Pengaruh low frequency noise dan vertical whole body vibration terhadap
kemampuan kognitif dan persepsi perasaan mengganggu, Brilianta Budi
Nugraha, Subagyo Dan Andi Rahadiyan W.
572
68. Perancangan peralatan press untuk proses stamping atau deep drawing dengan
memanfaatkan universal testing machine, Susila Candra.
578
69. Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja
pada proses milling, Rosehan Dan Delvis Agusman, Nehemia Indrajaya.
586
70. Perbandingan sifat mekanik komposit berpenguat serat alam dengan orientasi
arah serat sejajar dan perlakukan Alkali (NaOH), Hendri Chandra.
595
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007
Pelindung
Penasehat
Penanggung jawab
: Rektor Universitas Tarumanagara
Prof. DR. Ir. Dali S. Naga, MMSI.
: Dekan Fakultas Teknik,
Ir. Ignatius Haryanto, MM.
: Ketua Jurusan Teknik Mesin,
Ir. Sofyan Djamil, MSi.
Panitia Pengarah dan Editor
Ketua
Anggota
:
: Prof. DR. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing
: 1. DR. Ir. Leksmono S. Putranto, MT
2. Dr. Ir. Erry Y.T. Adesta, M.Sc
3. Dr. Abrar Riza, ST., MT
4. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
5. Ir. Erwin Siahaan, M.Si
Panitia Pelaksana
Ketua
Sekretaris
Bendahara
:
: I Wayan Sukania, ST, MT
: Agustinus Purna Irawan, ST., MT
: Harto Tanujaya, ST., MT
Seksi Publikasi & dokumentasi
: 1. Wilson Kosasih, ST (Koordinator)
2. Didi Widya Utama, ST
3. Lina Gozali, ST., MM
4. Mariswan
5. Mahasiswa 2 orang
Seksi Makalah
: 1. DR. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator)
2. Ir. Rosehan, M.T.
3. Lamto Widodo, ST., MT
4. K. Gita Tarinta Ayu, M.Sc
5. Endro Wahyono
6. Kusno Aminoto
Seksi Acara
: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si. (Koordinator)
2. Delvis Agusman, ST., M.Sc
3. Khomeni Suntoso, ST
4. Litrone Laricha, ST (Pembawa acara)
5. Pujo Yuono, ST
6. Mahasiswa 2 orang
Seksi Perlengkapan
: 1. Drs. Totok Sugiarto (Koordinator)
2. Suryo Djatono
3. Pramono
4. Darwanto
5. Marsudi
6. Heriyanto
7. Mahasiswa 2 orang
Seksi Konsumsi
: 1. Suparti ( Koordinator)
2. Sulastini
Seksi Penerima Tamu
: 1. Beatric (Koordinator)
2. Stefi Haryono
3. Henny
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
Seksi Keamanan
: 1. Desnata Hambali, S.T. (Koordinator)
2. Mahasiswa 5 orang
Sekretariat
: 1. Agustinus Purna Irawan, ST., MT (Koordinator)
2. Sulastini
3. Herman
Seksi Sponsor
: 1. Harto Tanujaya, ST., MT (Koordinator)
2. Agus Halim, ST., MT
3. Mahasiswa 5 orang
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
SUSUNAN ACARA
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007
11 September 2007
No.
Waktu
1.
2.
3.
07.30 - 08.45
08.45 - 09.00
09.00 - 09.10
4.
09.10 -09.15
5.
09.15 - 09.30
6.
7.
09.30 - 10.00
10.00 - 11.00
8.
11.00 - 12.00
9.
10.
11.
12.
13.
