BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Pipa Umum Sistem pipa merupakan bagian utama suatu sistem yang menghubungkan titik dimana, fluida disimpan ke titik pengeluaran semua pipa baik untuk memindahkan tenaga atau pemompaan harus dipertimbangkan secara teliti karena keamanan dari sebuah kapal akan tergantung pada susunan perpipaan seperti halnya pada perlengkapan kapal lainnya Bahan Pipa Dalam memilih bahan yang paling cocok untuk sistem pipa yang bermacam-macam harus diperhatikan peraturan dari Biro Klasifikasi Indonesia antara lain : 1. Seamless drawn Steel Pipe ( Pipa Baja Tanpa Sambungan ) Pipa ini boleh digunakan untuk semua penggunaan dan dibutuhkan untuk pipa tekan pada sistem bahan bakar dan untuk pipa pengeluaran bahan bakar dari pompa injeksi bahan bakar dari motor pembakaran dalam. 4

2 Gambar 2.1. Seamless Drawing Steel Pipe Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember 2. Lap Welded atau Electrical Resistence Welded Steel Pipe Pipa ini seharusnya tidak dipergunakan dalam sistem dimana tekanan kerja melampaui 350 Psi atau temperature lebih besar dari pada 450 F dan juga tidak untuk tekanan dan temperatur manapun didalam sistem dimana pipa yang tidak bersambungan dibutuhkan. Gambar 2.2. Lap Welded Steel Pipe Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember 5

3 Gambar 2.3. Electric Resistence Welded Steel Pipe Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember 3. Seamless Drawn Pipe dari Tembaga atau kuningan Pipa ini dapat digunakan untuk semua tujuan dimana temperatur tidak melampaui 406F, tetapi tidak boleh dipergunakan pada superheated steam (uap dengan pemanas lanjut ), biasa digunakan untuk pipa bahan bakar. Gambar 2.4. Seamless Drawn Pipe Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember 4. Pipa dari Timah Hitam Dapat digunakan untuk saluran supply air laut bila cukup dilindungi terhadap kerusakan mekanis, dapat juga digunakan untuk saluran sistem bilga kecuali didalam ruangan-ruangan dimana pipa-pipa itu mudah terkena api. 6

4 5. Pipa dari Baja Tempa Pipa jenis ini dipergunakan untuk semua pipa bahan bakar dan minyak termasuk sistem pipa lainya yang melalui pipa bahan bakar. 6. Pipa Schedule Pipa jenis ini diisyaratkan mempunyai ketebalan yang lebih tebal dibandingkan dengan jenis pipa yang lain. Dalam penggunaan pipa schedule dapat difungsikan sebagai pipa hidrolis yaitu pipa dengan aliran fluida bertekanan tinggi. 7. Baja Schedule 40 Pipa ini dilindungi terhadap kerusakan mekanis yaitu : perlindungan menyeluruh dengan sistem galvanis, dengan sistem perlindungan tersebut maka pipa dapat digunakan untuk supplai air laut, dapat juga untuk saluran sistem bilga, kecuali dalam ruangan yang kemungkinan mudah terkena api sehingga dapat melebar dan merusak sistem bilga. Gambar 2.5. Pipa Baja Schedule 40 Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember 7

5 8. Pipa Galvanis Pipa jenis ini digunakan untuk supplai air laut (sistem Ballast dan Bilga). Gambar 2.6. Pipa Galvanis Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember Bahan Katup dan Peralatan Bahan dan peralatan (fitting) yang diijinkan sesuai Peratutan Biro Klasifikasi Indonesia antara lain : 1. Kuningan (Brass) Katup dengan bahan ini digunakan untuk temperatur dibawah 450 O F.Bila temperatur lebih besar dari 550 O F, maka digunakan material perunggu yang biasanya mempunyai diameter 3 inchi dan tekanan kerja dapat lebih besar dari 330 Psi. 2. Besi (Iron) Macamnya yaitu mulai dari cast iron yang biasanya digunakan untuk katupkatup kecil sampai dengan high strength alloy lest yang digunakan untuk katup besar. 8

6 3. Baja (Steel) Digunakan untuk temperatur dan tekanan yang tinggi. 4. Stainless Steel Digunakan untuk katup yang memerlukan gambar detail pipa air tawar menembus sekat / deck dengan temperatur rendah atau aliran korosif Flens Flens untuk sistem pipa dapat dipasang pada pipa-pipa dengan salah satu cara seperti dibawah ini, dengan mempertimbangkan bahan yang digunakan. 1. Pipa-pipa baja dengan diameter niminal lebih dari 2 inchi harus dimuaikan (expended) kedalam flens baja atau dapat disekrup kedalam flens dan dilas. 2. Pipa-pipa yang lebih kecil dapat disekrup kedalam Flens tanpa dilas tetapi khusus untuk pipa-pipa uap air dan minyak juga dimuaikan (expended) untuk memastikan adanya kekedapan pada ulirnya (tight threads). 3. Flens dari besi tuang hanya dapat digunakan dengan sistem sambungan yang disekrup dan hanya boleh dipakai dalam sistem dimana penggunaanya tidak dilarang (kebocoran) 4. Pipa-pipa non ferrous harus dipatri (solder brazed), tetapi untuk diameter lebih kecil atau sama dengan 2 inchi dapat dengan sekrup. 9

