JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING JURNAL TEKNIK MESIN ISSN

J T M

JURNAL TEKNIK MESIN

ISSN 2089 - 7235

J T M

JURNAL TEKNIK MESIN

Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi

Volume 04, Nomor 1, Februari 2015

1 ALAT PENYANGGA TENGAH OTOMATIS PADA SEPEDA MOTOR DENGAN

MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK Pathul Wadi

2 ANALISA STIFFENER RING DAN KONSTRUKSI VESSEL HP FLARE KO DRUM PADA PROYEK PUPUK KALTIM-5 MENGGUNAKAN SOFTWARE COMPRESS 6258

Fadhlika Ridha

3 ANALISA TEGANGAN PIPA STEAM LOW CONDENSATE DIAMETER 6” PADA PT IKPT

Sigit Mulyanto

4 ANALISA OPTIMALISASI KEBUTUHAN DAYA KOIL PENDINGIN SISTEM PENGKONDISIAN

UDARA PADA RANGKAIAN RUANG KELAS LANTAI 4 GEDUNG D UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA

Fikry Zulfikar

5 ANALISA KINERJA REFRIGERASI WATER CHILLER PADA PT GMF AEROASIA Ali Nugroho

6 ANALISA PERBANDINGAN MATERIAL JIS SCM 415 DAN JIS SCM 420 PADA PROSES HEAT TREATMENT

KATA PENGANTAR

Kami mengucapkan syukur kepada Allah SWT karena dengan karunia dan hidayah-Nya, maka jurnal JTM, Volume 04, Nomor 1 Tahun 2015, dapat diterbitkan.

Edisi jurnal kali ini menyajikan enam makalah hasil kerja Tugas Akhir mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana. Dalam makalahnya, beberapa mahasiwa mempresentasikan judul yang erat kaitannya dengan desain dan analisis proses. Antara judul yang disajikan adalah analisis kinerja refrigerasi pada water chiller, Analisis tegangan pipa uap dan analisis perbandingan material pada proses perlakuan panas.

Kami mengucapkan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada seluruh anggota Dewan Redaksi, Redaktur Pelaksana serta semua pihak yang telah memberikan kontribusinya selama proses penyiapan, penyusunan sampai penerbitan. Semoga keberadaan Jurnal Teknik Mesin ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya oleh civitas akademika secara umum dan semua kolega di Universitas Mercu Buana secara khususnya.

Jakarta, Februari 2015

Prof. (Em.) Dr.-Ing. Ir. Darwin Sebayang Pemimpin Redaksi

ISSN 2089 - 7235

J T M

JURNAL TEKNIK MESIN

Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi

Pemimpin Redaksi : Prof. (Em.) Dr.-Ing. Ir. Darwin Sebayang (UMB)

Dewan Redaksi : Prof. Dr. Ir. Chandrasa Soekardi (UMB)

: Dr. Kontan Tarigan (UMB) : Dr. Nurdin Ali (UMB)

: Dr. Poempida Hidayatullah (UMB)

: Prof. Dr. Bambang Suharno (Universitas Indonesia) : Dr. Nasrudin (Universitas Indonesia)

: Dr. Ing.Puji Untoro (Universitas Surya) : Dr. Ing Kusnanto (Universitas Gajah Mada) : Dr. Sagir Alva (UMB)

: Ir. Yuriadi Kusuma (UMB)

: Dr. Sulistyo (Universitas Diponegoro) : Dr. Abdul Hamid (UMB)

Redaktur Pelaksana : Haris Wahyudi (UMB)

: Nurato (UMB) : Edijon Nopian (UMB)

Alamat Redaksi : Fakultas Teknik, Kampus Menara Bhakti, Universitas Mercu

Buana

Jl. Meruya Selatan No. 01, Kembangan, Jakarta Barat 11650, Indonesia

Email: ft@mercubuana.ac.id Telp/Fax: +62 21 5871335

Jurnal ilmiah JTM diterbitkan 3 (tiga) kali dalam setahun pada bulan Februari, Juni dan Oktober. Redaksi menerima tulisan ilmiah tentang hasil penelitian, karsa cipta, penerapan dan kebijakan teknologi yang berkaitan dengan Teknik Mesin.

ISSN 2089 - 7235

J T M

JURNAL TEKNIK MESIN

Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi

Volume 04, Nomor 1, Februari 2015

DAFTAR ISI

1 ALAT PENYANGGA TENGAH OTOMATIS PADA SEPEDA MOTOR DENGAN

MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK

1-8 Pathul Wadi

2 ANALISA STIFFENER RING DAN KONSTRUKSI VESSEL HP FLARE KO DRUM PADA PROYEK PUPUK KALTIM-5 MENGGUNAKAN SOFTWARE COMPRESS 6258

9-13

Fadhlika Ridha

3 ANALISA TEGANGAN PIPA STEAM LOW CONDENSATE DIAMETER 6” PADA PT

IKPT

14-19 Sigit Mulyanto

4 ANALISA OPTIMALISASI KEBUTUHAN DAYA KOIL PENDINGIN SISTEM

PENGKONDISIAN UDARA PADA RANGKAIAN RUANG KELAS LANTAI 4 GEDUNG D UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA

20-25

Fikry Zulfikar

5 ANALISA KINERJA REFRIGERASI WATER CHILLER PADA PT GMF AEROASIA 26-30

Ali Nugroho

6 ANALISA PERBANDINGAN MATERIAL JIS SCM 415 DAN JIS SCM 420 PADA PROSES HEAT TREATMENT

31-37 Riyanto

ALAT PENYANGGA TENGAH OTOMATIS PADA SEPEDA MOTOR

DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM HIDROLIK

Pathul Wadi

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Email: fathulw@yahoo.com

Abstrak - Alat penyangga tengah otomatis pada sepeda motor ini merupakan alat yang beroperasi dengan menerapkan prinsip-prinsip hidrolik dimana sistem hidrolik dapat menghasilkan tekanan yang besar dengan ukuran komponen yang relatif kecil. Pengoperasian alat ini cukup hanya dengan menggerakan switch control yang telah dipasangkan. Pembuatan alat penyangga tengah otomatis ini dilakukan untuk mencoba membuat suatu inovasi baru pada sepeda motor yang bertujuan untuk memudahkan penggunaannya dan praktis. Metode pembuatan alat ini menggunakan metode Pahl dan Beitz yang merupakan metode yang sering digunakan dalam merancang suatu produk. Penggunaan metode tersebut membantu perancang berpikir secara sistematis dalam mengolah suatu ide yang dikembangkan menjadi konsep dan akhirnya pada perwujudan konsep. Hasil pembuatan alat ini menunjukkan bahwa sistem yang dibuat telah mampu beroperasi dan mampu mengangkat beban sepeda motor dan 2 orang penumpang pada kondisi putaran mesin 7000 rpm, pada kondisi putaran mesin tersebut daya mesin yang dapat dihasilkan 0,058 kW, tekanan yang dapat dihasilkan pompa hidrolik sebesar 17 kgf/cm2 dan kapasitas output pompa 2,057 l/menit. Analisa terhadap alat ini telah dilakukan dan dihasilkan: kecepatan operasi silinder 0,026 m/s, Head Pompa 20,59 m dan daya pompa 0,215 kW. Masih banyak kekurangan-kekurangan pada alat ini salah satunya adalah biaya yang relatif mahal dalam pembuatannya.

Kata kunci: prinsip hidrolik dan operasi otomatis

Abstract - This automatic centre standard device for motorcycle is a device that operates by applying the principles of hydraulic where the hydraulic system can produce high pressure whith a small component size. Operation of this device is quite simple by moving the control switch that has been installed. Making of this automatic central standard is done to try create a new innovation on motorcycle that aims to facilitate and practical in use. The Method of Device Making is use Pahl and Beitz Method, this method is often use to designing a products. That Methods helps designer to think systematically to process an idea then develop into the concept and finally to realize the concept. The result of the device making shown that the device can operate and lift the load motorcycle and 2 passenger in engine range condition 7000 rpm, in said condition the engine power can be generated 0.058 kW,hydraulic pump pressure can reached 17 kgf/cm2 _{and output pump capacity: 2.057 l/minute. Analysis of this}

device has been done and the results show that the operation speed of cylinder is 0.026 m/s, Head Pump: 20.59 m and the pump power: 0.215 kW. There are still many deficiencies of this device, one of them is high cost for manufacturing.