12.00 - 13.00
13.00 - 15.00
15.00 - 15.15
15.15 - 16.30
16.30 - 17.00
Acara
Registrasi Peserta
Persiapan Pembukaan
Salam Pembuka Oleh MC, Doa dan dilanjutkan dengan
Tarian Lenggang Nyai Betawi dari Queendiva
Laporan Ketua Panitia
(I Wayan Sukania, ST., MT)
Sambutan dan Pembukaan Oleh Rektor Universitas Tarumanagara
Prof. Dr. Ir. Dali Santun Naga, MMSI
Coffe Break I
Keynote Speaker I: Prof. DR. Ir. Abdul Hakim Halim (ITB)
Moderator: Agustinus Purna Irawan, ST., MT
Keynote Speaker II: Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE., M.Si (UI)
Moderator: Agustinus Purna Irawan, ST., MT
ISOMA
Presentasi Paralel I
Coffe Break II
Presentasi Paralel II
Penutupan SNMI3 2007 oleh Dekan Fakultas Teknik Untar
(Ir. Ignatius Haryanto, MM)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
Ruang I V
No
Pembicara
Moderator: Harto Tanujaya, ST., MT
Judul Makalah
Analisa Kinerja Mesin Bensin Berdasarkan Pada
Pengujian Pemakaian Jenis Pelumas Yang
Digunakan
Uji Ujuk Kerja Dan Emisi Gas Buang Motor Bensin
Berbahan Bakar Campuran Etanol 85% Dan
Premium 15% (E-85) Dengan Variasi Diameter
Mainjet
Pipa Kasar Dan Halus Diameter 18 Mm Dengan
Pemberian Larutan Getah Karet
Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Refrigerator
Kapasitas 2 PK Dengan Refrigeran R134a Dan MC
134
Analisa Pengaruh Campuran Bahan Bakar Solar –
Minyak Jarak Pagar Pada Prestasi Mesin Diesel
Unjuk Kerja Kompor Tenaga Surya Menggunakan
Kolektor Plat Datar Tipe Box
Penerapan Sel Surya Sebagai Sumber Energi
Alternatif Pada Kotak Vaksin Untuk Daerah
Pedalaman
Kaji Teoritis Optimasi Sistem Perpipaan Pabrik Mini
Biodiesel
Waktu
36.
I r. Mawardi Silaban, M.Si
37.
I r. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc
38.
Yanuar dan Tengku Syahdilan
39.
Suroso
40.
Dr. M. Sumarsono
41.
Drs. Mulyanef, ST., M.Eng dan
M. Andi Tesar
42.
Nandy Putra
43.
Hasan Basri dan
Jimmy Willianto
44.
I r. Mawardi Silaban, M.Si dan
Maradu Sibarani
45.
I r. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc
46.
Yanuar
Kurva Aliran Dengan Silinder Berputar
16.00-16.15
47.
Dr. M. Sumarsono
Pengembangan Kolektor Surya Pemanas Udara
Untuk Aplikasi I ndustri Pengeringan Kayu Dan
Komoditi Pertanian
16.15-16.30
Rehat
13.00-13.15
13.15-13.30
13.30-13.45
13.45-14.00
14.00-14.15
14.15-14.30
14.30-14.45
14.45-15.00
15.00-15.30
Uji Pengaruh Penambahan Turbojet Accelerator
Terhadap Kinerja Motor Bakar Bensin
Pengaruh Oversize Piston dengan Variasi
Kekasaran Permukaan Silinder Terhadap Unjuk
Kerja Motor Bensin 2 Langkah
15.30-15.45
15.45-16.00
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
KAJI TEORITIS OPTIMASI SISTEM PERPIPAAN PABRIK MINI BIODIESEL
Hasan Basri dan Jimmy Willianto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Jl. Raya Palembang Prabumulih Km 32, Inderalaya
Telp. (0711) 580739
e-mail: hasan_basri@unsri.ac.id
Abstrak
Makalah ini bertujuan untuk menentukan diameter optimum pipa berdasarkan aspek ekonomis dan menganalisa
sistem perpipaan yang optimal. Pipa adalah alat transportasi berbagai jenis fluida seperti gas, cairan dan partikelpartikel halus. Peranannya sebagai alat transportasi fluida untuk berbagai proses dalam berbagai jenis industri
mutlak dibutuhkan. Sebuah sistem instalasi perpipaan merupakan suatu koneksi dari pipa-pipa termasuk komponen
instalasi dan peralatan instalasi. Instalasi sistem perpipaan memerlukan insvestasi yang mahal. Mengingat
besarnya investasi yang diperlukan untuk mendapatkan instalasi yang baik dan aman, maka diperlukan suatu
perencanaan optimum. Tetapi dalam kajian ini yang direncanakan adalah diameter pipa, material pipa dan sistem
penyangganya. Metode yang digunakan adalah Least Annual Cost (LAC) untuk mendapatkan diameter optimum
pipa, material dan sistem penyangga yang cocok. Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan diameter optimum
sebesar ½ in, materialnya adalah baja karbon ASTM A-53 Grade B, dengan jenis penyangga duck foot.
Kata kunci: Least annual cost, pipa, diameter, penyangga.
