Perancangan ulang sistem perpipaan hidran gedung laboratorium unit IV kampus III Universitas Sanata Dharma - USD Repository

  PERANCANGAN ULANG SISTEM PERPIPAAN HIDRAN GEDUNG LABORATORIUM UNIT IV KAMPUS III UNIVERSITAS SANATA DHARMA Skripsi Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Oleh: Febri Isdariyanto Nugraha Eka Prasetya NIM : 055214026 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN

  

REDESIGNING HYDRANT SYSTEM ON LABORATORY BUILDING

UNIT IV OF CAMPUS III SANATA DHARMA UNIVERSITY

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain The Sarjana Teknik Degree

  

In Mechanical Engineering

by :

Febri Isdariyanto Nugraha Eka Prasetya

Student Number : 055214026

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

  

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

TECHNOLOGY AND SCIENCE FACULTY

  INTISARI

  Hidran merupakan sarana pemadam kebakaran gedung yang harus selalu siap digunakan sehingga diperlukan jaminan keamanan untuk konstruksinya. Perancangan sistem sebelum digunakan sangatlah penting untuk mengetahui sistem perpipaan hidran yang akan digunakan, baik sistem distribusi (pipa) maupun spesifikasi pompa hidran yang digunakan untuk mengoptimalkan keamanan.

  Perancangan dilakukan dengan meninjau diameter pipa yang digunakan, ketebalan pipa komersial menggunakan pipa dengan schedule 40, jenis pipa yang digunakan berupa pipa Galvanized Steel, sambungan yang digunakan berupa tee dan elbow, valve yang digunakan menggunakan open globe valve, daya pompa

  3

  sebesar 30 HP, debit aliran pompa sebesar 50 m /jam, dan ketinggian gedung 20,35 meter. Perhitungan perancangan berupa perhitungan ketebalan pipa yang digunakan dengan masing-masing diameter saat mengalami tekanan maksimum sebesar 102,4 psi (pada saat beroperasi), penentuan pola aliran, kebutuhan kecepatan fluida untuk mencapai ketinggian maksimum, perhitungan percabangan, dan perhitungan jarak tumpuan.

  Hasil dari perancangan ulang berupa ketebalan pipa yang digunakan cukup dengan menggunakan schedule 5S, namun demikian pipa yang dipasang menggunakan schedule 40, sehingga untuk pipa dengan diameter 1,5 in memiliki angka keamanan sebesar 42,76, jumlah maksimum keran yang dapat dibuka sebanyak 3 buah keran, kecepatan aliran yang diperlukan untuk mencapai ketinggian maksimum gedung sebesar 20,03 m/s, percabangan yang digunakan tidak membutuhkan adanya penguat, dan tidak diperlukan adanya tumpuan tambahan.

  Kata kunci: Hidran, tekanan maksimum, tebal pipa, jarak tumpuan, angka keamanan

   

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus dan anugrah- Nya, sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan tepat pada waktunya. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  Dengan selesainya pembuatan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat kelulusan dari program studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tidak lupa penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan tugas akhir, terlebih kepada :

  1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  2. Budi Sugiharto, S.T.,M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Dosen Pembimbing akademik, dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  3. Keluarga besar penulis yang telah memberi dukungan yang sangat besar dalam kehidupan penulis.

  4. Ir. Maria Goretti Wara Kushartini, M.T, selaku kepala Biro Sarana dan Prasarana.

  5. Ag. Wasimin, selaku kepala bagian Mekanik dan Elektrik.

  

DAFTAR ISI

  halaman HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i TITLE PAGE ..................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................. v

  INTISARI ........................................................................................................... vi PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ...... vii KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii DAFTAR ISI ....................................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

  BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................. 1

  1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1

  1.2 Batasan Masalah ................................................................................. 2

  1.3 Tujuan Dan Manfaat Perancangan ...................................................... 2

  BAB II. DASAR TEORI ................................................................................... 4

  2.1 Sistem Perpipaan ................................................................................ 4

  2.2 Sistem Mekanisme Hidran .................................................................. 5

  2.3 Komponen Sistem Perpipaan .............................................................. 9

  2.3.2 Sambungan ............................................................................... 10

  2.4 Dasar Perhitungan Tebal Pipa ............................................................ 13

  2.5 Dasar Perhitungan Kebutuhan Penguat Pada Percabangan ................ 14

  2.6 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa .................................................... 17

  2.7 Persamaan Energi ............................................................................... 19

  2.8 Persamaan Bernoulli ........................................................................... 20

  2.9 Penentuan Jarak Tumpuan .................................................................. 24

  BAB III. LANGKAH PERANCANGAN ......................................................... 26

  3.1 Spesifikasi Alat ................................................................................... 26

  BAB IV. PERHITUNGAN PERANCANGAN ................................................. 30

  4.1 Ketebalan Pipa .................................................................................... 30

  4.2 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa .................................................... 31

