BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pemipaan

Sistem pemipaan adalah suatu system jaringan pipa yang terpasang pada suatu rangkaian yang mempunyai fungsi untuk menyalurkan fluida. Komponen dalam system pemipaan meliputi pipa, flange, fitting, pembautan, gasket, valve, dan bagian-bagian dari komponen pemipaan lainnya. Ini juga termasuk gantungan pipa dan suport dan item lainnya yang diperlukan untuk mencegah tekanan dan tegangan berlebih dari komponen-komponen yang bertekanan. Hal itu membuktikan bahwa pipa adalah salah satu komponen yang sangat penting dalam suatu sistem pemipaan.

2.1.1 Pipa

Pipa yaitu didefinisikan sebagai lingkaran panjang dari, logam, metal, kayu dan seterusnya, yang berfungsi untuk mengalirkan fluida (air, gas, minyak dan cairan lain) dari suatu tempat ke tempat lain sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki.

Persyaratan dimensi penampang bulat dari pipa:

ASME B36.10M Welded and Seamless Wrought Steel Pipe

2.1.2 Klasifikasi Pipa

Yang dimaksud dengan klasifikasi pipa merupakan parameter utama yang terdapat pada pipa, dimana ukuran standar dari pipa dibuat dalam satuan inchi. Ukuran-ukuran yang perlu diperhatikan dalam pipa adalah:

• Diameter dalam (Di)

• Diameter luar (Do)

• Panjang pipa

• Tebal pipa

Ketebalan dinding pipa nominal menurut ANSI (American National

Standard Institute) dibedakan menurut ukuran pipa.

Terdapat tiga jenis ukuran pipa:

• Ukuran normal

Pipa dengan ukuran normal digunakan dengan tekanan normal.

• Ukuran Extra Strong

Jenis pipa ini mempunyai ketebalan dinding ekstra kuat dirancang untuk tekanan hidrolik.

• Ukuran Double Extra Strong

Pipa ini dirancang untuk tekanan yang sangat tinggi. 2.1.3 Nominal Pipe Size (NPS)

Nominal Pipe Size (NPS) adalah penanda ukuran pipa berdimensi. Hal

ini menunjukkan standar ukuran pipa bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu tanpa simbol inch. Misalnya, NPS 2 menunjukkan pipa yang berdiameter luar 2,375 inch. NPS 12 dan pipa yang lebih kecil memiliki diameter lebih besar ukuran penanda (contoh, 2, 4, 6,). Namun, diameter luar NPS 14 dan

pipa yang lebih besar sama dengan penanda, ukuran dalam inch. Misalnya, NPS 14 pipa memiliki diameter luar sebesar 14 inch diameter tergantung pada pipa ketebalan dinding yang ditentukan oleh jumlah schedule. Lihat ASME B36.10M atau ASME B36.19M. Rujuk ke App. E2 atau E2M.

Diameter Nominal (DN) juga merupakan penanda ukuran pipa

berdimensi dalam satuan metrik, yang dikembangkan oleh Organisasi Standar Internasional (ISO). Hal ini menunjukkan ukuran pipa standar bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu.

Tabel 2.1 Pipe size designators: NPS and DN

(Sumber : https://wheatland.com/image/standart-steel-pipe/sch40-80-ASTM-A53_Brochure_042512.pdf)

2.1.4 Flange

Flange adalah sebuah mekanisme, yang menyambungkan antar element pemipaan. Fungsinya flange, agar element tersebut lebih mudah di bongkar pasang tanpa mengurangi kegunaan untuk mengalirkan fluida pada pressure yang tinggi.

2.1.4.1 . Welded Neck Flange

Flange jenis ini cocok digunakan untuk tekanan tinggi, temperature extrim, shear impact maupun getaran tinggi. Konfigurasinya

tidak menimbulkan gangguan pada aliran. _{Flange ini dilas melingkar ke} dalam sistem di lehernya yang berarti bahwa integritas daerah butt welded yang dilas dapat dengan mudah diperiksa oleh radiografi. Lubang dari kedua pipa dan flange sesuai, yang mengurangi turbulensi dan erosi di dalam pipa. Oleh karena itu flange tipe ini digunakan di tempat-tempat kritikal.

