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

(1)

i

PERANCANGAN ULANG SISTEM PERPIPAAN HIDRAN GEDUNG LABORATORIUM UNIT V KAMPUS III

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

Skripsi

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh: Sigit Wiyanto NIM : 055214028

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

i

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

by : Sigit Wiyanto

Student Number : 055214028

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

TECHNOLOGY AND SCIENCE FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

(6)

v

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

NIM : 055214028

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

PERANCANGAN ULANG SISTEM PERPIPAAN HIDRAN GEDUNG LABORATORIUM UNIT V KAMPUS III

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

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

Yogyakarta, 05 Maret 2010

Yang menyatakan,

(7)

vi

Perancangan sistem sebelum digunakan sangatlah penting untuk mengetahui sistem perpipaan hidran yang akan digunakan, baik sistem distribusi (pipa) maupun spesifikasi pompa hidran yang digunakan untuk mengoptimalkan keamanan.

Perancangan dilakukan dengan meninjau diameter pipa yang digunakan, ketebalan pipa komersial menggunakan pipa dengan schedule 40, jenis pipa yang digunakan berupa pipa Carbon Steel, sambungan yang digunakan berupa tee dan elbow, valve yang digunakan menggunakan open globe valve, dan ketinggian gedung 20,35 meter. Perhitungan perancangan berupa perhitungan ketebalan pipa yang digunakan dengan masing-masing diameter saat mengalami tekanan maksimum sebesar 102,4 psi (pada saat beroperasi), penentuan pola aliran, kebutuhan kecepatan fluida untuk mencapai ketinggian maksimum, perhitungan percabangan, dan perhitungan jarak tumpuan.

Hasil dari perancangan ulang berupa ketebalan pipa yang digunakan cukup dengan menggunakan schedule 5S, namun demikian pipa yang dipasang menggunakan schedule 40 sehinnga untuk pipa dengan diameter 1,5 in memiliki angka keamanan sebesar 77,22, kecepatan aliran yang diperlukan untuk mencapai ketinggian maksimum gedung sebesar 23,07 m/s, percabangan yang digunakan tidak membutuhkan penguat, dan tumpuan yang digunakan berupa tanah, lantai cor masing-masing lantai, dan pipa-pipa yang terintegrasi dengan dinding maupun pompa.

(8)

vii

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan tepat pada waktunya. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Dengan selesainya pembuatan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat kelulusan dari program studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tidak lupa penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan tugas akhir, terlebih kepada :

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Budi Sugiharto, S.T.,M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Dosen Pembimbing akademik, dan Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

3. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T.,M.T. dan Ir. Rines, M.T. selaku dosen penguji yang telah memberikan keritik dan saran.

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

5. Ir. Woro, selaku kepala Biro Sarana dan Prasarana. 6. Bapak Wasimin, selaku bagian Mekanik dan Elektrik.

(9)

(10)

ix

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ……… v

INTISARI ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan Dan Manfaat Perancangan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

BAB II. DASAR TEORI ... 4

2.1 Sistem Hidran ... 4

2.1.1 Tempat Penyimpanan Air... 4

2.1.2 Pompa dan Hydrophore ... 5

2.1.3 Sistem Perpipaan ... 8

2.2 Sistem Distribusi ... 9

(11)

x

2.4 Dasar Perhitungan Tebal Pipa ... 13

2.5 Dasar Perhitungan Kebutuhan Penguat Pada Percabangan ... 15

2.6 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa ... 17

2.7 Persamaan Energi ... 19

2.8 Persamaan Bernoulli ... 20

2.9 Penentuan Tarak Tumpuan ... 25

BAB III. LANGKAH PERANCANGAN ... 27

3.1 Spesifikasi Alat ... 27

BAB IV. PERHITUNGAN PERANCANGAN ... 31

4.1 Ketebalan Pipa ... 31

4.2 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa ... 34

4.3 Rugi-Rugi Dalam Pipa ... 36

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

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

4.6 Percabangan ... 42

4.7 Tumpuan ... 47

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 49

5.1 Kesimpulan ... 49

5.2 Saran ... 50

(12)

xi

Tabel 2.1 Harga koefisien Y untuk t < d/6 ... 14

Tabel 2.2 Harga faktor k untuk valves dan sambungan ... 24

Tabel 3.1 Karakteristik pipa Galvanized Steel ... 28

Tabel 3.2 Sifat minimum logam las ... 29

Tabel 4.1 Kemampuan pipa menahan tekanan ... 33

Tabel 4.2 Angka Keamanan Pipa ... 34

Tabel 4.3 Hasil perhitungan angka Reynolds ... 35

Tabel 4.4 Hasil perhitungan Head Losses total ... 37

(13)

xii

Gambar 2.1 Udara tertekan karena bertambahnya volume air ... 6

Gambar 2.2 Tee ... 11

Gambar 2.3 Elbow 450 dan 900 ... 12

Gambar 2.4 Cross ... 12

Gambar 2.5 ConsentrikReducer (kiri) dan Ecentrik Reducer (kanan) ... 13

Gambar 2.6 Nama-nama bagian pada percabangan ... 15

Gambar 2.7 Kecepatan aliran dalan pipa ... 18

Gambar 2.9 Gate valve (conventional stuffing box) ... 25

Gambar 2.10 Gate Valve (insertion-type stuffing box) ... 25

Gambar 2.11 Globe Valve ... 25

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Sistem perpipaan sering di dapati dalam kehidupan sehari-hari. Penggunaan sistem perpipaan dalam kehidupan sehari-hari diantaranya sistem perpipaan air bersih pada perumahan, sistem perpipaan kompresor pada bengkel, sistem perpipaan hidran pada gedung perkantoran dan perkuliahan, sistem perpipaan pada pengeboran dan pengolahan minyak bumi, sistem perpipaan pada pabrik pengolahan minyak sawit.

Dewasa ini banyak didapati adanya kecelakaan kerja yang disebabkan karena kerusakan pada sistem perpipaan. Hal ini disebabkan karena adanya ketidak mampuan rancangan sistem perpipaan dalam menahan tekanan yang diberikan. Salah satunya adalah sistem perpipaan hidran. Sistem perpipaan hidran beroperasi dengan cara memompa air dari bak tandon dengan pompa air menuju tangki hydrophore dan kemudian dibantu dengan tekanan dari kompresor untuk menyalurkan ke sistem perpipaan hidran. Hidran sering digunakan untuk mengatasi terjadinya kebakaran dalam skala yang cukup besar yang tidak mampu diatasi oleh pemadaman secara konvensional.

(15)

cukup besar pada saat beroperasi. Tujuan dari perancangan sistem perpipaan adalah untuk mencegah terjadinya kecelakaan kerja akibat kegagalan rancangan, sehingga perancangan sistem perpipaan dapat dikatakan sangat penting.

1.2 Tujuan dan Manfaat Perancangan

Tujuan perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit V Kampus III Universitas Sanata Dharma, yaitu :

1. Mengkaji tentang kekuatan pipa pada saat mengalami tekanan maksimal ditinjau dari bahan pipa, dimensi pipa dan sambungan yang digunakan dan menyesuaikan dengan pipa komersial yang ada di pasaran, sehingga dapat diketahui kelayakan sistem perpipaan hidran yang dipakai.