Pendahuluan
Kamus mendefinisikan pipa sebagai tabung panjang dari tanah liat, konkret, metal, kayu
dan seterusnya, untuk mengalirkan air, gas, minyak, dan cairan-cairan lain. Fluida didefinisikan
sebagai substansi yang dapat mengalir (cairan atau gas). Pada dasarnya, pabrik biodiesel adalah
pabrik untuk mengonversi minyak nabati menjadi biodiesel. Proses konversi tersebut
sesungguhnya tidak lebih dari suatu tindakan mencampur minyak nabati dengan alkohol,
mengaduk, dan merebusnya. Selain itu, pabrik biodiesel sebenarnya hanya terdiri dari bejanabejana atau tangki-tangki perebus dengan alat pengaduk minyak nabati dan alkohol.
Instalasi sistem perpipaan pada pabrik biodiesel memerlukan investasi yang cukup
besar dan mahal. Mengingat besarnya investasi yang diperlukan untuk mendapatkan instalasi
yang baik dan aman, maka diperlukan suatu perancangan yang optimum. Untuk itu perlu
dipertimbangkan aspek ekonomis yang berhubungan dengan efisiensi dalam investasi modal dan
operasional dengan tidak mengabaikan persyaratan-persyaratan teknis. Salah satunya adalah
pemilihan jenis-jenis pipa, komponen dan perlengkapannya yang didasarkan pada spesifikasi dan
standarisasi yang terdaftar dalam bentuk kode dan simbol yang telah umum dipakai secara
intenasional.
Dalam perancangan sistem perpipaan, standar yang umum dipakai berdasarkan
ANSI/ASME B.31, dimana standar ini dikelompokkan berdasarkan jenis fluida yang mengalir
(Grinnel, 1978). Tulisan ini hanya membahas perencanaan jalur (Routing) dari tranportasi fluida,
penentuan diameter optimum, pemeriksaan penurunan tekanan, kecepatan izin dan perhitungan
konstruksi dari jalur sistem perpipaan yang direncanakan.
Tinjauan Pustaka
Perkebunan di daerah Sumatera Selatan memiliki jenis komoditi yang sangat beragam.
Beberapa jenis komoditas yang ada di Sumatera Selatan adalah karet, kelapa sawit, kopi, kelapa,
teh, lada, vanili, kakao, gambir, kemiri, cengkeh, tembakau, aren, kapuk, kayu manis, tebu,
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
jambu mete, pinang, nilam, dan beberapa komoditi lainnya. Perkebunannya tersebar di berbagai
daerah Kabupaten dan Kecamatan di Wilayah Sumatera Selatan.
Wilayah Sumatera Selatan sendiri, memiliki lahan yang sangat luas berkisar 1.952.940,04
ha. Perkebunan kelapa sawit di Sumatera Selatan, yang luas arealnya mencapai 618.752,40 ha,
saat ini sudah menghasilkan sekitar 1.593.241,73 ton TBS tandan buah segar (Data Luas Areal
dan Produksi Perkebunan Provinsi Sumatera Selatan, 2006). Dari luas areal sebesar itu, realisasi
tanaman yang dilakukan perusahaan pengembang kelapa sawit sebesar 499.983,61 ha. Hasil
Tandan Buah Segar (TBS) yang diperoleh untuk jenis inti sawit sebesar 2.880.044,00 ton dan
jenis plasma sawit sebesar 2.336.236,40 ton (Rekapitulasi Data Perkembangan Perizinan Luas
Areal, Produksi dan Pabrik Perusahaan Perkebunan Di Sumatera Selatan, 2006) .
Hal lain yang juga mendukung dikembangkannya biodiesel dari CPO kelapa sawit di
daerah Sumatera Selatan adalah jumlah produksi dari komoditi lain yang ada di daerah Sumatera
Selatan (lihat Tabel 1 dan Gambar 1).
Tabel 1. Komoditi terbesar di Sumatera Selatan.
KOMODITI
Karet
Kelapa Sawit
Kopi
Kelapa
Tebu
Luas Areal (ha)
959.678,00
618.752,42
276.864,00
58.353,20
12.363,00
Jumlah Produksi (ton)
694.886,00
1.593,962,00
150.167,00
72.279,00
55.755,00
1800000
1600000
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
Karet
Kelapa Sawit
Luas Areal
Kopi
Kelapa
Tebu
Jumlah Produksi
Gambar 1. Komoditi Terbesar di Sumatera Selatan
Langkah pertama dalam perancangan sistem jaringan perpipaan adalah menentukan
tahap-tahap perancangan instalasi. Tahap awal perancangan adalah mengetahui luas areal yang
tersedia, mengetahui tata letak antara masing-masing peralatan serta arah aliran proses. Ketiga
hal tersebut di atas dijelaskan dalam gambar susunan tata letak pabrik (pilot plan).
