Analisa Titik Operasi Optimum Pompa Slurry Pada Bucket Wheel Dredger Dengan Variasi Sudut Gali 30°,35°, dan 40°
ANALISA TITIK OPERASI OPTIMUM POMPA SLURRY
PADA BUCKET WHEEL DREDGER DENGAN VARIASI
SUDUT GALI 30°, 35°, DAN 40°
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ROBBY CHRISTIAN
NIM. 120401123
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi
ini, sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Analisa Titik Operasi Optimum
Pompa Slurry Pada Bucket Wheel Dredger Dengan Variasi Sudut Gali
30°,35°, dan 40°” .
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua Orang Tua Penulis W. Tampubolon dan R. Rajagukguk yang telah
mendoakan dan memberikan dukungan baik moral maupun moril kepada
penulis.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T., selaku dosen pembimbing penulis yang
telah membimbing sehingga skripsi ini dapat selesai.
3. Bapak Ir.Syahrul Abda, M.Sc dan Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, S.T,
MT selaku dosen pembanding penulis.
4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik USU.
5. Abang dan kakak penulis, Alexander Leonardo Tampubolon, Dody
Wasfonda Tampubolon, Hikmarani dan Marlen Tunru yang telah
mendoakan dan mendukung penulis.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
7. Partner Tugas Akhir; Billy Emkel Gudsanov dan Asybel Sidabutar, yang
selalu bekerja sama dengan baik dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Om, Bibik, dan Keluarga Billy yang telah menyediakan rumahnya sebagai
tempat pengerjaan skripsi.
9. Kedua Orang tua Asybel Sidabutar, yang telah membimbing dan
memfasilitasi penulis selama proses pengambilan data di Pulau Bangka.
10. Pak Firmansyah dan seluruh karyawan PT.Timah (Persero) Tbk. yang
telah membantu dalam proses pengumpulan data.
11. Greacia Febrianis Sinaga dan segenap keluarga besar Boanerges Medan,
yang telah mendoakan, memberikan dukungan bagi penulis selama 1 tahun
lebih di Medan.
12. Segenap kolega mahasiswa Teknik Mesin USU dan rekan rekan yang
tidak bisa disebutkan satu persatu, atas dukungan dan doanya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi
penyempurnaan dimasa mendatang.
Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Terima kasih.
Medan, 2016
Penulis
Robby Christian
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
PT.Timah (Persero) Tbk. merupakan perusahaan tambang timah dengan cadangan
terbesar di dunia yang menggunakan kapal isap tipe Bucket Wheel Dredger
sebagai salah satu metode penambangan lepas pantai. Untuk mendistribuskan
material tambang dari dasar laut menuju unit penyaringan, digunakan air sebagai
media pembawa dibantu dengan pompa melalui jaringan pemipaan. Pada proses
pengerukan, ternyata didapat masih ada material logam timah yang tertinggal di
dasar lautan. Hal ini menyebabkan pengerukan menjadi kurang maksimal. Oleh
karena itu, diperlukan analisa untuk mencari kondisi operasi optimum untuk
setiap kedalaman penggalian. Dalam penelitian ini, dilakukan perhitungan head
secara teoritis dimana prosedur dimulai dengan pengumpulan data pendukung,
kemudian melakukan perhitungan untuk mendapatkan hasil. Dalam kondisi
lapangan, didapat perubahan luas penampang pipa dikarenakan erosi. Untuk
menghitung head, digunakan persamaan Bernoulli, untuk kerugian head major
dan head minor digunakan persamaan Darcy-Weisbach dimana kapasitas aliran
adalah tetap sebesar 7747.2 m3/h dengan variasi sudut gali 30°,35°, dan 40° pada
luas penampang dengan pemakaian baru, 1 bulan, 2 bulan, dan 3 bulan. Didapat
titik operasi optimum pompa slurry untuk setiap sudut secara berurutan adalah
pada 517.08 rpm, 517.44 rpm, 520.96 rpm untuk pemakaian baru; 517.44 rpm,
517.44 rpm, 521.664 rpm untuk pemakaian satu bulan ; 517.44 rpm, 517.792 rpm,
520.96 rpm untuk pemakaian dua bulan; 511.808 rpm, 512.16 rpm, 513.92 rpm
untuk tiga bulan.