2. Mengkaji kebutuhan pompa yang dibutuhkan saat sistem hidran beroperasi dengan meninjau dari rugi-rugi yang terjadi (rugi-rugi akibat sambungan, rugi-rugi akibat ketinggian), sehingga dapat diketahui pompa yang dipakai telah layak atau belum.

Manfaat perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit V Kampus III Universitas Sanata Dharma, yaitu :

1. Mengetahui apakah sistem perpipaan hidran mampu mengatasi tekanan yang diberikan.

2. Mengetahui apakah pompa hidran yang digunakan dapat memenuhi jumlah layanan.

(16)

1.3 Batasan Masalah

Perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit V Kampus III Universitas Sanata Dharma, sebagai pemikiran utamanya adalah kekuatan sistem perpipaan hidran saat mengalami tekanan dan kemampuan pompa hidran saat beroperasi ditinjau dari :

(17)

4

2.1 Sistem Hidran

Hidran merupakan sarana pemadam kebakaran yang menggunakan

media air untuk mematikan api. Air dari bak penampungan di alirkan melalui

pipa-pipa penyalur menggunakan pompa. Sistem hidran terdiri atas :

1. Tempat penyimpanan air (reservoir).

2. Pompa dan Hydrophore.

3. Sistem penjernih air.

4. Sistem perpipaan.

2.1.1. Tempat penyimpanan air (reservoir)

Reservoir merupakan tempat penampungan air yang akan digunakan dalam proses pemadaman kebakaran. Biasanya reservoir ini berbentuk satu tangki

ataupun beberapa tangki yang terhubung satu dengan yang lainnya, bisa berada di

atas tanah maupun dalam tanah dan harus dibuat sedemikian rupa hingga dapat

menampung air untuk suplai air hidran. Reservoir yang digunakan dalam

perancangan berupa bak berdimensi 3,6 x 1 x 1 meter yang terhubung dengan bak

penampungan air bersih yang dipisahkan oleh gerbang air. Gerbang air

memungkinkan pemindahan air bersih ke ruang hidran, namun tidak untuk

(18)

Pemindahan air bersih ke bak hidran dimungkinkan untuk mengantisipasi

kondisi darurat bila air hidran habis ketika masih diperlukan sehingga proses

pemadaman tidak terganggu. Tetapi air hidran tidak dapat digunakan untuk

keperluan air bersih karena pada saat penyaringannya air untuk hidran tidak

diutamakan kebersihannya.

Reservoir ini berada di dalam tanah dan harus dibuat sedemikian rupa hingga dapat menampung air untuk suplai air hidran. Selain itu reservoir juga

harus dilengkapi dengan mekanisme pengisian kembali dari sumber-sumber air

yang dapat diandalkan untuk menjaga level air yang tersedia dalam reservoir.

Mekanisme pengisian reservoir ini terdiri dari sistem pompa yang dihubungkan

dengan sumber air tanah.

2.1.2. Pompa dan Hydrophore

Hydrophore merupakan suatu bejana/tabung yang berfungsi untuk mempertahankan atau menstabilkan kebutuhan tekanan fluida pada suatu jaringan

perpipaan.

Hydrophore bekerja berdasarkan hukum Boyle yang menyatakan bahwa jika temperatur (T) sejumlah gas yang diberikan dipertahankan konstan, maka

volume (V) gas akan berubah berbanding terbalik dengan tekanan (P) absolut gas

di tunjukkan dalam Persamaan 2.1 dan Gambar 2.1

(19)

Gambar 2.1. Udara tertekan karena bertambahnya volume air

Pada rumah pompa di Kampus III Universitas Sanata Dharma,

hydrophore yang digunakan untuk hidran berkapasitas 1000 liter dengan memiliki tekanan ijin 10 ATM (10 kg/cm2), namun tekanan kerja maksimum hidran hanya

7,2 kg/cm2.

Pompa hidrolis adalah sebuah mesin yang berfungsi mengubah energi

mekanis menjadi energi tekanan fluida (modul praktikum pompa seri/parallel, YB.

Lukiyanto). Pada sistem hidran pompa berfungsi untuk mengalirkan air dari

sumber air (sumur) ke bak penampungan (reservoir) dan dari bak penampungan

kedalam instalasi pipa hidran.

Sistem pompa hidran terdiri atas panel kontrol pompa, motor penggerak,

dan unit pompa. Pompa dikontrol melalui sistem panel kontrol, sehingga dapat

menghidupkan serta mematikan keseluruhan sistem dan juga untuk mengetahui

status dan kondisi pompa. Motor penggerak pompa merupakan sistem mekanik

elektrik yang mengaktifkan pompa untuk menyedot dan menyemburkan air.

Pada sistem hidran di Kampus 3 Universitas Sanata Dharma digunakan

dua buah pompa centrifugal untuk mengalirkan air dari bak penampungan ke

(20)

instalasi pipa hidran yaitu :

1. Pompa hidran utama

Merupakan pompa sentrifugal yang memiliki daya 30 kW dan beroperasi

secara otomatis jika sistem hidran memerlukan debit air yang besar. Pada saat

beroperasi, pompa secara otomatis mati bila tekanan pada hydrophore mencapai

7,2 kg/cm2 dan akan menyala kembali ketika tekanan di dalam hydrophore turun

hingga 4,5 kg/cm2 karena air mengalir ke keluar dari sistem hidran.

2. Pompa Jockey

Merupakan pompa sentrifugal yang memiliki daya 5 kW dan beroperasi

untuk memenuhi kebutuhan air dengan debit kecil seperti penyiraman taman

(sistem hidran terintegrasi juga dengan saluran pipa kecil untuk kebutuhan taman).

Pada saat beroperasi, pompa secara otomatis mati bila tekanan pada hydrophore

mencapai 6,8 kg/cm2 dan akan menyala kembali ketika tekanan di dalam

hydrophore turun hingga 4,5 kg/cm2 karena air mengalir ke keluar dari sistem hidran.

Pompa jockey dan pompa hidran utama bekerja bergantian diatur oleh

panel kontrol otomatis. Jika debit air yang keluar kecil maka yang bekerja hanya

pompa jockey, dan pada limit tertentu ketika debit air yang keluar dibutuhkan besar maka pompa hidran utama akan menyala dan pompa jockey akan mati

(21)

Pompa hidran harus dapat bekerja setiap saat ketika dibutuhkan karena

merupakan sarana penanggulangan bencana yang tak terduga. Penggerak pompa

yang digunakan untuk hidran adalah motor listrik, maka disediakan genset untuk

menyuplai daya listrik ke motor pompa bilamana listrik dari jaringan mati

sehingga sistem hidran dapat selalu bekerja.

2.1.3. Sistem Perpipaan

Sistem perpipaan merupakan sebuah sistem yang berfungsi sebagai

media untuk mengalirkan fluida, baik berupa cairan maupun gas dari satu tempat

ke tempat yang lain.

Dalam sistem hidran, sistem perpipaan ini digunakan sebagai saluran air

yang berguna untuk memadamkan api apabila di suatu tempat terjadi kebakaran.