7 Tabel 2.1 Sambungan Pipa Sesuai Standart JIS ( hal.807 ) d dl D Pe T H Jumlah Baut , , , , , , , , , , Sumber: Standart JIS ( hal.807 ) Keterangan : d = Diameter dalam pipa t = Tebal flens dl = Diamater luar pipa H = Diameter baut Pe = Diamater letak baut flens J.Baut = Jumlah baut D = Diameter Flens 10

8 2.1.5 Standar Pipa Tabel 2.2 Standart Ukuran Pipa Baja DIAMETER Nominal Nominal SGP (JIS THICKNESS STPY ( JIS STPG-38 Sch.40 STPG-38 Sch.80 Size Dia. (mm) G3452) G 3457 ) (IS G 3454) (IS G 3454) Sumber : Handbook Pipe 11

9 Nominal Size (mm) Tabel 2.3 Standart Ukuran Pipa Tembaga DIAMETR Out Side (mm) SGP (JIS G 3452) THICKNESS SGP (JIS G3457) 4 6 1,0 1, ,0 1, ,0 1, ,2 1, ,2 1, ,6 1, ,6 1, ,6 2, ,0 2, ,0 3, ,0 3, ,5 4, ,0 4, ,0 5, ,5 5, ,5 7, ,0 8, ,0 10,0 Sumber : Handbook Pipe 12

10 2.2 System Perpipaan di Kapal Pipa adalah suatu batang silindar berongga yang dapat berfungsi untuk dilalui atau mengalirkan zat cair, uap, gas ataupun zat padat yang dapat dialirkan yang berjenis serbuk/tepung. Untuk pembuatan pipa baja dapat dibuat dengan beberapa metoda antara lain seamless pipe, butt welded pipe dan spiral welded pipe. Pembuatan pipa disesuaikan dengan kebutuhan dan dibedakan dari batas kekuatan tekanan, ketebalan dinding pipa, temperatur zat yang mengalir, jenis material berkaitan dengan korosi dan kekuatan pipa tersebut. Penamaan pipa sering disebut dari jenis pipa dan ukuran pipa yaitu diameter pipa. Diameter pipa sendiri dibagi dua : diameter luar dan diameter dalam, selain itu ada yang menamakan pipa dari ketebalan pipa yaitu ketebalan antara diameter luar dan diameter dalam dan sekarang dikenal dengan istilah schedules. Untuk instalasi pipa di kapal tentu pipa-pipa tersebut tidak hanya pipa lurus melainkan terdapat belokan, cabang, mengecil, naik dan turun. Panjang dari pipa pun beraneka ragam ada yang penjang ataupun pendek. Berkaitan dengan hal ini maka kita akan mengenal beberpa jenis sambungan pipa seperti sambungan ulir, sambungan shock, sambungan dengan las (butt welded) dan sambungan dengan menggunakan flange. Selain itu dikenal juga istilah belokan atau ellbow, cabang T atau tee, cabang Y dan ada juga pipa yang diameternya mengecil disebut reducer. Pada setiap kapal yang memiliki perlengkapan permesinan yang terdiri dari Mesin Induk, Mesin Bantu dan pompa-pompa atau kapal yang tidak dilengkapi Mesin Penggerak namun memiliki permesinan lain dan pompa-pompa, selalu dilengkapi dengan instalasi perpipaan 13

11 Instalasi pipa dikapal diganakan untuk mengalirkan fluida dari satu tanki/kompartment ke tanki lain, atau dari satu tangki ke peralatan permesinan dikapal, atau mengalirkan fluida dari kapal keluar kapal atau sebaliknya. Selain itu terdapat instalasi pipa yang lain berfungsi mengalirkan gas non cair seperti pipa gas buang, pipa sistim CO2, atau instalasi pipa yang mengalirkan udara dan uap bertekanan. Jenis pipa yang terdapat dikapal memiliki beragam senis ditinjau dari material pipa sesuai dengan kegunaannya. Material pipa dikapal pada umumnya terbuat dari baja galvanis, baja hitam, baja campuran, stainless steel, kuningan, tembaga ataupun alumunium. Pada kegunaan tertentu terdapat pula pipa yang terbuat dari bahan non metal seperti rubber hose, gelas dan PVC. Untuk kapal-kapal yang dibangun mengikuti peraturan klasifikasi maka instalasi pipa harus pula mendapat persetujuan atau gambar instalasi pipa harus mendapat pengesahan dari badan klasifikasi. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah sistem pemeliharaan atau sistim reparasi terhadap pipa-pipa dikapal, untuk memudahkan hal tersebut maka sistim penyambungan pipa-pipa dikapal menggunakan sistim baut dan flange Sistem Pipa Bilge 1. Umum Susunan pipa bilga harus diketahui atau ditentukan sesuai dengan ketentuan dari Biro Klasifikasi Indonesia - Pipa-pipa bilga dan penghisapnya harus diatur sedemikian rupa sehingga dapat dikeringkan sempurna walaupun dalam keadaan miring atau kurang menguntungkan. - Pipa-pipa hisap harus diatur pada kedua sisi kapal, untuk ruangan-ruangan 14

