Instalasi Kec. Fluida (fps)
KOMPONEN SISTEM INSTALASI PIPA DAN SIMBOL-SIMBOL PERPIPAAN
B. SIMBOL-SIMBOL DALAM INSTALASI PERPIPAANl
Gambar-gambar dari simbol komponen suatu instalasi yang digunakan pada instalasi diatas kapal biasanya sesuai dengan standar. Berikut ini beberapa contoh simbol-simbol komponen sesuai dengan standar Jepang (JIS F 7006) dapat dilihat pada tabel-tabel berikut :
1. Pipa dan sambungannya dapat dilihat pada tabel 4.1
4 4
Tabel 4.1 : Gambar symbol Pipa dan Sambungan (lanjutan)
2. Komponen danpengaturan dapat dilihat Pada Pengendali tabel 4.2 Table 4.2 Control and regulation parts
4 6 3. Katup dan keran dapat dilihat pada tabel 4.3
4 8 4. Perlengkapan pipa dapat dilihat pada tabel 4.4
5 0 Table 4.4 (lanjutan)
5. Kontrol dan instrumentasi dapat dilihat pada tabel 4.5 Table 4.5 Control and instrumentation
5 2 Table 4.5 (lanjutan)
PENUTUP Soal latihan :
1. Apakah yang dimaksud saringan atau filter ? Dan berapa macam saringan di kapal , Jelaskan !
3. Apa fungsi katup dibawah ini : - Ball Valve
- Reducing pressure valve - Non-return valve
- Safety va1ve
4. Alat-alat atau komponen apa saja yang harus ada di tangki ! 5. Apa nama-nama tangki yang ada di kapal ?
6. Gambar symbol dari komponen berikut ini : - Screwed joint
- Flange
- Air motor driven - Life check valve - Duplex strainer - Air pipe
- Sea Chest - Thermometer - Pressure gauge
7. Cari gambar diagram pipa kapal yang lain dan sebutkan symbol-simbol gambar diagram pipa tersebut ! Kerjakan secara berkelompok dan tidak boleh ada yang sama system pipanya.
DAFTAR PUSTAKA :
1. Germanischers Lloyd; [1998]; "Rules for Classification and Construction Ship Technologi"; Germanischer Lloyd; Hamburg.
2. Harrington, Roy L; U9921;"Marine Engineering"; SNAME; New York'
3. The Marine Engineering Society In Japan; "Machinery Outfitting Design Manual Vol. Piping Systemfor Diesel Ships"; The Marine Engineering Society In Japan; Jepang
5 4
BAB IV POMPA
PENDAHULUAN
Pada bab ini mempelajari tentang penggunaan jenis pompa, pemilihan pompa, perhitungan head atau tahanan yang diatasi untuk sebuah pompa dalam suatu system instalasi pipa diatas kapal dan perhitungan daya pompa. Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa dapat menjelaskan dan membuat portofolio tentang penggunaan jenis dan menghitung daya pompa untuk suatu sistem-sistem instalasi pipa diatas kapal.
URAIAN BAHAN
PEMBELAJARAN.
Pemilihan suatu pompa untuk suatu maksud tertentu, terlebih dahulu harus diketahui kapasitas aliran serta head yang diperlukan untuk mengalirkan zat cair yang akan dipompa. Agar pompa dapat bekerja dengan baik tanpa mengalami kavitasi, perlu direncanakan besarnya tekanan minimum yang tersedia pada inlet pompa yang terpasang pada instalasinya. Dengan dasar tersebut maka putaran pompa dapat ditentukan. Kapasitas aliran, head, dan putaran pompa dapat diketahui seperti diatas. Tetapi apabila perubahan kondisi operasi sangat besar (khususnya perubahan kapasitas dan head) maka putaran dan Ukuran pompa yang akan dipilih harus ditentukan denqan memperhitungkan hal tersebut. Hal-hal yang harus diperhatikan Dalam pemilihan pompa dapat dilihat pada tabel- berikut ini :
Table 5.1 : Data yang diperlukan untuk pemilihan pompa NO. Data Yang
Diperlukan Keterangan
1. Kapasitas Diperlukan juga keterangan mengenai kapasitas maksimum dan minimum
2. Kondisi Isap (suction)
Tinggi isap dari permukaan air isap ke level pompa. Tinggi fluktuasi permukaan air isap. Tekanan yang bekerja pada permukaan air isap. Kondisi pipa isap.