Sistem ini bekerja berdasarkan tekanan, fluida dari pompa dialirkan melalui satu

pipa dicabangkan menuju kran – kran pada setiap terminal akhir melalui pipa

bercabang.

Sistem perpipaan pada hidran merupakan jalur utama distribusi air dari

lokasi sumber air (sumur) menuju reservoir dan juga dari reservoir menuju titik

penempatan kotak pemadam kebakaran di tiap lantai gedung. Tanpa pipa maka

tidak dapat disebut sebagai sistem hidran, tetapi hanya alat penyemprot air.

Sistem hidran pipa merupakan salah satu peranan terpenting untuk

(22)

2.2 Sistem distribusi

Sistem pipa utama (primary feeders) dari hidran biasanya berukuran 12

hingga 16 in. Pipa sambungan kedua (secondary feeders) biasanya berukuran 8

hingga 12 in. Sedangkan untuk cabang pipa biasanya berukuran 4,5 hingga 6 in.

Pada ujung pipa hidran tersambung dengan pilar hidran. Disamping pilar hidran

terpasang box yang digunakan untuk menyimpan selang hidran (house). Selang ini

terbuat dari bahan kanvas yang panjangnya berkisar 20-30 meter.

Sebagai pendukung supply air hidran, dibuatlah suatu sambungan pipa

yang berinterkoneksi dengan sistem pipa hidran yang disebut sambungan siamese.

Sambungan ini terdiri dari satu atau dua sambungan pipa yang fungsinya adalah

untuk memberikan supply air tambahan untuk mobil pemadam kebakaran atau

sistem pilar hidran umum.

2.3 Komponen Sistem Perpipaan

Sistem perpipaan terdiri dari berbagai komponen yang menjadi

pendukung sistem, sehingga dapat bekerja sesuai dengan fungsinya.

Komponen-komponen dari sistem perpipaan adalah pipa, sambungan, flanges, serta

komponen lain yang digunakan untuk mendistribusikan fluida.

2.3.1 Pipa

Pipa merupakan tabung dengan bentuk silinder yang menjadi bagian

utama dari sistem perpipaan. Di dalam pipa inilah proses pengaliran fluida terjadi.

Setiap kondisi proses pengaliran fluida, pipa yang digunakan memiliki spesifikasi

(23)

dan dalam suhu yang tinggi, maka pipa yang diperlukan adalah dengan spesifikasi

tersebut menurut standar yang dikeluarkan oleh ASTM (American Society of

Testing Materials) atau ASME (The American Society of Mechanical Engineers). Standar yang dikeluarkan oleh ASTM, terdapat bagian dari pipa yang telah diukur

sesuai standar yang ditentukan. Bagian-bagian tersebut berupa keterangan

mengenai bahan pipa, diameter, ketebalan pipa, serta schedule pipa.

Spesifikasi pipa, terdapat istilah schedule, yang merupakan istilah untuk

pembagian kelas dalam pipa. Schedule ditulis dalam bentuk penomoran untuk

membedakan spesifikasi pipa, karena masing-masing schedule memiliki

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

(Nominal Pipe Size), memilki ketebalan pipa yang berbeda untuk masing-masing

schedule.

Perbedaan schedule ini berguna untuk penggunaan pipa yang berbeda

pada ukuran nominal pipa yang sama. Perbedaan antara schedule yang satu

dengan schedule yang lain, terletak pada ketebalan pipa, dihitung dari diameter luar (outside diameter). Semakin tebal sebuah pipa, maka semakin kuat pipa

tersebut.

Untuk keperluan dunia industri, dengan penggunaan berdasarkan pada

tekanan, dikenal pipa standart (STD) untuk tekanan paling rendah. Kemudian

(24)

2.3.2 Sambungan

Sambungan pipa merupakan bagian dari sistem perpipaan, yang

berfungsi menyambung sebuah pipa dengan pipa yang lain untuk keperluan

tertentu. Sambungan perpipaan dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu :

1. Sambungan dengan menggunakan pengelasan.

2. Sambungan dengan menggunakan ulir.

3. Sambungan menggunakan flanges.

Penggunaan jenis sambungan ini bergantung pada besar diameter pipa

serta besarnya tekanan. Untuk pipa dengan tekanan rendah dan diameter dibawah

2 inci digunakan sambungan ulir.

Dari kedua kelompok jenis sambungan di atas, sambungan pipa masih dibagi lagi

dalam bentuk-bentuk tertentu, sesuai dengan kebutuhan sistem perpipaan.

Jenis-jenis sambungan tersebut adalah tee, elbow, cross, reducer.

1. Tee (Sambungan Tee)

Sambungan Tee merupakan sambungan yang menghubungkan pipa

dengan pipa, sehingga menghasilkan percabangan pipa lebih dari satu. Gambar

2.2 menampilkan dimensi sambungan Tee.

(25)

2. Elbow (belokan)

Elbow adalah sambungan yang menghubungkan satu pipa dengan pipa yang lain, untuk mengubah arah pipa dalam sudut tertentu. Kebanyakan sudut

yang digunakan adalah sebesar 900, namun terdapat juga elbow dengan sudut 450.

Gambar 2.3 menampilkan dimensi belokan pipa.

Gambar 2.3. Elbow 450 dan 900

3. Cross

Cross adalah sambungan antar satu pipa dengan pipa yang lain sehingga menghasilkan empat percabangan pipa. Gambar 2.4 menampilkan dimensi Cross.

(26)

4. Reducer

Reducer adalah bagian dari sistem perpipaan yang menghubungkan sebuah pipa dengan pipa yang berdiameter lebih kecil, seperti yang ditampilkan

pada Gambar 2.5. Hal ini bertujuan mengubah kecepatan aliran fluida yang

mengalir dalam pipa menjadi lebih tinggi dengan memanfaatkan penyempitan luas

penampang pipa.

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

2.4. Dasar Perhitungan Tebal Pipa

Pipa yang digunakan dalam analisis ini adalah pipa dengan bahan AISI

1020. Pada sambungan percabangan pipa menggunakan tipe tee. Dalam

menentukan pemilihan ketebalan dinding pipa dapat dihitung dengan Persamaan

2.2 (Sam Kannapan, 1996).

(27)

Tabel 2.1. memperlihatkan bermacam harga Y pada beberapa material.

Tabel 2.1. Harga koefisien Y untuk t < d/6 (Sam Kannappan, 1996)

Materials

Untuk t ≥ d/6 maka dapat dihitung dengan persamaan 2.3 :

Y =

atau ; Y = ...(2.3)

Keterangan :

c = jumlah pengerjaan, korosi, dan erosi yang diijinkan (in)

d = diameter nominal pipa komersial (in)

Setelah tebal pipa diketahui maka din dapat ditentukan dengan :

din = diameter dalam pipa (in)

din = Do – 2t……….(2.4)

Dari din yang sudah diketahui maka dapat pula menentukan luas penampang pipa.