  4.3 Rugi-Rugi Dalam Pipa ........................................................................ 32

  4.4 Kecepatan Air Yang Dibutuhkan (Vo) ............................................... 35

  4.5 Jumlah Keran Yang Dapat Dibuka Saat Terjadi Kebakaran ............... 36

  4.6 Percabangan ........................................................................................ 37

  4.7 Tumpuan ............................................................................................. 43

  BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 45

  5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 45

  5.2 Saran ................................................................................................... 46 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 47 LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Harga koefisien Y untuk t < d/6 ........................................................ 13Tabel 2.2. Harga faktor k untuk valves dan sambungan .................................... 23Tabel 3.1. Karakteristik pipa Galvanized Steel ................................................... 27Tabel 3.2. Sifat minimum logam las .................................................................. 28Tabel 4.1. Hasil perhitungan ketebalan pipa yang dibutuhkan .......................... 30Tabel 4.2. Kemampuan pipa menahan tekanan ................................................. 31Tabel 4.3. Angka Keamanan Pipa ...................................................................... 31Tabel 4.4. Hasil perhitungan angka Reynolds .................................................... 32Tabel 4.5. Hasil perhitungan Head Losses total .................................................. 34Tabel 4.6. Hasil perhitungan kecepatan kaluar pada masing-masing lantai ...... 35

  Tabel 1. Sifat-sifat Air (Zat cair Jenuh) ............................................................. 48 Tabel 2. Karakteristik dan Berat Dari Pipa ........................................................ 49

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Udara tertekan karena bertambahnya volume air .......................... 8Gambar 2.2. Tee ................................................................................................. 11Gambar 2.3. Elbow 45 dan 90 .......................................................................... 11Gambar 2.4. Cross ............................................................................................. 12Gambar 2.5. Reducer .......................................................................................... 12Gambar 2.6. Nama-nama bagian pada percabangan .......................................... 15Gambar 2.7. Kecepatan aliran dalan pipa .......................................................... 18Gambar 2.8 . Aliran laminar .............................................................................. 18Gambar 2.9. Aliran turbulen .............................................................................. 18Gambar 2.10. Gate valve (conventional stuffing box) ........................................ 24Gambar 2.11. Gate Valve (insertion-type stuffing box) ..................................... 24Gambar 2.12. Globe Valve ................................................................................. 24Gambar 4.1. Pipa percabangan 6 in ................................................................... 38

  Gambar 1. Instalasi komponen hidran dalam rumah pompa .............................. 56 Gambar 2. Skema Gambar Sistem Perpipaan Hidran ........................................ 57 Gambar 3. INSTALASI INDUK PIPA HIDRANT UNIVERSITAS SANATA

  DHARMA KAMPUS III PAINGAN MAGUWOHARJO YOGYAKARTA ............................................................................... 58

   

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Sistem perpipaan sering kita dapati dalam kehidupan sehari-hari.

  Penggunaan sistem perpipaan dalam kehidupan sehari-hari diantaranya sistem perpipaan air bersih pada perumahan, sistem perpipaan kompresor pada bengkel, sistem perpipaan hidran pada gedung perkantoran dan perkuliahan, sistem perpipaan pada pengeboran dan pengolahan minyak bumi, sistem perpipaan pada pabrik pengolahan minyak sawit.

  Dewasa ini banyak didapati adanya kecelakaan kerja yang disebabkan karena kerusakan pada sistem perpipaan. Hal ini disebabkan karena adanya ketidak mampuan rancangan sistem perpipaan dalam menahan tekanan yang diberikan. Salah satunya adalah sistem perpipaan hidran. Sistem perpipaan hidran beroperasi dengan cara memompa air dari bak tandon dengan pompa air menuju tangki hydrophore dan kemudian dibantu dengan tekanan dari kompresor untuk menyalurkan ke sistem perpipaan hidran. Hidran sering digunakan untuk mengatasi terjadinya kebakaran dalam sekala yang cukup besar yang tidak mampu diatasi oleh pemadaman secara konvensional.

  Dengan landasan itulah maka penulis tertarik untuk membuat parancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit IV Kampus III Universitas Sanata Dharma. Hidran pada umumnya memerlukan tekanan yang adalah untuk mencegah terjadinya kecelakaan kerja akibat kegagalan rancangan, sehingga perancangan sistem perpipaan dapat dikatakan sangat penting.

1.2 Batasan Masalah

  Perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit IV Kampus III Universitas Sanata Dharma, sebagai pemikiran utamanya adalah kekuatan sistem perpipaan hidran saat mengalami tekanan dan kemampuan pompa hidran saat beroperasi ditinjau dari : 1. Diameter pipa yang digunakan.

  2. Ketebalan pipa komersial.

  3. Jenis pipa yang digunakan.

  4. Sambungan yang digunakan.

5. Valve yang digunakan.

  6. Ketinggian gedung.

1.3 Tujuan dan Manfaat Perancangan

  Tujuan perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit IV Kampus III Universitas Sanata Dharma, yaitu :

  1. Mengkaji tentang kekuatan pipa pada saat mengalami tekanan maksimal ditinjau dari bahan pipa, dimensi pipa dan sambungan yang digunakan dan menyesuaikan dengan pipa komersial yang ada di pasaran, sehingga dapat diketahui kelayakan sistem perpipaan hidran

  2. Mengkaji kebutuhan pompa yang dibutuhkan saat sistem hidran beroperasi dengan meninjau dari rugi-rugi yang terjadi (rugi-rugi akibat sambungan, rugi-rugi akibat ketinggian), sehingga dapat diketahui pompa yang dipakai telah layak atau belum.