Gambar 2.1 Welded Neck Flange (Sumber: https://eryhartoyo.wordpress.com) 2.1.4.2 . Slip-On Flange

Flange jenis ini mempunyai ketahanan kejutan dan getaran yang

pada tekanan internal sekitar sepertiga dari weld neck flange. Konfigurasinya menimbulkan gangguan aliran di dalam pipa. Las-lasan bagian dalam cenderung lebih mudah terkorosi dibandingkan weld neck

type flange.

Gambar 2.2 Slip-On Flange

(Sumber: https://eryhartoyo.wordpress.com) 2.1.4.3 . Blind Flange

Flange ini digunakan untuk menutup jalur pipa, katup dan

pompa, juga dapat digunakan sebagai penutup inspeksi. Oleh karena itu

flange ini tidak memiliki lubang dan sering kali disebut sebagai blanking flange.

Gambar 2.3 Blind Flange

(Sumber: https://eryhartoyo.wordpress.com) 2.1.4.4 . Socket Weld Flange

Flange ini dibor agar pipa dapat masuk kedalamnya sebelum dilas fillet.

Kedua lubang dari pipa dan flange sama sehingga memberikan karakteristik aliran yang baik.

Gambar 2.4 Socket Weld Flange (Sumber: https://eryhartoyo.wordpress.com) 2.1.4.5 . Threaded Flange

Flange jenis ini mirip dengan slip-on Flange, perbedaannya

adalah memiliki (thread internal) ulir dalam. Flange jenis ini biasanya digunakan untuk tekanan rendah dan tidak digunakan untuk temperatur atau stres yang sangat tinggi.

Gambar 2.5 Threaded Flange (Sumber: https://eryhartoyo.wordpress.com) 2.1.4.6 . Lap Joint Flange

Lap Joint flange adalah flange yang pada pemasangannya tidak

disebut Stub End. Dengan flange yang bisa diputar 360º maka sangat mudah pada saat fabrikasi dan pemasangan.

Gambar 2.6 Lap Joint Flange (Sumber: https://eryhartoyo.wordpress.com) 2.1.4.7 . Ring Type Joint Flange

Metode untuk memastikan sambungan flange tahan bocor pada tekanan tinggi. Sebuah cincin logam dikompresi menjadi alur heksagonal di muka flange untuk membuat segel. Metode ini dapat digunakan pada

Weld Neck, slip-on dan Blind Flange.

Gambar 2.7 Ring Type Joint Flange (sumber: www.steel-flange.com) 2.1.5 . Valve

Katup atau valve, adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida dengan menutup, membuka atau menghambat laju aliran fluida, contoh katup adalah keran air. Bebeberapa macam katup yang sering digunakan adalah sebagai berikut:

2.1.5.1 . Gate Valve

Bentuk penyekatnya adalah piringan, atau sering disebut wedge, yang digerakkan ke atas bawah untuk membuka dan menutup. Biasa digunakan untuk posisi buka atau tutup sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian terbuka.

Gambar 2.8 Gate Valve

( Sumber: https://.ngangsukaweruhdotcom.wordpress.com/2013/03/20/valve-sebuah-pengantar/ )

2.1.5.2 . Butterfly Valve

Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di tengahnya. Menurut disainnya, dapat dibagi menjadi concentric dan eccentric. Eccentric memiliki disain yang lebih sulit tetapi memiliki fungsi yang lebih baik dari concentric. Bentuknya yang sederhana membuat lebih ringan dibandingkan valve lainnya.

Gambar 2.9 Butterfly Valve

2.1.5.3 . Plug Valve

Seperti ballvalve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola, melainkan silinder. Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan

valve, maka cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat

seperti lumpur.

