Perancangan ulang sistem perpipaan hidran gedung laboratorium unit V Kampus III Universitas Sanata Dharma - USD Repository

  

PERANCANGAN ULANG SISTEM PERPIPAAN HIDRAN

GEDUNG LABORATORIUM UNIT V KAMPUS III

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

Sigit Wiyanto

  

NIM : 055214028

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

REDESIGN HYDRANT SYSTEM ON LABORATORY BUILDING

UNIT V 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 :

Sigit Wiyanto

Student Number : 055214028

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

TECHNOLOGY AND SCIENCE FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2010

  SKRIPSI

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas sanata Dharma : NAMA : SIGIT WIYANTO NIM : 055214028

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  PERANCANGAN ULANG SISTEM PERPIPAAN HIDRAN GEDUNG LABORATORIUM UNIT V KAMPUS III UNIVERSITAS SANATA DHARMA beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikanya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

  Yogyakarta,

  05 Maret 2010 Yang menyatakan, Sigit wiyanto

  

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 Carbon Steel, sambungan yang digunakan berupa tee dan

  

elbow , valve yang digunakan menggunakan open globe valve, 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 sehinnga untuk pipa dengan diameter 1,5 in memiliki angka keamanan sebesar 77,22, kecepatan aliran yang diperlukan untuk mencapai ketinggian maksimum gedung sebesar 23,07 m/s, percabangan yang digunakan tidak membutuhkan penguat, dan tumpuan yang digunakan berupa tanah, lantai cor masing-masing lantai, dan pipa-pipa yang terintegrasi dengan dinding maupun pompa.

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

  KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah 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. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T.,M.T. dan Ir. Rines, M.T. selaku dosen penguji yang telah memberikan keritik dan saran.

  4. Keluarga besar penulis yang telah member dukungan yang sangat besar dalam kehidupan penulis.

  5. Ir. Woro, selaku kepala Biro Sarana dan Prasarana.

  6. Bapak Wasimin, selaku bagian Mekanik dan Elektrik.

  7. Irene Kusumawati, Febri Isdariyanto Nugraha Eka Prasetya, Yohanes Acep Nanang Kardana, yang selalu setia memberi semangat.

  8.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................... iv

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI …………………………… v

  

INTISARI ......................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi

  

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

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

  1.2 Tujuan Dan Manfaat Perancangan ................................................. 2

  1.3 Batasan Masalah ................................................................................ 3

  

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

  2.1 Sistem Hidran ................................................................................... 4 2.1.1 Tempat Penyimpanan Air.......................................................

  4 2.1.2 Pompa dan Hydrophore ..........................................................

  5 2.1.3 Sistem Perpipaan .....................................................................

  8

  2.2 Sistem Distribusi ............................................................................... 9

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

  2.3.1 Pipa .......................................................................................... 9

  2.3.2 Sambungan .............................................................................. 11

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

  2.5 Dasar Perhitungan Kebutuhan Penguat Pada Percabangan ....... 15

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

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

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

  2.9 Penentuan Tarak Tumpuan ............................................................ 25

  

BAB III. LANGKAH PERANCANGAN ....................................................... 27

  3.1 Spesifikasi Alat .................................................................................. 27

  

BAB IV. PERHITUNGAN PERANCANGAN .............................................. 31

  4.1 Ketebalan Pipa .................................................................................. 31

  4.2 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa ................................................ 34

  4.3 Rugi-Rugi Dalam Pipa ..................................................................... 36

  4.4 Kecepatan Air Yang Dibutuhkan (Vo) ........................................... 38

  4.5 Jumlah Keran Yang Dapat Dibuka Saat Terjadi Kebakaran ...... 40

  4.6 Percabangan ...................................................................................... 42

  4.7 Tumpuan ........................................................................................... 47

  

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 49

  5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 49

  5.2 Saran .................................................................................................. 50

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 51

LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Harga koefisien Y untuk t < d/6 ............................................................ 14Tabel 2.2 Harga faktor k untuk valves dan sambungan ...................................... 24Tabel 3.1 Karakteristik pipa Galvanized Steel ....................................................... 28Tabel 3.2 Sifat minimum logam las ....................................................................... 29Tabel 4.1 Kemampuan pipa menahan tekanan .................................................... 33Tabel 4.2 Angka Keamanan Pipa .......................................................................... 34Tabel 4.3 Hasil perhitungan angka Reynolds ........................................................ 35Tabel 4.4 Hasil perhitungan Head Losses total ..................................................... 37Tabel 4.5 Hasil perhitungan kecepatan kaluar pada masing-masing lantai ..... 38