12 pada kedua ujung kapal masing-masing cukup dilengkapi dengan satu pipa hisap yang dapat mengeringkan ruangan tersebut. - Ruangan yang terletak dimuka sekat tubrukan dan dibelakang tabung poros propeller yang tidak dihubungkan dengan sistem pipa pompa bilga umum harus dikeringkan dengan sistem yang memadai. 2. Rule Dan Regulasi Prinsip Dasar (BKI Part 4 Chapter 6 Section 4) Fungsi. system bilge di kapal adalah membuang air yang terkumpul dalam bottom kapal akibat kebocoran, kondensasi, sisa air cucian, system pemadam air laut, dan lain-lain. Hal ini dapat mengontrol meluapnya air di ruang kamar mesin akibat kebocoran pada system perpipaan Mencegah cross flooding. System ini didesain untuk menghindari kemungkinan kebocoran antara lambung kapal antar ruangan dan antara ruangan kapal dan laut Kemampuan system. Untuk kemampuan system, integritas pompa bilge harus dipastikan melalui pengujian dan sertifikasi. Setidaknya dua pompa bilge harus disediakan dan katup isap bilge mudah diakses untuk pemeliharaan setiap saat Mencegah polusi minyak. Dibuat ketentuan yang sesuai dengan rule sebelum air bilge dikeluarkan ke overboard Dimensi Pipa Bilge Minimum diameter dalam pipa isap bilge minimal 6mm (0,25 in) 15

13 Perhitungan diameter pipa bilge utama mengikuti persamaan: (Sumber : ABS 2013 Rules and Regulation, part 4, chapter 6, section 4/5.3.1(a)) Dimana: d = Internal diameter of the bilge main pipe; mm (in.) L = Scantling length of vessel, (m) B = Breadth of vessel, (m) D = Depth to bulkhead or freeboard deck, (m) Akan tetapi diameter internal pipa bilge tidak boleh lebih 63mm Bilge sstem hanya untuk engine room. Pompa bilge di ruang mesin hanya untuk kamar mesin bukan untuk system bilge di ruang cargo. 2.3 Perhitungan Pipa Cabang (Sumber : ABS 2013 Rules and Regulation, part 4, chapter 6, section 4/5.3.1(d)) db: internal diameter of the bilge branch pipe (mm) c : length of the compartement (m) Akan Tetapi tidak semua pipa cabang membutuhkan diameter lebih 100mm dan tidak boleh kurang 50mm kecuali pompanya kecil atau spacenya kecil menggunakan diameter 38mm. 16

14 2.4 Kapasitas Pompa Bilge (Sumber : ABS 2013 Rules and Regulation, part 4, chapter 6, section 4/5.3.2) d = diameter dalam, mm (in.) Ketentuan berdasarkan SOLAS: Berdasarkan SOLAS 2009 II-2 / C, Reg. 19, jika kapal membawa bahan mudah terbakar atau bahan kimia maka saluran bilga harus dilengkapi dengan katup yang dapat dikunci. Berdasarkan SOLAS 2009 II-2 / C, Reg. 12, jika terdapat pipa penembusan tank atau bulkhead maka digunakan katup yang dilengkapi dengan actuator yang bisa dipoerasikan jarak jauh. Bedasarkan SOLAS 2009 II-1 / C, Reg. 35-1, seluruh pipa Bilga digunakan dalam atau di bawah bunker batubara atau tangki penimpanan bahan bakar atau ruang boiler atau ruang mesin, termasuk ruangan tempat menetap tangki minyak atau pompa bahan bakar terletak, harus terbuat dari baja atau lainnya yang sesuai material. Berdasarkan SOLAS 2009 II-1 / C, Reg. 35-1, Bilga dan memompa sistem ballast harus diatur sedemikian rupa bahwa air laut dan air dari tangki ballast tidak masuk ke kargo dan ruang mesin, atau dari satu kompartemen ke kompartemen lain. 17