  Manfaat perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit IV Kampus III Universitas Sanata Dharma, yaitu :

  1. Mengetahui apakah sistem perpipaan hidran mampu mengatasi tekanan yang diberikan.

  2. Mengetahui apakah pompa hidran yang digunakan dapat memenuhi jumlah layanan.

  3. Menambah kepustakaan perancangan sistem perpipaan hidran.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Sistem Perpipaan

  Sistem perpipaan merupakan sebuah sistem yang berfungsi sebagai media untuk mengalirkan fluida, baik berupa cairan maupun gas dari satu tempat ke tempat yang lain.

  Pemanfaatan, sistem perpipaan digunakan dalam berbagai bidang. Dalam perencanaan tata kota sistem perpipaan digunakan sebagai saluran air untuk kebutuhan masyarakat. Selain itu sistem ini digunakan juga sebagai saluran air pada rangkaian sistem hidran yang berguna untuk memadamkan api apabila di suatu tempat terjadi kebakaran. Sistem ini bekerja berdasarkan tekanan, fluida dari pompa dialirkan melalui satu pipa dicabangkan menuju kran – kran pada setiap terminal akhir melalui pipa bercabang. Pemanfaatan sistem perpipaan yang lain yaitu dalam bidang industri otomasi. Kerja-kerja yang dilakukan oleh komponen industri otomasi memerlukan fluida sebagai sumber energi penggerak. Untuk kerja-kerja yang memerlukan energi yang besar, digunakan fluida cair sebagai sumber energi. Untuk mendistribusikan sumber energi tersebut yaitu berupa fluida, diperlukan sebuah sistem perpipaan.

  Sistem hidran pipa merupakan salah satu peranan terpenting untuk mendukung transportasi fluida dari pompa menuju komponen–komponen lainnya.

2.2 Sistem Mekanisme Hidran

  Hidran adalah sistem pemadam api yang menggunakan media air bertekanan, secara sistemnya tidak berbeda dengan sistem pompa air yang ada di rumah, dimana terdiri atas:

  1. Tempat penyimpanan air (reservoir)

  Reservoir merupakan tempat penampungan air yang akan digunakan

  dalam proses pemadaman kebakaran. Biasanya reservoir ini berbentuk satu tangki ataupun beberapa tangki yang terhubung satu dengan yang lainnya, bisa berada di atas tanah maupun dalam tanah dan harus dibuat sedemikian rupa hingga dapat menampung air untuk suplai air hidran. Reservoir yang digunakan dalam perancangan berupa bak   berdimensi 3,6 x 1 x 1 meter yang terhubung dengan bak penampungan air bersih yang dipisahkan oleh gerbang air. Gerbang air memungkinkan pemindahan air bersih ke ruang hidran, namun tidak untuk sebaliknya.

  Pemindahan air bersih ke bak hidran dimungkinkan untuk mengantisipasi kondisi darurat bila air hidran habis ketika masih diperlukan sehingga proses pemadaman tidak terganggu. Tetapi air hidran tidak dapat digunakan untuk keperluan air bersih karena pada saat penyaringannya air untuk hidran tidak diutamakan kebersihannya.

  Reservoir ini berada di dalam tanah dan harus dibuat sedemikian rupa

  hingga dapat menampung air untuk suplai air hidran. Selain itu reservoir juga harus dilengkapi dengan mekanisme pengisian kembali dari sumber-sumber

  reservoir . Mekanisme pengisian reservoir ini terdiri dari sistem pompa yang dihubungkan dengan sumber air tanah.

  2. Sistem distribusi Sistem pipa utama (primary feeders) dari hidran biasanya berukuran 12 hingga 16 in. Pipa sambungan kedua (secondary feeders) biasanya berukuran 8 hinngga 12 in. Sedangkan untuk cabang pipa biasanya berukuran 4,5 hingga 6 in. Pada ujung pipa hidran tersambung dengan pilar hidran.

  Disamping pilar hidran terpasang box yang digunakan untuk menyimpan selang hidran (house). Selang ini terbuat dari bahan kanvas yang panjangnya berkisar 20-30 meter.

  Sebagai pendukung supply air hidran, dibuatlah suatu sambungan pipa yang berinterkoneksi dengan sistem pipa hidran yang disebut sambungan

  siamese. Sambungan ini terdiri dari satu atau dua sambungan pipa yang

  fungsinya adalah untuk memberikan supply air tambahan untuk mobil pemadam kebakaran atau sistem pilar hidran umum.

  3. Sistem pompa hidran Sistem ini terdiri atas panel kontrol pompa, motor penggerak, dan unit pompa. Pompa dikontrol melalui sistem panel kontrol, sehingga dapat menghidupkan serta mematikan keseluruhan sistem dan juga untuk mengetahui status dan kondisi pompa. Motor penggerak pompa merupakan sistem mekanik elektrik yang mengaktifkan pompa untuk menyedot dan menyemburkan air. a. Pompa utama Merupakan pompa centrifugal yang memiliki daya 30 HP dan beroperasi secara otomatis jika sistem hidrant memerlukan debit air yang besar. Digunakan sebagai penggerak utama untuk menyedot air dari sumber ke titik hidran.   Pada saat beroperasi, pompa secara otomatis mati

  2

  bila tekanan pada hydrophore mencapai 7,2 kg/cm , dan akan menyala

  2

  kembali ketika tekanan di dalam hydrophore turun hingga 4,5 kg/cm karena air mengalir ke keluar dari sistem hidran.

  b. Pompa jockey Merupakan pompa centrifugal yang memiliki daya 5 HP dan beroperasi untuk memenuhi kebutuhan air dengan debit kecil seperti penyiraman taman (sistem hidran terintegrasi juga dengan saluran pipa kecil untuk kebutuhan taman). Digunakan untuk mempertahankan tekanan air pada sistem hidran. Pada saat beroperasi, pompa secara

  2

  otomatis mati bila tekanan pada hydrophore mencapai 7,2 kg/cm dan akan menyala kembali ketika tekanan di dalam hydrophore turun hingga

  2 4,5 kg/cm karena air mengalir ke keluar dari sistem hidran.