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Udara tertekan karena bertambahnya volume air ......................... 6Gambar 2.2 Tee ....................................................................................................... 11Gambar 2.3 Elbow 45 dan 90 ............................................................................... 12Gambar 2.4 Cross .................................................................................................... 12Gambar 2.5 Consentrik Reducer (kiri) dan Ecentrik Reducer (kanan) ................ 13Gambar 2.6 Nama-nama bagian pada percabangan ........................................... 15Gambar 2.7 Kecepatan aliran dalan pipa ............................................................. 18Gambar 2.9 Gate valve (conventional stuffing box) .............................................. 25Gambar 2.10 Gate Valve (insertion-type stuffing box) .......................................... 25Gambar 2.11 Globe Valve ....................................................................................... 25Gambar 4.1 Pipa percabangan 6 in ....................................................................... 42

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Sistem perpipaan sering di 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 skala 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 V Kampus III cukup besar pada saat beroperasi. Tujuan dari perancangan sistem perpipaan adalah untuk mencegah terjadinya kecelakaan kerja akibat kegagalan rancangan, sehingga perancangan sistem perpipaan dapat dikatakan sangat penting.

1.2 Tujuan dan Manfaat Perancangan

  Tujuan perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit V 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 yang dipakai.

  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 V 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.

1.3 Batasan Masalah

  Perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit V 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.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Sistem Hidran

  Hidran merupakan sarana pemadam kebakaran yang menggunakan media air untuk mematikan api. Air dari bak penampungan di alirkan melalui pipa-pipa penyalur menggunakan pompa. Sistem hidran terdiri atas : 1. Tempat penyimpanan air (reservoir).

  2. Pompa dan Hydrophore.

  3. Sistem penjernih air.

  4. Sistem perpipaan.

2.1.1. 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 air yang dapat diandalkan untuk menjaga level air yang tersedia dalam reservoir. Mekanisme pengisian reservoir ini terdiri dari sistem pompa yang dihubungkan dengan sumber air tanah.

2.1.2. Pompa dan 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 di tunjukkan dalam Persamaan 2.1 dan Gambar 2.1 ₁ P ₂ V = ...........................................................................................(2.1)

  V P _{2 1}

  Udara   termampatkan 

  V Udara T   T ^{2   1}   ₁   dengan   temperatur   konstan  

  V ₁    Udara

  P P P _{1 1}    &lt; P   _{1 2} AIR   T  = T  

  AIR   ^{1 2} Gambar 2.1. Udara tertekan karena bertambahnya volume air

  Pada rumah pompa di Kampus III Universitas Sanata Dharma,

  

hydrophore yang digunakan untuk hidran berkapasitas 1000 liter dengan memiliki

  2

  tekanan ijin 10 ATM (10 kg/cm ), namun tekanan kerja maksimum hidran hanya

  2 7,2 kg/cm .

  Pompa hidrolis adalah sebuah mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis menjadi energi tekanan fluida (modul praktikum pompa seri/parallel, YB.

  Lukiyanto). Pada sistem hidran pompa berfungsi untuk mengalirkan air dari sumber air (sumur) ke bak penampungan (reservoir) dan dari bak penampungan kedalam instalasi pipa hidran.

  Sistem pompa hidran 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.

  Pada sistem hidran di Kampus 3 Universitas Sanata Dharma digunakan dua buah pompa centrifugal untuk mengalirkan air dari bak penampungan ke instalasi pipa hidran yaitu :

  1. Pompa hidran utama Merupakan pompa sentrifugal yang memiliki daya 30 kW dan beroperasi secara otomatis jika sistem hidran memerlukan debit air yang besar. Pada saat beroperasi, pompa secara otomatis mati bila tekanan pada hydrophore mencapai

  2

  7,2 kg/cm dan akan menyala kembali ketika tekanan di dalam hydrophore turun

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

  2. Pompa Jockey Merupakan pompa sentrifugal yang memiliki daya 5 kW dan beroperasi untuk memenuhi kebutuhan air dengan debit kecil seperti penyiraman taman

  (sistem hidran terintegrasi juga dengan saluran pipa kecil untuk kebutuhan taman). Pada saat beroperasi, pompa secara otomatis mati bila tekanan pada hydrophore

  2

  mencapai 6,8 kg/cm dan akan menyala kembali ketika tekanan di dalam

  2

  turun hingga 4,5 kg/cm karena air mengalir ke keluar dari sistem

  hydrophore 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 secara otomatis.