Gambar 2.10 Plug Valve

(Sumber:https://ngangsukaweruhdotcom.wordpress.com/2013/03/20/valve/ ) 2.1.5.4 . Ball Valve

Bentuk penyekatnya berbentuk bola yang mempunyai lubang menerobos ditengahnya.

Gambar 2.11 Ball Valve

(Sumber: https://.ngangsukaweruhdotcom.wordpress.com/2013/03/20/valve/ )

2.1.5.5 . Check Valve atau Non-Return Valve

Mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida hanya ke satu arah dan mencegah aliran ke arah sebaliknya.

Gambar 2.12 Check Valve

(Sumber: https://.ngangsukaweruhdotcom.wordpress.com/2013/03/20/valve/ )

2.1.6 Fitting

Fitting adalah salah satu komponen pemipaan yang memiliki fungsi

untuk merubah aliran, menyebarkan aliran, membesar atau mengecilkan aliran. Fitting merupakan salah satu pemain utama dalam pemipaan. Fitting bukanlah Nama untuk individu, melainkan Nama yang digunakan untuk pengelompokan. Adapun Jenis Fitting antara lain:

2.1.6.1 . Elbow

Elbow adalah jenis fitting yang pertama, elbow merupakan yang

berfungsi untuk membelokkan arah aliran fluid. Pada umumnya elbow terdiri dari 3 jenis yaitu 45º, 90º, dan 180º. Untuk memperoleh sudut selain itu, terkadang elbow tersebut dipotong atau juga dengan menggunakan dua elbow yang disatukan untuk memperoleh sudut tertentu.

Gambar 2.13 Elbow (Sumber: www.sunnysteel.com)

2.1.6.2 . Cross (Silang)

Biasa juga disebut dengan sambungan empat arah (4-way

fittings). Sambungan silang memiliki satu masukan (inlet) dan tiga

keluaran (outlet) atau sebaliknya. Sambungan silang dapat menghasilkan tegangan yang besar pada pipa dan perubahan temperatur, karena fitting silang merupakan titik pertemuan empat koneksi saluran.

Gambar 2.14 Cross (Sumber: www.haitima.com.tw) 2.1.6.3 . Reducer (Pemerkecil)

Reducer adalah komponen dalam pipa yang mengurangi ukuran pipa dari yang lebih besar ke lebih kecil (diameter). Panjang pengurangan biasanya sama dengan rata-rata diameter pipa yang lebih besar dan lebih kecil. Ada dua jenis reducer yaitu, concentric reducer dan eccentric

reducer.

Gambar 2.16 Reducer Eccentric

(Sumber: Sirawan, Yudi. 2008. Sistem Pemipaan)

2.1.6.4 . Tee

Sambungan T (fitting tee) merupakan jenis sambungan yang paling umum digunakan. Jenis fitting T yaitu tee equal dan fitting teenon equal. Digunakan untuk menggabungkan dua aliran fluida (split) dari arah yang berlawanan.

Gambar 2.17 Sambungan Tee

(Sumber: www.mekarjayamaju.blogspot.com) 2.1.6.5 . Cap (Penutup)

Cap Fitting berfungsi untu menghentikan aliran pada ujung pipa,

fitting ini di las langsung pada pipa utama. Ada juga penutup aliran fluida yang dapat di bongkar dan dilepas, namun biasanya menggunakan sambungan flange atau lebih dikenal dengan blind flange.

Gambar 2.18 Cap (Penutup) (Sumber: www.enggcyclopedia.com)

2.1.6.6 . Elbolet

Elbolet digunakan untuk membuat percabangan tangensial pada

suatu elbow.

Gambar 2.19 Elbolet

(Sumber: OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

2.2 Pompa

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara mengalirkan fluida. Kenaikan tekanan cairan tersebut dibutuhkan untuk mengatasi hambatan-hambatan selama pengaliran. Satu sumber umum mengenai terminology, definisi, hukum dan standar pompa adalah Hydraulic Institute Standards dan telah disetujui oleh

American National Standards Institute (ANSI) sebagai standar internasional.