3. Kondisi luar (discharge)
Tinggi permukaan air keluar ke level pompa. Tinggi fluktuasi permukaan air keluar Besarnya tekanan pada permukaan air keluar. Kondisi pipa keluar.
4. Head total pompa
Harus ditentukan berdasarkan kondis-kondisi diatas
5. Jenis zat cair Air tawar, air laut, minyak, zat cair khusus (zat kimia), temperature, berat jenis, viskositas, kandungan zat padat. 6. Jumlah pompa
7. Kondisi Kerja Keraja terus-menerus. Terputus-putus, jumlah jam kerja seluruhnya dalam setahun.
8. Penggerak Motor listrik, motor bakar torak, turbun uap. 9. Poros tegak atau
mendatar
Hal ini kadang ditentukan oleh pabrik pompa yang bersangkutan berdasarkan instalasinya.
10. Tempat instalasi Pembatasan-pembatasan pada ruang instalasi, ketinggian diatas permukaan air, diluar atau di dalam gedung, fluktuasi suhu.
Sumber : Pompa dan compressor; pemilihan, pemakaian dan pemeliharaan
(a) Pompa poros vertical (b) Pompa poros horizontal Gambar 1 : Type poros pompa
5 6 Pompa poros tegak biasanya untuk instalasi yang tangkinya jauh dari pompa sedangkan poros horizontal biasanya antara pompa dan tangkinya berada dekat sekali. Tipe pompa di kapal sebagian besar tipe sentrifugal. Karena sentrifugal daya pancarnya besar. Walau pun ada juga tipe yang lain tergantung jenis fluida yang akan dipindahkan seperti minyak biasanya tipe screw pump dan udara dengan tipe pompa torak.
Jumlah Pompa
Jika laju aliran keseluruhan telah ditentukan maka kapasitas pompa dapat dihitung dengan membagi laju aliran total tersebut dengan jumlah pompa yang akan digunaka. Dalam penentuan jumlah pompa yang akan digunakan, harus memperhatikan beberapa hal antara lain:
1. Pertimbangan ekonomis ;
Pertimbangan ini menyangkut masalah biaya, baik biaya instalasi investasi awal pembangunan (Capitol cost) maupun biaya operasional dan perawatan (maintenance).
Biaya awal instalasi; umumnya untuk laju aliran total fasilitas yang sama, biaya keseluruhan untuk pembangunan fasilitas mekanis kurang lebih tetap sama meskipun menggunakan jumlah pompa yang berbeda. Atau dengan kata lain biaya untuk fasilitas mekanis kurang lebih proposional terhadap laju aliran asalkan head, NPSH tersedia, model dan jenis pompa tetap sama. Tetapi jika jumlah pompa yang digunakan sedemikian rupa hingga memungkinkan dipakainya pompa standar yang murah, maka biaya keseluruhan untuk fasilitas mekanis kadang-kadang dapat lebih rendah.
Biaya operasional dan perawatan; komponen biaya terbesar adalah untuk daya listrik. Tapi biaya ini dapat ditekan dengan beberapa cara :
a. Apabila kebutuhan berubah-ubah, maka beberapa pompa dengan kapasitas sama yaitu sebesar atau hamper sebesar konsumsi minimum harus dipakai. Atau dapat juga menqgunakan pompa dengan kapasitas berbeda.
b. Jika kapasitas pompa menjadi besar, efisiensi pompa juga menjadi lebih tinggi, sehingga penggunaan daya menjadi lebih ekonomis.
Agar biaya operasional dan perawatan dapat ditekan' jumlah pompa yang digunakan tidak boleh terlalu banyak. Selain itu sedapat mungkin pompa yang dipakai sama agar dalam hal suku cadangnya dapat saling dipertukarkan. HaI ini mempermudah dalam Perawatan.