Kata Kunci: Aliran Multifasa, Dredging, Kerugian Head, Pemipaan, Slurry
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
PT. Timah (Persero) Tbk. is a tin mining company with largest resource in the
world that uses Bucket Wheel Dredger as one of their offshore mining method. To
distribute mineral from seabed into filtering unit, water is used to be a carrier with
helps from pumps along pipeline. On dredging process, there is still lot of tin
mineral left behind the sea bed. This cause the dredging be less than the
maximum. In this research, researcher calculates head theoretically. Procedure
starts from gathering data, then doing the calculation to get the result. Changing of
pipe cross section area also occurs due to the erosion. In field conditions, obtained
changes in pipe cross-sectional area due to erosion. To calculate head, used
Bernoulli equation and to calculate major and minor head, used Darcy-Weisbach
equation. The capacity of flow is constant, 7747.2 m3/h with dredging angle of
30°, 35°, and 40° on pipe cross section area for new installment, 1, 2, and 3
month(s) of use. The results show that the optimal operating point for each
dredging angle consecutively is 517.08 rpm, 517.44 rpm, 520.96 rpm for new
installment, 517.44 rpm, 517.44 rpm, 521.664 rpm for 1 month of use, 517.44
rpm, 517.792 rpm, 520.96 rpm for 2 months of use, and 511.808 rpm, 512.16 rpm,
513.92 rpm for 3 months of use.
Keywords: Dredging, Head Losses, Multiphase Flow, Piping, Slurry
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KARTU BIMBINGAN
EVALUASI SEMINAR TUGAS SARJANA MAHASISWA
ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA
KATA PENGANTAR
i
ABSTRAK
ii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR NOTASI
x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bucket Wheel Dredger
2.1.1 Cara Kerja Bucket Wheel Dredger
2.1.2 Komponen Utama Bucket Wheel Dredger
2.2 Klasifikasi Fluida
2.2.1 Fluida Newtonian
2.2.2 Fluida Non-Newtonian
2.3 Slurry
2.4 Massa Jenis Campuran
2.5 Kapasitas dan Kecepatan Aliran Fluida
2.6 Persamaan Energi
2.7 Aliran Laminar dan Turbulen
2.8 Kerugian Head
6
7
9
14
14
14
14
19
20
22
22
23
Universitas Sumatera Utara
2.9 Persamaan Bernoulli
2.10 Kecepatan Minimum Aliran Slurry
2.11 Diameter Hidraulik
2.12 HR dan ER
2.13 Head Solid
2.14 Head Mixture
33
34
35
36
37
37
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Pelaksanaan
3.2 Bahan dan Alat
3.2.1 Bahan
3.2.2 Alat
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Studi Literatur
3.3.2 Pengumpulan Data
3.4 Variabel Penelitian
3.5 Analisa Data
3.6 Kerangka Penelitian
38
38
38
38
38
39
40
40
40
42
43
44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Arah Aliran Slurry
4.2 Pembagian Area Perhitungan
4.2.1 Section 1
4.2.2 Section 2
4.2.3 Section 3
4.2.4 Section 4
4.2.5 Section 5
4.2.6 Section 6
4.2.7 Section 7
4.2.8 Section 8
4.2.9 Section 9
4.3 Perubahan Dimensi Akibat Pemakaian
4.4 Perhitungan Kecepatan Fluida
4.5 Perhitungan Kecepatan Minimum
4.6 Perhitungan Kedalaman Penggalian
4.7 Perhitungan Kerugian Head Minor
4.8 Perhitungan Head Major
4.9 Perhitungan Head Clear Water
4.10 Perhitungan Head Solid
45
46
49
50
50
51
52
53
54
54
55
56
58
59
60
61
87
93
94
Universitas Sumatera Utara
4.11 Perhitungan Head Campuran
4.12 Penentuan Titik Operasi
96
96
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
98
99
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.28
Judul
Halaman
Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil
24
Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
25
Nilai K untuk pengecilan bertahap menurut McGraw Hill
29
Nilai Koefisien Kerugian Pada Percabangan
31
Nilai Koefisien Kerugian Pada Percabangan
32
Data Instalasi Pipa
41
Data Instalasi Pompa
41
Data Sifat Slurry
42
Spesifikasi Pipa Section 1
49
Spesifikasi Pipa Section 2
50
Spesifikasi Pipa Section 3
51
Spesifikasi Pipa Section 4
52
Spesifikasi Pipa Section 5
52
Spesifikasi Pipa Section 6
53
Spesifikasi Pipa Section 7