Keywords: hydraulic principles and automatic operation

1. PENDAHULUAN

Semakin berkembangnya teknologi

membuktikan bahwa manusia mampu untuk selalu menciptakan hal-hal baru yang tak pernah kita bayangkan menjadi sebuah terobosan yang membantu banyak hal dalam kehidupan manusia. Teknologi akan terus berkembang memenuhi kebutuhan manusia, dan kebutuhan tersebut adalah kemudahan bagi penggunanya. Kebutuhan akan kemudahan tersebut salah satunya mengubah sesuatu yang masih manual menjadi otomatis. Sepeda motor termasuk alat transportasi yang masih paling banyak digunakan di

Indonesia, penggunanya pun dari berbagai kalangan pria, wanita, anak muda maupun orang tua. Sepeda motor masih dianggap kendaraan paling murah dan fleksibel. Ada satu komponen pada sepeda motor yang dioperasikan secara manual menggunakan tenaga manusia dan kadang menimbulkan kesulitan dalam pengoperasiannya terutama untuk pengguna wanita dan orang tua, komponen tersebut adalah penyangga tengah. Alat penyangga tengah adalah komponen pada sepeda motor yang berfungsi menyangga sepeda motor pada saat motor tersebut berhenti atau parkir. Selain alat penyangga tengah, sepeda motor juga memiliki alat penyangga samping bisa juga menyangga

sepeda motor dalam keadaan diam atau parkir. Alat penyangga tengah lebih kokoh dibandingkan dengan alat penyangga samping serta lebih aman digunakan karena sepeda motor tidak mudah roboh/jatuh. Untuk penggunaan keduanya biasanya tergantung dari kebutuhan, kondisi tanah (rata atau tidak) dan luasnya area parkir. Untuk pengoperasian penyangga tengah lebih dibutuhkan tenaga dibandingkan pengoperasian penyangga samping. Untuk sepeda motor jenis matik dan bebek yang mempunyai berat di bawah 150 kg masih mudah untuk mengoperasikan panyangga tengahnya itupun terkadang bagi pengguna wanita dan orang tua masih sulit untuk menggunakannya, dan untuk sepeda motor yang mempunyai bobot lebih berat akan lebih sulit untuk menggunakan penyangga tengah karena dibutuhkan tenaga yang lebih besar.

Berdasarkan permasalahan di atas alangkah baiknya jika penyangga tengah pada sepeda motor dapat dioperasikan secara otomatis untuk memudahkan kaum wanita dan orang tua menggunakan penyangga tengah sepeda motor yang mereka miliki. Sesuai dengan tujuan dibuatnya alat tersebut maka untuk menggunakan alat tersebut harus lebih mudah, tidak dibutuhkan tenaga, praktis dan aman.

2. METODOLOGI RANCANG BANGUN

Alat penyangga tengah otomatis sepeda motor ini akan dioperasikan dengan mekanisme hidrolik, dipilih mekanisme hidrolik karena dapat menghasilkan tekanan yang besar yang mampu mengangkat sepeda motor dengan perangkat yang ukurannya kecil. Dalam pembuatannya akan digunakan metode Pahl dan Beitz, Cara merancang Pahl dan Beitz tersebut terdiri dari empat fase. Keempat fase tersebut adalah:

1. Perencanaan dan penjelasan tugas 2. Perancangan konsep produk 3. Perancangan bentuk produk 4. Perancangan detail

A. Tuntutan Alat Penyangga Tengah Otomatis

Tabel di bawah adalah gambaran tentang tuntutan-tuntutan dalam pembuatan alat penyangga tengah otomatis pada sepeda motor:

Keterangan Tabel adalah:

1. Keharusan (Demands) disingkat D, yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki alat, jika tidak terpenuhi maka alat tidak diterima. 2. Keinginan (Wishes) disingkat W, yaitu

syarat yang masih bisa dipertimbangkan

keberadaannya, agar jika mungkin dapat dimiliki oleh alat yang dibuat.

Flowchart

Gambar 1. Flowchart proses pembuatan alat

Mulai

Merencanakan Alat Penyangga Tengah otomatis Mengembangkan daftar persyaratan

Menjabarkan spesifikasi

Mengindentifikasi masalah-masalah utama Membuat struktur-struktur fungsi

Mencari prinsip-prinsip solusi Membuat variasi konsep

Konsep Alat Penyangga Tengah Otomatis

Lay out awal

Memeriksa dan memperbaiki jika terjadi kesalahan Memepersiapkan daftar komponen awal

Lay out akhir

Melakukan pembelian komponen yang diperlukan Membuat komponen-komponen yang dibuat

Melakukan uji coba

Menganalisa hasil pembuatan

Doumentasi

Selesai

Mengembangkan konsep Alat Penyangga Tengah otomatisyang telah dipilih

Melakukan evaluasi terhadap kriteria teknis dan ekonomis

Spesifikasi Alat Penyangga Tengah Sepeda Motor Otomatis

Melakukan perhitungan untuk menentukan spesifikasi komponen hidrolik yang akan dibeli dan dibuat

Mempersiapkan dokumen pembelian dan pembuatan komponen

Merangkai komponen-komponen hidrolik yang telah dibeli dan dibuat menjadi suatu rangkaian hidrolik pada sepeda motor

Memilih konsep yang terbaik

Tabel 1. Tuntutan alat penyangga tengah otomatis

B. Menetapkan Komponen-Komponen Yang Akan Digunakan

Dari analisis morfologi perancangan yang telah dilakukan telah ditetapkan karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan, sesuai dengan kebutuhan yang meliputi ukuran, kemampuan dan biaya. Komponen-komponen tersebut adalah:

1. Tenaga Penggerak, untuk mengoperasikan pompa hidrolik biasa digunakan motor listrik namun dalam hal ini bisa juga dimanfaatkan mesin sepeda motor itu sendiri sebagai tenaga penggerak.

2. Pompa hidrolik, untuk pompa hidrolik yang akan digunakan dalam pembuatan alat penyangga tengah otomatis ini akan dipilih pompa hidrolik tipe roda gigi.

3. Katup pengatur aliran fluida, katup pengatur aliran fluida ini menggunakan katup 4/3 yang dimana katup tersebut mempunyai 4 lubang dan tiga posisi kerja. 4. Silinder hidrolik, dalam pembuatan alat

penyangga tengah ini akan menggunakan 3 silinder hidrolik. Jenis silinder hidrolik rencanaya akan menggunakan silinder aksi ganda atau Doubel Action Cylinder. 5. Flow Conttrol Valve digunakan pada desain

sirkuit hidrolik yang menggunakan 3 silinder hidrolik, dimana flow control valve tersebut akan membuat silinder satu dengan yang lainnya akan bekerja secara berurutan. 6. Untuk sirkuit hidrolik yang menggunakan 3

silinder hanya menggunakan selang karena pertimbangan fleksibel.

7. Diperlukan semacam alat pemghubung putaran dari mesin ke pompa hidrolik, alat penghubung putaran tersebut harus dibuat sendiri karena menyesuaikan dengan mesin dan pompa.

Tabel 2. Prinsip Solusi

No. Tuntutan

Perancangan Persyaratan

Tingkat Kebutuhan

1 Energi a. Menggunakan mesin sepeda motor itu sendiri D

b. Tidak mengganggu kinerja mesin sepeda motor D

c. Penyaluran tenaga putar dapat menggunakan poros, gear atau rantai

W

2 Kinematika a. Operasi silinder pengangkat naik dan turun D

b. Mekanismenya mudah beroperasi D

3 Material a. Mudah didapat dan murah harganya D

b. Mempunyai sifat mekanis yang baik D

c. Sesuai standar umum D

d. Umur pemakaian yang panjang D

e. Mempunyai kualitas yang baik W

4 Ergonomi a. Konstruksi sederhana D

b. Mudah dioperasikan D

5 Sinyal a. Dapat mengangkat sepeda motor dalam interval

waktu yang disesuaikan

D b. Dapat mengangkat beban sepeda motor dan 2 orang penumpang

W

c. Petunjuk pengoperasian mudah dimengerti D

6 Keselamatan a. Konstruksi harus kokoh D

b. Konstruksi aman dalam pengoperasian W

7 Produksi a. Dapat diproduksi di bengkel umum W

b. Komponen mudah didapat D

c. Biaya produksi relatif murah W

8 Perawatan a. Pemeliharan dan perbaikan mudah W

Gambar 2. Desain yang telah dipilih

Gambar 3. Desain sirkuit hidrolik

3. ANALISIS

A. Cara Kerja Sirkuit Hidrolik

Gambar 4. Posisi netral pada katup kontrol arah

Pada saat katup kontrol arah diposisi netral tidak ada fluida yang mengalir ke sililnder hidrolik dan sistem valve. Pada kondisi ini pompa tetap berputar karena terhubung langsung dengan putaran mesin, fluida yang mengalir dialirkan ke katup kontrol arah dan kembali ke tangki penampung.

Gambar 5. Pada saat katup kontrol arah diputar ke arah kanan

Pada saat katup kontrol arah diputar ke arah kanan aliran fluida mengalir dari lubang P ke lubang A pada katup kontrol arah, kemudian fluida mengalir ke silinder pengungkit dan silinder pengungkit bekerja. Dikarenakan ruang di bawah piston silinder pengungkit menyempit hal ini mengakibatkan fluida yang ada di bawah piston tertekan keluar dan mengalir ke check valve nomor 13, lubang B dan T kemudian ke tangki penampung yang terlebih dahulu melaui filter. Pada saat tekanan dalam system mencapai tekanan kerja check valve nomor 9, check valve nomor 9 akan terbuka dan fluida mengalir ke silinder hidrolik nomor 10 dan 11 dan mengakibatkan piston terdorong dan rod memanjang.