2. Batas Kapasitas Pompa; batas atas kapasitas suatu pompa tergantung beberapa hal :
Berat dan ukuran terbesar yang dapat diangkut dari pabrik ke tempat pemasangan.
Lokasi pemasangan pompa dan cara pengangkatannya
Jenis penggerak dan cara mentransmisikan daya dari penggerak ke pompa.
Pembatasan pada besarnya mesin perkakas yang digunakan untuk pengerjaan bagian-bagian pompa
Pembatasan pada performansi pompa( seperti kavitasi, dll).
3. Resiko; penggunaan pembagian hanya satu pompa untuk melayani laju aliran keseluruhan dalam suatu instalasi yang penting adalah besarnya resiko. Instalasi tidak akan berfungsi jika satu-satunya pompa yang ada rusak. Jadi untuk mengurangi resiko, perlu dipakai 2 pompa atau lebih' tergantung pentingnya suatu instalasi. Selain itu, untuk meningkatkan keandalan instalas perlu disediakan sedikitnya satu pompa cadangan, tergantung pada kondisi kerja dan pentingnya instalasi.
HEAD
Head adalah Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air seperti yang diinginkan, dapat ditentukan berdasarkan kondisi instalasi yang akan dilayani pompa. Head total dapat dirumuskan sebagai berikut :
5 8 H =ha + Hp + h1 + (1)
Dimana : H = head total pompa (m)
ha = head statis total (m); yaitu perbedaan tinggi antara muka air di sisi keluar dan sisi isap; tanda positif (+) dipakai jika muka air disisi luar lebih tinggi dari sisi isap
hp = perbedaan head tekanan yang terjadi pada kedua permukaan air (m)
ho = hp2 – hp1
h1 = berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan sambungan, dll. = h1d + h1s
V2 /2g = head kecepatan keluar (m) g = percepatan gravitasi (= 9,8 m/s2 )
Head Kerugian
Head kerugian yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian yang terdiri atas head kerugian gesek di dalam pipa, dan head kerugian pada belokan-belokan, reduser, katup-katup, dsb. Dibawah ini akan diberikan cara menghitungnya, satu per satu. a) Head kerugian gesek dalam pipa
Untuk menghitung kerugian gesek di dalam pipa dapat dipakai rumus berikut : hf =
(2) dimana; v = kec. rata-rata aliran di dalam (m/s)
hf = kerugian gesek dalam Pipa (m)
= koeofisien kerugian gesek g = percepatan gravitasi (9,8 m/s2) L = panjang pipa (m)
D = diameter dalam pipa Nilai dapat dinyatakan dengan :
= (untuk aliran laminer) (3)
= 0,020 + (untuk aliran turbulen) (4) dimana Re adalah bilangan Reynolds yang besarnya :
Re = (5) Dimana; v = kec. Rata-rata aliran didalam pipa (m/s)
= viskositas kinematis zat cair (m/s2) D = diameter dalam pipa (m)
Nilai Re < 2300, aliran bersifat laminar Nilai Re > 4000, aliran bersifat turbulen
Nilai Re = 2300 - 4000, terdapat daerah transisi dimana aliran dapat bersifat laminer atau turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran.
b) Kerugian head dalam jalur pipa
Aliran yang melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apabila ukuran pipa, bentuk penampang, atau arah aliran berubah. Kerugian head di tempat-tempat transisi yang demikian ini dapat dinyatakan dengan rumus :
hf = f
(6)
dimana; v= kec. Rata-rata didalam pipa (m/s ) f= koef. Kerugian
g = percepatan gravitasi(m/s2 ) hf = kerugian head (m)
Cara menentukan harga f untuk berbagai bentuk transisi pipa akan dirinci sebagai berikut :
6 0
Ujung masuk pipa
Jika v merupakan kecepatan aliran setelah masuk pipa, maka harga koefisien kerugian f dari rumus (6) untuk berbagai bentuk ujung masuk pipa seperti diperlihatkan dalam gambar 1 menurut Weisbach adalah sebagai berikut : (i) f = 0,5
(ii) f = 0,25
(iii) f = 0,06 (r kecil) sampai 0,005 (r besar) (iv) f = 0,56
(v) f = 3,0 (sudut tajam) sampar 1,3 (sudut 54o) (vi) f = f1 + 0,3 Cos + 0,2 Cos2
Dimana fr adalah koefisien bentuk dari ujung masuk dan mengambil harga (i)
sampai (v) sesuai dengari bentuk yang dipakai.