54
Spesifikasi Pipa Section 8
55
Spesifikasi Pipa Section 9
55
Dimensi Penampang Pipa Baja Section 1 Untuk Pemakaian
Setiap Bulan
57
Hasil Perhitungan Kecepatan Fluida
58
Kedalaman Penggalian Dengan 3 Variasi Sudut
61
Nilai koefisien kerugian pada pengecilan bertahap pada pipa. 65
Nilai K Untuk Setiap Komponen pada Kondisi Baru
77
Head Minor Dalam Keadaan Pemakaian Baru
79
Nilai K Untuk Setiap Section pada Bulan Pertama,
Kedua dan Ketiga
82
Head Minor pada Pemakaian Bulan Pertama
83
Head Minor pada Pemakaian Bulan Kedua
85
Head Minor pada Pemakaian Bulan Ketiga
86
Nilai Bilangan Reynold Untuk Pemakaian Baru
88
Nilai f Untuk Setiap Section
89
Nilai Head Major Untuk Pemakaian Baru
90
Nilai Faktor Gesekan Bulan Pertama (f)
91
Nilai Faktor Gesekan Bulan Kedua (f)
91
Nilai Faktor Gesekan Bulan Ketiga (f)
91
Nilai Head Major Bulan Pertama
92
Nilai Head Major Bulan Kedua
92
Nilai head major Bulan Ketiga
93
Universitas Sumatera Utara
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
Nilai Head Clear Water Untuk Setiap Bulan
Nilai Head Solid
Nilai Head Campuran
Head Campuran dalam kPa
Titik Operasi Maksimum
94
96
96
97
97
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31
2.32
3.1
3.2
Judul
Halaman
Bucket Wheel Dredger
6
Kapal Bucket Wheel Dredger Kundur 1
7
Metode Pengerukan pada Wheel
8
Sistem Kerja Bucket Wheel Dredger
8
Bucket Wheel
9
Ladder
10
Pipa Hisap
10
Submersible Centrifugal Slurry Pump
11
Penempatan Pompa dan Motor Pompa
11
Layout Penempatan Pompa dan Motor Pompa dengan
Berbagai Pandangan
12
Susunan Unit Pompa
12
Potongan Pompa
13
JIG Primer
13
Grafik
vs % Jumlah
15
Ilustrasi dan
15
Nomogram Specific Gravity Mixture
16
Campuran Homogen Dalam Pipa
17
Settling Slurry pada Pipa
18
Slurry pada Pipa Dalam Berbagai Keadaan
19
Aliran pada Penampang 1 dan Penampang 2
21
Diagram Moody
25
Berbagai Bentuk Ujung Masuk Pipa
27
Mulut Lonceng dan Corong pada Pipa Hisap
27
Grafik K vs R/D pada Belokan 90°
28
Pengecilan Bertahap
29
Pembesaran Bertahap
30
Grafik / vss K
30
Koefisien Kerugian Pengecilan dan Pembesaran Mendadak.
32
Ilustrasi Aliran Fluida dalam Pipa Menurut Bernoulli
33
Pengaruh Kecepatan Terhadap Distribusi Partikel Solid
Pada Pipa
34
Nomogram Kecepatan Minimum
35
Grafik HR dan ER
36
Bucket Wheel Dredger
38
Letak Sensor Kecepatan Fluida
39
Universitas Sumatera Utara
3.3
3.4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
4.34
4.35
4.36
4.37
Radio-Active Density Transducer
Alur pengerjaan skripsi
Pembagian Section
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 1
3 Skema sistem pemipaan BWD lanjutan Section 1
sampai Section 5
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 6
Skema Sistem Pemipaan BWD lanjutan Section 6
dan Section 7
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 8
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 9
Pandangan atas Section 1
Pandangan Samping Section 2
Section 3
Section 4
Section 5
Section 6 (a) Bagian yang menyambung ke section 5
(b) Sambungan bagian a
Section 7
Section 8
Section 9
Ilustrasi Pengikisan Pipa pada Bulan Ketiga
Perhitungan Kecepatan Minimum
Penggalian Dengan Sudut Operasi 40
Pipa Hisap
Belokan 90° (K2
Grafik k belokan 90
Belokan 35° (K3 dan K4
Pengecilan bertahap 10° (K5
Percabangan Tertutup (K6
Percabangan Tertutup (K7
Pembesaran Bertahap 8
Grafik mencari k Pada Pembesaran Bertahap
Belokan 90
Grafik Mencari K pada Elbow 90
Belokan 30° (K10 dan K11
Belokan 55° (K12 dan K13
Pipa Rubber pada Kedalaman Operasi 58 m (K14)
Belokan 30
Percabangan tertutup (K16 dan K17
Elbow 90
Belokan 20° (K19 dan K20
40
44
45
46
46
47
47
48
48
49
50
50
51
52
53
54
54
55
56
60
61
62
62
63
63
64
65
66
67
67
68
68
69
70
71
72
73
73
74
Universitas Sumatera Utara
4.38
4.39
4.40
4.41
4.42
4.43
4.44
4.45
4.46
4.47
4.48
4.49
Bentuk Pipa Non-Circular
Pembesaran Bertahap 7.5
Grafik
/
Kerugian Keluaran Pipa (K22
Posisi Pipa Rubber pada Sistem Pipa Section 6
dan Section 7
Koefisien Kerugian Pengecilan dan Pembesaran Mendadak..