Pipa yang digunakan adalah jenis tube (pipa tabung) percabangan

dilakukan dengan cara pemasangan tee 900 kemudian di las dengan pipa saluran

dengan penambahan flanges pada setiap ujung tee, adapun hal yang perlu

diperhitungkan dalam memilih ukuran tube haruslah memperhatikan tekanan

pecah (burst pressure) hal ini bertujuan untuk menentukan kualitas bahan dari

(28)

2.5. Dasar Perhitungan Kebutuhan Penguat Pada Percabangan

Pembuatan percabangan sistem perpipaan dengan menggunakan pipa sebagai

cabangnya, diperlukan perhitungan untuk mengetahui perlu atau tidaknya

penguat. Langkah-langkah perhitungannya sebagai berikut (Sam Kannapan, 1996)

:

Gambar 2.6. Nama-nama bagian pada percabangan Keterangan gambar :

= tebal dinding pipa nominal

t = tebal dinding pipa, menggunakan Persamaan 2.2

c = corrosion and erosion allowance

tm = tebal dinding pipa minimum yang diperlukan

T = tebal dinding pipa minimum dari pipa standard

t = - mill tolerance

(29)

= Db – 2.tbs ...(2.5)

d2 = setengah dari daerah penguat

d2 diambil harga terbesar dari :

d2 = d1

atau ;

d2 = ( b – c) + ( h – c) + ...(2.6)

dengan batasan d2≤ dh

keterangan :

h untuk head (pipa utama)

b untuk branch (pipa cabang)

a. Menentukan tebal sisa

ths = h – th – c...(2.7.a)

tbs = b – tb – c...(2.7.b)

b. Menentukan tinggi daerah penguat (L4)

L4 = 2,5 ( h – c)... (2.8.a)

atau ;

L4 = 2,5 ( b – c) + Tr... (2.8.b)

Tr = tebal dinding minimum dari pelat penguat

Diambil harga L4 yang paling kecil.

c. Menentukan luas dinding pipa utama yang terbuang

A1 = th.d1... (2.9.a)

(30)

A1 = th.d1 (2 – sinβ) ... (2.9.b)

d. Menentukan luas lebih pada pipa utama

A2 = (2d2 – d1) (Th – th – c) ... (2.10)

e. Menentukan luas lebih pada pipa cabang

A3 = 2.L4.tbs ...(2.11.a)

Atau untuk pipa utama dengan pipa cabang miring :

... (2.11.b)

Percabangan pipa dengan lubang pipa utama dinyatakan kuat jika jumlah

luas lebih pipa cabang (A2+A3+A4) nilainya lebih besar atau sama dengan nilai luas

luas pipa utama yang hilang (A1). Namun, jika jumlah luas lebih pipa cabang

(A2+A3+A4) nilainya lebih kecil dari nilai luas lebih pipa utama (A1), maka

sambungan perlu plat penguat jumlah luas lebih pipa cabang (A2+A3+A4) ditambah

jumlah luas penguat dan luas alas penguat (A4 penguat + A4 alas penguat) nilainya

menjadi lebih besar atau sama dengan nilai luas lebih pipa utama (A1)

2.6 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa

Penentuan pola aliran dalam pipa perlu dihitung karena untuk

mengetahui apakah fluida masih dalam wujud cair atau sudah berubah menjadi

wujud yang lain. Sistem perpipaan hidran mengalirkan air dengan kecepatan

fluida yang bervariasi menurut besar kecilnya diameter pipa yang dilewati, hal ini

mempengaruhi pola aliran dalam pipa. Penentuan pola aliran dalam pipa dapat

(31)

...

(2.12)

Re = Bilangan Reynold

di = diameter dalam pipa (m)

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

ρ = kerapatan fluida (kg/m3 )

µ = viskositas dinamik (Pa detik)

Angka Reynolds digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan apakah

aliran dalam tabung atau pipa itu laminar atau turbulen.

Gambar 2.7. kecepatan aliran dalan pipa

Berdasarkan percobaan klasifikasi aliran fluida dalam pipa, ditetapkan

bahwa bilangan Reynold (Re) untuk :

- Lebih kecil dari 2000, aliran fluida disebut laminer.

- Antara 2000 s/d 4000, aliran fluida disebut transisi.

- Lebih besar dari 4000, aliran fluida disebut turbulen.

Sedangkan klasifikasi untuk aliran fluida di saluran terbuka berdasarkan

bilangan Reynold (Re) adalah :

- Re < 500, disebut aliran laminer.

(32)

- Re > 12500, disebut aliran turbulen.

Pada daerah transisi terdapat suatu jangkau angka Reynolds, yang

bergantung dari kekasaran pipa dan kehalusan aliran. Jangkau transisi yang

biasanya digunakan adalah

2000 ≤ Re ≤ 4000

2.7 Persamaan Energi

Hukum pertama termodinamika untuk suatu sistem dinyatakan bahwa

panas QH yang akan diberikan kepada sistem dikurangi dengan kerja W yang

dilakukan oleh sistem hanya bergantung pada keadaan awal serta keadaan akhir

sistem tersebut. Beda antara keadaan-keadaan sistem, yang tidak bergantung pada

lintasan keadaan awal ke keadaan akhir, harus merupakan suatu sifat sistem. Sifat

ini disebut energi dalam E, dapat dilihat pada Persamaan 2.13 (Peter Eka Rosadi,

2004) :

QH – W = E2 – E1...(2.13)

Jika tidak ada efek eksternal ke sistem, maka energi intern

e

suatu fluida

murni adalah jumlah energi potensial, energi kinetik dan energi intrinsik dapat

dilihat pada Persamaan 2.14 (Peter Eka Rosadi, 2004):

...(2.14)

Persamaan energi dihasilkan dari penerapan prinsip kekekalan energi

pada aliran fluida sepanjang garis arus dengan menggunakan Hukum Newton II

tentang gerak. Persamaan energi disebut juga dengan persamaan Euler. Persamaan

(33)

a. Fluida yang mengalir adalah fluida sempurna, jadi tidak mempunyai

kekentalan (kehilangan energi akibat gesekan, yaitu nol).

b. Fluida yang mengalir adalah bersifat homogeny dan tidak termampatkan

(densitas fluida (ρ) adalah sama).

c. Pengaliran fluida bersifat merata dalam satu penampang.

d. Kecepatan aliran bersifat merata dalam satu penampang.

e. Gaya yang bekerja hanya gaya berat dan gaya tekan.