1. Teori Dasar Perhitungan Diameter
1.1. Diameter Dalam Pipa
Diameter pipa yang direncanakan dalam perancangan ini adalah diameter pipa yang
optimum, yaitu ekonomis dan memenuhi persyaratan keamanan secara teknis. Persamaan yang
digunakan (Cloude B. Nolte, 1978):
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
0 ,169
W 0, 479 . μ 0, 027 ⎡ 0,0657 .Y . K ⎤
di =
⎢ (a + b )(F + 1) η . X ⎥
ρ 0,337
⎣
⎦
(1)
dimana:
di = diameter dalam pipa optimum (in)
W = laju aliran (1000 lb/hour)
Y = jam operasi pertahun (hour)
K = biaya tenaga listrik, kwh
a = laju amortasi/umur pabrik.
b = persentase biaya perawatan (%)
F = faktor perbandingan harga sambungan, katup, biaya pemasangan pada harga pipa.
η = faktor efisiensi pompa.
X = harga pipa dua inchi, $/feet.
μ = viskositas fluida (cp)
ρ = massa jenis fluida (lb/ft3)
1.2. Schedulle dan Tebal Minimum Pipa
Untuk mengetahui diameter nominal pipa, terlebih dahulu dicari schedulle pipa tersebut
dengan persamaan:
1000.P
Schedule =
S
(2)
dimana:
P = tekanan kerja fluida (kg/cm2)
S = tekanan kerja izin (kg/cm2)
Menurut ASME/ANSI B.31.1, tebal pipa tersebut diperiksa keamanannya dengan persamaan,
(Sam Kannapan, 1986):
tm =
P.D o
+A
2( S .Eq + P.Y )
(3
)
dimana:
tm = tebal minimum pipa (in)
P = tekanan kerja fluida (psig)
Do = diameter luar pipa (in)
S = tekanan kerja izin (psi)
Eq = faktor kualitas
Y = koefisien yang ditentukan berdasarkan sifat meterial dan temperatur perencanaan
A = faktor tambahan
1.3. Pemeriksaan Keamanan Diameter Instalasi
Kecepatan aliran fluida yang terjadi :
Untuk instalasi perpipaan fluida batas kecepatan maksimum adalah V = 15 – 70 ft/s. Besarnya
kecepatan yang terjadi pada diameter optimum dihitung dengan persamaan, (Grinnel, 1978):
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
V = 144
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Q
AI
(4
)
dimana:
Q = debit aliran (m3/det), AI = luas dalam pipa (m2)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
1.4. Pemeriksaan Penurunan Tekanan
Untuk memeriksa penurunan tekanannya dapat diketahui dengan menggunakan persamaan:
f . L .V 2
h p = 0,001295
d i .υ
dimana:
V = kecepatan (ft/s)
f = faktor gesekan
hp = penurunan tekanan (psi)
L = panjang efektif pipa (ft)
di = diameter dalam pipa (in)
υ = spesifik volume fluida (ft3/lb)
(5)
2. Teori Dasar Perhitungan Konstruksi
2.1. Penentuan Material Pipa
Dalam pemilihan material pipa didasarkan atas pertimbangan: jenis fluida yang dilayani,
temperatur disain, tekanan disain, ketahanan korosi.
2.2. Tegangan-tegangan pada Dinding Pipa
Terdapat empat jenis tegangan yang terjadi pada dinding pipa, yaitu tegangan
longitudinal (sL), tegangan circumferensial atau keliling (sC), tegangan radial (sR), dan tegangan
puntir atau torsi (sT). Posisi dari tegangan-tegangan ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Tegangan-tegangan pada Dinding Pipa
Adapun tegangan-tegangan tersebut (Grinnel, 1978) adalah:
• Tegangan Longitudinal (sL)
Tegangan longitudinal yang terjadi merupakan gabungan dari tiga komponen yaitu:
1. Tegangan lengkung yang disebabkan oleh ekspansi termal
Untuk pipa lurus:
sB =
M
Sm
Untuk pipa lengkung:
M
sB = .i
Sm
dimana:
SB = tegangan lengkung (psi)
M = momen lengkung (lb.in)
Sm = modulus penampang (in3)
i = faktor intensitas tegangan
2.