Grafik Salinity vs Kedalaman
Grafik Temperatur Vs Viskositas Kinematik
Diagram Moody
Ilustrasi Beda Ketinggian Suction dan Discharge
Perhitungan pada Grafik HR dan ER
Grafik Putaran Pompa Berdasarkan Head vs Debit
75
76
76
77
81
82
87
88
89
93
95
97
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Keterangan
Satuan
Diameter rata-rata partikel
mm
Spesific Gravity of Slurry
-
Spesific Gravity of Solid
-
Concentration of solids by volume
%
Concentration of solids by volume
%
Massa jenis campuran atau slurry
kg/m³
Massa jenis fluida pembawa
kg/m³
Massa jenis padatan
kg/m³
Laju aliran padatan
m³/s
Laju aliran campuran atau slurry
m³/s
Bilangan Reynold
-
Diameter pipa
mm
�
Viskositas absolute fluida
Pa.s
Faktor Gesekan
-
ℎ
Head minor
m
Head minor
m
Diameter hidraulik
mm
Wet Perimeter
mm
Head Ratio
-
Head Solid
m
Head Water
m
Head Mixture
m
ℎ
ℎ
Universitas Sumatera Utara
PADA BUCKET WHEEL DREDGER DENGAN VARIASI
SUDUT GALI 30°, 35°, DAN 40°
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ROBBY CHRISTIAN
NIM. 120401123
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi
ini, sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Analisa Titik Operasi Optimum
Pompa Slurry Pada Bucket Wheel Dredger Dengan Variasi Sudut Gali
30°,35°, dan 40°” .
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua Orang Tua Penulis W. Tampubolon dan R. Rajagukguk yang telah
mendoakan dan memberikan dukungan baik moral maupun moril kepada
penulis.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T., selaku dosen pembimbing penulis yang
telah membimbing sehingga skripsi ini dapat selesai.
3. Bapak Ir.Syahrul Abda, M.Sc dan Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, S.T,
MT selaku dosen pembanding penulis.
4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik USU.
5. Abang dan kakak penulis, Alexander Leonardo Tampubolon, Dody
Wasfonda Tampubolon, Hikmarani dan Marlen Tunru yang telah
mendoakan dan mendukung penulis.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
7. Partner Tugas Akhir; Billy Emkel Gudsanov dan Asybel Sidabutar, yang
selalu bekerja sama dengan baik dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Om, Bibik, dan Keluarga Billy yang telah menyediakan rumahnya sebagai
tempat pengerjaan skripsi.
9. Kedua Orang tua Asybel Sidabutar, yang telah membimbing dan
memfasilitasi penulis selama proses pengambilan data di Pulau Bangka.
10. Pak Firmansyah dan seluruh karyawan PT.Timah (Persero) Tbk. yang
telah membantu dalam proses pengumpulan data.
11. Greacia Febrianis Sinaga dan segenap keluarga besar Boanerges Medan,
yang telah mendoakan, memberikan dukungan bagi penulis selama 1 tahun
lebih di Medan.
12. Segenap kolega mahasiswa Teknik Mesin USU dan rekan rekan yang
tidak bisa disebutkan satu persatu, atas dukungan dan doanya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi
penyempurnaan dimasa mendatang.
Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Terima kasih.