Gambar 6. Pada saat katup kontrol arah diputar ke arah kiri

Ketika katup kontrol arah diputar ke kiri fluida mengalir dari pompa hidrolik ke lubang P lalu ke lubang B, kemudian fluida mengalir ke silinder hidrolik nomor 10 dan nomor 11, menekan piston dan membuat rod bergerak ke arah memendek. Fluida yang berada di atas piston akan tertekan keluar dan mengalir ke check valve nomor 8, lubang A lalu ke lubang T pada kontrol arah kemudian mengalir ke tangki penampung. Ketika tekanan dalam system mencapai tekanan kerja check valve nomor 12, check valve nomor 12 akan terbuka fluida akan mengalir melalui check valve ke dalam ruangan di bawah piston silinder hidrolik nomor 14 dan akan menggerakkan piston dan rod ke arah memendek, dikarenakan ruangan di atas piston M AX MIN UP DO WN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1. Motor Penggerak 8. Check Valve 2. Pompa Hidrolik 9. Check Valve dengan tekanan 3. Tangki Penampung 10. Silinder Hidrolik Pengangkat 1 4. Relief Valve 11. Silinder Hidrolik Pengangkat 2

5. Saringan 12. Check Valve

6. Selang Hidrolik 13. Check Valve dengan tekanan 7. Katup Kontrol Arah 14. Silinder Hidrolik Pengungkit

P T A B P T A B P T AB

menyempit fluida tertekan dan keluar mengalir ke lubang A dan T pada katup kontrol arah kemudian fluida mengalir ke tangki penampung.

B. Fluida yang digunakan

Fluida yang digunakan pada sistem hidrolik ini adalah oli dengan SAE 10 yang biasa digunakan untuk power steering kendaraan dan sistem hidrolik lainnya. Temperatur fluida telah diukur dan mencapai 60o_{C karena pengaruh}

panas mesin. Dari Grafik Viskositas Dinamik di bawah ini maka Massa jenis (ρ), berat jenis (γ), viskositas dinamik (μ) dan viskositas kinematik (ν) dari fluida dapat diketahui dan diperlukan untuk dilakukannya analisa terhadap kerja sistem.

Gambar 7. Grafik viskositas dinamik Dari grafik di atas maka:

1. Viskositas dinamik (μ) = 1,55 x 10-2 N.s/m2_. 2. Viskositas kinematik (ν) = 1,7 x 10-5 m2_/s. 3. Massa jenis (ρ) = 912 kg/m3 4. Berat jenis (γ) = 8937,6 N/m3 C. Perhitungan Hidrostatis Diketahui: F (beban) = 250 kgf D (diameter) = 2,6 cm

D. Pengujian dan Pengukuran Kemampuan Pompa

Dari hasil uji dan pengukuran didapat data sebagai berikut:

1. Kapasitas Pompa

Tabel 3. Hasil pengukuran kapasitas pompa

2. Tekanan Pompa

Tabel 4. Hasil pengukuran tekanan pompa

E. Menghitung Daya Mesin Sepeda Motor

Diketahui:

 Laju aliran pada rpm 7000 = 2,057 l/menit.  Tekanan = 17 kgf/cm2

Maka daya pada mesin sepeda motor adalah:

F. Kecepatan Seluruh Operasi Silinder

1. Saat silinder bekerja mengangkat Diketahui: Q = 2,057 l/menit = 0,0000343 m3_/s

Atotal = Apengungkit + Apengangkat

= 0,000254 + 0,001062 = 0,001316 m2

kecepatan seluruh operasi silinder saat mengangkat adalah; 1 4 1 . 3,14 . (2,6 cm)2 4 A (Luas Penampang) = πD2 = = 5,31 cm2

F

A

= 34,27 kgf/cm

2

P (Tekanan)

=

=

182 kgf

5,31 cm

2

Tes RPM Mesin RPM Pompa Kapasitas Pompa

Yang Diukur (cc) Waktu Yang Dibutuhkan (s) 1 1000 500 250 11,33 2 2000 1000 250 10,17 3 3000 1500 250 9,32 4 4000 2000 250 8,66 5 5000 2500 250 7,85 6 6000 3000 250 7,56 7 7000 3500 250 7,29

Tes RPM Mesin RPM Pompa Tekanan Yang Dihasilkan (kgf/cm2) 1 1000 500 4 2 2000 1000 5,5 3 3000 1500 7 4 4000 2000 10 5 5000 2500 12,5 6 6000 3000 15 7 7000 3500 17 8 8000 4000 20 2,057 x 17 = 600 = 0,058 kW Daya

2. Saat silinder hidrolik bekerja turun Diketahui: Q = 2,057 l/menit = 0,0000343 m3_/s

Atotal = Apengungkit + Apengangkat

= 0,000176 + 0,000277 = 0,000453

kecepatan seluruh operasi silinder saat mengangkat adalah;

G. Perhitungan Head Loss Major, Head

Loss Minor, Head Loss Total dan Head

Pompa

1. Head loss Major

Head loss major dapat dicari dengan persamaan darcy, yaitu:

Diketahui:

 Koofisien gesekan (λ) : 0,17  Panjang pipa atau selang (L) : 90

cm atau 0,9 m

 Diameter selang (D) : 7 mm atau 0,007 m

 Kecepatan aliran fluida (v) : 0,89 m/s

Maka:

2. Head Loss Minor

Kerugian perpipaan akibat penggunaan aksesoris pipa dan terbagi menjadi diantaranya:

 Akibat sambungan tee 2 buah  Akibat gate valve

 Check valve 2 buah Maka:

Tabel 5. Tabel Koofisien Gesek Untuk Katup dan Fitting

3. Head Loss Total

= 0,088 + 0,644 = 0,732 m 4. Head Pompa

Head pompa dapat dihitung dengan

menggunakan rumus; Diketahui: P = 171400 N/m2 γ = 8937,6 N/m3 v = 0,89 m/s g = 9,8 m/s2 z = 60 cm atau 0,6 m Hloss total = 0,732 m

Maka Head pompa yang dibutuhkan adalah:

H. Menghitung Daya Pompa

Daya pompa dapat dihitung dengan rumus: W = Hp.γ.Qs

Dimana : Hp = Head Pompa γ = Berat Jenis Fluida Qs = Kapasitas Silinder Diketahui:

Hp = 20,57 m γ = 8937,6 N/m3

Qs = v.(Asil1 + Asil2 + Asil3)

0,0000343 0,001316 0,026 m/s v = = 0,0000343 0,000453 0,076 m/s v = =

λ x L x v

2

D x 2g

H

L

=

(0,17)(0,9)(0,89)2 (0,07)(2 x 9,8) 0,121 1,372 = 0,088 m HL = =

v

2

2g

H

lminor

= k

v2 2g = (2tee + gate valve + 2check valve)

(0,89)2 (2 x 9,8)

= (3,6 + 4,5 + 8)( 0,040)

= ((2 x 1,8) + 4,5 + (2 x 4))

= 0,644 m

H

loss major

H

lminor

Hloss Total = + P v2 γ g HP = + + Z+Hloss total

171400

(0,89)

2

8937,6

9,8

=

19,18

+

0,081

=

H

P

+

= 20,593 m

Qs = (0,89)(0,000254+0,000531+

0,000531) = (0,89)(0,001316) = 0,00117 m3_/s

Maka Daya Pompa yang dibutuhkan adalah: W = Hp.γ.Qs

= (20,593)( 8937,6)(0,00117) = 215,34 Watt

= 0,215 kW

Tabel 6. Hasil perhitungan dan pengukuran

4. KESIMPULAN

Selama proses pembuatan, pengujian dan pengukuran terhadap Alat Penyangga Tengah Sepeda Motor Otomatis ini didapat,

diantaranya:

1. Diperlukan rpm mesin yang tinggi untuk mengoperasikan alat penyangga tengah otomatis yang menggunakan prinsip hidrolik ini untuk mendapatkan tekanan yang dibutuhkan hal ini disebabkan putaran pompa adalah ½ dari putaran mesin karena diputar oleh sprocket camshaft.

2. Tekanan yang dibutuhkan untuk mengoperasikan alat penyangga tengah otomatis ini sebenarnya tidak besar yaitu 17,14 kg/cm2 karena menggunakan 2 silinder hidrolik untuk mengangkat. 3. Proses operasi memang lebih lama dari

pada pengoperasian alat penyangga tengah manual, namun keuntungannya pengoperasian lebih halus dan tidak membutuhkan tenaga.

4. Perangkat ini sebenarnya bisa dipasang pada semua jenis sepeda motor namun memang membutuhkan ruang dalam pemasangannya, sehingga diperlukan perubaha-perubahan pada rangka sepeda motor.