Tegangan lengkung akibat berat pipa
Hal ini diperhitungkan untuk menentukan beban penyangga.
(6)
(7)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
3. Tegangan longitudinal yang disebabkan oleh tekanan dalam fluida
Dinyatakan dalam persamaan:
A
sP = P I
AM
dimana:
P = tekanan dalam fluida (psi)
AI = luas penampang pipa sebelah dalam (in2)
AM = luas penampang logam pipa (in2)
(8)
• Tegangan Circumferensial (sC)
Tegangan circumferensial adalah tegangan yang terjadi karena internal pressure pada
dinding silender (tebal pipa). Persamaan untuk tegangan ini adalah:
sC = P .
di − t
2t
(9)
di mana:
di = diameter dalam pipa (in)
t = tebal pipa (in)
• Tegangan Radial (sR)
Tegangan radial adalah tegangan yang terjadi akibat eksternal pressure terhadap tegangan
lurus panjang pipa.
• Tegangan Puntir (sT)
Tegangan puntir merupakan penjumlahan dari dua komponen tegangan, yaitu:
- Tegangan puntir akibat ekspansi termal dinyatakan dengan persamaan:
T
sT =
2. Sm
di mana:
T = momen puntir(lb.in)
Sm = modulus penampang (in3)
3. Konsep Tegangan Akibat Ekspansi Termal
Batas tegangan termal yang diizinkan pada instalasi perpipaan dirumuskan pada
persamaan berikut (Grinnel, 1978):
SA = f (1,25 SC + 0,25 Sh)
dimana:
SA = batas tegangan izin
f = faktor pengurangan tekanan pada kondisi siklus (lihat Tabel 2)
SC = tegangan bahan untuk kondisi dingin
Sh = tegangan bahan untuk kondisi panas
(10)
(11)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Tabel 2. Faktor Pengurangan Tegangan
Jumlah Siklus Temperatur
Kurang dari 7000
7000 – 14000
14000 – 22000
22000 – 45000
45000 – 100000
100000 atau lebih
F
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
Persamaan untuk menghitung tegangan termal yang terjadi (Grinnel, 1978), yaitu:
s E = s B2 + 4 . sT2
(12)
dimana:
sE = tegangan lengkung (psi)
sT = tegangan torsi (psi)
Untuk tegangan yang terjadi (sE) harus dibawah batas tegangan izin (sA).
4. Sistem Penyanggaan Pipa
4.1. Berat Instalasi Perpipaan
Dalam suatu instalasi perpipaan yang direncanakan, beban utama yang ditahan oleh
penyangga pipa adalah berat pipa (WP), berat isolasi (WI), dan berat fluida yang dialirkan (WF).
a. Berat Isolasi (WI)
Berat isolasi dari pipa dapat ditentukan dari suhu operasi dan diameter nominal tersebut,
maka dapat ditentukan material isolasi, tebal isolasi, dan berat isolasi itu sendiri.
b. Berat Pipa (WP)
Berat pipa dapat ditentukan dari suhu operasi, diameter nominal pipa, nilai toleransi berat
pipa.
c. Berat Fluida (WF)
Berat fluida dapat dihitung dengan persamaan :
WF = 0,3405 x G x (D0 – 2T)2
di mana:
G = Gravitasi jenis fluida.
D0 = diameter luar pipa (in)
T = tebal pipa (in)
(13)
d. Berat Total (W)
Maka berat total instalasi per satuan panjang pipa adalah:
W = WP + WF + WI
(14)
Dengan demikian batas maksimum panjang pipa yang harus disangga dihitung
dengan persamaan berikut (Sam Kannapan, 1986):
0,4 × S m × S
L=
(15)
W
dimana:
Sm = modulus penampang pipa (in3)
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
S = tegangan material pipa yang dizinkan (psi)
W = berat total pipa (lb/ft)
Hasil Dan Diskusi
Jaringan pipa untuk pabrik mini biodiesel yang akan dihitung dalam penelitian ini
ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3: Skema Pabrik Mini Biodiesel
Gambar 4: Isometrik jaringan perpipaan yang direncanakan
1. Penentuan Diameter Optimum dan Pemeriksaan Keamanan
Untuk perhitungan diameter, dibutuhkan data-data sebagai berikut, yaitu:
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Y = jam operasi pertahun = 3600 jam.