Medan, 2016
Penulis
Robby Christian
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
PT.Timah (Persero) Tbk. merupakan perusahaan tambang timah dengan cadangan
terbesar di dunia yang menggunakan kapal isap tipe Bucket Wheel Dredger
sebagai salah satu metode penambangan lepas pantai. Untuk mendistribuskan
material tambang dari dasar laut menuju unit penyaringan, digunakan air sebagai
media pembawa dibantu dengan pompa melalui jaringan pemipaan. Pada proses
pengerukan, ternyata didapat masih ada material logam timah yang tertinggal di
dasar lautan. Hal ini menyebabkan pengerukan menjadi kurang maksimal. Oleh
karena itu, diperlukan analisa untuk mencari kondisi operasi optimum untuk
setiap kedalaman penggalian. Dalam penelitian ini, dilakukan perhitungan head
secara teoritis dimana prosedur dimulai dengan pengumpulan data pendukung,
kemudian melakukan perhitungan untuk mendapatkan hasil. Dalam kondisi
lapangan, didapat perubahan luas penampang pipa dikarenakan erosi. Untuk
menghitung head, digunakan persamaan Bernoulli, untuk kerugian head major
dan head minor digunakan persamaan Darcy-Weisbach dimana kapasitas aliran
adalah tetap sebesar 7747.2 m3/h dengan variasi sudut gali 30°,35°, dan 40° pada
luas penampang dengan pemakaian baru, 1 bulan, 2 bulan, dan 3 bulan. Didapat
titik operasi optimum pompa slurry untuk setiap sudut secara berurutan adalah
pada 517.08 rpm, 517.44 rpm, 520.96 rpm untuk pemakaian baru; 517.44 rpm,
517.44 rpm, 521.664 rpm untuk pemakaian satu bulan ; 517.44 rpm, 517.792 rpm,
520.96 rpm untuk pemakaian dua bulan; 511.808 rpm, 512.16 rpm, 513.92 rpm
untuk tiga bulan.
Kata Kunci: Aliran Multifasa, Dredging, Kerugian Head, Pemipaan, Slurry
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
PT. Timah (Persero) Tbk. is a tin mining company with largest resource in the
world that uses Bucket Wheel Dredger as one of their offshore mining method. To
distribute mineral from seabed into filtering unit, water is used to be a carrier with
helps from pumps along pipeline. On dredging process, there is still lot of tin
mineral left behind the sea bed. This cause the dredging be less than the
maximum. In this research, researcher calculates head theoretically. Procedure
starts from gathering data, then doing the calculation to get the result. Changing of
pipe cross section area also occurs due to the erosion. In field conditions, obtained
changes in pipe cross-sectional area due to erosion. To calculate head, used
Bernoulli equation and to calculate major and minor head, used Darcy-Weisbach
equation. The capacity of flow is constant, 7747.2 m3/h with dredging angle of
30°, 35°, and 40° on pipe cross section area for new installment, 1, 2, and 3
month(s) of use. The results show that the optimal operating point for each
dredging angle consecutively is 517.08 rpm, 517.44 rpm, 520.96 rpm for new
installment, 517.44 rpm, 517.44 rpm, 521.664 rpm for 1 month of use, 517.44
rpm, 517.792 rpm, 520.96 rpm for 2 months of use, and 511.808 rpm, 512.16 rpm,
513.92 rpm for 3 months of use.