5. Jika ada yang ingin mengembangkan peralatan ini mungkin sebaiknya putaran pompa bisa langsung dihubungkan ke putaran poros engkol sehingga bisa didapat perbandingan putaran 1:1, untuk

pengoperasiannya sebaiknya

dioperasikan secara elektrikal namun memang pembuatan solenoid valvenya membutuhkan biaya yang mahal.

Gambar hasil perancangan dapat ditampilkan sebagai berikut:

Gambar 8. Hasil rancangan 3 dimensi

Gambar 9. Dimensi rumah pompa hidrolik

Gambar 10. Panampang silinder hidrolik pengungkit

Perhitungan dan Pengukuran Lambang Hasil

Temperatur Fluida T 60oC

Viskositas Dinamik Oli SAE 10 pada T=60oC μ 1,55 x 10-2 N.s/m2

Viskositas Kinematik Oli SAE 10 pada T=60oC ν 1,7 x 10-5 m2/s

Massa Jenis Oli SAE 10 pada T= 60oC ρ 912 kg/m3

Berat Jenis Oli SAE 10 pada T= 60oC γ 8937,6 N/m3

Kapasitas output pompa pada 3500 rpm Q 2,057 liter/menit

Tekanan Pompa pada 3500 rpm Ppompa 17 kgf/cm

2

atau 1,7 x 106N/m2

Daya mesin sepeda motor pada 7000 rpm P 0,058 kW

Tekanan check valve 1 Pcheck valve1 4 kgf/cm

2

atau 4 x 105 N/m2

Tekanan check valve 2 Pcheck valve2 7 kgf/cm

2

atau 7 x 105 N/m2

Kecepatan aliran fluida v 0,89 m/s

Koofisien Gesek λ 0,17

Head loss major Hmajor 0,088 m

Head loss minor Hminor 0,644 m

Head loss total Htotal 0,732 m

Head pompa yang dibutuhkan Hpompa 20,593 m

Daya Pompa Ppompa 0,22 kW

15 5 18 20 26 15 1 15 5 12 1 10 R 9 R13 10 15 5 24 15 1 20 18 R 3 12 1 T ampa k Atas

Tam pak De pan Tam pak Sam ping 5

Gambar 11. Penampang silinder hidrolik pengangkat

DAFTAR PUSTAKA

1. Munson, B.R., Young, D.F., & Okiishi, T.H. (2002). Mekanika Fluida (Edisi Keempat Jilid 1). Jakarta: Erlangga.

2. Parr, Andrew. (2003). Hidraulika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur. Jakarta: Erlangga.

3. Gilles, V.R. (1984). Mekanika Fluida dan Hidrolika. Jakarta: Erlangga.

Gambar 12. Penampang poros silinder hidrolik 4. Ginting, Rosnani. (2009). Perancangan

Produk. Medan: Graha Ilmu.

5. Sularso., & Tahara, Haruo. (1987). Pompa

Dan Kompresor. Jakarta: Pradnya

Paramita.

6. Victor, L. Steeter., & E, Benjamin, Wylie. (1988). Mekanika Fluida (Edisi Delapan Jilid 1). Jakarta: Erlangga.

7. Young, Hugh. D., & Freedman. (2002). Fisika Universitas (Edisi Kesepuluh Jilid 1). Jakarta: Erlangga. 115.0 135. 0 150. 0 26.0 10.0 30.0 35.0 20. 0 30.0 30.0 40. 0 18 0 170 150 140 16 2 R 5 R 9 T a m p a k A ta s T a m p a k D e p a n 120 160 10 20 10 2 2 2 2 6 1 8 1 8 1 2 R 9 R 1 3 Ta m pak A tas Ta m p ak D ep an

ANALISA STIFFENER RING DAN KONSTRUKSI VESSEL HP FLARE KO DRUM

PADA PROYEK PUPUK KALTIM-5 MENGGUNAKAN

SOFTWARE COMPRESS 6258

Fadhlika Ridha

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta Email: fadhlika.fr@gmail.com

Abstrak - Pada proses pembuatan pupuk di PKT-5, berbagai gas limbah berbahaya dimusnahkan

dengan cara membakarnya melalui Flare, sebelum terbakar di Flare gas-gas tersebut dialirkan dan ditampung pada sebuah Vessel bertekanan atau biasa disebut Vessel High Pressure Flare Knock Out Drum. Dalam perancangan konstruksinya perlu dilakukan analisis sehingga desain dari vessel tersebut sesuai dengan yang diharapkan dan aman untuk dioperasikan. Penelitian ini dilakukan dengan mensimulasikan desain dari Vessel KO Drum menggunakan perhitungan manual sesuai 2007 ASME BPVC Section VIII Division 1 dan Software Compress 6258. Perhitungan dilakukan pada desain head, shell, saddle, nozzle, stiffener ring secara manual dan menggunakan software untuk mengetahui tegangan-tegangan yang terjadi. Selanjutnya dari kedua metode tersebut akan dibandingan hasil perhitungan manual & software.

Kata Kunci : Vessel, Pressure, Stress, Flare, Software,Nozzle, Stiffener ring, Head, Saddle, Shell.

1. PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara agraris dimana perekonomiannya banyak ditunjang dari sektor pertanian dan perkebunan. Perkembangan dari sektor tersebut akan meningkat dan berkembang jika ditunjang dengan tersedianya pupuk yang berkualitas. Untuk mencapai hal tersebut PT. Pupuk Kalimantan Timur kembali membangun sebuah site pabrik dengan nama PKT-5 (Pupuk KALTIM-5) guna menggantikan eksistensi dari unit pabrik KALTIM-1 yang kemungkinan akan ditutup karena sudah tua dan kurang efisien. Untuk mendukung operasional Kaltim-5, Pupuk Kaltim juga akan membangun pabrik amoniak berkapasitas sekitar 600.000 ton per tahun.

Pembuatan pupuk di pabrik PKT-5 ini terdiri dari berbagai macam proses reaksi kimia, sehingga menghasilkan pupuk dan juga berbagai macam gas berbahaya yang harus dimusnahkan sehingga tidak membahayakan lingkungan.

Gas berbahaya tersebut dimusnahkan dengan cara membakarnya melalui Flare, sebelum terbakar di Flare gas-gas tersebut dialirkan dan ditampung pada sebuah Vessel bertekanan tinggi atau biasa disebut VesselHigh Pressure Flare Knock out Drum.

Kalau berbicara mengenai bejana bertekanan, pasti melibatkan tekanan (Pressure), baik itu internal pressure maupun eksternal pressure, Sehingga dibutuhkan ketelitian dalammerancangnya untuk mengatasi pressure tersebut.Ada beberapa macam contoh dari bejana tekan tersebut, misalnya : Vessel (Separator), Heat Exchanger,

Filter,Column, Air Cooler, dan Storage

Tank.Dimana masing-masing dari bejana

tekantersebut tentu memiliki bentuk dan fungsi yang berbeda-beda.

Dalam tugas akhir ini penulis akan membahas mengenai Vessel High Pressure Flare Knock out Drum yang digunakan pada Proyek PKT-5.HP Flare KO drumsendiri didesain untuk menangani kapasitas dari Flaresystem dan menampung Liquid yang dikeluarkan oleh safety valve karena tekanan berlebih dan dalam keadaan darurat. Dalam perancangan sistem dan konstruksinya perlu dilakukan analisis sehingga sistem dan konstruksi dari vessel tersebut sesuai dengan yang diharapkan dan aman untuk dioperasikan.

Seperti umumnya bahwa

Vessel merupakan salah satu bejana

bertekanan yang terdiri dari Head dan Shell.Ada dua macam Vessel yaitu Horizontal Vessel dan Vertical Vessel.Perbedaannya terletak pada penumpunya, dimana horizontal Vessel ditumpu oleh yang namanya Saddle, sedangkan pada vertical Vessel ditumpu oleh leg. Namun dalam analisa ini akan dibahas juga tentang kebutuhan penggunaan stiffener ring. Merancang Vessel ini tidak boleh sembarangan karena sudah diatur di dalam ASME Section VIII.Dalam era globalisasi ini sangat diperlukan metode untuk merancang ataumendesain suatu Vessel dengan cepat dan mudah, sehingga tidak perlu menghitungsecara manual karena sangat membutuhkan waktu yang relatif lebih lama. Oleh karena itu selain menggunakan perhitungan secara manual penulis juga menggunakan perangkat lunak (Software) guna mempercepat dan mempermudah dalam proses perancangan Vessel tersebut. Salah satu software yang akan penulis gunakan disini adalah Software Compress 6258.

Cara penggunaan Software ini sangat sederhana, hanya tinggal memasukkan data yang ada pada datasheet, maka software ini akan menghitungnya secara otomatis dan outputnya telah disesuaikan dengan ASME Section VIII.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Vessel

Vessel merupakan salah satu contoh dari bejana bertekanan (Pressure Vessel) yang paling sederhana, hal ini dikarenakan bagian utama dari suatu Vessel hanya terdiri dari head dan shell. Pada industri Oil and Gas, Vessel berfungsi sebagai alat penampung dan pemisah fluida

Vessel sendiri ada 2 jenis yaitu: Horizontal Vessel dan Vertical Vessel. Dimana perbedaan tersebut terletak pada penumpunya.

a. Horizontal Vessel

Seperti namanya, maka Horizontal

Vesseltentunya posisinya horizontal.