K = biaya tenaga listrik ($/kWh) = 1,17 $/ kWh.
a = 0,143, amortasi dalam 7 tahun
b = persentase biaya perawatan = 0,01
F = faktor perbandingan harga komponen pemasangan terhadap harga pipa = 6,75
η = faktor efisiensi pompa = 0,85
X = harga pipa baja karbon dua inch schedulle 40 ($ / feet) = 3,28 $ /ft (data)
dimana untuk setiap aliran memiliki data seperti ditunjukkan pada Tabel 3 berikut:
Tabel 3. Data-Data Perhitungan Diameter Optimum
No Aliran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Q (l/jam)
192,76
192,76
192,76
192,76
48,19
10,467
10,467
192,76
192,76
48,19
48,19
48,19
48,19
Nama Fluida
Methanol
NaOH
FAT
Methanol
FAME
FAME
Gliserol
FAME
Gliserol
Methanol
FAME
Methanol
FAME
Spg
0,792
1,224
0,890
0,792
0,926
0,926
1,26
0,926
1,26
0,792
0,926
0,792
0,926
W (lb/jam)
0,337
0,521
0,379
0,337
0,099
0,021
0,029
0,394
0,536
0,084
0,099
0,084
0,099
μ (cp)
0,594
0,802
7,14
0,594
7,14
7,14
14,95
0,594
14,95
7,14
0,594
7,14
7,14
ρ (lb/ft3)
49,675
111,266
54,937
49,675
10,156
10,156
54,568
49,675
54,568
10,156
49,675
10,156
10,156
Perhitungan diameter optimum dapat menggunakan persamaan (1). Diameter optimum
yang didapat dari hasil perhitungan dengan metode Least Annual Cost tersebut perlu dikoreksi.
Nilai masing-masing faktor koreksi tersebut adalah:
• Faktor koreksi untuk jumlah jam operasi (Fd1)
= 1,0033
• Faktor koreksi untuk jumlah biaya tenaga listrik (Fd2) = 1,06
• Faktor koreksi untuk jumlah harga pipa (Fd3)
= 0,868
Sehingga didapat persamaan untuk diameter dalam pipa optimum adalah:
d = di x Fd1 x Fd2 x Fd3
(16)
Dimana untuk perhitungan keduanya dibutuhkan data-data seperti pada Tabel 4 berikut:
Tabel 4. Data-Data Perhitungan Pemeriksaan Keamanan Kecepatan Aliran Fluida
dan Penurunan Tekanan pada Setiap Aliran
No Aliran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Q (ft3/s)
0,11345
0,11345
0,11345
0,11345
0,02836
0,00616
0,00616
0,11345
0,11345
0,02836
0,02836
ρ (kg/m3)
795,719
1782,311
880,00
795,719
276,486
276,486
874,095
276,486
874,095
795,719
276,486
μ (cp)
0,594
0,802
7,14
0,594
7,14
7,14
14,95
0,594
14,95
7,14
0,594
Re
35108.08679
58242.90111
3230.117647
35108.08679
253.4067765
55.14230588
83.2582796
35108.08679
1532.326539
253.4067765
8766.304943
f
0.045
0.038
0.02
0.045
0.253
1.161
0.768
0.045
0.041
0.253
0.038
L (ft)
5,71
5,71
19,42
1,03
11,00
2,15
2,15
5,9
5,9
1,28
1,28
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
No Aliran
12
13
Q (ft3/s)
0,02836
0,02836
ρ (kg/m3)
795,719
276,486
μ (cp)
7,14
7,14
Mesin
Fakultas
Re
253.4067765
253.4067765
Teknik
Universitas
f
0.253
0.253
L (ft)
1,28
1,28
Maka hasil perhitungan untuk diameter optimum, pemeriksaan keamanan kecepatan
aliran fluida dan penurunan tekanan pada setiap aliran, harganya ditabelkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Diameter Optimum, Pemeriksaan Keamanan Kecepatan
dan Penurunan Tekanan pada masing-masing Aliran
No Aliran
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
di (in)
0,331
0,314
0,385
0,331
0,356
0,169
0,122
0,691
0,495
0,170
0,356
0,170
0,356
d (in)
0,306
0,289
0,356
0,306
0,329
0,156
0,113
0,638
0,457
0,157
0,329
0,157
0,329
V (ft /s)
53,74
53,74
53,74
53,74
13,43
2,92
2,92
53,74
53,74
13,43
13,43
13,43
13,43
hp (psi)
1.8295
3.4605
3.0584
0.33
0.4293
0.0182
0.0381
1.8904
1.892
0.05
0.0216
0.05
0.05
Dari tabel di atas dapat penurunan tekanan terbesar pada aliran 2 yaitu sebesar 3,4605
psi. Sedangkan penurunan tekanan terkecil terdapat pada aliran 4 yaitu sebesar 0,33 psi.