Persamaan energi tersebut dapat dijabarkan pada Persamaan 2.15 (Peter Eka

Rosadi, 2004) :

= konstanta ...(2.15)

Keterangan :

= energi tekanan

= energi kinetik

z = energi potensial

2.8. Persamaan Bernoulli

Konstanta merupakan tinggi energi total yaitu jumlah dari tinggi tempat

(Z), tinggi tekanan ( ) dan tinggi kecepatan ( ) yang berbeda dari garis arus

yang satu ke garis arus lainnya, sehingga persamaan ini hanya berlaku untuk

titik-titik pada suatu garis lurus. Apabila terdapat dua titik-titik pengamatan, maka

(34)

...(2.16)

Persamaan Energi disebut juga dengan Persamaan Bernoulli dalam

keadaan ideal, tanpa adanya kehilangan sepanjang aliran. Dalam penggunaan

Persamaan Bernoulli ini berdasarkan asumsi sebagai berikut :

a. Apabila semua garis aliran berasal dari sebuah reservoir, dimana

kandungan energinya sama di segala tempat, maka konstanta integrasinya

tidak berubah dari satu garis aliran ke garis aliran lainnya dan titik 1 dan

titik 2 untuk penerapan Persamaan Bernoulli dapat dipilih sembarang,

yakni tidak perlu pada garis aliran yang sama.

b. Dalam suatu aliran gas, seperti sistem ventilasi, dimana ada perubahan

tekanan hanya merupakan bagian kecil (beberapa persen) dari tekanan

mutlak, maka gas tersebut dapat dianggap tak mampu mampat dengan

menerapkan formula di atas dengan berat jenis rata-rata.

c. Untuk aliran tidak seragam (tidak langgeng) dengan perubahan

kondisi-kondisi yang terjadi secara berangsur-angsur, misalnya pengosongan

suatu reservoir, maka dapat menerapkan Persamaan Bernoulli tanpa

kesalahan yang berarti.

d. Persamaan Bernoulli bermanfaat dalam analisis mengenai fluida nyata

dengan mengabaikan gesekan viskos guna memperoleh hasil teoritik.

kemudian dimodifikasi dengan suatu koefisien berdasarkan eksperimen

untuk mengoreksi persamaan teoritik agar sesuai dengan kondisi

(35)

Persamaan Bernoulli digunakan untuk fluida ideal, untuk fluida nyata

baik antar partikel itu sendiri mapun antar partikel fluida dengan batas dinding

saluran atau adanya belokan dan perubahan diameter saluran sehingga

menyebabkan kehilangan tenaga yang harus diperhitungkan dalam aplikasi

persamaan Bernoulli.

Kehilangan tenaga karena gesekan disebut dengan kehilangan tenaga

primer, sedangkan kehilangan tenaga karena adanya belokan atau perubahan

diameter penampang disebut dengan kehilangan sekunder. Untuk jaringan pipa

saluran fluida yang sangat panjang akan menyababkan kehilangan primer jauh

lebih besar dari kehilangan tenaga sekunder, sehingga kehilangan sekunder dapat

diabaikan. Kehilangan tenaga dinyatakan dalam hambatan atau head (tinggi

tekan) fluida. Karena adanya head losses (HL), head pump (Hp) dan head motor

(Hm) maka persamaan Bernoulli dapat dilihat pada Persamaan 2.17 (Anthony Esposito, 1994) :

...

...(2.17)

Head pompa dapat dicari dengan Persamaan 2.18 (Anthony Esposito, 1994) :

...(2.18)

Keterangan :

HL = Head Losses

Hp = Head pump

Hm = Head motor

Q = Aliran pompa

(36)

Head Losses akibat kehilangan gesekan dapat dicari dengan Persamaan 2.19a (Anthony Esposito, 1994) :

...(2.19a)

Faktor gesekan (

f

) dapat diturunkan secara matematis untuk aliran

laminar, tetapi tidak ada hubungan matematis yang sederhana untuk variasi

f

dengan bilangan Reynolds yang tersedia untuk aliran turbulen. Selanjutnya,

Nikuradse dan lain-lain telah menemukan bahwa kekasaran relatif pipa

(perbandingan ukuran ketidaksempurnaan permukaan

ε

terhadap garis tengah

sebelah dalam pipa mempengaruhi juga harga

f

). Nilai

f

dapat dicari dengan

Persamaan 2.19b berikut (Anthony Esposito, 1994) :

...( 2.19b)

Dari persamaan 2.19a dan 2.19b, Head Losses (HL) dapat dicari dengan Persamaan 2.20 (Anthony Esposito, 1994) :

...(2.20)

Untuk HL pada valves dan sambungan dapat dicari dengan Persamaan 2.21 (Anthony Esposito, 1994) :

(37)

Keterangan :

Untuk harga k masing-masing valves dan sambungan dapat dilihat pada Tabel 2.2

(Anthony Esposito, 1994).

Tabel 2.2 : Harga faktor k untuk valves dan sambungan

Gambar 2.8 sampai 2.10 menunjukan beberapa Gambar model dari valve

(Anthony Esposito, 1994).

Valve or fitting k factor Globe Valve : Wide open

½ open

Standard Elbow 0,9

45o Elbow 0,42

90o Elbow 0,75

(38)

Gambar 2.8 : Gate valve (conventional stuffing box)

Gambar 2.9 Gate Valve (insertion-type stuffing box)

Gambar 2.10 Globe Valve 2.9. Penentuan Jarak Tumpuan

Jarak tumpuan maksimum pada pipa horizontal tergantung pada :

1. Tegangan lengkung (Bending Stress)

2. Defleksi vertical

3. Frekuensi pribadi

Penentuan jarak antar tumpuan yang diijinkan, dipilih harga terkecil dari

(39)

1. Untuk kedua ujung ditumpu sederhana

Akibat tegangan

………..(2.22)

Akibat defleksi

……….(2.23)

2. Untuk kedua ujung ditumpu tetap

Akibat tegangan

………(2.24)

Akibat defleksi

……….(2.25)

Keterangan :

L = jarak tumpuan (ft)

Z = modulus of section of pipe (in3) Sh = tegangan yang diijinkan (psi)

w = berat total pipa (pipa, fluida, isolator) (lb/ft)

∆ = defleksi yang diijinkan (in)

I = momen inersia luasan pipa (in4)

(40)

27

Untuk memperoleh perancangan yang baik dan sistematis, maka dilakukan langkah perancangan sebagai berikut :

1. Mencari data gambar denah bangunan untuk membuat jalur pipa sistem perpipaan hidran.

2. Melihat denah bangunan yang akan dirancang secara langsung, sehingga dapat mengetahui keadaan geografis tanah yang akan digunakan.

3. Menentukan konfigurasi sistem perpipaan. Pada tahap ini menentukan macam, jumlah komponen perpipaan yang ada dan dimensinya. 4. Menentukan kondisi perancangan, beban saat perancangan.

5. Menentukan kriteria perancangan, pemilihan material yang digunakan dan tegangan yang diijinkan.

6. Merancang komponen sistem perpipaan hidran.

7. Kesimpulan perancangan ulang sistem perpipaan hidran dan penutup.

3.1 Spesifikasi Alat

(41)

Perpipaan

- Bahan pipa menggunakan Carbon Steel dengan spesifikasi sebagai berikut :

Dlihat dari Tabel 3 lampiran didapat (SE) sebesar: 20000 psi, dan modulus elastisitas dilihat dari Tabel 4 lampiran didapat harga (E) sebesar 29 x 106 psi.

- Pipa besar dengan diameter nominal 6 in, schedule 40, dan tebal (t) = 0,280 in sebagai percabangan.

- Pipa sedang dengan diameter nominal 4 in, schedule 40, dan tebal (t) = 0,237 in.

- Pipa kecil1 dengan diameter nominal 2,5 in schedule 40, dan tebal (t) = 0,203 in untuk pendistribusian dari pompa utama menuju ke percabangan dan untuk pendistribusian menuju nosel.

- Pipa kecil2 dengan diameter nominal 1,5 in schedule 40, dan tebal (t) = 0,145 in suntuk pendistribusian dari pompa jokey menuju ke percabangan .