2.3 Klasifikasi Pompa

Klasifikasi pompa berdasarkan tipe didefiniskan oleh Hydraulic Institute

Gambar 2.20 Klasifikasi Pompa Pumps

Positive Displacement

Non Positive Displacement

Reciprocating pump Blow case Rotary pump Centrifugal pump Regenerative turbine Special effect

2.4 Pompa Sentrifugal ( Centrifugal Pump)

Pompa Sentrifugal merupakan pompa non positive displacement yang menggunakan gaya sentrifugal untuk menghasilkan head untuk memindahkan zat cair.

Gambar 2.21 Pompa Sentrifugal (Sumber: www.pumpfundamental.com)

Pompa sentrifugal dikenal sebagai pompa pembangkit tekanan. Pompa sentrifugal memiliki elemen berputar yang memberikan energi kepada fluida.

Volute casing mengarahkan fluida ke sisi buang.

Pompa sentrifugal memiliki konstruksi yang membuat aliran fluida yang keluar dari impeller akan melalui sebuah bidang tegak lurus poros pompa.

Pompa Sentrifugal terdiri dari dua bagian:

1. Impeller, yaitu element yang memberikan energi ke zat cair dengan gerakan berputar.

2. Casing atau kerangka impeller yang didesain untuk mengalirkan zat cair ke impeller dan mengeluarkannya.

Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal:

Pompa digerakkan oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeller yang dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair

yang ada pada impeller akan ikut berputar karena dorongan sudu-sudu. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari eye of impeller keluar melalui saluran diantara sudu dan meninggalkan impeller dengan kecepatan tinggi. Zat cair yang mengalir keluar dari impeller dengan kecepatan tinggi ini kemudian mengalir melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/diffuser), sehingga terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Maka zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh

impeller, ruang diantara sudu-sudu menjadi vacuum sehingga zat cair akan terisap

masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar (tekan) dan flens masuk (isap) disebut head total pompa.

Untuk pompa dengan head total yang tinggi dan kapasitas aliran yang kecil, cenderung memiliki harga kecepatan spesifik yang kecil. Sebaliknya dengan

head total yang rendah dan kapasitas aliran yang besar, harga kecepatan spesifik

pompa akan menjadi besar. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.21.

2.5 Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara yaitu: 2.5.1 . Menurut Jenis Aliran Dalam Impeller

a) Pompa Aliran Radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat cair yang keluar dari impeller akan tegak lurus poros pompa (arah radial).

Gambar 2.22 Pompa Sentrifugal Aliran Radial (Sumber: www.taufiqurrokhman.com)

b) Pompa aliran aksial

Aliran zat cair meninggalkan impeller akan bergerak sepanjang permukaan silinder (arah aksial)

Gambar 2.23 Pompa Aliran Aksial (Sumber: id.weirminerals.com) c) Pompa aliran campuran

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeller bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen kecepatannya berarah radial dan aksial.

Gambar 2.24 Pompa Aliran Campuran (Sumber: buku sularso Pompa & Kompresor hal. 8)

2.5.2 . Menurut Jenis Impeller a) Impeler tertutup

Sudu-sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu kesatuan, digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit mengandung kotoran.

b) Impeler setengah terbuka

Impeller jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit mengandung kotoran misalnya: air yang mengandung pasir, zat cair yang mengauskan, lumpur dll.

c) Impeler terbuka

Impeller jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang. Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat sudu. Jenis ini banyak mengandung kotoran.

Gambar 2.25 Impeller Tertutup dan Impeler Terbuka (Sumber: macammakati.blogspot.com)

2.5.3. Menurut Bentuk Rumah

a) Pompa Volute

Bentuk rumah pompa seperti rumah keong/siput (volute), sehingga kecepatan aliran keluar bias dikurangi dan dihasilkan kenaikan tekanan.

Gambar 2.26 Bentuk Pompa Volute

(Sumber: buku sularso Pompa & Kompresor hal. 7) b) Pompa diffuser

Pada bagian sekeling luar impeller di pasang sudu difusser sebagai pengganti rumah keong.