Perbedaannya dengan Vertical Vessel, yaitu horizontal Vessel menggunakan saddlesebagai alat penumpunya (support). Keunggulan horizontal Vessel dibanding dengan vertical Vessel yaitu external pressureyang diterima tidak terlalu besar, tetapi horizontal Vesselmembutuhkan tempat (space) yang luas jika ukuran Vesselnya besar karena posisinya yang horizontal.

b. Vertical Vesselposisinya vertical (berdiri) Jika pada horizontal Vesselpenumpunya adalah saddle, maka pada vertical Vesselalat penumpunya adalah kaki (Leg). Perbandingan maksimum antara panjang kaki dengan diameter Vesselbiasanya 2:1. Jumlah kaki, ukuran dan detail tambahan tergantung besar beban yang diterima Vesseltersebut. Keunggulan vertical Vesseldibanding dengan horizontal Vesselyaitu vertical Vesseltidak perlu membutuhkan tempat (space) yang luas, karena posisinya yang vertical (berdiri), tetapi external pressureyang diterima cukup besar. Semakin tinggi Vessel, maka semakin besar pula external pressureyang diterima, misal seperti tekanan angin.

2.2 Head

Head (kepala) merupakan salah satu

komponen utama penyusun suatu Vesselyang letaknya dipasang pada kedua ujung dari shellsekaligus sebagai penutup shelltersebut. Ada beberapa macam head yang digunakan dalam proses perancangan sebuah Vessel, misalnya : Sphere and Hemispherical head, Ellipsoidal head, Torispherical head, dan Flat head. Akan tetapi dalam perancangan sebuah

Vesselbiasanya banyak menggunakan

ellipsoidal head 2:1.

Perumusan thickness dan pressure pada spherical head yaitu :

Dimana :

t = Thickness required (inches) P = DesignPressure (Psi)

L = Inside spherical or crown radius (inches)

S = Stress value of material (Psi) E = Joint Efficiency

2.3 Ellipsoidal Head

Perumusan thickness dan pressurepada Ellipsoidal head yaitu:

Dimana

D = Inside diameter head (inches)

2.4 Shell

Sama seperti dengan head, shelljuga merupakan komponen utama dari sebuah Vessel. Pada proses perancangan sebuah Vesselyang cukup besar, diperlukan lebih dari satu plat baja yang kemudian disambung dengan cara pengelasan. Lalu setelah itu dilakukan proses pengerolan sehingga terbentuk suatu shell.

2.5 Nozzle

Nozzle merupakan Inlet/masukan dan

Outlet/keluaran suatu fluida pada suatu

Vessel.Nozzlebiasanya dipasang pada

shellatau head, yang nantinya sebagai tempat sambungan (connection) dengan pipa.

2.6 Saddle

Saddle merupakan alat penumpu (support) pada horizontal Vessel.Saddle sering dipakai pada horizontal Vesselkarena konstruksinya sederhana dan cukup kuat untuk menahan beban, bahkan untuk Vessel yang berukuran sangat besar sekalipun. Sebagian besar Vessel horisontal ditumpu oleh dua buah saddle dengan sudut kontak 120º.

2.7 Reinforcement pad

Reinforcement pad merupakan penguat yang dilekatkan di sekeliling nozzledan di atas shellatau head, sebagai kompensasi atas

daerah yang hilang karena adanya lubang yang dipakai untuk penyambungan suatu nozzle.

2.8 Lifting Lug

Lifting lug adalah bagian dari Vessel yang berfungsi sebagai tempat untuk mengaitkan alat pemindah yang biasanya berupa crane. Perhitungan lifting lug didasarkan pada 3 macam kekuatan yaitu : kekuatan lubang lug, kekuatan kaki lug, dan kekuatan las lug. Lifting lug harus dapat menahan berat vesel dalam keadaan kosong ditambah dengan berat saddle.

2.9 Software Compress 6258

Software Compress 6258 merupakan software khusus yang dapat digunakan untuk proses merancang dan menganalisa Pressure Vessel, seperti :Vessel, Heat Exchanger, Filter, dan Column. Input data yang akan dimasukkan ke dalam software ini berasal dari datasheet yang telah dibuat, lalu data tersebut diolah berdasarkan standard ASME 2007 Section VIII div. 1 yang telah tersedia dalam software ini. Jadi, pada intinya software ini sangat memudahkan dalam proses menganalisa pressureVessel.

2.10 Sistem Flare KO Drum

Knock out Drum Vessel digunakan untuk memperlambat gas dan memisahkan cairan dari aliran gas. Knock out drum dapat diinstal baik di header gaslimbah ataupun di flare itu sendiri. Knock out Drum dapat dikonfigurasi baik horisontal, atau vertikal. Ketika horisontal, knock out drum yang akan dibangun dengan satu gas inlet aliran, dan dua outlet, yang kemudian dapat bergabung dengan m anifold. Konfigurasilain yang dapat digunakan adalah salah satu inlet dengan outlet yang jauh lebih besar. Sebuah liquid level gauge atau indikator harus selalu disertakan, karena vessel ini harus tetap kering dan bebas dari kelebihan cairan. Dalam pengaturannya vertikal KO drum dapat memiliki inlet sisi dengan keluaranyang lebih besar yang akan memperlambat gas. Metode lain untuk menggunakan drum vertikal adalah dengan menggunakan inlet tangensial. Dengan tangensial KO drum, gas akan masuk dan berputar di sekitar dinding vessel. Selama memutar fluidic gas di sepanjang dinding akan mengikis banyak cairan endapan. Baffle juga digunakan dalam drum vertikal untuk menghalangi dan memperlambat gas sebelum keluar. Drum ini harus dilengkapi dengan liquid level gauge atau indikator sehingga mereka dapat dikeringkan. Knock out drum, apakah dipasang di header gas limbah atau di dasar flare dapat diberikan dengan pilihan berikut:

Vessel yang berukuran sesuai dengan

kebutuhan proses klien. Konstruksi dapat dari

Carbon Steel, atau untuk korosif menggunakan Stainless steel. Kontrol saluran otomatis dapat dimasukkan untuk mencegah akumulasi cairan pada seal. Untuk mengeringkan dan membersihkan vessel digunakan 2” Flanged Drain connection.

3. METODOLOGI PENELITIAN

A. Circumferential Stress (S4)

Stress at the horn of saddle (S4)

Karena L (395.67)<8R (712),

A(78.74)>R/2(89/2), maka rumus yang digunakan : = − 4 ( + 1.56 − 12 A/R = 78.74/88.97 = 0.88 ; K6 = 0.046 (lihat grafik 2.1.) ; b = 33.8 = − 227984.43 4 0.47(33.8 + 1.56 88.97 0.47) −12 0.046 227984.43 88.97 395.67 0.47 = −227984.43 82.5 − 11196643.65 87.4 = −2763.45 − 128108.05 = −130871.5

S4 melebihi batas tegangan dari shell material

yang dikalikan 1.5 yakni : 70000 psix1.5= 105000 psi< S4

B. Tegangan pada bagian bawah shell (S5)

= − . ( + 1.56 ) = − 0.76 227984.43 0.47(12.99 + 1.56 88.97 0.47) = −173268.17 10.8465 = −15947.57 psi

S5 tidak melebihi tekanan pada yield point yang dikalikan dengan 0.5 yakni : 38000 x 0.5 = 19000 psi> S5

Karena tegangan Circumferential lebih besar daripada tegangan shell material yang diijinkan maka pada daerah saddle diberi stiffener atau penguat dengan rumusan sebagai berikut:

Tabel 4.3.Values of Constant, K Cont act Angl e Ɵ 12 0° 13 0° 14 0° 15 0° 16 0° 17 0° 18 0° K9 .34 .33 .32 .30 .29 .27 .25 K10 .05₃ .04₅ .03₇ .03₂ .02₆ .02₂ .01₇

C. Tegangan pada ring diluar shell (S6)

= − . + . .

1/

K9= 0.34 , K10= 0.053 (lihat table 4.1.) ;

c = Ay / A  7.41/7.67 = 0.966

Mark of Area Area A y a x y

1 5.13 0.2362 1.212 2 2.54 2.44 6.198 TOTAL A = 7.67 - AY = 7.41 = −0.34 227984.43 7.67 +0.053 227984.43 88.97 1/7.41 = −10106.2 + 7966.04 = −2140.16psi

 S6 tidak melebihi tegangan yang diijinkan

pada shell material yakni : 17500 psi > S6  S6 tidak melebihi tegangan pada yield point

yang dikalikan dengan 0.5 yakni : 38000 x 0.5 = 19000 psi > S6

Tabel berikut hasil perhitungan tegangan-tegangan yang terjadi pada saddle dengan menggunakan Codeware Compress 6258 : Tabel 4.4.tabel tegangan yang terjadi pada

Hasil yang diperoleh dari penggunaan metode software juga menunjukkan bahwa tidak terjadi tegangan yang berlebih pada desain saddle. Dengan demikian saddle aman menurut metode perhitungan manual dan metode perhitungan software.