Bila ulung pipa isap memakai mulut lonceng yang tercelup dibawah permukaan air maka harga f adalah seperti yang diperhatikan dalam gambar dibawah ini :
Gambar 2 : Bentuk Ujung masuk Pipa
Koefisian kerugian pada belokan pipa
Ada dua macam belokan, yaitu belokan lengkung dan belokan patah (miter atau multipiece bend) . Untuk belokan lengkung sering dipakai rumus Fuller dimana f
dari persamaan (6) dinyatakan sebagai berikut :
dimana; D = diameter dalam pip3 (m)
R = jari-jari lengkung sumbu belokan (m)
= sudut belokan (derajat) f = koefisien kerugian
Hubungan diatas digambarkan dalam diagram seperti diperlihatkan dalam gambar berikut ini :
Daripercobaan Weisbach dihasilkan rumusyang umum dipakai untuk belokan patah sebagai berikut :
f = 0,946 sin2 + 2,047 sin4 (8)
dimana; = sudut belokan f = koefisien kerugian
Hubungan antara sudut dan koefisien kerugian dapat dilihat pada table berikut :
Table 5.2 : Kerugian belokan pipa
Kerugian karena pembesaran penampang secara gradual Kerugian head ini dirumuskan sebagai berikut :
hf = f (9)
Dimana; V1 = Kec. rata-rata padapenampang kecil (m/s) V2 = kec. rata-rata padapenampang besar (m/s ) f = koefisien kerugian
dimana; harga f ≈ l
Pengecilan penampang secara mendadak
Kerugian head akibat Pengecilanmendadak dapat dirumuskan berikut : sebagai 6 2 g = percepatan gravitasi(9, B m/s2) hf = kerugian head (m)
Koefisien kerugian untuk pembesaran penampang secara gradual pada penampang berbentuk lingkaran, dari hasil percobaan menunjukkan bahwa harga minimum sebesar 0,135 terjadi apabila adalah sebesar 5° sampai 6°30'. Juga untuk penampang bujur sangkar, harga minimum sebesar kira-kira 0 , L45 terjadi pada : 6°. Harga minimum untuk penampang segi empat sebesar 0,17 sampai 0,18 terjadi pada = 11°
Pembesaran Penampang pipa secara mendadak. Kerugian head jenisini diformulasikan sebagai berikut :
Gambar 3 : Penampang pipa yang membesar mendadak
hf = f (10)
D1 : diameter pipa kecil D2 : diameter pipa besar
v1 : kecepatan aliran pada pipa kecil
Dimana harga f diberikan sesuaitabel-dibawah ini :
Table 5.3 : Koefisien kerugian bagian pipa dengan pengecilan penampang secara tiba-tiba
Orifis dalam pipa
Kerugian head untuk orifis dirumuskan sebagai berikut :
Hf = f (12)
Gambar 4 : Penampang pipa orifis
Dimana v adalah kecepatan rata-rata pada penampang pipa. Harga f dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Table 5.4 : Koefisien kerugian pada orifis dalam pipa
(Dc/D)2 0 0,1 O,2 0,3 0,4 0,5 O,6 0,7 0,8 0,9 1,0 f ∞ 226 47,8 17,5 7,8 3,75 1,80 0,8 0,29 0,06 0
6 4
Percabangan dan Pertemuan pipa
Pada percabangan dan pertemuan antara 2 buah pipa, tidak ada hasil percobaan yang dapat diterima secara umum. Kerugian head untuk percabangan seperti gambar dibawah ini dapat diketahui dengan formula berikut :
Gambar 5 : Percabangan danpertemuan pipa
Gambar (a) :
hf 1 – 3 = f1 dan hf 1 – 2 = f2 (13) Dimana; hf 1 – 3 = kerugian cabang 1 ke 3 (m)
hf 1 – 2 = kerugian cabang 1 ke 2 (m)
v1 = kecepatan di 1 sebelum percabangan f1, f2 = koefisien kerugian
sedangkan untuk pertemuan (gambar b) :
Dimana; hf 1 – 3 = kerugian head temu 1 ke 2 (m) hf 2 – 3 = kerugian head temu 2 ke 3 (m)