- Tee dari diameter 4 in ke diameter 2,5 in.

- Ellbow berdiameter 4 in dengan jari –jari kelengkungan 6 in. - Ellbow berdiameter 2,5 in dengan jari –jari kelengkungan 33/4 in.

- Elbow berdiameter 1,5 in.

(42)

- Sambungan las dengan jai-jari kampuh diatas 5 mm. sambungan dinyatakan kuat karena memiliki kekuatan tarik yang lebih besar dari bahan pipa Carbon Steel, dengan melihat Tabel 3.1 (Joseph E. Shigley, 1984).

Tabel 3.2. Sifat minimum logam las Nomor

* Sistem penomoran kode spesifikasi Amerika Welding Society (AWS) untuk elektroda. Sistem ini menggunakan awalan E pada sistem penomoran empat sampai lima digit di mana dua atau tiga digit pertama menyatakan kekuatan tarik yang mendekati, digit terakhir menyatakan variabel dalam teknik pengelasan, seperti arus listrik yang dipakai. Yang di sebelah digit terakhir menyatakan posisi pengelasan, seperti misalnya, datar, vertikal, atau di atas (mengelas dari bawah). Spesifikasi lengkap bisa didapat dari AWS atau permintaan.

Pompa dan Hydrophore - Pompa Jockey

(43)

Head (H) = 90 m Daya (P) = 5 KW

- Fire Pump Electrict Debit (Q) = 50 m3/jam Head (H) = 75 m Daya (P) = 30 KW

- Hydrophore

Tekanan kerja ijin = 10 ATM = 10 kg/cm2 Hydrotest pressure =15 ATM = 15 kg/cm2 Kapasitas air = 1000 liter

Tekanan kerja maksimum = 7,2 kg/cm2 Tekanan kerja minimum = 4,5 kg/cm2

(44)

31

4.1 Ketebalan Pipa

Bahan yang digunakan untuk pipa menggunakan bahan Carbon Steel

dengan tegangan tarik yang diijinkan (SE) sebesar 20000 psi. Tekanan dalam pipa

(P) dengan melihat unjuk kerja pompa utama hidran saat beroperasi yaitu sebesar

7,2 kg/cm2 =102,4 Psi. Suhu fluida kerja saat beroperasi sebesar 30oC (T = 86oF).

Harga koefisien Y berdasarkan suhu fluida kerja tersebut dengan melihat Tabel

2.1 didapat sebesar 0,4.

Diameter pipa komersial (d) dapat dicari dengan melihat diameter luar

pipa (Do) pada Tabel 2 lampiran. Sehingga tebal pipa (t) dapat dicari dengan

Persamaan 2.2 kemudian ditinjau kembali dengan melihat nilai yang mendekati

ketebalan pipa komersial dari table 2 lampiran. Hasil perhitungan tebal pipa

dijabarkan sebagai berikut :

a. Untuk diameter 6,00 inch memiliki diameter luar 6,625 inch, maka

tebal pipa rata-rata adalah :

)

Mengacu pada tabel pipa pada lampiran 2, maka ketebalan pipa

(45)

b. Untuk diameter 4,00 in yang memiliki diameter luar 4,500, maka tebal

pipa rata-rata adalah :

)

komersial adalah 0,083 in, dengan nilai schedule 5S.

c. Untuk diameter 2,50 in yang memiliki diameter luar 2,875, maka tebal

)

d. Untuk diameter 1,50 in yang memiliki diameter luar 1,900, maka tebal

(46)

Berdasarkan hasil perhitungan di atas, pipa yang digunakan untuk

mengatasi tekanan sebesar 102,4 psi cukup menggunakan pipa dengan schedule

5S. Namun demikian, pipa yang terpasang menggunakan pipa dengaan schedule

40 (standard). Sehingga untuk pipa dengan schedule 40 (standard) dengan

menghitung nilai P dari persaman

)

= , memiliki kemampuan

menahan tekanan yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Kemampuan pipa menahan tekanan

Diameter

Perlu dihitung angka keamanan pada pipa, agar dapat mengetahui tingkat

keamanan pipa apabila menggunakan tekanan standar pipa untuk mengalirkan

fluida. Angka keamanan pipa dapat diperoleh dengan membandingkan tekanan

(47)

perhitungan angka keamanan pada masing-masing pipa ditampilkan pada Tabel

4.2.

Tabel 4.2. Angka keamanan pipa

Diameter

4.2 Penentuan Pola Aliran Dalam Pipa

Pola aliran dalam pipa dipengaruhi oleh besar kecilnya diameter pipa yang

dilewati sehingga sistem perpipaan hidran mengalirkan air dengan kecepatan

fluida yang bervariasi. Untuk menentukan pola aliran dalam pipa, ditentukan

dengan bilangan Reynolds pada persamaan 2.12.

Diameter pipa yang dilewati fluida dari sistem pompa hidran hingga

mencapai ujung keran distribusi diantaranya :

Diameter pipa besar = 6 in

Diameter pipa sedang = 4 in

Diameter pipa kecil1 = 2,5 in

(48)

Setelah mengetahui diameter luar pipa dan tebal nominal pipa, maka

diameter dalam pipa dapat dihitung sebagai berikut:

a. Untuk diameter 6,00 in:

din = Do – 2.t

= 6,625 – 2. 0,280

= 6,065 in = 0,154 m

b. Untuk diameter 4,00 in:

din = Do – 2.t

= 4,500 – 2. 0,237

= 4,026 in = 0,102 m

c. Untuk diameter 2,50 in:

din = Do – 2.t

= 2,375 – 2. 0,203

= 2,469 in = 0,063 m

d. Untuk diameter 1,50 in:

din = Do – 2.t

= 1,900 – 2. 0,145

= 1,620 in = 0,041 m

Debit aliran pompa utama hidran (Q), 50 m3/jam = 0,01389 m3/s dengan

berat jenis fluida (ρ) dilihat dari suhu fluida kerja 30oC dari Tabel 1 Lampiran

(49)

Kecepatan aliran fluida yang melalui masing-masing pipa dapat diketahui

dengan persamaan v = Q/A (Rosadi, 2004), dengan A adalah luas penampang

pipa. Maka hasil perhitungan dijabarkan pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3. Hasil perhitungan angka Reynolds

Kecepatan fluida

Dari hasil hitungan diketahui bahwa fluida masih dalam keadaan cair.

4.3 Rugi-rugi Dalam Pipa

Distribusi Sistem Hidran Gedung Laboratorium Unit V Kampus III

Universitas Sanata Dharma dari rumah pompa menuju ke masing-masing box

nosel melewati beberapa jenis dimensi pipa, sambungan, dan valve seperti yang

ditunjukkan pada Gambar lampiran 1, komponen-komponen tersebut antara lain:

a. Pipa 6 in untuk pembuatan percabangan sepanjang 2,5 meter untuk

pendistribusian hanya melewati 0,5 meter.

b. Pipa 4 in untuk pendistribusian dari rumah pompa hingga masing-masing

lantai :

1. lantai 1 sepanjang 121,97 meter

c. Pipa 2,5 in sepanjang 4,54 meter. 0,54 meter untuk keluaran nosel, 4 meter

(50)

d. Sambungan Elbow diantaranya :

- Elbow 1,5 in sebanyak 4 buah

- Elbow 4 in sebanyak 9 buah

e. Tee dari rumah pompa hingga masing-masing lantai sebanyak :

1. Untuk lantai 1, tee dengan ukuran 4 in sebanyak 1 buah, tee dari 4 in

menuju ke 2,5 in sebanyak 2 buah, tee percabangan sebanyak 3 buah.

f. Open Gate Valve dari pompa hingga ujung masing-masing keluaran ke nosel dengan ukuran 2,5 in sebanyak 1 buah, dengan ukuran 4 in sebanyak 2 buah.