15 2.2.2 Sistem Pipa pendingin Air Laut 1. Pengertian System pendingin yang digunakan untuk coolings semua komponen yang mendukung mesin utama. Kebutuhan mesin pendingin karena untuk menghindari stres termal material karena mesin bekerja. Sistem pendingin juga memiliki fungsi untuk mencegah over heating. 2. Rule dan regulasi 2.1 Pompa Pendingin pompa air penggerak turbin gas dan gigi reduksi terkait dan pendinginan pompa air dari mesin diesel propulsi dengan membosankan lebih besar dari 300 mm dan terkait pengurangan gigi harus bersertifikat sesuai dengan 4-6-1/7.3. Pompa memasok media pendingin selain air harus tunduk pada persyaratan yang sama. 2.2 Cooler Air dan udara pendingin yang memiliki salah satu dari parameter desain berikut harus disertifikasi oleh ABS: Design pressure > 6.9 bar (7 kgf/cm2, 100 lb/in2) on either side Design pressure > 1 bar (1 kgf/cm2, 15 lb/in2), internal volume > 0.14 m3 (5 ft3), and design temperature > 149 C (300 F) on either side. 2.3 Sea Chest Setidaknya dua peti laut, terletak di bawah permukaan air ringan, terpisah sejauh praktis dan sebaiknya di sisi berlawanan dari kapal, harus disediakan. Setiap dari dada laut adalah mampu mendukung pendinginan propulsi dan mesin tambahan dan layanan lainnya menggambar air laut dari dada laut yang sama. 18

16 2.4 Pompa Air Pendingin Pompa siaga. Ada setidaknya dua cara untuk memasok air pendingin atau media lain untuk propulsi dan mesin bantu, kompresor udara, pendingin, pengurangan gigi, dll kapasitas masing-masing sarana adalah cukup untuk operasi terusmenerus dari unit penggerak dan yang penting layanan tambahan pada daya pengenal. Salah satu cara ini adalah untuk secara independen didorong dan Mei terdiri dari sambungan dari pompa yang sesuai ukuran yang memadai biasanya digunakan untuk keperluan lain, seperti pompa pelayanan umum, atau dalam kasus pendingin air tawar, salah satu air tawar kapal pompa System Pipa Pemadam 1. Pengertian Api adalah munculnya api yang tidak terkendali, sehingga dapat menjadi kerusakan yang sangat merugikan. Persyaratan api zat yang terbakar, panas atau sumber pengapian, dan jumlah yang cukup oksigen. Melalui sistem utama kebakaran, pemadam kebakaran ini dibekali dengan sistem yang handal dan serbaguna yang mampu menyediakan sejumlah metode yang berbeda dengan yang untuk terlibat api. Klasifikasi api sesuai dengan jenis material yang terbakar: Class A fires burning wood, glass fibre, upsholstery, and furnishing. Class B fires burning liquids such as lubricating oil and fuels. Class C fires burning gas fuels such as liquefied petrolium gas. Class D fires burning combustible metals such as magnesium and aluminium. 19

17 Class E fires burning any of the above materilas together with high voltage electricity. 2. Rule dan regulasi 2.1 Umum Setiap kapal harus dilengkapi dengan pompa kebakaran, api listrik, hidran dan selang sesuai dengan ketentuan ayat ini, sebagaimana berlaku. 2.2 Kapasitas Pompa Pemadam Pompa kebakaran yang diperlukan adalah untuk mampu memberikan untuk keperluan pemadam kebakaran kuantitas air, pada tekanan yang ditentukan dalam 4-7-3/1.7 tidak kurang dari empat-pertiga (4/3) dari gas sesuai ketentuan /5.3.2 yang harus ditangani oleh masing-masing pompa lambung kapal independen ketika bekerja di lambung kapal memompa, menggunakan dalam semua kasus L = panjang kapal, kecuali bahwa total kapasitas yang dibutuhkan dari pompa kebakaran harus tidak melebihi 180 m3 / h (792 gpm). Setiap pompa kebakaran yang diperlukan (selain setiap pompa darurat kebakaran diperlukan dalam 4-7-3/1.5.3) adalah memiliki kapasitas tidak kurang dari 80% dari total kapasitas yang diperlukan dibagi dengan jumlah minimum yang dibutuhkan pompa kebakaran, tetapi dalam hal apapun tidak kurang dari 25 m3 / h (110 gpm) dan masing-masing pompa tersebut adalah untuk mampu, dalam hal apapun, memberikan setidaknya dua jet air yang diperlukan. Pompa kebakaran ini harus mampu memasok sistem utama api di bawah kondisi yang diperlukan. Dimana lebih dari minimum pompa pompa yang diperlukan diinstal, pompa tambahan tersebut memiliki kapasitas minimal 25 m3 / h (110 gpm) dan harus mampu memberikan setidaknya dua jet air dalam /