Keywords: Dredging, Head Losses, Multiphase Flow, Piping, Slurry
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KARTU BIMBINGAN
EVALUASI SEMINAR TUGAS SARJANA MAHASISWA
ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA
KATA PENGANTAR
i
ABSTRAK
ii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR NOTASI
x
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bucket Wheel Dredger
2.1.1 Cara Kerja Bucket Wheel Dredger
2.1.2 Komponen Utama Bucket Wheel Dredger
2.2 Klasifikasi Fluida
2.2.1 Fluida Newtonian
2.2.2 Fluida Non-Newtonian
2.3 Slurry
2.4 Massa Jenis Campuran
2.5 Kapasitas dan Kecepatan Aliran Fluida
2.6 Persamaan Energi
2.7 Aliran Laminar dan Turbulen
2.8 Kerugian Head
6
7
9
14
14
14
14
19
20
22
22
23
Universitas Sumatera Utara
2.9 Persamaan Bernoulli
2.10 Kecepatan Minimum Aliran Slurry
2.11 Diameter Hidraulik
2.12 HR dan ER
2.13 Head Solid
2.14 Head Mixture
33
34
35
36
37
37
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Pelaksanaan
3.2 Bahan dan Alat
3.2.1 Bahan
3.2.2 Alat
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Studi Literatur
3.3.2 Pengumpulan Data
3.4 Variabel Penelitian
3.5 Analisa Data
3.6 Kerangka Penelitian
38
38
38
38
38
39
40
40
40
42
43
44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Arah Aliran Slurry
4.2 Pembagian Area Perhitungan
4.2.1 Section 1
4.2.2 Section 2
4.2.3 Section 3
4.2.4 Section 4
4.2.5 Section 5
4.2.6 Section 6
4.2.7 Section 7
4.2.8 Section 8
4.2.9 Section 9
4.3 Perubahan Dimensi Akibat Pemakaian
4.4 Perhitungan Kecepatan Fluida
4.5 Perhitungan Kecepatan Minimum
4.6 Perhitungan Kedalaman Penggalian
4.7 Perhitungan Kerugian Head Minor
4.8 Perhitungan Head Major
4.9 Perhitungan Head Clear Water
4.10 Perhitungan Head Solid
45
46
49
50
50
51
52
53
54
54
55
56
58
59
60
61
87
93
94
Universitas Sumatera Utara
4.11 Perhitungan Head Campuran
4.12 Penentuan Titik Operasi
96
96
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
98
99
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.28
Judul
Halaman
Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil
24
Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams
25
Nilai K untuk pengecilan bertahap menurut McGraw Hill
29
Nilai Koefisien Kerugian Pada Percabangan
31
Nilai Koefisien Kerugian Pada Percabangan
32
Data Instalasi Pipa
41
Data Instalasi Pompa
41
Data Sifat Slurry
42
Spesifikasi Pipa Section 1
49
Spesifikasi Pipa Section 2
50
Spesifikasi Pipa Section 3
51
Spesifikasi Pipa Section 4
52
Spesifikasi Pipa Section 5
52
Spesifikasi Pipa Section 6
53
Spesifikasi Pipa Section 7
54
Spesifikasi Pipa Section 8
55
Spesifikasi Pipa Section 9
55
Dimensi Penampang Pipa Baja Section 1 Untuk Pemakaian
Setiap Bulan
57
Hasil Perhitungan Kecepatan Fluida
58
Kedalaman Penggalian Dengan 3 Variasi Sudut
61
Nilai koefisien kerugian pada pengecilan bertahap pada pipa. 65
Nilai K Untuk Setiap Komponen pada Kondisi Baru
77
Head Minor Dalam Keadaan Pemakaian Baru
79
Nilai K Untuk Setiap Section pada Bulan Pertama,
Kedua dan Ketiga
82
Head Minor pada Pemakaian Bulan Pertama
83
Head Minor pada Pemakaian Bulan Kedua
85
Head Minor pada Pemakaian Bulan Ketiga
86
Nilai Bilangan Reynold Untuk Pemakaian Baru
88
Nilai f Untuk Setiap Section
89
Nilai Head Major Untuk Pemakaian Baru
90
Nilai Faktor Gesekan Bulan Pertama (f)
91
Nilai Faktor Gesekan Bulan Kedua (f)
91
Nilai Faktor Gesekan Bulan Ketiga (f)
91
Nilai Head Major Bulan Pertama
92
Nilai Head Major Bulan Kedua
92
Nilai head major Bulan Ketiga
93
Universitas Sumatera Utara
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
Nilai Head Clear Water Untuk Setiap Bulan
Nilai Head Solid
Nilai Head Campuran
Head Campuran dalam kPa
Titik Operasi Maksimum
94
96
96
97
97
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31
2.32
3.1
3.2
Judul
Halaman
Bucket Wheel Dredger
6
Kapal Bucket Wheel Dredger Kundur 1
7
Metode Pengerukan pada Wheel
8
Sistem Kerja Bucket Wheel Dredger
8
Bucket Wheel
9
Ladder
10
Pipa Hisap
10
Submersible Centrifugal Slurry Pump
11
Penempatan Pompa dan Motor Pompa
11
Layout Penempatan Pompa dan Motor Pompa dengan
Berbagai Pandangan
12
Susunan Unit Pompa
12
Potongan Pompa
13
JIG Primer
13
Grafik
vs % Jumlah
15
Ilustrasi dan
15
Nomogram Specific Gravity Mixture
16
Campuran Homogen Dalam Pipa
17
Settling Slurry pada Pipa
18
Slurry pada Pipa Dalam Berbagai Keadaan
19
Aliran pada Penampang 1 dan Penampang 2
21
Diagram Moody
25
Berbagai Bentuk Ujung Masuk Pipa
27
Mulut Lonceng dan Corong pada Pipa Hisap
27
Grafik K vs R/D pada Belokan 90°
28
Pengecilan Bertahap
29
Pembesaran Bertahap
30
Grafik / vss K
30
Koefisien Kerugian Pengecilan dan Pembesaran Mendadak.