Sehingga Head Losses (HL) pada setiap lantai dapat dihitung dengan persamaan 2.20 untuk rugi-rugi dalam pipa dan Persamaan 2.21 untuk rugi-rugi

karena sambungan dan valve. Hasil hitungannya dapat dilihat dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.4. Hasil perhitungan Head Losses total

(51)

Jika Z1 adalah nilai head ketinggian pipa dari lantai dasar ke hidrophore,

dan Z2 adalah nilai head ketinggian pipa dari lantai dasar ke masing – masing

nosel, maka head ketinggian pipa masing – masing lantai dapat di hitung dengan

persamaan: Z1 –Z2

Sehingga dengan hasil perhitungan tersebut kecepatan air saat keluar (V2)

dapat diketahui pada masing-masing lantai dengan Persamaan Bernoulli 2.17

Head motor dapat diabaikan sehingga Hm = 0, tekanan pada titik 2 sama

dengan tekanan atmosfer sehingga P2 = 0, v1 berada di titik sebelum pompa

sehingga v1 = 0 (air di dalam tangki tenang), pompa tidak berpengaruh terhadap

system sehingga Hp = 0.

Dari rumus di atas, harga kecepatan kaluar pada masing-masing lantai

(V2) dapat disajikan dalam bentuk Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Hasil perhitungan kecepatan keluar pada masing-masing lantai

lantai (Z1-Z2) v2

m/s

lantai 1 -0,03 73,39 m 0 35,9

lantai 2 -4,28 73,39 m 0 34,58

(52)

lantai 4 -12,78 73,39 m 0 32,08

Dari hasil di atas dapat diketahui bahwa kecepatan aliran air pada lantai 1

yang paling besar.

4.4 Kecepatan Air Yang Dibutuhkan (Vo)

Tinggi bangunan Laboratorium unit V Kampus III Universitas Sanata

Dharma dari permukaan tanah hingga mencapai puncak adalah 20,35 meter, dari

lantai dua hingga mencapai puncak adalah 15,57 meter, dari lantai tiga hingga

mencapai puncak adalah 11,32 meter, dari lantai empat hingga mencapai puncak

adalah 7,07 meter.

Untuk mencapai ketinggian maksimum digunakan sudut penembakan

nosel sebesar 60o dari permukaan tanah menggunakan nosel standard yang telah

dipasang dengan diameter keluaran 16 mm.

Kecepatan air yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tersebut dapat

digunakan dengan persamaan gerak peluru (Marthen Kanginan, 2002).

Untuk mencapai jarak maksimum:

... (4.1)

untuk mencapai ketinggian maksimum :

... (4.2)

Keterangan :

(53)

t = waktu yang diperlukan (detik)

Sx = jarak tempuh pada sumbu x (m)

Sy = jarak tempuh pada sumbu y (m)

α

= sudut penembakan (o)

g = gaya grafitasi bumi (9,81 m/s2)

Pencarian waktu yang dibutuhkan untuk menempuh ketinggian maksimum

(20,35 meter, ketinggian gedung dari tanah sampai puncak) dengan

mengamsumsikan gerak jatuh bebas.

(gerak jatuh bebas, Vo = 0)

Sehingga waktu (

t

) yang dibutuhkan untuk menempuh ketinggian

maksimum dari tiap lantai ke puncak adalah :

t

dari permukaan tanah ke puncak : 2,04 s

t

dari lantai dua ke puncak : 1,78 s

t

dari lantai tiga ke puncak : 1,52 s

t

dari lantai empat ke puncak : 1,20 s

Berdasarkan waktu yang telah diketahui, maka kecepatan awal yang

dibutuhkan adalah ;

Didapat Vo dari masing – masing lantai ke puncak adalah :

(54)

V

o dari lantai dua ke puncak : 20,18 m/s

V

o dari lantai tiga ke puncak : 17,21 m/s

V

o dari lantai empat ke puncak : 13,59 m/s

4.5 Jumlah Keran Yang Dapat Dibuka Saat Terjadi Kebakaran

Untuk mengatasi terjadinya kebakaran secara maksimal, maka haruslah

diketahui terlebih dahulu berapa nosel yang dapat digunakan. Hal ini untuk

mengatasi jika suatu saat hidran digunakan tidak mengalami kekurangan tekanan.

Sehingga perlu adanya perhitungan jumlah maksimum keran yang dapat

beroperasi saat terjadi kebakaran.

Penampang nosel berupa lingkaran, sehingga luas penampang nosel dapat

dihitung menggunakan persamaan luas lingkaran

A = π.r2

A = 3,14.(0,008)2

A = 2,01.10-4 m2

Debit aliran air pada setiap nosel dapat dicari dengan persamaan berikut :

Q = VA

Q = 23,07 x 2,01.10-4

Q = 4,64.10-3 m3/detik

= 16,7 m3/jam

Sehingga jumlah keran yang dapat dibuka dari lantai dasar ditinjau dari

spesifikasi pompa utama (Q = 50 m3/jam) dapat diketahui jumlah keran yang

(55)

=

jumlah keran yang boleh dibuka

= 2,99

Jadi jumlah maksimum keran yang dapat dibuka saat beroperasi adalah

sebanyak 2 keran.

Dengan persamaan yang sama jumlah maksimum keran yang dapat

dibuka pada masing – masing lantai setelah menerima rugi – rugi pipa (Head

Loss) dapat dihitung dengan membandingkan antara V2 dan V0.

dari permukaan tanah ke puncak : 1,56 = 1 keran

dari lantai dua ke puncak : 1,7 = 1 keran

dari lantai tiga ke puncak : 1,94 = 1 keran

dari lantai empat ke puncak : 2,36 = 2 keran

Jadi jumlah maksimum keran yang dapat dibuka pada masing – masing

lantai setelah menerima rugi – rugi pipa (Head Loss) saat beroperasi adalah

sebanyak 1 keran, kecuali lantai 4 bisa dibuka 2 keran.

4.6 Percabangan

Percabangan pipa – pipa perlu mengetahui kebutuhan penguat untuk

mengatasi adanya tekanan internal. Pada analisis sistem hidran terdapat tiga

(56)

Gambar 4.1. Pipa percabangan 6 in

Percabangan tersebut menggunakan pipa utama ukuran 6 in yang terbagi

menjadi :

1. Percabangan 1 (keluaran hidran), percabangan ke sistem hidran

menggunakan pipa 4 in

2. Percabangan 2 (dari pompa utama hidran dan atau dari Hydrophore),

percabangan dari pompa utama dan atau dari Hydrophore

menggunakan pipa 2,5 in

3. Percabangan 3 (dari pompa Jokey), percabangan dari pompa Jokey

menggunakan pipa 1,5 in

Untuk menghitung perlu atau tidaknya penguat pada percabangan pipa

dapat dihitung dengan langkah-langkah perhitungan yang telah ditetapkan.