18 Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, diameter pipa api layanan utama dan air harus cukup untuk distribusi efektif maksimum diperlukan debit dari dua pompa kebakaran beroperasi secara bersamaan, kecuali bahwa dalam kasus kargo kapal diameter hanya perlu cukup untuk pembuangan 140 m3 / h. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, katup harus dipasang untuk melayani setiap hidran sehingga setiap selang kebakaran dapat dihapus sementara pompa kebakaran yang beroperasi. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, katup relief harus diberikan dalam hubungannya dengan pompa kebakaran jika pompa mampu mengembangkan tekanan melebihi tekanan desain pipa layanan air, hidran dan selang. Katup ini harus begitu ditempatkan dan disesuaikan untuk mencegah tekanan yang berlebihan di bagian manapun dari sistem utama kebakaran. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, setiap hidran yang berdekatan, tekanan minimum berikut harus dijaga setiap hidran. Untuk kapal kargo kurang dari tonase kotor 0,25 N/mm2. Tekanan maksimum pada hidran apapun tidak akan melebihi di mana kontrol yang efektif dari selang kebakaran dapat ditunjukkan. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, kapal dari 500 tonase kotor dan ke atas harus dilengkapi dengan setidaknya satu sambungan darat internasional sesuai dengan Fire Safety System Code. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, sanitasi, ballast, lambung kapal atau layanan umum pompa dapat diterima sebagai pompa kebakaran, asalkan mereka biasanya tidak digunakan untuk memompa minyak dan bahwa 21

19 jika mereka dikenakan bea masuk sesekali untuk transfer atau memompa bahan bakar minyak, pengaturan perubahan-over yang cocok dipasang. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, kapal harus dilengkapi dengan independen didorong pompa kebakaran di kapal kargo dari tonase kotor dan ke atas setidaknya dua. Kurang dari tonase kotor sekurangkurangnya dua pompa power-driven, salah satunya harus digerakkan secara bebas. Berdasarkan SOALAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, selang kebakaran harus memiliki panjang minimal 10 m, tetapi tidak lebih dari: m dalam ruang mesin; meter di ruang-ruang lain dan deck terbuka m untuk deck terbuka pada kapal dengan luas maksimum lebih dari 30 m. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, kecuali satu selang dan nosel disediakan untuk setiap hidran di kapal, harus ada pertukaran lengkap kopling selang dan nozel. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, ukuran nozzle standar harus 12 mm, 16 mm dan 19 mm atau sedekat mungkin dengannya. Nozel diameter yang lebih besar dapat diizinkan pada kebijaksanaan Pemerintah. Berdasarkan SOLAS Bab II-2 / Part C / Peraturan 10, akomodasi dan layanan spasi, ukuran nozzle yang lebih besar dari 12 mm tidak perlu digunakan. \ 22

20 2.3 POMPA Pompa memiliki dua kegunaan utama: Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah tanah ke tangki penyimpan air) Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin- mesin dan peralatan) Komponen utama sistim pemompaan adalah : Pompa ( beberapa jenis pompa dijelaskan dalam bagian 2 ) Mesin penggerak : motor listrik, motor diesel, atau sistem udara Pemipaan digunakan untuk membawa fluida Kran, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistem Sambungan, Pengendalian dan Instrumentasi lainnya Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan, aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik. Pompa dan mesin penggerak biasanya merupakan komponen yang paling efisien energinya. 23

21 Gambar 2.7 Sistim Pemompaan Gedung Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember Karakteristik sistim pemompaan Tahanan sistim: head Tekanan diperlukan untuk memompa cairan melewati sistim pada laju tertentu. Tekanan ini harus cukup tinggi untuk mengatasi tahanan sistim, yang juga disebut head. Head total merupakan jumlah dari head statik dan head gesekan/ friksi: a) Head statik Head statik merupakan perbedaan tinggi antara sumber dan tujuan dari cairan yang dipompakan (lihat Gambar 2a). Head statik merupakan aliran yang independen (lihat Gambar 2b). Head statik pada tekanan tertentu tergantung pada berat cairan dan dapat dihitung dengan persamaan perikut: Head (dalam feet) = Tekanan (psi) X 2,31 Specific gravity 24

22 Head statik terdiri dari: Head hhisapan statis (hs): dihasilkan dari pengangkatan cairan relatif terhadap garis pusat pompa. hs nilainya positif jika ketinggian cairan diatas garis pusat pompa, dan negatif jika ketinggian cairan berada dibawah garis pusat pompa (juga disebut pengangkat hhisapan ) Head pembuangan statis (hd): jarak vertikal antara garis pusat pompa dan permukaan cairan dalam tangki tujuan. Gambar 2.8 Heat Static b) Head gesekan/ friksi (hf) Ini merupakan kehilangan yang diperlukan untuk mengatasi tahanan untuk mengalir dalam pipa dan sambungan-sambungan. Head ini tergantung pada ukuran, kondisi dan jenis pipa, jumlah dan jenis sambungan, debit aliran, dan sifat dari cairan. Head gesekan/ friksi sebanding dengan kwadrat debit aliran seperti diperlihatkan dalam gambar 3. Loop tertutup sistim sirkulasi hanya menampilkan head gesekan/ friksi (bukan head statik). 25

23 ****** ******* Aliran Aliran Gambar 2.9. Head Gesekan/ friksi versus Aliran Dalam hampir kebanyakan kasus, head total sistim merupakan gabungan antara head statik dan head gesekan seperti diperlihatkan dalam gambar 4a dan 4b. Kurva Sistim Head Sistim Gesekan Kurva Sistim Head Head Head Static Gesekan Head Statik Aliran Aliran Gambar Sistim dengan Head Statik Tinggi Gambar Sistim dengan Head Statik Rendah 26