V3 = kecepatan di 3 setelah percabangan f1, f2 = koefisien kerugian
Ujung keluar pipa
Kerugian head kel-uar pada ujung pipa dirumuskan sebagai berikut : hf = f (15) Dimana; f = 1,0 dan v adalah kecepatan rata-rata di pipa keluar. c) Kerugian head akibat katup
Kerugian head akibat katup adalah :
hv = fv
(16)
dimana; v = kecepatan rata-rata dipenampang masuk katup (m/s ) fv = koefisien kerugian katup
hv = kerugian head akibat katup (m)
harga fv pada berbagai jenis katup dalam keadaan terbuka penuh dapat dilihat pada tabel berikut ini :
6 6 Tabel 5.5 : Koefisien kerugian dari berbagai katup
Sedangkan hubungan antara derajat pembukaandan koefisien gesekan katup- katup utama dapat dilihat pada gambar grafik dibawah ini :
d) Kerugian head akibat panjang pipa
Dalam menghitu.ng kerugian pada pipa dengan diameter keci1, akan sangat mudah apabila dipakai panjang pipa lurus, ekivalen Lf. Besaran ini menyatakan kerugian pada peralatan pipa (sambungan, belokan, katup, dll) dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa 1urus. Harga-harga Lf untuk berbagai peralatan pipa yang umum dapat dilihat pada table dibawah ini :
Tabel 5.6 : Panjang pipa lurus ekivalen, Lf
e) Kerugian head untuk zat cair istimewa
Perhitungan kerugian head untuk pipa yang dialiri oleh fluida selain air dapat ditentukan dengan cara berikut ini :
hitung bilangan Reynolds Re dari aliran
kerugian head ditentukan dengan cara seperti pada air dimana koefisien gesek diambil untuk bilangan Reynolds yang bersangkutan
Nilai bilangan Reynolds : Re =
6 8 Apabila viskositas zat cair yang mengalir dinyatakan sebagai viskositas mutlak μ, maka harga viskositas kinematiknya, v (m2/s), dapat diperoleh dari hubungan :
v = (17)
dimana; μ = viskosltas mutlak zaL cair (kg/m.s) 1 (kg/m.s) = 10 Poise
ρ = massa jenis zat cair pewr satuan volume atau rapat massa (kg/m3)
Apabila viskositas dinyatakan dalam satuan Redwood (sec), Engler (derajat), atau Saybolt (SSU) (sec), maka harga viskositas kinematiknya dapat diperoleh dari gambar 7 tentang viskositas. Dalam gambar 7, dua skala ditepi kiri dan kanan yang bertanda K dibawahnya menunjukkan skala viskositas kinematik v dalan stokes (1 stokes : 10-4 m2/s). skala diantaranya menyatakan detik Redwood (bertanda R), derajat Engler (bertanda E) dan detik Saybolt atau SSU (bertanda S). dari bilangan Reynolds yang diperoleh dengan cara perhitungan diatas maka koefisien kerugian gesek dapat ditentukan sebagai berikut :
untuk aliran laminer (Re < 2300) harga dihitung menurut formula (3)
7 0
Gambar 8 : Kurva hubungan bilangan Re dan koefisien Gesek
Daya Pompa
Daya pompa adalah daya yang dimiliki oleh poros pompa untuk menggerakkan sebuah pompa. Daya poros ini sama dengan daya air ditambah kerugian daya pada pompa. Sedangkan daya air adalah energi efektif yang diterima air dari pompa per satuan waktu. Daya pompa atau daya poros diformulasikan sebagai berikut :
Dimana; P Pw
= daye poros sebuah pompa (kw) = daya air (kw)
= . Q . H
p = efisiensi pompa
Q
= berat jenis air per satuan volume (kgf/l) = kapasitas (m3/min.)
H = head total (m)
PENUTUP