  Pompa jockey dan pompa hidran utama bekerja bergantian diatur oleh panel kontrol otomatis. Jika debit air yang keluar kecil maka yang bekerja hanya pompa jockey, dan pada limit tertentu ketika debit air yang keluar dibutuhkan besar maka pompa hidran utama akan menyala dan pompa jockey akan mati. karena merupakan sarana penanggulangan bencana yang tak terduga. Penggerak pompa yang digunakan untuk hidran adalah motor listrik, maka disediakan genset untuk menyuplai daya listrik ke motor pompa bilamana listrik dari jaringan mati sehingga sistem hidran dapat selalu bekerja.

  4. Hydrophore

  Hydrophore merupakan suatu bejana/tabung yang berfungsi untuk

  mempertahankan atau menstabilkan kebutuhan tekanan fluida pada suatu jaringan perpipaan.

  Hydrophore bekerja berdasarkan hukum Boyle yang menyatakan

  bahwa jika temperatur (T) sejumlah gas yang diberikan dipertahankan konstan, maka volume (V) gas akan berubah berbanding terbalik dengan tekanan (P) absolut gas. ₁ P ₂ V = ...........................................................................................(2.1)

  V P _{2 1} Udara   termampatkan 

  V T   _Udara T   _{1 2 1} dengan   temperatur   konstan

   

  V _{1  Udara}   P P P _{1   1  &lt; P 2   1} AIR  

T

  AIR   ^{1  = T 2}  

Gambar 2.1. Udara tertekan karena bertambahnya volume air

  Pada rumah pompa di Kampus III Universitas Sanata Dharma,

  2 maksimum hidran hanya 7,2 kg/cm .

2.3 Komponen Sistem Perpipaan

  Sistem perpipaan terdiri dari berbagai komponen yang menjadi pendukung sistem, sehingga dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Komponen-komponen dari sistem perpipaan adalah pipa, sambungan, flanges, serta komponen lain yang digunakan untuk mendistribusikan fluida.

2.3.1 Pipa

  Pipa merupakan tabung dengan bentuk silinder yang menjadi bagian utama dari sistem perpipaan. Di dalam pipa inilah proses pengaliran fluida terjadi. Setiap kondisi proses pengaliran fluida, pipa yang digunakan memiliki spesifikasi masing-masing. Misalkan proses yang terjadi memerlukan tekanan yang tinggi dan dalam suhu yang tinggi, maka pipa yang diperlukan adalah dengan spesifikasi tersebut menurut standar yang dikeluarkan oleh ASTM (American Society of

  

Testing Materials ) atau ASME (The American Society of Mechanical Engineers).

  Standar yang dikeluarkan oleh ASTM, terdapat bagian dari pipa yang telah diukur sesuai standar yang ditentukan. Bagian-bagian tersebut berupa keterangan mengenai bahan pipa, diameter, ketebalan pipa, serta schedule pipa.

  Spesifikasi pipa, terdapat istilah schedule, yang merupakan istilah untuk pembagian kelas dalam pipa. Schedule ditulis dalam bentuk penomoran untuk membedakan spesifikasi pipa, karena masing-masing schedule memiliki

  (Nominal Pipe Size), memilki ketebalan pipa yang berbeda untuk masing-masing schedule .

  Perbedaan schedule ini berguna untuk penggunaan pipa yang berbeda pada ukuran nominal pipa yang sama. Perbedaan antara schedule yang satu dengan

  

schedule yang lain, terletak pada ketebalan pipa, dihitung dari diameter luar

(outside diameter). Semakin tebal sebuah pipa, maka semakin kuat pipa tersebut.

  Untuk keperluan dunia industri, dengan penggunaan berdasarkan pada tekanan, dikenal pipa standart (STD) untuk tekanan paling rendah. Kemudian

  

Extra Strong (XS) untuk tekanan yang lebih tinggi. Dan selanjutnya pipa untuk

keperluan tekanan yang lebih tinggi lagi dikenal Double Extra Strong (XXS).

2.3.2 Sambungan

  Sambungan pipa merupakan bagian dari sistem perpipaan, yang berfungsi menyambung sebuah pipa dengan pipa yang lain untuk keperluan tertentu.

  Sambungan perpipaan dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu : 1. Sambungan dengan menggunakan pengelasan.

  2. Sambungan dengan menggunakan ulir.

  3. Sambungan menggunakan flanges.

  Penggunaan jenis sambungan ini bergantung pada besar diameter pipa serta besarnya tekanan. Untuk pipa dengan tekanan rendah dan diameter dibawah 2 inci digunakan sambungan ulir.

  Dari kedua kelompok jenis sambungan di atas, sambungan pipa masih dibagi lagi dalam bentuk-bentuk tertentu, sesuai dengan kebutuhan sistem perpipaan. Jenis-jenis sambungan tersebut adalah tee, elbow, cross, reducer.