Gambar 2.27 Pompa Diffuser

(Sumber: buku sularso Pompa & Kompresor hal. 8) c) Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeller jenis aliran campuran dan sebuah rumah volut.

2.5.4. Menurut Jumlah Tingkat

a) Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller.

Gambar 2.28 Pompa Satu Tingkat (Sumber: www.novan-natanagara.blogspot.com)

b) Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa tingkat impeller yang dipasang secara berderet (seri) pada satu poros. zat cair yang keluar dari impeller pertama dimasukkan ke impeller berikutnya dan seterusnya hingga impeller terakhir. Head totalnya merupakan jumlah dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relative tinggi.

Gambar 2.29 Pompa Bertingkat Banyak

2.5.5. Menurut Letak Poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horizontal dan poros vertikal

Gambar 2.30 Pompa Dengan Poros Vertikal dan Horisontal (Sumber: www.novan-natanagara.blogspot.com) 2.6 Komponen – Komponen Pompa Sentrifugal

Secara garis besar komponen-komponen pada pompa sentrifugal terbagi menjadi dua bagian, yaitu:

a. Komponen berputar, yaitu impeller, poros (shaft), kopling pompa, dan shaft protection sleeve.

b. Komponen statis (diam), yaitu casing pompa (rumah impeller dan bearing), mechanical seal, dan oil seal.

Gambar 2.31 Susunan Pompa Sentrifugal (Sumber: buku sularso Pompa & Kompresor hal. 75)

2.7 Karakteristik Sistem Pemompaan

Pompa tidak dapat mengubah seluruh energi kinetik menjadi energi tekanan karena ada sebagian energi kinetik yang hilang dalam bentuk losis. Efisiensi pompa adalah suatu faktor yang dipergunakan untuk menghitung losis ini. Efisiensi pompa terdiri dari:

• Efisiensi hidrolis, memperhitungkan losis akibat gesekan antara cairan dengan impeller dan losis akibat perubahan arah yang tiba‐ tiba pada impeler.

• Efisiensi volumetris, memperhitungkan losis akibat resirkulasi pada ring, bush, dll.

• Efisiensi mekanis, memperhitungkan losis akibat gesekan pada seal, packing gland, bantalan, dll.

Setiap pompa dirancang pada kapasitas dan head tertentu, meskipun dapat juga dioperasikan pada kapasitas dan head yang lain. Efisiensi pompa akan mencapai maksimum pada designed point tersebut, yang dinamakan dengan titik BEP. Untuk kapasitas yang lebih kecil atau lebih besar efisiensinya akan lebih rendah.

Efisiensi Pompa adalah perbandingan antara daya hidrolis pompa dengan daya pompa.

2.8 Sifat Aliran Fluida Pada Pipa

1. Aliran Laminer

Aliran fluida jenis ini akan terjadi apabila kecepatan fluida yang mengalir melalui pipa rendah, maka gerakan alirannya akan konstan

Aliran laminer dapat diketahui dari perhitungan Reynold Number. µ ρV D Re . . = (2.1) dimana : =

ρ

Density fluida =

V Kecepatan aliran fluida

=

D Diameter dalam pipa m]

=

µ

Viskositas dinamik

=

v Viskositas kinematik

Tabel 2.2 Sifat-Sifat Fisik Air

(Sumber: Grundfos research and Technology) Aliran fluida dikatakan bersifat laminer jikaR_e< 2300

2. Aliran Turbulent

Aliran ini terjadi apabila kecepatan fluida tinggi, aliran tidak lagi steady namun bervariasi baik besar maupun arahnya pada sembarang titik. Aliran akan bersifat turbulent jika hasil perhitungan Reynold Number

( )

R_e diatas 4000 (Re > 4000, aliran turbulen).