5. KESIMPULAN

Setelah dilakukan analisa dan pembahasan mengenai konstruksi VesselKnockoutDrum dengan menggunakan metode perhitungan manual sesuai dengan PressureVessel Code Section VIII Rules for Construction of PressureVessel, Division 1 dan metode simulasi menggunakan software Compress 6258, diperoleh beberepa kesimpulan diantaranya sebagai berikut :

1. Desain vendor memenuhi kriteria keamanan desain.

2. Penambahan stiffener diperlukan dikarenakan tegangan circumferential stress yang terjadi pada horn saddle melebihi tegangan yang diijinkan pada material saddle tersebut. Selain itu reinforcement pad dibutuhkan pada Nozzle untuk mengurangi

tegangan berlebih akibat area opening pada sisi shell yang besar.

DAFTAR PUSTAKA

1. B.F. Forman, 1981, ”Local Stresses in Vessels – Computer Programs for HP-67 or 97, Pressure Vessel Handbook Publishing, Inc., Tulsa, OK.

2. Eugene F, Megyesy, 1986, ”Pressure

Vessel Handbook Seventh Edition”,

PUBLISHING INC., Tulsa, OK.

3. H.H. Bednar, Pressure Vessel Design Handbook, 1981, Van Nostrand Reinhold Co., New York.

4. K.K. Mahajan, Design of Process Equipment-2nd Ed. 1985, Pressure Vessel Handbook Publishing Inc., Tulsa, OK. 5. M.H. Jawad & J.R. Farr, Structural Analysis

and Design og Process Equipment, 1984, John Wiley & Sons, New York

6. Tri J, Mulato, 2012, ”Analisa Over Stress Pada Pipa Cooling Water PT.CHEVRON PACIFIC INDONESIA dengan bantuan

software CAESAR II”, Universitas

ANALISA TEGANGAN PIPA STEAM LOW CONDENSATE DIAMETER 6”

PADA PT IKPT

Sigit Mulyanto

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Mercubuana Email: sigit_mulyanto@yahoo.co.id

Abstrak - Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang kompleks, pada saat perancangannya banyak aspek-aspek yang perlu diperhatikan dan dipertimbangkan sehingga diperoleh suatu rancangan sistem perpipaan yang baik dan efisien. Untuk membangun sebuah sistem perpipaan dibutuhkan pengetahuan tentang hal-hal yang menyangkut masalah perpipaan itu sendiri. Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai analisa tegangan pipa steam low condensate ukuran 6 inchi pada plant sebuah pabrik yang perancangannya dilaksanakan oleh PT. IKPT dengan nama 6SLC-23210-ASA2. Analisis sistem perpipaan ini meliputi analisa tegangan yang bertujuan untuk memperoleh kondisi sistem perpipaan yang aman beroperasi. Sistem perpipaan pada kondisi awal dinyatakan aman beroperasi karena pada analisa tegangan pipa tidak terjadi over stress yang pada kondisi desain sistem perpipaan menunjukkan

tegangan maksimum terdapat pada node 30 sebesar 297.6 kg/cm2 _{= 29.18 N/mm}2_{.Jalur perencanaan}

perpipaan tidak terjadi overstress dan aman bagi manusia dan fasilitas migas di sekitarnya.

Kata kunci : tegangan, steam low condensate, sistem perpipaan

1. PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara dengan kekayaan sumber daya alam yang sangat berlimpah. Salah satunya yang ada didalam perut bumi yaitu minyak dan gas bumi. Untuk memperoleh bahan bakar yang diinginkan, baik eksplorasi maupun proses pengolahan lanjut diperlukan adanya sistem perpipaan untuk mendistribusi fluida didalamnya.

Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang kompleks, pada saat perancangannya banyak aspek-aspek yang perlu diperhatikan dan dipertimbangkan sehingga diperoleh suatu rancangan sistem perpipaan yang baik dan efisien. Untuk membangun sebuah sistem perpipaan dibutuhkan pengetahuan tentang hal-hal yang menyangkut masalah perpipaan itu sendiri.

Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai analisa tegangan pipa steam low condensate ukuran 6 inchi pada plant sebuah pabrik yang perancangannya dilaksanakan oleh PT. IKPT dengan nama 6SLC-23210-ASA2. Analisis sistem perpipaan ini meliputi analisa tegangan yang bertujuan untuk memperoleh kondisi sistem perpipaan yang aman beroperasi.

Dengan memperhatikan aspek teknis dan ekonomi, merubah support pada sistem perpipaan lebih mudah dan lebih murah dibanding dengan membuat routing sistem perpipaan baru.

A. Klasifikasi Beban

Beban-beban pada sistem pemipaan

diklasifikasikan berdasarkan penyebabnya, yaitu: 1. Beban Statik (sustain, expansi dan

operating) pada dasarnya adalah suatu

beban yang disebabkan oleh pengaruh internal yakni tekanan, temperature dan berat

material pipa serta semua komponen dalam sistem. Selain dari itu beban statik dapat juga disebabkan oleh adanya beban external, yakni gempa, thrust load dari relief valve, wind dan wave dan beban ultimate tanah bila pipa berada dalam tanah (under ground). Beban statik selain akibat beban ultimate tanah sering disebut dengan beban ”static occational” atau lebih dikenal dengan beban ”quasi dynamic”, dikatakan demikian karena beban dianggap seolah-olah sebagai beban dinamik tetapi bukan fungsi waktu.

2. Beban Dinamika (occasional)

mempertimbangkan adanya beban external sebagai fungsi waktu [W = f(t)], antara lain gempa (seismic), operasi safety valve, vibrasi (pulsation) dan water hammer.

3. Beban termal / ekspansi (Sexp), yaitu beban yang timbul akibat ekspansi panas. Beban termal dibagi menjadi tiga bagian berdasarkan sumber penyebabnya, yaitu :  Beban termal akibat pembatasan gerak

oleh tumpuan, beban ini (gaya dan momen) timbul jika ekspansi atau konstraksi bebas perpipaan akibat termal terhalang oleh tumpuan.

 Beban termal akibat perbedaan temperatur, beban ini terjadi akibat perubahan temperatur yang besar dan cepat, termasuk juga akibat distribusi temperatur yang tidak seragam karena adanya aliran kalor yang tinggi melalui dinding pipa.

 Beban termal akibat perbedaan koefisien ekspansi, beban ini terjadi pada sistem pipa yang materialnya mempunyai koefisien ekspansi yang berbeda.

B. Teori tegangan pipa

Gambar 1. Arah tegangan yang terjadi 1. Tegangan utama longitudinal (Longitudinal

principal stress) yaitu tegangan yang bekerja sepanjang garis sumbu pipa, tegangan ini disebabkan oleh pembengkokan, beban gaya aksial atau tekanan. Dan tegangan ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

a. Akibat gaya aksial

Gambar 2. Tegangan utama longitudinal akibat gaya aksial

S =F Am

b. Tegangan longitudinal akibat tekukan

S =M R

I =

M Z

c. Tegangan longitudinal akibat tekanan dalam

S =Pd 4t

Jadi total dari tegangan longitudinal adalah sebagai berikut: S =F A + Pd 4t + M Z

2. Tegangan utama radial (Radial principal stress) yaitu tegangan yang bekerja pada satu garis mulai dari pusat pipa secara radial sampai ke dinding pipa, tegangan ini bersifat tegangan tekan bila disebabkan oleh tekanan dalam pipa dan tegangan ini bersifat tegangan tarik bila tekanan dalam pipa hampa (vacuum pressure).

S =P(r −

r . r

r )

(r − r )

3. Tegangan utama circumferential

(Circumferential principal stress) atau disebut juga sebagai Hoop stress, tegangan ini bekerja tegak lurus terhadap tegangan longitudinal dan tegangan radial, tegangan ini bertendensi membelah dinding pipa dalam arah melingkar pipa dan tegangan ini disebabkan tekanan dari dalam pipa, besarnya bervariasi sesuai dengan tebal dinding pipa. Rumus untuk tegangan tangensial dapat didekati dengan memakai

persamaan berikut dan dijelsakan pada gambar 3.

Gambar 3 Tegangan utama longitudinal

S =

P(r +r x r

r )

(r − r )

Secara konservatif untuk pipa yang lebih tipis dapa dilakukan penyederhanaan rumus tegangan pipa tangensial ini dengan mengasumsikan gaya akibat tekanan dalam bekerja sepanjang pipa.

Didasarkan oleh F=P.di.I ditahan oleh dinding

pipa seluas Am=2t.L sehingga rumus untuk

tegangan tangensial ini dapat dituliskan sebagai berikut:

S =P. d 2t

Nozzle displacement

Didalam melakukan perhitungan analisis tegangan pada sistem pemipaan, terutama pada pipa yang tersambung ke equipment, baik static maupun rotating equipment, maka salah satu hal yang paling penting yang harus disiapkan adalah menghitung besarnya pergerakkan nozzle akibat temperature pada equipment tersebut.