  1. Tee (Sambungan Tee) Sambungan Tee merupakan sambungan yang menghubungkan pipa dengan pipa, sehingga menghasilkan percabangan pipa lebih dari satu.

Gambar 2.2 menampilkan salah satu contoh sambungan Tee.Gambar 2.2. Tee

  2. Elbow (belokan)

  Elbow adalah sambungan yang menghubungkan satu pipa dengan pipa

  yang lain, untuk mengubah arah pipa dalam sudut tertentu. Kebanyakan sudut yang digunakan adalah sebesar 90 , namun terdapat juga elbow dengan sudut 45 . Gambar 2.3 menampilkan Contoh belokan pipa.

  3. Cross

  Cross adalah sambungan antar satu pipa dengan pipa yang lain

  sehingga menghasilkan empat percabangan pipa. Gambar 2.4 menampilkan contoh dari Cross.

Gambar 2.4. Cross 4.

  Reducer

  Reducer adalah bagian dari sistem perpipaan yang menghubungkan

  sebuah pipa dengan pipa yang berdiameter lebih kecil. Hal ini bertujuan mengubah kecepatan aliran fluida yang mengalir dalam pipa menjadi lebih tinggi dengan memanfaatkan penyempitan luas pipa. Gambar 2.5 menampilkan contoh Reducer.

Gambar 2.5. Reducer

  2.4 Dasar Perhitungan Tebal Pipa

  Pipa yang digunakan dalam analisis ini adalah pipa dengan bahan AISI 1020. Pada sambungan percabangan pipa menggunakan tipe tee. Dalam menentukan pemilihan ketebalan dinding pipa dapat dihitung dengan Persamaan 2.2 (Sam Kannappan, 1996).

  P × Do t = .......................................................................................(2.2)

  SE PY

• 2 ( )

  Keterangan : t = ketebalan pipa ( in ) P = tekanan di dalam pipa ( psi ) Do = diameter luar pipa ( in ) SE = tegangan tarik yang diijinkan ( psi ) Y = koefisien yang tergabung dalam suhu dan bahan (Tabel 2.2)

Tabel 2.1. Harga koefisien Y untuk t < d/6 (Sam Kannappan, 1996) o o Temperature, C (

  F) Materials &lt; 482 510 538 566 &gt; 621 (&lt; 900) (950) (1000) (1050) (&gt; 1150) Feristic Steels 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7 Austenitic Steels 0.4 0.4 0.4 0.7 0.5 Cast Iron 0.4 ... ... ... ... Nonferrous metal 0.4 … … … …

  Untuk t ≥ d/6 maka dapat dihitung dengan persamaan 2.3 :

  Keterangan : c = jumlah pengerjaan, korosi, dan erosi yang diijinkan (in) d = diameter nominal pipa komersial (in)

  Setelah tebal pipa diketahui maka d dapat ditentukan dengan :

  in

  d = diameter dalam pipa (in)

  in

  d = Do – 2t………………………………………………………….(2.4)

  in

  Dari d yang sudah diketahui maka dapat pula menentukan luas penampang

  in pipa.

  Pipa yang digunakan adalah jenis tube (pipa tabung) percabangan dilakukan dengan cara pemasangan tee 90 kemudian di las dengan pipa saluran dengan penambahan flanges pada setiap ujung tee, adapun hal yang perlu diperhitungkan dalam memilih ukuran tube haruslah memperhatikan tekanan pecah (burst pressure) hal ini bertujuan untuk menentukan kualitas bahan dari tube itu sendiri.

2.5 Dasar Perhitungan Kebutuhan Penguat Pada Percabangan

  Pembuatan percabangan sistem perpipaan dengan menggunakan pipa sebagai cabangnya, diperlukan perhitungan untuk mengetahui perlu atau tidaknya penguat. Langkah-langkah perhitungannya sebagai berikut (Sam Kannappan, 1996) :

Gambar 2.6. Nama-nama bagian pada percabangan

  Keterangan gambar : T = tebal dinding pipa nominal t = tebal dinding pipa, menggunakan Persamaan 2.2 c = corrosion and erosion allowance tm = tebal dinding pipa minimum yang diperlukan T = tebal dinding pipa minimum dari pipa standard t = T - mill tolerance d

  1

  = panjang efektif (pipa utama) yang terbuang = D

• – 2.t

  b

  bs

  ...............................................................................(2.5) d

  2

  = setengah dari daerah penguat d

  2

  diambil harga terbesar dari :

  d = ( – c) + ( – c) + ..................................................................(2.6)

  2 b h

  dengan batasan d

  2 h

  ≤ d keterangan : h untuk (pipa utama)

  head

  b untuk branch (pipa cabang)

  a. Menentukan tebal sisa t = – t – c ..........................................................................................(2.7)

  hs h h

  t = – t – c ..........................................................................................(2.7)

  bs b b

  b. Menentukan tinggi daerah penguat (L )

  

4

L = 2,5 ( – c) ......................................................................................(2.8.a) 4 h

  atau ; L = 2,5 ( – c) + T ..............................................................................(2.8.b)

  4 b r

  T = tebal dinding minimum dari pelat penguat

  r Diambil harga L yang paling kecil.

