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