24 2.3.2 Kurva kinerja pompa Head dan debit aliran menentukan kinerja sebuah pompa yang secara grafis ditunjukkan dalam Gambar 5 sebagai kurva kinerja atau kurva karakteristik pompa. Gambar memperlihatkan kurva pompa sentrifugal dimana head secara perlahan turun dengan meningkatnya aliran. Dengan meningkatnya tahanan sistim, head juga akan naik. Hal ini pada gilirannya akan menyebabkan debit aliran berkurang dan akhirnya mencapai nol. Debit aliran nol hanya dapat diterima untuk jangka pendek tanpa menyebabkan pompa terbakar. Head Aliran Gambar 2.12 Kurva Kinerja sebuah Pompa Titik operasi pompa Debit aliran pada head tertentu disebut titik tugas. Kurva kinerja pompa terbuat dari banyak titik-titik tugas.titik operasi pompa ditentukan oleh perpotongan kurva sistim dengan kurva pompa sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 6. 27

25 Gambar 2.13 Titik Operasi Pompa (US DOE, 2001) Kinerja hisapan pompa (NPSH) Kavitasi atau penguapan adalah pembentukan gelembung dibagian dalam pompa. Hal ini dapat terjadi manakala tekanan statik fluida setempat menjadi lebih rendah dari tekanan uap cairan (pada suhu sebenarnya). Kemungkinan penyebabnya adalah jika fluida semakin cepat dalam kran pengendali atau disekitar impeler pompa. Penguapan itu sendiri tidak menyebabkan kerusakan. Walau demikian, bila kecepatan berkurang dan tekanan bertambah, uap akan menguap dan jatuh. Hal ini memiliki tiga pengaruh yang tidak dikehendaki: Erosi permukaan baling-baling, terutama jika memompa cairan berbasis air. Meningkatnya kebisingan dan getaran, mengakibatkan umur sil dan bearing menjadi lebih pendek Menyumbat sebagian lintasan impeler, yang menurunkan kinerja pompa dan dalam kasus yang ekstrim dapat menyebabkan kehilangan head total. 28

26 Head Hisapan Positif Netto Tersedia / Net Positive Suction Head Available (NPSHA) menandakan jumlah hhisapan pompa yang melebihi tekanan uap cairan, dan merupakan karakteristik rancangan sistim. NPSH yang diperlukan (NPSHR) adalah hisapan pompa yang diperlukan untuk menghindari kavitasi, dan merupakan karakteristik rancangan pompa Perhitungan Head Pompa di Sistem Perpipaan Kapal H : Hs + HP + HV + total Head-loss Dimana: Hs = Tinggi antara pompa ke overboard = Pompa diletakkan di tangtop engine room sehingga tinggi = 0 meter = Shore connection Jadi, head statis 0 = 1,85meter Hp = Perbedaan tekanan di sisi suction dan sisi discharge = = 0 Karena tekanan di suction dan discharge adalah sama Hv = Perbedaan kecepatan alir di sisi suction dan sisi discharge = = 0 m 29

27 a) Major losses : ( Sumber : Pompa dan Kompresor Ir.Sularso,MSME hal 28) Dimana : dm = Diameter dalam Pipa (m) V = Kecepatan Aliran (m/s) υ = Spesifik kerapatan zat cair (m 2 /s) Re = Renould Number (Re: ( D x V ) / υ = 0,02 + 0,0005/dm = 0,025 (Lihat Modi diagram) L = Panjang pipa suction V = kecepatan aliran (m/s) D = diameter dalam pipa (m) b) Minor losses : loses karena asessories pipa 2g ( Sumber : Pompa dan Kompresor Ir.Sularso,MSME hal 28) Dimana : K = koefisien loses jenis asessories pipa 30

28 2.4 PERCOBAAN TORRICELLI Gambar 2.14 Bagan Percobaan Torricelli Sumber : dparamitadewi.wordpress.com Udara termasuk zat karena menempati ruang, mempunyai massa dan mempunyai tekanan. Sebagai contoh udara dalam balon menekan dindingdinding balon keluar sehingga balon membesar. Evangelista Torricelli ( ) adalah seorang ahli Fisika berkebangsaan Italia. Pada tahun 1643, ia berhasil menciptakan barometer, yaitu alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara. Barometer tersebut diciptakan berdasarkan percobaan yang dikenal dengan sebutan Percobaan Torricelli. Untuk percobaan ini, Torricelli menggunakan tabung yang panjangnya kira-kira 1m. Mula-mula tabung itu diisi dengan raksa sampai penuh, selanjutnya ujug tabung ditutup dengan jari, kemudian tabung dibalikan dan dimasukkan dalam bejana yang berisi air raksa. Ketika jari dilepaskan, tampak raksa di dalam tabung terisi setinggi h sehingga menjadi tekanan B, karena tinggi kolam raksa sama dengan tekanan atmosfer di A. Dari pengukuran itu di dapat bahwa tinggi 31