Secara umum untuk mengetahui apakah sebuah sistem pemipaan akan mengalami kelebihan tegangan (overstress) pada kondisi paling ekstrim, maka digunakan temperature yang paling tinggi (design temperature), yang mungkin terjadi pada suatu sistem pemipaan.

Dengan temperature tertinggi yang mungkin terjadi pada suatu sistem, maka kita akan bisa tahu dan yakin bahwa pada saat itu sistem pemipaan yang telah dihitung akan mampu bertahan tanpa mengalami overstress.

Displacement pada nozzle pompa dapat dihitung dengan:

dY = Y . e . (T1 − T2)

Kondisi pembebanan

Sistem pemipaan yang dirancang, direncanakan dapat menahan bermacam-macam pembebanan yaitu:

1. Pada keadaan hydrostatic test

a. Beban akibat material dan gaya luar. b. Beban akibat fluida yang digunakan untuk

pengetesan. 2. Pada keadaan operasi

P

S

_H

S

_H L L FA x x F

a. Beban akibat material, berat fluida, temperature dan gaya luar.

b. Beban akibat material, berat fluida, temperature (desain / operasi), gaya luar, dan tekanan (desain / operasi)

c. Beban akibat berat material, berat fluida, temperature (desain / operasi), tekanan (desain / operasi), berat konstruksi (settlement) dan gempa bumi.

Teori-teori kegagalan

1. Teori kegagalan tegangan utama maksimum (maximum principal stress failure theories) menyatakan bila salah satu dari tiga tegangan utama yang saling tegak lurus melebihi dari kekuatan luluh (yield strength) material pada temperature yang sama maka kegagalan atau kerusakan akan terjadi pada material tersebut. Hal ini dapat dirumuskan :

 Tegangan utama longitudinal (LPS) : LPS = P x Do

4t

 Tegangan utama circumferential (CPS) : CPS = P x Do

2t

2. METODOLOGI PENELITIAN

Didalam suatu penelitian diperlukan adanya data-data pendukung penelitian yang akan digunakan untuk input baik untuk perhitunngan manual maupun perhitungan analisa dengan bantuan software CAESAR II.

Untuk menyimpulkan data digunakan metode penelitian dengan studi literatur atau pustaka, dan metode wawancara. Diagram alir Analisa overstress sistem perpipaan adalah sebagai berikut:

Gambar 4, Diagram alir perencanaan

Analisa sistem perpipaan dilakukan dengan menggunakan software Caesar II 5.0

Data-data design:

Temp. Design (DT) : 200 0_C

Temp. Operasi (OT) : 1550_C

Pressure Design (DP) : 784.5 KPa Pressure Operasi (OP) : 588.4 KPa Diameter luar pipa (D) : 168.28 mm

Tegangan yang diijinkan (S): 137.8951 N/mm2

Faktor kualitas (E) : ≥ 0.9 Koefisien Bahan (Y) : 0.4 Faktor korosi ( c ) : 1.7mm

3. ANALISIS DAN HASIL

Maka, = . ( )+ C t = . . ([ . ] [ . . ])+ 1.7 t = 132.0157 276.4178+ 1.7 t = 2.17 mm

Ketebalan minimum yang dibutuhkan adalah 2.17 mm. Jadi schedule yang cocok untuk ketebalan pipa seperti hasil diatas adalah schedule 10S, akan tetapi perusahaan mempunyai standard proyek untuk pipa diameter 168.28 mm (6 inch) menggunakan schedule 40.

Data pipa DN 150 SCH 40 :  Diameter Luar (D) = 168.28 mm  Ketebalan dinding pipa = 7.11 mm 2. Perhitungan displacement Nozzle.

Perubahan panjang ataupun pergerakan titik nozzle pada suatu equipment dapat memberikan beban tambahan baik pada pipa maupun pada equipment itu sendiri. Sehingga perlu diperhitungkan pada analisa flexibilitas. Perhitungannya didapat dengan mengalikan koefisien thermal ekspansi pada temperatur operasi dengan dimensi dari ujung nozzzle ke titik pusat anchor equipment itu sendiri. berikut adalah perhitungannya :

T2 = 155 oC = 311 oF

α = 1.82 in/100 ft (lihat table 3.2) = 22.86 mm/30480mm = 0.00075 mm Ln = 280 mm T = T1 – T2 = 200-155 = 45 o_C Maka, L = α.Ln.T L = 0.00075 x 280 x 45 L = 9.45 mm

Akibat perubahan suhu, nozzle pada equipment mengalami perubahan panjang 9.45 mm. Nilai ini menjadi data input pada software Caesar II pada parameter displacement.

3. Perhitungan jarak penyangga pipa

Pipe support adalah salah satu bagian yang penting dalam sistem perpipaan di suatu plant atau pabrik. Sebuah pipa yang menumpu pada suatu support akan memberikan gaya berupa berat pipa beserta isinya ataupun gaya-gaya lain yang terjadi pada support tersebut. Karena tujuan pipe support adalah mampu menahan beban dalam jangka waktu yang lama, maka masing-masing bagian yang bersentuhan haruslah kuat dan mampu menerima beban tersebut.

Untuk mengetahui jarak maksimum antara support, berikut adalah perhitungannya:

L= . . Dimana,

 Z = (do4 – di4 / do)

= (168.284 _{– 154.06}4 _{/ 168.28)}

= 139 124.54 mm3

 Wp = berat pipa per satuan panjang

= /4 . (do2-di2) . (density of steel)

= /4 . (168.282 _{– 154.06}2_{) . (7.85 x 10}-6₎

= 2.8246 x 10-2 _kg/mm

= 0.2768 N/mm

 Wc = Berat pipa persatuan panjang (N/mm)

= /4 . (di2) . (density of fluida)

= /4 . (154.062_{) . (9.12 x 10}-7₎

= 1.6992 x 10-2 _kg/mm

= 0.1665 N/mm

 Wi = Berat pipa persatuan panjang (N/mm)

= /4 . (do insul2-do2) . (density of

insulation)

= /4 . (218.282_-168.282_{) . (2.4 x 10}7₎

= 3.6414 x10-3 _kg/mm

= 0.0357 N/mm

Jadi total berat per satuan panjang (W), W = 0.2768 + 0.1665 + 0.0357 = 0.479 N/mm L= . . = . ( . ). . . = 3580 mm

Hasil output data Caesar dan analisa

Sebagai langkah awal perhitungan analisa tegangan pipa dengan menggunakan software Caesar, kita perlu memodelkannya terlebih dahulu. Adapun parameter-parameter yang menjadi data masukan (di input) kedalam program Caesar II sebagai data yang akan diproses adalah sebagai berikut :

Node

 Node yaitu titik awal perencanaan yang akan

disediakan oleh Caesar II dalam dialog box. Biasanya nilai 10 akan menjadi titik awal dari perencanaan jalur perpipaan yang akan dilakukan dan akan diikuti dengan

angka-angka selanjutnya sesuai dengan keperluannya.

 Name of first point: 10

 Apabila identitas pipa yang akan dimodelkan pada tiap segmen belum didefinisikan pada tahapan sebelumnya, secara otomatis program akan meminta input definisi pipa yang akan menggunakan identitas tersebut. Data yang harus dimasukkan antara lain adalah diameter luar, schedule pipa, corrosion allowance, tebal isolasi, jenis material, temperature, pressure, dan properties dari material tersebut.

Gambar 4.1. Input diameter pipa Referensi : Program CAESAR II 5.0

Gambar 4.2. Input Desain Pressure dan Operating Pressure, input Desain Temperature dan Operating Temperature.

Gambar 4.3. Input material Referensi : Program CAESAR II 5.0

Caesar II memiliki 9 kondisi temperature dan tekanan serta tekanan hydrotest yang dapat diberikan untuk masing-masing elemen pipa. Caesar II mempergunakan data temperature tersebut untuk mendapatkan thermal strain/regangan akibat temperature dan allowable stress/tegangan yang diijinkan dari suatu elemen dari material data base. Input temperature dan takanan ini juga berfungsi untuk mensimulasikan kondisi pembebanan ketika kita akan melakukan analysis.

Caesar II membutuhkan spesifikasi material pipa, elastic modulus,poisons ratio, density,dll. Sebagai parameter dasar yang akandigunakan untuk perhitungan. Caesar II telah memiliki berbagaidata base tentang material dimana kita dapat memilih sesuai dengan spesisifasi yang

dikehendaki, dan atau kita

dapatmerubah/membuat material data base sendiri dengan menggunakan Caesar II material data base editor.

Nilai Elastic Modulus dalam CAESAR II 5.1 akan diberikan dengan

4 nilai dimana nilainya akan diberikan secara otomatis oleh CAESAR II.