Besarnya penurunan tekanan pada aliran dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya ukuran dan
dimensi pipa yang digunakan, faktor gesekan pada pipa, dan kecepatan aliran pada pipa. Pada
aliran yang memiliki kecepatan yang tinggi maka penurunan tekanan cenderung menurun,
sedangkan semakin besar faktor gesekan maka akan semakin besar penurunan tekanan pada
sistem perpipaan.
Untuk memeriksa ketebalan yang diizinkan, maka ketebalan minimum diizinkan
berdasarkan ANSI B31.1 ditentukan menurut persamaan (3), sehingga ketebalan minimum
0,0654 in.
2. Analisa Fleksibilitas dan Tegangan Termal Maksimum
Analisa Fleksibilitas pipa dapat dianalisa setelah melakukan perhitungan yang ada di
atas, maka analisa fleksibilitas instalasi pipa ditunjukan pada Tabel 6 di bawah, dimana diameter
nominal untuk setiap pipa adalah ½ in:
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Tabel 6. Nilai y, U, L dan Fleksibilitas Instalasi Pipa untuk Tiap Sistem Pipa
D× y
No.
Nama Pipa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Metanol ke Mixer
Katalis ke Mixer
CPO ke Reaktor
Reaktor ke Washer
Washer ke Decanter
Decanter ke St 1 & St 2
St 1 & St 2 ke Evaporator
Evaporator ke Reboiler
Evaporator ke St Methanol
Reboiler ke Drier
Drier ke St 2
Absorber ke St 4
St Methanol ke Methanol
Cooler ke St 3
Reboiler ke Absorber
Boiler ke Reaktor & HE
Kompresor ke Washer
HE ke Drier
( L − U )2
y (in)
U (ft)
L (ft)
0.00472
0.00472
0.06295
0.03844
0.00253
0.00493
0.01252
0.01367
0.03294
0.03894
0.04381
0.00472
0.01492
0.01517
0.01629
0.05423
0.00849
0.09597
3.93191
3.93191
10.86243
7.25255
2.10769
3.63539
10.36763
2.57913
6.21576
6.58125
7.88039
3.93248
12.42983
4.38181
3.07406
7.83295
7.07986
18.07871
5.71129
5.71129
19.41962
11.0099
2.3248
5.94948
14.63255
3.3855
8.66109
11.82546
10.48885
4.7582
15.18176
6.57251
3.78543
16.68077
9.87697
26.28281
0.00075
0.00075
0.00043
0.00137
0.02683
0.00046
0.00034
0.01051
0.00276
0.00071
0.00322
0.00346
0.00099
0.00158
0.01609
0.00035
0.00054
0.00071
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai fleksibilitas yang diperlukan oleh pipa 6
(washer ke decanter) paling tinggi yaitu sebesar 0,02683. Sedangkan nilai fleksibilitas paling
rendah terdapat pada pipa 4 (mixer ke reaktor) dan pipa 10 (reboiler ke evaporator) yaitu
sebesar nol. Besarnya fleksibilitas sangat dipengaruhi dari bentuk konstruksi perpipaan. Semakin
sederhana bentuk konstruksi maka fleksibilitas semakin rendah, namun hal ini tidak mutlak
karena fleksibilitas dapat juga dipengaruhi faktor-faktor lain, misalnya tegangan, regangan, berat
pipa, dan lain-lain.