29 raksa di dalam tabung kira-kira 76 cm. Tekanan raksa setinggi 76 cmhg = 1 atmosfer (1 atm). 1 atm = 1 bar 1 atm = 10 5 Pa 10 3 mbar= 10 5 Pa 1 mbar= 10 5 /10 3 Pa 1 atm = 76 cmhg = 10 5 Pa Besar tekanan udara luar di suatu tempat digunakan ketentuan sebagai berikut: Setiap tekanan 10 meter dari permukaan laut, permukaa n raksa raksa dalam tabung turun rata-rata 1 mm (1 mm). Maka untuk menentukan besarnya tekanan udara di suatu tempat yang berada pada ketinggian h dari permukaan laut, dapat digunakan persamaan: ( ) Keterangan: p x p bar h x = tekanan udara di kota x = tekanan udara luar =tinggi kota x 2.5 JENIS-JENIS POMPA Bagian ini menjelaskan berbagai jenis pompa. Pompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pompa-pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif (Gambar 7). 32

30 Gambar 2.15 Berbagai jenis pompa Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan Pompa perpindahan positif Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi: cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya: 33

31 Pompa Reciprocating jika perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya jarum piston. Pompa reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan cairan kental dan sumur minyak. Pompa Rotary jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir, cam atau baling- baling dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan sebagai gir dalam, gir luar, lobe, dan baling-baling dorong dll. Pompa- pompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri. Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah ditetapkan dipompa setelah setiap putarannya. Sehingga jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan naik ke nilai yang sangat tinggi dimana hal ini dapat merusak pompa Pompa Dinamik Pompa dinamik juga dikarakteristikkan oleh cara pompa tersebut beroperasi: impeler yang berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida. Terdapat dua jenis pompa dinamik: Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan air dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. Untuk alasan ini, pompa ini dijelaskan dibawah lebih lanjut. Pompa dengan efek khusus terutama digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri. 34

32 Bagaimana sebuah pompa sentrifugal bekerja? Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai proses pabrik. Gambar 8 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi: 1. Cairan dipaksa menuju sebua h impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump oleh tekanan buatan. 2. Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi. 3. Impeler dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan. Gambar Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal (Sahdev M) Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember 35

33 Komponen dari po mpa sentrifugal Komponenutama dari pompa sentrifugal terlihat pada Gambar 9 dan diterangkan dibawah ini: Komponen berputar: impeller yang disambungkan ke sebuan poros Komponen satis: casing, penutup casing, dan bearings. Gambar Komponen Utama Pompa Sentrifugal (Sahdev) Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember a) Impeler Impeler merupakan cakram bulat dari logam dengan lintasan untuk aliran fluida yang sudah terpasang. Impeler biasanya terbuat dari perunggu, polikarbonat, besi tuang atau stainless steel, namun bahan-bahan lain juga digunakan. Sebagaimana kinerja pompa tergantung pada jenis impelernya, maka penting untuk memilih rancangan yang cocok dan mendapatkan impeler dalam kondisi yang baik. Jumlah impeler menentukan jumlah tahapan pompa. Pompa satu tahap memiliki satu impeler dan sangat cocok untuk layanan head (=tekanan) rendah. Pompa dua tahap memiliki dua impeler yang terpasang secara seri untuk layanan head 36

34 sedang. Pompa multi-tahap memiliki tiga impeler atau lebih terpasang seri untuk layanan head yang tinggi. Impeler dapat digolongkan atas dasar: Arah utama aliran dari sumbu putaran: aliran radial, aliran aksial, aliran campuran Jenis hisapan: hisapan tunggal dan hisapan ganda Bentuk atau konstruksi mekanis Impeler yang tertutup memiliki baling-baling yang ditutupi oleh mantel (= penutup) pada kedua sisinya (Gambar 10). Biasanya digunakan untuk pompa air, dimana baling-baling seluruhnya mengurung air. Hal ini mencegah perpindahan air dari sisi pengiriman ke sisi penghisapan, yang akan mengurangi efisiensi pompa. Dalam rangka untuk memisahkan ruang pembuangan dari ruang penghisapan, diperlukan sebuah sambungan yang bergerak diantara impeler dan wadah pompa. Penyambungan ini dilakukan oleh cincin yang dipasang diatas bagian penutup impeler atau dibagian dalam permukaan silinder wadah pompa. Kerugian dari impeler tertutup ini adalah resiko yang tinggi terhadap rintangan. Impeler terbuka dan semi terbuka (Gambar 10) kemungkinan tersumbatnya kecil. Akan tetapi utnuk menghindari terjadinya penyumbatan melalui resirkulasi internal, volute atau back-plate pompa harus diatur secara manual untuk mendapatkan setelan impeler yang benar. 37