  4

  c. Menentukan luas dinding pipa utama yang terbuang A = t .d .................................................................................................(2.9.a)

  1 h

  1 Atau untuk pipa utama dengan pipa cabang miring :

  A = t .d (2 – sin

  1 h 1 β) ...............................................................................(2.9.b)

  d. Menentukan luas lebih pada pipa utama A = (2d – d ) (T – t – c) ...................................................................(2.10)

  2

  2 1 h h

  e. Menentukan luas lebih pada pipa cabang

  .................................................................................(2.11.b) Percabangan pipa dengan lubang pipa utama dinyatakan kuat jika :

  A + A + A

  2 3 4 (luas las) ≥ A

1 Dalam hal :

  A + A + A &lt; A

  2 3 4 (luas las)

1 Maka sambungan perlu plat penguat, sehingga :

  A + A + A + A + A

  2 3 4 (luas las) 4 (luas penguat) 4 (luas las penguat) ≥ A1

2.6 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa

  Penentuan pola aliran dalam pipa perlu dihitung karena untuk mengetahui apakah fluida masi dalam wujud cair atau sudah berubah menjadi wujud yang lain. Sistem perpipaan hidran mengalirkan air dengan kecepatan fluida yang bervariasi menurut besar kecilnya diameter pipa yang dilewati, hal ini mempengaruhi pola aliran dalam pipa. Penentuan pola aliran dalam pipa dapat diketahui dengan Persamaan 2.12 (Bruce R. Munson, 2003) :

  .........................................................................................(2.12) Keterangan :

  Re = bilangan Reynolds

  3

  = kerapatan fluida (kg/m ) v = kecepatan rata-rata fluida (m/s) Angka Reynolds digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan apakah aliran dalam tabung atau pipa itu laminar atau turbulen.

Gambar 2.7. kecepatan aliran dalan pipa

  Untuk angka Reynold (Re) &lt; 2000 = aliran laminar

  

Gambar 2.8.aliran laminar

  Untuk angka Reynold (Re) &gt; 4000 = aliran turbulen

  

Gambar 2.9.aliran turbulen

  Pada daerah transisi terdapat suatu jangkau angka Reynolds, yang bergantung dari kekasaran pipa dan kehaludsan aliran. Jangkau transisi yang biasanya digunakan adalah

2.7 Persamaan Energi

  Hukum pertama termodinamika untuk suatu sistem dinyatakan bahwa panas Q yang akan diberikan kepada sistem dikurangi dengan kerja W yang

  H

  dilakukan oleh sistem hanya bergantung pada keadaan awal serta keadaan akhir sistem tersebut. Beda antara keadaan-keadaan sistem, yang tidak bergantung pada lintasan keadaan awal ke keadaan akhir, harus merupakan suatu sifat sistem. Sifat ini disebut energi dalam E, dapat dilihat pada Persamaan 2.13 (Peter Eka Rosadi, 2004) :

  Q – W = E – E .................................................................................(2.13)

  H

  2

  1

  jika tidak efek eksternal ke sistem, maka maka energi intern θ suatu fluida murni adalah jumlah energi potensial, energi kinetik dan energi intrinsik dapat dilihat pada Persamaan 2.14 (Peter Eka Rosadi, 2004):

  .................................................................................(2.14) persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi pada aliran fluida sepanjang garis arus dengan menggunakan Hukum Newton II tentang gerak. Persamaan energi disebut juga dengan persamaan Euler. Persamaan ini diturunkan berdasarkan asumsi, sebagai berikut :

  a. Fluida yang mengalir adalah fluida sempurna, jadi tidak mempunyai kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan, yaitu nol).

  b. Fluida yang mengalir adalah bersifat homogeny dan tidak termampatkan (densitas fluida ( ρ) adalah sama). e. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan gaya tekan. Persamaan energi tersebut dapat dilihat pada Persamaan 2.15 (Peter Eka Rosadi, 2004) :

  = konstanta .....................................................................(2.15) Keterangan :

  = energi tekanan = energi kinetik z = energi potensial

2.8 Persamaan Bernoulli

  Konstanta merupakan tinggi energi total yaitu jumlah dari tinggi tempat

  2

  (Z), tinggi tekanan P/2g dan tinggi kecepatan (V /2g) yang berbeda dari garis arus yang satu ke garis arus lainnya, sehingga persamaan ini hanya berlaku untuk titik- titik pada suatu garis lurus. Apabila terdapat dua titik pengematan, maka persamaan energi dapat dilihat pada Persamaan 2.16 (Peter Eka Rosadi, 2004)

  ..............................................................(2.16) Persamaan Energi disebut juga dengan Persamaan Bernoulli dalam keadaan ideal, tanpa adanya kehilangan sepanjang aliran. Dalam penggunaan

  Persamaan Bernoulli ini menggunakan asumsi sebagai berikut :

  a. Apabila semua garis aliran berasal dari sebuah reserevoir, dimana kandungan penerapan Persamaan Bernoulli dapat dipilih sembarang, yakni tidak prlu pada garis aliran yang sama.

  b. Dalam suatu aliran gas, seperti sistem ventilasi, dimana ada perubahan tekanan hanya merupakan bagian kecil (beberapa persen) dari tekanan mutlak, maka gas tersebut dapat dianggap tak mampu mampat dengan menerapkan formula di atas dengan berat jenis rata-rata.

  c. Untuk aliran tidak seragam (tidak langgeng) dengan perubahan kondisi- kondisi yang terjadi secara berangsur-angsur, misalnya pengosongan suatu reservoir, maka dapat menerapkan Persamaan Bernoulli tanpa kesalahan yang berarti.

  d. Persamaan Bernoulli bermanfaat dalam analisis mengenai fluida nyata dengan mengabaikan gesekan viskos guna memperoleh hasil teoritik.