  Pompa hidran harus dapat bekerja setiap saat ketika dibutuhkan 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.

2.1.3. 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.

  Dalam sistem hidran, sistem perpipaan ini digunakan sebagai saluran air 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.

  Sistem perpipaan pada hidran merupakan jalur utama distribusi air dari lokasi sumber air (sumur) menuju reservoir dan juga dari reservoir menuju titik penempatan kotak pemadam kebakaran di tiap lantai gedung. Tanpa pipa maka tidak dapat disebut sebagai sistem hidran, tetapi hanya alat penyemprot air.

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

  2.2 Sistem distribusi

  Sistem pipa utama (primary feeders) dari hidran biasanya berukuran 12 hingga 16 in. Pipa sambungan kedua (secondary feeders) biasanya berukuran 8 hingga 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.

  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 spesifikasi tersendiri. Misal pada pipa dengan ukuran nominal sebesar 1/8 NPS (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 dimensi 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 dimensi belokan pipa.

  Gambar

2.3. Elbow 45 dan 90

  3. Cross

  

Cross adalah sambungan antar satu pipa dengan pipa yang lain sehingga

menghasilkan empat percabangan pipa. Gambar 2.4 menampilkan dimensi Cross.

Gambar 2.4. Cross

  4. Reducer

  

Reducer adalah bagian dari sistem perpipaan yang menghubungkan

  sebuah pipa dengan pipa yang berdiameter lebih kecil, seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.5. Hal ini bertujuan mengubah kecepatan aliran fluida yang mengalir dalam pipa menjadi lebih tinggi dengan memanfaatkan penyempitan luas penampang pipa.

Gambar 2.5. Consentrik Reducer (kiri) dan Ecentrik Reducer (kanan)

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 Kannapan, 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 )

Tabel 2.1. memperlihatkan bermacam harga Y pada beberapa material.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 :

  Y = atau ; Y = .....................................(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 pipa. in

  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 Kannapan, 1996) :

Gambar 2.6. Nama-nama bagian pada percabangan

  Keterangan gambar : = 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 = - mill tolerance

  = D – 2.t ...............................................................................(2.5)

  b bs

  d = setengah dari daerah penguat

  2

  d diambil harga terbesar dari :

  2

  d = d

  2

  1

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

  2 b h

  dengan batasan d

  2 h

  ≤ d keterangan : h untuk head (pipa utama) b untuk branch (pipa cabang) a. Menentukan tebal sisa t = – t – c...................................................................................(2.7.a)

  hs h h

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

  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

  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 A = 2.L .t ....................................................................................(2.11.a)

  3 4 bs

  Atau untuk pipa utama dengan pipa cabang miring : ............................................................................... (2.11.b)

  Percabangan pipa dengan lubang pipa utama dinyatakan kuat jika jumlah luas lebih pipa cabang (A A A ) nilainya lebih besar atau sama dengan nilai luas

  2+ 3+

  4

  luas pipa utama yang hilang (A ). Namun, jika jumlah luas lebih pipa cabang

  1

  (A A A ) nilainya lebih kecil dari nilai luas lebih pipa utama (A ), maka

  2+ 3+

  4

  1

  sambungan perlu plat penguat jumlah luas lebih pipa cabang (A A A ) ditambah

  2+ 3+

  4

  jumlah luas penguat dan luas alas penguat (A + A ) nilainya

  4 penguat 4 alas penguat

  menjadi lebih besar atau sama dengan nilai luas lebih pipa utama (A )

  1

2.6 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa

  Penentuan pola aliran dalam pipa perlu dihitung karena untuk mengetahui apakah fluida masih 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

  ............................................................................... (2.12) Re = Bilangan Reynold d = diameter dalam pipa (m)

  i

  v = kecepatan aliran rata-rata (m/sec)

  3

  ) ρ = kerapatan fluida (kg/m

  µ = viskositas dinamik (Pa detik) Angka Reynolds digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan apakah aliran dalam tabung atau pipa itu laminar atau turbulen.