Gambar 4.4. Input density Referensi : Program CAESAR II 5.0 Pemodelan pada software Caesar disini mengikuti desain routing isometrik yang ada pada projek dan input didalamnya diharapkan dapat mendekati kebenaran hasilnya.

Gambar 4.5. Pemodelan pipa

Kemudian run dijalankan untuk menganalisis tegangan yang terjadi pada pemodelan yang telah dibuat. Berikut ini adalah hasil analisa program Caesar II

Gambar 4.6. Pemodelan pipa dengan expansi pipa

LOAD CASE DEFINITION KEY

Penjelasan Allowable Stress Type dan Load Case:

1. (OPE) Operating: Stress yang terjadi akibat beban kombinasi antara sustain load dan expansion load dimana biasa terjadi pada kondisi operational.

2. (OCC) Occassional: Stress yang terjadi hanya dalam waktu relative singkat akibat beban sustain load + occassional loading (seperti angin,wave, dll.)

3. (SUS) Sustained: Stress yang terjadi secara terus menerus selama umur operasi akibat tekanan dan berat pipa & fluida.

4. (EXP) Expansion: Stress yang terjadi akibat adanya perubahan temperature

5. (HYD) Hydrotest : Stress akibat tekanan air saat dilakukan hydrotest.

Gambar 4.7. Pemodelan pipa dan Node Referensi : Program CAESAR II 5.0 Case I diatas memberikan data-data stress yang terjadi akibat beban kombinasi antara sustain load dan expansion load dimana biasa terjadi pada kondisi operational, dengan menggunakan value data temperatur1 dan pressure1.

Case II diatas memberikan data-data stress yang terjadi akibat beban kombinasi antara sustain load dan expansion load dimana biasa terjadi pada kondisi operational, dengan menggunakan value data temperatur2 dan pressure2.

Pada Case III diatas memberikan data-data Stress yang terjadi secara terus menerus selama umur operasi akibat tekanan dan berat pipa & fluida, yaitu W dan P1.

Sama halnya yang terjadi pada Case III, pada Case IV ini merupakan data Stress yang terjadi secara terus menerus selama umur operasi akibat tekanan dan berat pipa & fluida tetapi pada W dan P2. Pada Case V dan VI adalah merupakan data stress yang terjadi akibat adanya perubahan temperature.

Dari hasil diatas ditunjukkan bahwa sistem perpipaan tersebut telah memenuhi standar karena beban dan tegangan yang terjadi tidak melebihi batasan yang diizinkan yaitu tegangan maksimum pada kasus pembebanan sustained

load (SUS) adalah 1406.1 kg/cm2_{= 137.89 N/mm}2_.

Sedangkan yang terjadi pada sistem tersebut adalah 297.6 kg/cm2 _{= 29.18 N/mm}2_.

4. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis pada perencanaan jalur perpipaan, dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Sistem perpipaan pada kondisi awal dinyatakan aman beroperasi karena pada analisa tegangan pipa tidak terjadi over stress yang pada kondisi desain sistem

perpipaan menunjukkan tegangan

maksimum terdapat pada node 30 sebesar 297.6 kg/cm2 _{= 29.18 N/mm}2_.

2. Jalur perencanaan perpipaan tidak terjadi overstress dan aman bagi manusia dan fasilitas migas di sekitarnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Chamsudi, Diklat – Pipe Stress Analisis, Jakarta: PT. Rekayasa Industri, 2005

2. Diklat, Pelatihan Dasar Analisa Tegangan Pipa. Jakarta: PT. Tijara Pratama, 2004 3. Hertanto, Teguh. P, “Buku Pegangan Peserta

Pelatihan”. Jakarta, 2009

4. Klass, Dua K.S.Y, Desain Jaringan Pipa, Prinsip Dasar dan Aplikasi. Bandung: CV. Mandar Maju, 2009

5. Raswari, Teknologi dan Perancangan Sistem Perpipaan, Jakarta: Bagian Penerbitan Universitas Indonesia (UI-Press), 1986 6. Rekayasa Engineering Designing School,

Jakarta 2010

7. The American Society of Mechanical Engineers, ASME B13.3-2006. Piping Proses, NewYork

8. Tungga BK, Dasar-dasar Getaran Mekanis, Yogyakarta: CV Andi Offset

ANALISA OPTIMALISASI KEBUTUHAN DAYA KOIL PENDINGIN SISTEM

PENGKONDISIAN UDARA PADA RANGKAIAN RUANG KELAS LANTAI 4

GEDUNG D UNIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA

Fikry Zulfikar

Program Studi Teknik Mesin, Universitas Mercubuana Jakarta

Abstrak - Sistem pengkondisian udara sangat banyak manfaatnya dalam kehidupan sehari-sehari

terutama dalam kenyamanan bekerja dan belajar dalam ruangan. Besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin dalam sebuah sistem pengkondisian udara adalah salah satu faktor dalam mengukur tingkat prestasi sebuah mesin pengkondisian udara. Oleh karena itu diperlukan sebuah analisis dalam mencari optimalisasi besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin untuk mengukur tingkat performansi sebuah mesin pendingin. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dalam mencari kebutuhan daya koil pendingin yang optimal dalam sistem pengkondisian udara di Gedung D lantai 4 Universitas Mercubuana berdasarkan faktor-faktor penelitian tertentu. Metode penelitian yang digunakan adalah menggunakan data-data primer dan sekunder yang diolah melalui analisis. Kemudian hasil analisis tersebut dibahas untuk ditarik sebuah kesimpulan dan terdapat saran pada bagian akhir. Pada hasil analisis berdasarkan faktor-faktor penelitian dipilihlah kondisi nomor 2 dari seluruh variasi kondisi sebagai kondisi dengan kebutuhan daya koil pendingin paling optimal karena kebutuhan energinya paling hemat yakni 124.747 W.

Kata kunci: sistem pengkondisian udara, koil pendingin, kebutuhan daya.

1. PENDAHULUAN

Dalam kehidupan kita sehari-hari, tentu kita menginginkan kenyamanan dalam beraktivitas. Begitu pula dengan kegiatan belajar-mengajar dalam lingkungan kampus, kita menginginkan lingkungan yang kondusif dalam belajar. Salah satu faktor kenyamanan dalam kegiatan belajar mengajar adalah faktor pengkondisian udara dalam ruang kelas. Udara yang panas dalam ruang kelas membuat kita kurang nyaman dalam belajar. Oleh karena itu dibutuhkan alat pengkondisian udara (Air Conditoning/AC) untuk membantu mengatur pengkondisian udara dalam ruang kelas agar nyaman.

Besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin dalam sebuah sistem pengkondisian udara adalah salah satu faktor dalam mengukur tingkat prestasi sebuah mesin pengkondisian udara. Oleh karena itu diperlukan sebuah analisis dalam mencari optimalisasi besarnya daya yang dibutuhkan koil pendingin untuk mengukur tingkat performansi sebuah mesin pendingin.

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dalam mencari kebutuhan daya koil pendingin yang optimal dalam sistem pengkondisian udara di Gedung D lantai 4 Universitas Mercubuana berdasarkan faktor-faktor penelitian tertentu. Adapun faktor-faktor penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah suhu dan kelembapan yang kita inginkan, dan laju aliran massa udara udara.

Objek dalam penelitian ini adalah gedung D lantai 4 Universitas Mercubuana Jakarta. Gedung ini terletak di Jakarta Barat, daerah ini terletak di Jl.Meruya Selatan, Kebon Jeruk – Jakarta Barat 11650 yang terletak pada 6 lintang selatan dan 106 bujur timur.

Rumusan masalah pada penelitian ini tidak lepas dari tema yang sudah ditentukan yaitu bagaimana cara menentukan sebuah kebutuhan daya koil pendingin yang optimal dari sistem pengkondisian udara terbaik berdasarkan faktor-faktor yang berpengaruh.

Melihat luasnya ruang lingkup permasalahan yang ada, maka penulis membatasi penelitian agar dapat mempermudah proses perhitungan tanpa mengurangi keakuratan hasil penelitian, oleh karena itu penulis membatasi masalah sebagai berikut:

1. Variasi temperatur ruangan yang diinginkan adalah 23 C, 24 C, dan 25 C.

2. Variasi kelembapan ruangan yang diinginkan adalah 50% dan 60%.

3. Perhitungan beban pendinginan difokuskan pada beban internal load (manusia, lampu, dan peralatan) dan beban kalor matahari yang nanti dijumlahkan menjadi beban pendinginan total.

4. Ruangan kelas yang digunakan dalam perhitungan dan analisis adalah 402, D-403, D-404, dan D-405.

5. Hasil penelitian bersifat rekomendasi. 6. Saluran ducting menggunakan sistem zona

tunggal.

7. Aliran udara dalam saluran ducting tidak mengalami divergensi.

2. TINJAUAN PUSTAKA

Tujuan pokok perhitungan perancangan sistem pengkondisian udara adalah untuk menentukan seberapa besar laju aliran udara dingin dan kapasitas mesin pendingin yang diperlukan bagi sistem pengkondisian udara untuk kondisi tertentu