1. Percabangan 1

- Header (pipa utama)

Percabangan 1 Percabangan 2 Percabangan 2

(57)

Sesuai dengan tabel pipa pada lampiran 2, ukuran pipa 6 in schedule

40 mempunyai harga diameter luar pipa (Dh) = 6,625 in dan tebal

rata-rata ( h) = 0,28 in.

- Branch (pipa cabang)

40 mempunyai harga diameter luar pipa (Db) = 4,5 in dan tebal

rata-rata ( b) = 0,207 in.

Sesuai Persamaan 2.2 dapat ditentukan tebal pipa utama (th) = 0,017 in dan

tebal pipa cabang (tb) = 0,011 in untuk mengatasi tekanan yang bekerja. Sehingga

dapat ditentukan langkah-langkah perhitungan sebagai berikut :

a. Persamaan 2.7 menentukan tebal sisa, diperoleh tebal sisa pipa

utama (ths) = 0,263 in dan tebal sisa pipa cabang (tbs) = 0,196 in.

b. Persamaan 2.5 menentukan panjang efektif pipa utama yang terbuang

(d1), diperoleh sebesar 4,108 in.

c. Persamaan 2.6 menentukan setengah dari daerah penguat (d2) diambil

yang lebih besar, diperoleh 4,108 inch.

d. Persamaan 2.8a dan Persamaan 2.8b menentukan tinggi daerah penguat

(L4) diambil yang paling pendek, diperoleh 0,7 in.

e. Persamaan 2.9 menentukan luas pipa utama yang terbuang (A1),

diperoleh serbesar 0,069 in2.

f. Persamaan 2.10 menentukan luas lebih pipa utama (A2), diperoleh

(58)

g. Persamaan 2.11menentukan luas lebih pipa cabang (A3), diperoleh

sebesar 0,27 in2.

Dari hasil perhitungan A1, A2, A3, luas pipa utama yang terbuang (A1) lebih kecil

dari jumlah luas lebih pipa utama (A2) dan luas lebih pipa cabang (A3) sehingga

tidak diperlukan penguat.

2. Percabangan 2

Sesuai dengan tabel pipa pada lampiran 2, ukuran pipa 2,5 in schedule

40 mempunyai harga diameter luar pipa (Db) = 2,875 in dan tebal

rata-rata ( b) = 0,203 in.

a. Persamaan 2.7 menentukan tebal sisa, diperoleh tebal sisa pipa utama

(ths) = 0,263 in dan tebal sisa pipa cabang (tbs) = 0,196 in.

b. Persamaan 2.5 menentukan panjang efektif pipa utama (head) yang

(59)

yang lebih besar, diperoleh sebesar 2,483 inch.

(L4) diambil yang paling pendek, diperoleh 0,7 inch.

diperoleh sebesar 0,042 in2

f. Persamaan 2.10 menentukan luas lebih pipa utama (A2), diperoleh

sebesar 0,65 in2

g. Persamaan 2.11 menentukan luas lebih pipa cabang (A3), diperoleh

sebesar 0,27 in2

3. Percabangan 3

Sesuai dengan tabel pipa pada lampiran 2, ukuran pipa 1,5 in schedule

(60)

a. Persamaan 2.7 menentukan tebal sisa, diperoleh tebal sisa pipa utama

(ths) = 0,263 in dan tebal sisa pipa cabang (tbs) = 0,14 in.

b. Persamaan 2.5 menentukan panjang efektif pipa utama (head) yang

terbuang (d1), diperoleh sebesar 1,62 in.

yang lebih besar, diperoleh sebesar 1,62 inch.

(L4) diambil yang paling pendek, diperoleh 0,64 inch.

diperoleh sebesar 0,028 in2

f. Persamaan 2.10 menentukann luas lebih pipa utama (A2), diperoleh

sebesar 0,43in2

g. Persamaan 2.11 menentukan luas lebih pipa cabang (A3), diperoleh

sebesar 0,18 in2

(61)

Perancangan ulang sistem perpipaan hidran Gedung Laboratorium Unit IV

Kampus III Universitas Sanata Dharma menggunakan tumpuan berupa

penanaman pipa dalam tanah untuk pipa dalam keadaan horisontal. Pipa ditimbun

dengan kedalaman 1 meter di bawah permukaan tanah, seluruh permukaan pipa

ditumpu sepenuhnya oleh tanah untuk mengatasi pergeseran, sehingga tidak

diperlukan adanya tumpuan tambahan.

Untuk sistem perpipaan dalam kondisi vertikal, pipa tidak mengalami

beban pada permukaan pipa. Sehingga bangunan cor pada setiap lantai dapat

digunakan sebagai tumpuan untuk mempertahankan posisi pipa dalam keadaan

tegak lurus.

Untuk perhitungan jarak tumpuan pada pipa percabangan Carbon Steel 6in

schedule 40 dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.24 (akibat tegangan) dan Persamaan 2.25 (akibat defleksi) dengan melihat karakteristik pipa Carbon

Steel, dari kedua persamaan tersebut diambil jarak tumpuan yang paling pendek. Untuk perhitungan jarak tumpuan akibat tegangan diperoleh sejauh 46,46 ft

(14,17 meter) dan untuk perhitungan jarak tumpuan akibat defleksi diperoleh

sejauh 33,08 ft (10,08 meter), sehingga jarak tumpuan yang digunakan sejauh

10,08 meter. Karena panjang pipa percabangan yang digunakan hanya sepanjang

2,5 meter, maka cukup ditumpu pada kedua ujungnya. Sebagai penggantinya, pipa

(62)

49

5.1 KESIMPULAN

Dari perancangan ulang yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Sistem perpipaan hidran yang digunakan di Gedung Laboratorium Unit V Kampus III Universitas Sanata Dharma menggunakan pipa schedule 40, dengan tekanan maksimum saat beroperasi sebesar 102,4 psi. Kemampuan masing-masing pipa dalam mengatasi tekanan adalah sebagai berikut :

• Untuk pipa 6 inch memiliki angka keamanan sebesar 17,08

• Untuk pipa 4 inch memiliki angka keamanan sebesar 21,48 • Untuk pipa 2,5 inch memiliki angka keamanan sebesar 29,23 • Untuk pipa 1,5 inch memiliki angka keamanan sebesar 31,75

2. Sistem pompa hidran yang digunakan di Gedung Laboratorium Unit V Kampus III Universitas Sanata Dharma dengan kapasitas pompa 50 m3/jam maka untuk mencapai atap jumlah keran yang dapat dibuka masing – masing lantai sebagai berikut.

(63)

5.2 SARAN

Dari perancangan ulang yang telah dilakukan, penulis dapat memberikan saran guna menjadi pembelajaran bagi pembaca:

- Sebelum melakukan perancangan ulang harus memahami semua instalasi yang sudah ada.

- Data – data yang didapat harus benar dan bisa dipertanggungjawabkan.

(64)