2.9 Persamaan Dasar Aliran Fluida Q = .

υ

•

m _(2.2)

dimana :

Q =Kapasitas aliran yang direncanakan

m• _{=Aliran masa}

υ _{= volume spesifik, T=30}o _C. 2.10 Kerugian Aliran Dalam Pipa

Untuk analisa kerugian aliran melalui pipa digunakan persamaan energi, dimana sistem terlihat pada gambar 2.32 berikut ini :

Gambar 2.32 Koordinat Aliran Melewati Reducing Elbow 90º

A d V e e t W W W Q _{s shear other}

∫

_CV ρ∀+

∫

_CS ρ . ∂ ∂ = − − − • • • • (2.3) Dimana: z g g V u e . . 2 2 + + = (2.4)

Untuk mendapatkan persamaan head loss diperlukan asumsi-asumsi sebagai berikut :

• Wother = 0.

• Wshear = 0 (kecepatan pada dinding adalah nol).

• Steady state.

• Incompressible fluid.

• Energi dalam dan energi tekanan pada tiap penampang uniform. Sehingga persamaan energi menjadi :

(

)

(

)

2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 . .2 2 .1 1 (2.5) 2 2 A A P P V V Q m u u m mg z z ρV dA ρVdA ρ • • •_ − _ • = − +  + − + −  

∫

∫

Karena aliran fluida bersifat viscous, kecepatan aliran pada suatu penampang tidak akan uniform. Dengan demikian untuk menyelesaikan persoalan ini digunakan kecepatan rata-rata ke dalam persamaan energi tersebut, sehingga tanda integral pada persamaan tersebut dapat dihilangkan. Untuk melakukannya harus menggunakan koefisien energi kinetik (α₎ kedalam persamaan tersebut.

2 2 2 2 2 2 V m dA V V dA V V A A • = =

_∫

∫

ρ α ρ α

Sehingga persamaan dapat dituliskan sebagai berikut :

(

)

2 1

(

)

2 22 1 12 2 1 2 1 ( 2 .6 ) 2 2 P P V V Q m u u m m g z z m α α ρ • ₌ • _{− +} •  − ₊ • _{− +} •  ₋          dimana : • • _∂ = ∂ = ∂ = ∂ = m dm Q dt dm dm Q dm dm dt Q dt Q Q . . .

(

)

dm Q u u gz V P gz V P ∂ − − =       + + −       + + 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 1 1 2 2 ρ α α ρ (2.7) dimana :

(

−

)

−∂ = dm Q u u_{2 1}

kerugian energi dalam dan energi thermal sepanjang aliran akibat gesekan fluida dengan dinding saluran.

=

∑

HL

Bila kedua ruas dikalikan g 1

maka persamaan 2.7 menjadi :

∑

=       + + −       + + z HL g V g P z g V g P 2 2 2 2 2 1 2 1 1 1 2 . 2 . α ρ α ρ (2.8)

Bila diasumsikan aliran uniform pada tiap-tiap penampang, maka α_{1 =} α_{2 = 1 , sehingga persamaan 2.8 menjadi :}

      + + −       + + =

∑

2 2 2 2 1 2 1 1 2 . 2 . g z V g P z g V g P H_L ρ ρ (2.9) Kerugian aliran (Head Loss) pada saluran tertutup dapat digolongkan menjadi dua, yaitu head loss mayor dan head loss minor.

Head Loss adalah sutu kerugian aliran yang terjadi sepanjang saluran

pipa, baik itu pipa lurus, belokan, saringan, katup dan sebagainya. Head Loss dapat digolongkan menjadi dua, yaitu:

1. Head Loss Mayor

Merupakan suatu kerugian aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan antara fluida dengan dinding saluran pipa lurus. Besarnya head loss mayor dapat dihitung menggunakan persamaan Darcy-Weysbah sebagai berikut:

g V D L f H_l . 2 . . 2 = (2.10) Dimana ; =

f koefisien kerugian gesek

=

L Panjang pipa m]

=

D Diameter dalam pipa m]

=

V kecepatan aliran fluida

=

g Percepatan gravitasi

Besarnya koefisien gesek

( )

f dapat diketahui dari jenis aliran yang terjadi. Untuk aliran laminer, besarnya koefisien gesek

( )

f dapat dihitung dengan persamaan:

e

R

f = 64 (2.11)

Untuk aliran turbulent, besarnya koefisien gesek

( )

f dapat dihitung dengan persamaan Darcy, Rumus ini berlaku atas dasar kerugian head untuk panjang pipa ratusan meter.