  Mkemudian dimodifikasi dengan suatu koefisien berdasarkan eksperimen untuk mengoreksi persamaan teoritik agar sesuai dengan kondisi nyatanya.

  Persamaan Bernoulli digunakan untuk fluida ideal, untuk fluida nyata baik antar partikel itu sendiri mapun antar partikel fluida dengan batas dinding saluran atau adanya belokan dan perubahan diameter saluran sehingga menyebabkan kehilangan tenaga yang harus diperhitungkan dalam aplikasi persamaan Bernoulli.

  Kehilangan tenaga karena gesekan disebut dengan kehilangan tenaga primer, sedangkan kehilangan tenaga karena adanya belokan atau perubahan diameter penampang disebut dengan kehilangan sekunder. Untuk jaringan pipa lebih besar dari kehilangan tenaga sekunder, sehingga kehilangan sekunder dapat diabaikan. Kehilangan tenaga dinyatakan dalam hambatan atau head (tinggi tekan) fluida. Karena adanya head losses (H ) , head pump (H ) dan head motor

  L p

(H ) maka persamaan Bernoulli dapat dilihat pada Persamaan 2.17 (Anthony

m

  Esposito, 1994) : ..............................(2.17)

  Head pompa dapat dicari dengan Persamaan 2.18 (Anthony Esposito, 1994) :

  .......................................................................................(2.18) Keterangan :

  P = Daya Pompa (HP) Sg = Specific grafity fluida

  Faktor gesekan (f) dapat diturunkan secara matematis untuk aliran laminar, tetapi tidak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi f dengan bilangan Reynolds yang tersedia untuk aliran turbulen. Selanjutnya, Nikuradse dan lain-lain telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa (perrbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan

  ε terhadap garis tengah sebelah dalam pipa mempengaruhi jg harga f). nilai f dapat dicari dengan Persamaan 2.19 berikut (Anthony Esposito, 1994) :

  .................................................................................................(2.19) Dari persamaan di atas, Head Losses (H

  L ) dapat dicari dengan Persamaan

  10,00 12,50

  o

  90

  Elbow 0,42

  o

  45

  Return Bend 2,20 Standard Tee 1,80 Standard Elbow 0,90

  0,19 0,90 4,50 24,0

  Gate Valve : Wide open ¾ open ½ open ¼ open

  Globe Valve : Wide open ½ open

  2.20 (Anthony Esposito, 1994) : ................................................................................(2.20)

  Valve or fitting k factor

Tabel 2.2 : Harga faktor k untuk valves dan sambungan

  Untuk harga k masing-masing valves dan sambungan dapat dilihat pada Tabel 2.2 (Anthony Esposito, 1994). Contoh macam-macam valve diperlihatkan pada Gambar 2.10 sampai dengan 2.12.

  D = diameter dalam pipa (m) L = panjang pipa (m)

  ..............................................................................................(2.21) Keterangan :

  pada valves dan sambungan dapat dicari dengan Persamaan 2.21 (Anthony Esposito, 1994) :

  L

  Untuk H

  Elbow 0,75

Gambar 2.10 : gambar gate valve (conventional stuffing box)Gambar 2.11 : gambar Gate Valve (insertion-type stuffing box)Gambar 2.12 : gambar Globe Valve

2.9 Penentuan Jarak Tumpuan

  Jarak tumpuan maksimum pada pipa horizontal tergantung pada :

  1. Tegangan lengkung (Bending Stress)

  2. Defleksi vertical

  Penentuan jarak antar tumpuan yang diijinkan, dipilih harga terkecil dari Persamaan berikut :

  1. Untuk kedua ujung ditumpu sederhana Akibat tegangan

  ……………………………………………………..(2.22) Akibat defleksi

  ……………………………………………………….(2.23) 2. Untuk kedua ujung ditumpu tetap

  Akibat tegangan ………………………………………………………(2.24)

  Akibat defleksi ……………………………………………………….(2.25)

  Keterangan : L = jarak tumpuan (ft)

  

3

Z = modulus of section of pipe (in )

  Sh = tegangan yang diijinkan (psi) w = berat total pipa (pipa, fluida, isolator) (lb/ft) ∆ = defleksi yang diijinkan (in)

BAB III LANGKAH PERANCANGAN Untuk memperoleh perancangan yang baik dan sistematis, maka dilakukan

  langkah perancangan sebagai berikut :

  1. Mencari data gambar denah bangunan untuk membuat jalur pipa sistem perpipaan hidran.

  2. Melihat denah bangunan yang akan dirancang secara langsung, sehingga dapat mengetahui keadaan geografis tanah yang akan digunakan.

  3. Menentukan konfigurasi sistem perpipaan. Pada tahap ini menentukan macam, jumlah komponen perpipaan yang ada dan dimensinya.