Perhitungan tegangan yang dilakukan pada tiap titik diperoleh tegangan termal
maksimum seperti pada Tabel 7 berikut ini:
Tabel 7. Tegangan maksimum yang terjadi pada titik di tiap pipa jaringan
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Nama Sistem Pipa
Methanol menuju Mixer
Katalis menuju Mixer
CPO menuju Reaktor
Reaktor menuju Washer
Washer menuju Decanter
Decanter ke St 1 & St 2
St 1 & St 2 ke Evaporator
Evaporator ke Reboiler
Evaporator ke St Methanol
Reboiler ke Drier
Drier ke St 2
Absorber ke St 4
St Methanol ke Methanol
Cooler ke St 3
Reboiler ke Absorber
Boiler ke Reaktor & HE
Kompresor ke Washer
Titik
4
4
12
6
4
5
8
3
6
11
3
6
1
3
1
5
1
SE (psi)
210.236
198.829
306.145
1109.33
11823.04
222.11
205.717
1149.837
851.354
588.013
1221.237
381.9402
25.526
483.957
11448.658
275.98
672.021
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
No.
18
Nama Sistem Pipa
HE ke Drier
Mesin
Fakultas
Titik
6
Teknik
Universitas
SE (psi)
604.942
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa tegangan terbesar terjadi pada pipa 12 (Reboiler
menuju Absorber) yaitu sebesar 11823,04 psi. Sedangkan tegangan terkecil terjadi pada pipa 16
(St. Methanol menuju Methanol) yaitu sebesar 25,526 psi. Ada beberapa faktor yang
mempengaruhi tegangan termal maksimum yang terjadi pada pipa, antara lain suhu, laju aliran,
dan bentuk rancangan sistem perpipaan. Semakin besar suhu maka akan semakin besar juga
tegangan termal maksimum yang terjadi.
Dengan demikian dapat dihitung batas maksimum panjang pipa yang harus disangga
dihitung dengan persamaan 17 sehingga didapat panjangnya sebesar 15,35 ft. Batas maksimum pipa
harus disangga dipengaruhi faktor berat fluida, berat pipa, dan tegangan maksimum yang terjadi.
Perhitungan ini dimaksudkan agar tidak terjadi rancangan konstruksi pipa memiliki keamanan.
Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan terdahulu, dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain:
1. Pada instalasi perpipaan fluida pabrik mini biodiesel ukuran pipa dan material yang
ekonomis, dipilih dengan mengunakan metode Least Annual Cost adalah:
- Material
: Baja Karbon Seamless, ASTM A-53 Grade B.
- Schedule
: 40
- Diameter nominal : ½ in
- Diameter dalam : 0,622 in
- Diameter luar
: 0,840 in
- Tebal dinding
: 0,109 in
2. Pemeriksaan keamanan pipa yang dilihat dari segi kecepatan aliran fluida, ketebalan
minimum, dan penurunan tekanan, pipa dengan spesifikasi diatas sudah aman.
3. Pada perhitungan tegangan termal maksimum terlihat bahwa tegangan yang terjadi berada
dibawah tegangan izin(SA = 20250 psi), sedangkan instalasi pipa dikatakan fleksibel, karena
fleksibilitas pipa keseluruhan ≤ 0,03, sehingga instalasi pipa aman untuk digunakan.
4. Instalasi pipa perlu dilengkapi penyangga. Jarak maksimum antar penyangga yang
direncanakan adalah 15,35 ft.
Daftar Pustaka
1. Cloude B. Nolte, (1978), Optimum Pipe Size Selection, Gulf Publishing Company.
2. Grinnel, (1978), Piping Design and Engineering, Second Edition, Grinnel Company Inc.
3. Sam Kannapan, (1986), Introduction to Pipe Stress Analysis, John Wiley and Son Inc.,
Tennesse.
4. Louis Garry Lamit, Piping System, Drafting and Design, Prentice Hall Inc, Engle Wood
Cliffs, New York.
5. Peters, Max S, (1987), Plant Design and Economics for Chemical Engineers, McGrawHill, Inc., New York.
6. P.Cm, (2005), The Biodiesel Handbook, AOCS Press, United States of America.
7. An American National Standard, (2002), Process Piping, ASME Code for Pressure Piping
B.31.3 – 2002 Edition, The American Society of Mechanical Engineers, New York.
8. Smith, Paul R., (1987), Piping and Pipe Support Systems, McGraw-Hill, Inc, United States
of America.
9. Direktorat Jendral Perkebunan, (2006), Pembakuan Statistik Perkebunan (PSP), Direktorat
Jendral Perkebunan, Jakarta.
Seminar Nasional Mesin dan I ndustri ( SNMI 3) 2007
“Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan I ndustri”
Jurusan
Teknik
Tarumanagara
Mesin
Fakultas
Teknik
10. Streeter, Victor L, (1990), Mekanika Fluida, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Universitas