D

f =0,020+0,0005 (2.12)

Dimana:

D = adalah diameter dalam pipa ]

Dapat juga melalui Moody Diagram dengan menarik garis harga Re diplotkan

harga Relative Roughness 

     D ε _.

2. Head Loss Minor

Kerugian aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan yang terjadi pada komponen tambahan (asesoris) seperti elbow, katup, fitting dan lain sebagainya sepanjang jalur perpipaan. Besarnya head loss minor tergantung dari koefisien tahanan

( )

K asesoris yang digunakan. Untuk koefisien kerugian berbagai asesoris dapat dilihat pada lampiran).

g

V

K

H

_lm

.

2

.

2

=

2

.

2.

V

f

g

=

_(2.13) dimana : =

f Koefisien kerugian gesek

=

V Kecepatan aliran fluida

=

g Percepatan gravitasi

=

K Koefisien tahanan

2.11 Head Instalasi

Head pompa adalah energi per satuan berat fluida yang diberikan oleh pompa sehingga fluida tersebut dapat mengalir dari suction ke discharge. Head pompa disini meliputi :

1. Head Statis

a. Pressure Head

Merupakan energi yang terdapat pada fluida akibat perbedaan tekanan antara suction reservoir dengan discharge reservoir. Adapun besarnya pressure head dapat dirumuskan sebagai berikut :

γ sr dr p P P H = − (2.14) b. Elevation Head

Merupakan head yang disebabkan oleh adanya perbedaan ketinggian dari permukaan fluida di suction reservoir dengan permukaan fluida di discharge reservoir dengan sumbu pompa sebagai acuannya. Head ini diberi notasi Hz_.

Jadi head statis dapat dirumuskan :

( )

z sr dr st

H

P

P

H

=

−

+

γ

_(2.15) dimana : = dr

P Tekanan pada discharge reservoir

P_sr = Tekanan pada suction reservoir

γ

=

ρ

.g=Berat jenis fluida

Hz =Elevation head m]

Ada dua macam instalasi pada pipa suction, yaitu : Suction Head

Suction head adalah suatu instalasi pipa suction dimana permukaan fluida terletak diatas sumbu pompa. Bersarnya elevation head adalah :

s d a

H

H

H

=

−

dimana : Hd = Head discharge [m] Hs = Head suction [m] Suction Lift

Suction lift adalah suatu instalasi pipa suction dimana permukaan fluida terletak dibawah sumbu pompa. Adapun besarnya elevation head adalah : s d a H H H = + dimana : Hd = Head discharge [m] Hs = Head suction [m]

(a) Suction Lift (b) Suction Head Gambar 2.33 Instalasi Pada Pipa Suction

2. Head Dynamis

Head dynamis merupakan head pompa yang terdiri dari: a. Velocity Head

Merupakan head yang disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan fluida di suction reservoir dengan di discharge reservoir. Dapat dirumuskan sebagai berikut :

g V V V dr sr h 2 − = (2.16) b. Head Loss

Merupakan penjumlahan total antara head loss mayor dengan head loss minor. Jadi head dynamis dapat dirumuskan :

∑

+ − = L sr dr dyn H g V V H 2 2 2 (2.17) dimana : = dr

V _{Kecepatan aliran pada discharge reservoir}

=

sr

V _{Kecepatan aliran pada suction reservoir}

g _{= Percepatan gravitasi}

3. Head Total Instalasi

Head total instalasi merupakan pejumlahan dari head statis dengan head dynamis. Head ini menyatakan besarnya kerugian yang harus diatasi oleh pompa dari seluruh komponen-komponen yang ada. Head total instalasi dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :

dyn st inst H H

( )