Gambar 2.7. kecepatan aliran dalan pipa

  Berdasarkan percobaan klasifikasi aliran fluida dalam pipa, ditetapkan bahwa bilangan Reynold (Re) untuk : Lebih kecil dari 2000, aliran fluida disebut laminer. - Antara 2000 s/d 4000, aliran fluida disebut transisi. - Lebih besar dari 4000, aliran fluida disebut turbulen. -

  Sedangkan klasifikasi untuk aliran fluida di saluran terbuka berdasarkan bilangan Reynold (Re) adalah : Re &lt; 500, disebut aliran laminer. -

  Re &gt; 12500, disebut aliran turbulen. - Pada daerah transisi terdapat suatu jangkau angka Reynolds, yang bergantung dari kekasaran pipa dan kehalusan aliran. Jangkau transisi yang biasanya digunakan adalah

  2000 ≤ Re ≤ 4000

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 ada efek eksternal ke sistem, maka energi intern suatu fluida

  e

  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).

  c. Pengaliran fluida bersifat merata dalam satu penampang.

  d. Kecepatan aliran bersifat merata dalam satu penampang.

  e. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan gaya tekan. Persamaan energi tersebut dapat dijabarkan 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 (Z), tinggi tekanan ( ) dan tinggi kecepatan ( ) 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 pengamatan, 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 berdasarkan asumsi sebagai berikut :

  a. Apabila semua garis aliran berasal dari sebuah reservoir, dimana kandungan energinya sama di segala tempat, maka konstanta integrasinya tidak berubah dari satu garis aliran ke garis aliran lainnya dan titik 1 dan titik 2 untuk penerapan Persamaan Bernoulli dapat dipilih sembarang, yakni tidak perlu 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. kemudian 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 saluran fluida yang sangat panjang akan menyababkan kehilangan primer jauh 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 :

  HL = Head Losses Hp = Head pump

  Hm = Head motor Q = Aliran pompa

  

Head Losses akibat kehilangan gesekan dapat dicari dengan Persamaan 2.19a

  (Anthony Esposito, 1994) : .......................................................................(2.19a)

  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 (perbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan terhadap garis tengah

  ε

  sebelah dalam pipa mempengaruhi juga harga ). Nilai dapat dicari dengan

  f f

  Persamaan 2.19b berikut (Anthony Esposito, 1994) : ..........................................................................................( 2.19b)

  Dari persamaan 2.19a dan 2.19b, Head Losses (H ) dapat dicari dengan

  L

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

  Untuk H pada valves dan sambungan dapat dicari dengan Persamaan 2.21

  L

  (Anthony Esposito, 1994) : ...........................................................................................(2.21)

  Keterangan :

  Gate Valve : Wide open ¾ open ½ open ¼ open

  o

  90

  Elbow 0,42

  o

  45

  Return Bend 2,2 Standard Tee 1,8 Standard Elbow 0,9

  0,19 0,90 4,5 24,0

  10,0 12,5

  f = Faktor gesekan

  Globe Valve : Wide open ½ open

  Valve or fitting k factor

Gambar 2.8 sampai 2.10 menunjukan beberapa Gambar model dari valve (Anthony Esposito, 1994).Tabel 2.2 : Harga faktor k untuk valves dan sambungan

  ) k = Konstanta Untuk harga k masing-masing valves dan sambungan dapat dilihat pada Tabel 2.2 (Anthony Esposito, 1994).

  2

  L = Panjang pipa (m) D = Diameter dalam pipa (m) v = Kecepatan rata – rata fluida (m/sec) g = Percepatan gravitasi (m/sec

  Elbow 0,75 Ball Check Valve 4,0

Gambar 2.8 : Gate valve (conventional stuffing box)Gambar 2.9 Gate Valve (insertion-type stuffing box)Gambar 2.10 Globe Valve

2.9. Penentuan Jarak Tumpuan

  Jarak tumpuan maksimum pada pipa horizontal tergantung pada :

  1. Tegangan lengkung (Bending Stress)

  2. Defleksi vertical

  3. Frekuensi pribadi Penentuan jarak antar tumpuan yang diijinkan, dipilih harga terkecil dari

  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) Z = modulus of section of pipe (in

  

3

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

  4

  ) E = modulus elastisitas (psi)

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.