  4. Menentukan kondisi perancangan, beban saat perancangan.

  5. Menentukan kriteria perancangan, pemilihan material yang digunakan dan tegangan yang diijinkan.

  6. Merancang komponen sistem perpipaan hidran.

  7. Kesimpulan perancangan ulang sistem perpipaan hidran dan penutup.

3.1 Spesifikasi Alat

  Spesifikasi konstruksi dan alat yang digunakan untuk rancang ulang sistem hidran Gedung Laboratorium Unit IV Kampus III Universitas Sanata Dharma

  Perpipaan

• Bahan pipa menggunakan Galvanized Steel dengan spesifikasi sebagai berikut :

Tabel 3.1. Karakteristik pipa Galvanized Steel

  Description Value Units Modulus elastisitas 29007546,95 psi

  3

  densitas 0,28 lb/in Tensile strength 51764,07 psi Yield strength 29579,47 psi

• Pipa besar dengan diameter nominal 6 in, schedule 40, dan tebal (t) = 0,280 in sebagai percabangan.
• Pipa sedang dengan diameter nominal 4 in, schedule 40, dan tebal (t) = 0,237 in.
• Pipa kecil1 dengan diameter nominal 2,5 in schedule 40, dan tebal

  (t) = 0,203 in untuk pendistribusian dari pompa utama menuju ke percabangan dan untuk pendistribusian menuju nosel.

• Pipa kecil2 dengan diameter nominal 1,5 in schedule 40, dan tebal

  (t) = 0,145 in suntuk pendistribusian dari pompa jokey menuju ke percabangan .

• Tee dari diameter 4 in ke diameter 2,5 in.
• Ellbow berdiameter 4 in dengan jari –jari kelengkungan 6 in.

  3 - Ellbow berdiameter 2,5 in dengan jari –jari kelengkungan 3 / in.

  4 - Elbow berdiameter 1,5 in.

• Sambungan las dengan jai-jari kampuh diatas 5 mm. sambungan dinyatakan kuat karena memiliki kekuatan tarik yang lebih besar dari bahan pipa Galvanized Steel, dengan melihat tabel 3.1 (Joseph E. Shigley, 1984).

Tabel 3.2. Sifat minimum logam las

  Nomor Kekuatan kekuatan Persentase elektroda tarik mengalah pemanjangan

  AWS* (kpsi) (kpsi) E60xx 62 50 17-25 E70xx 70 57 22 E80xx 80 67 19 E90xx 90 77 14-17

  E100xx 100 87 13-16 E120xx 120 107

  14

• Sistem penomoran kode spesifikasi Amerika Welding Society (AWS) untuk elektroda. Sistem ini menggunakan awalan E pada sistem penomoran empat sampai lima digit di mana dua atau tiga digit pertama menyatakan kekuatan tarik yang mendekati, digit terakhir menyatakan variabel dalam teknik pengelasan, seperti arus listrik yang dipakai. Yang di sebelah digit terakhir menyatakan posisi pengelasan, seperti misalnya, datar, vertikal, atau di atas (mengelas dari bawah). Spesifikasi lengkap bisa didapat dari AWS atau permintaan.

  Pompa dan Hydrophore

• Pompa Jockey

  H = 90 m P = 4 HP

• Fire Pump Electrict

3 Q = 50 m /jam

  H = 75 m P = 30 HP

• Hydrophore Tekanan kerja ijin = 10 ATM

  Hydrotest pressure =15 ATM

  Kapasitas air = 1000 liter

  2 Tekanan kerja maksimum = 7,2 kg/cm

  2 Tekanan kerja minimum = 4,5 kg/cm

BAB IV PERHITUNGAN PERANCANGAN

4.1 Ketebalan Pipa

  Bahan pipa diketahui menggunakan bahan Galvanized Steel dengan tegangan tarik yang diijinkan (SE) sebesar 51764,067 psi. Tekanan dalam pipa dapat diketahui dengan melihat unjuk kerja pompa utama hidran saat beroperasi

  o

  yaitu sebesar 102 Psi. suhu fluida kerja saat beroperasi sebesar 30

  C. Harga

  o

  koefisien Y dapat diketahui dengan membandingkan suhu fluida kerja (T = 86

  F) dengan melihat Tabel 2.1 didapat sebesar 0,4.

  Sehingga tebal pipa (t) dapat dicari dengan Persamaan 2.2 kemudian ditinjau kembali dengan melihat ketebalan pipa komersial dari tabel lampiran 2.

  Diameter pipa komersial (d) dapat dicari dengan melihat diameter luar pipa (Do) pada tabel pipa pada lampiran 2. Hasil perhitungan tebal pipa rata-rata dapat disajikan dalam Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil perhitungan ketebalan pipa yang dibutuhkan

  Diameter Diameter Tebal nominal hasil Tebal nominal pipa luar pipa hitungan persamaan 2.2 nominal pipa schedule (Do) (d) (t) (t)

  6,0 in 6,625 in 0,0065 in 0,109 in

  5S 4,0 in 4,500 in 0,0044 in 0,083 in

  5S 2,5 in 2,375 in 0,0028 in 0,083 in

  5S 1,5 in 1,900 in 0,0019 in 0,065 in

  5S Hasil dari perhitungan, pipa yang digunakan untuk mengatasi tekanan sebesar 102,4 psi cukup menggunakan pipa dengan schedule 5S. Namun

  (standard), sehingga untuk pipa dengan schedule 40 (standard) memiliki kemampuan menahan tekanan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.2.