+ − +

∑

+ − = L sr dr z sr dr _H g V V H P P 2 2 2 γ _(2.18)

Untuk menghitung head total pompa digunakan rumus sebagai berikut,

2 Diketahui :

Htot : Head total pompa (m)

ha : Head Statis total (m)

∆hp : Perbedaan tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (m)

hl : Berbagai kerugian head pipa, katup, belokan, sambungan, dll (m)

V2_{/2g : Head kecepatan keluar (m)}

g : Percepatan gravitasi 9,81(m/s2₎

2.12 Kavitasi

Kavitasi merupakan salah satu fenomena dalam suatu aliran zat cair dalam pipa maupun pompa yang sangat merugikan. Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang mengalir, karena tekanannya berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuhnya sehingga akan timbul gelembung-gelembung uap zat cair.seperti pada gambar :

(Sumber: Engineeringtoolbox.com)

Kantong uap akan membentuk gelembung pada sisi bawah impeler. Apabila gelembung bergerak dari daerah bertekanan rendah ke daerah tinggi tekan yang dekat dengan ujung baling, gelembung ini akan hilang / pecah sehingga cairan menumbuk baling-baling dengan gaya yang sangat besar.

Gambar 2.35 Kerusakan Impeler Akibat Kavitasi

Pada pompa, sisi isapnya sangat rawan terjadi kavitasi karena tekanannya yang rendah. Jika pompa dijalankan terus-menerus dalam keadaan kavitasi, akan menyebabkan kerusakan terhadap area tesebut, sehingga pada akhirnya terjadi erosi. Turunnya performance, timbulnya suara dan getaran, serta rusaknya pompa merupakan kerugian-kerugian dari timbulnya kavitasi. Oleh karena itu, kavitasi harus dicegah dengan berbagai cara, antara lain dengan memperpendek pipa sisi isap dan mengurangi aksesoris sisi isap. 2.13 Net Positive Suction Head (NPSH)

Head isap positif net (NPSH) merupakan ukuran dari head suction terendah yang memungkinkan bagi cairan untuk tidak mengalami kavitasi. NPSH ini dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap terjadinya kavitasi. Ada dua macam NPSH, yaitu:

NPSHA adalah NPSH yang tersedia di instalasi pompa. NPSHA dapat dirumuskan :

∑

− − − = Pa Pv h H s h_{sv s L} γ γ _(2.19) Dimana : = sv

h NPSH yang tersedia pada instalasi (m kolom air).

= γ Pa

Tekanan absolut diatas permukaan cairan pada suction reservoir

(m kolom air).

= γ Pv

Tekanan uap cairan yang dipompa pada temperatur pemompaan

(m kolom air).

h_s = Head isap statis (m kolom air).

=

∑

H

_L

s

Head loss pada pipa isap (m kolom air).

2. Net Positive Suction Head Required (NPSHR)

NPSHR adalah NPSH yang diperlukan oleh pompa yang bersangkutan

supaya dapat bekerja. NPSHR ditentukan oleh pabrik pembuat pompa

tersebut. Yang besarnya tergantung dari banyak faktor, antara lain: desain impelernya, kecepatan putaran, sifat fluida yang dipompa. Agar pompa tidak mengalami kavitasi NPSHA harus lebih besar dari NPSHR.

2.14 Perhitungan Diameter Pipa (D)

Untuk mengitung diameter dalam pipa menggunakan rumus:

!" (2.21)

Q = Kapasitas aliran (m3_/s)

V = Kecepatan aliran (m/s) 2.15 Kapasitas Aliran Air

Kapasitas aliran adalah jumlah air yang mengalir dalam satuan volume perwaktu. Besarnya debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik (m³/s). Dalam penggunaan setiap hari, konsumsi standr perjam untuk perencanaan dapat dihitung dari konsumsi harianmaksimum perorang dibagi 24 (jam/hari) dan ditambah 50%. Harga tersebut diperlukan untuk menentukan distribusi air standar.