32
Ilustrasi Aliran Fluida dalam Pipa Menurut Bernoulli
33
Pengaruh Kecepatan Terhadap Distribusi Partikel Solid
Pada Pipa
34
Nomogram Kecepatan Minimum
35
Grafik HR dan ER
36
Bucket Wheel Dredger
38
Letak Sensor Kecepatan Fluida
39
Universitas Sumatera Utara
3.3
3.4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27
4.28
4.29
4.30
4.31
4.32
4.33
4.34
4.35
4.36
4.37
Radio-Active Density Transducer
Alur pengerjaan skripsi
Pembagian Section
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 1
3 Skema sistem pemipaan BWD lanjutan Section 1
sampai Section 5
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 6
Skema Sistem Pemipaan BWD lanjutan Section 6
dan Section 7
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 8
Skema Sistem Pemipaan BWD Section 9
Pandangan atas Section 1
Pandangan Samping Section 2
Section 3
Section 4
Section 5
Section 6 (a) Bagian yang menyambung ke section 5
(b) Sambungan bagian a
Section 7
Section 8
Section 9
Ilustrasi Pengikisan Pipa pada Bulan Ketiga
Perhitungan Kecepatan Minimum
Penggalian Dengan Sudut Operasi 40
Pipa Hisap
Belokan 90° (K2
Grafik k belokan 90
Belokan 35° (K3 dan K4
Pengecilan bertahap 10° (K5
Percabangan Tertutup (K6
Percabangan Tertutup (K7
Pembesaran Bertahap 8
Grafik mencari k Pada Pembesaran Bertahap
Belokan 90
Grafik Mencari K pada Elbow 90
Belokan 30° (K10 dan K11
Belokan 55° (K12 dan K13
Pipa Rubber pada Kedalaman Operasi 58 m (K14)
Belokan 30
Percabangan tertutup (K16 dan K17
Elbow 90
Belokan 20° (K19 dan K20
40
44
45
46
46
47
47
48
48
49
50
50
51
52
53
54
54
55
56
60
61
62
62
63
63
64
65
66
67
67
68
68
69
70
71
72
73
73
74
Universitas Sumatera Utara
4.38
4.39
4.40
4.41
4.42
4.43
4.44
4.45
4.46
4.47
4.48
4.49
Bentuk Pipa Non-Circular
Pembesaran Bertahap 7.5
Grafik
/
Kerugian Keluaran Pipa (K22
Posisi Pipa Rubber pada Sistem Pipa Section 6
dan Section 7
Koefisien Kerugian Pengecilan dan Pembesaran Mendadak..
Grafik Salinity vs Kedalaman
Grafik Temperatur Vs Viskositas Kinematik
Diagram Moody
Ilustrasi Beda Ketinggian Suction dan Discharge
Perhitungan pada Grafik HR dan ER
Grafik Putaran Pompa Berdasarkan Head vs Debit
75
76
76
77
81
82
87
88
89
93
95
97
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Keterangan
Satuan
Diameter rata-rata partikel
mm
Spesific Gravity of Slurry
-
Spesific Gravity of Solid
-
Concentration of solids by volume
%
Concentration of solids by volume
%
Massa jenis campuran atau slurry
kg/m³
Massa jenis fluida pembawa
kg/m³
Massa jenis padatan
kg/m³
Laju aliran padatan
m³/s
Laju aliran campuran atau slurry
m³/s
Bilangan Reynold
-
Diameter pipa
mm
�
Viskositas absolute fluida
Pa.s
Faktor Gesekan
-
ℎ
Head minor
m
Head minor
m
Diameter hidraulik
mm
Wet Perimeter
mm
Head Ratio
-
Head Solid
m
Head Water
m
Head Mixture
m
ℎ
ℎ
Universitas Sumatera Utara