35 Impeler pompa berpusar/vortex cocok untuk bahan-bahan padat dan berserabut akan tetapi pompa ini 50% kuran efisien dari rancangan yang konvensio nal. Gambar 2.18 Impeler Jenis Tertut up dan Terbuka (Sahdev) Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember b) Batang torak Batang torak memindahkan torque dari motor ke impeler selama startup dan operasi pompa. c) Wadah Fungsi utama wadah adalah menutup impeler pada penghisapan dan pengiriman pada ujung dan sehingga berbentuk tangki tekanan. Tekanan pada ujung penghisapan dapat sekecil sepersepuluh tekanan atmosfir dan pada ujung pengiriman dapat dua puluh kali tekanan atmosfir pada pompa satu tahap. Untuk pompa multi- tahap perbedaan tekanannya jauh lebih tinggi. Wadah dirancang untuk tahan paling sedikit dua kali tekanan ini untuk menjamin batas keamanan yang cukup. Fungsi wadah yang kedua adalah memberikan media pendukung dan bantalan poros untuk batang torak dan impeler. Oleh karena itu wadah pompa harus dirancang untuk: 38

36 Memberikan kemudahan mengakses ke seluruh bagian pompa untuk pemeriksaan, perawatan dan perbaikan. Membuat wadah anti bocor dengan memberikan kotak penjejal Menghubungkan pipa-pipa hisapan dan pengiriman ke flens secara langsung Mudah dipasang dengan mudah ke mesin penggerak (motor listrik) tanpa kehilangan daya. Sumber : Andrianto Wahid Design sistem perpipaan kapal. Institute Teknologi Sepuluh Nopember Terdapat dua jenis wadah : Wadah volute (Gambar 11) memiliki impeler yang dipasang dibagian dalam wadah. Salah satu tujuan utamanya adalah membantu kesetimbangan tekanan hidrolik pada batang torak pompa. Walau begitu, mengoperasikan pompa dengan wadah volute pada kapasitas yang lebih rendah dari yang direkomendasikan pabrik pembuatnya dapat mengakibatkan tekanan lateral pada batang torak pompa. Hal ini dapat meningkatkan pemakaian sil, bantalan poros, dan batang torak itu 39

37 sendiri. Wadah volute ganda digunakan bilamana gaya radial menjadi cukup berarti pada kapasitas yang berkurang. Wadah bulat memiliki baling-baling penyebaran stasioner disekeliling impeler yang mengubah kecepatan menjadi energi tekanan. Wadah tersebut banyak digunakan untuk pompa multi-tahap. Wadah dapat dirancang sebagai: Wadah padat (Gambar 12): seluruh wadah dan nosel dimuat dalam satu cetakan atau potongan yang sudah dibuat pabrik pembuatnya. Wadah terbelah: dua bagian atau lebih disambungkan bersama. Bilamana bagian wadah dibagi oleh bidang horisontal,wadahnya disebut terbelah secara horisontal atau wadah yang terbelah secara aksial Memilih pompa yang benar Dalam memilih pompa, para pemasok berusaha untuk mencocokan kurva sistim yang diberikan oleh fihak pengguna dengan kurva pompa yang memenuhi kebutuhan tersebut sedekat mungkin. Titik operasi pompa adalah titik dimana kurva pompa dan kurva tahanan sistim berpotongan (sebagaimana dijelaskan pada bagian 1.2.3). Walau begitu, tidak memungkinkan bagi satu titik operasi memenuhi seluruh kondisi operasi yang dikehendaki. Sebagai contoh, bila kran pembuangan tersumbat, kurva tahanan sistim bergeser ke sebelah kiri dan begitu juga dengan titik operasinya (lihat Gambar 13). Gambar 13 dibawah memperlihatkan kurva kinerja pompa yang dipasok penjual untuk pompa sentrifugal dimana cairan yang akan dipompa adalah air bersih. 40

38 Titik Efisiensi Terbaik / Best Efficiency Point (BEP) merupakan kapasitas pemompaan pada diameter impeler maksimum, dimana efisiensi pompanya adalah yang paling tinggi. Seluruh titik kesebelah kanan atau kiri BEP memiliki efisiensi lebih rendah. BEP terpengaruh jika pompa yang terpilih ukurannya berlebih. Alasannya adalah bahwa aliran pompa dengan ukuran berlebih harus dikendalikan dengan metoda yang berbeda, seperti kran penutup atau jalur bypass. Keduanya memberikan tahanan tambahan dengan meningkatnya gesekan. Sebagai akibatnya kurva sistim bergeser ke kiri dan berpotongan dengan kurva pompa pada titik lainnya. Sekarang BEP nya juga menjadi lebih rendah. Dengan kata lain, efisiensi pompa berkurang sebab aliran keluar berkurang akan tetapi pemakaian dayanya tidak. Ketidak efisiensian pompa dengan ukuran berlebih dapat diatasi dengan, sebagai contoh, pemasangan VSD, penggerak dua kecepatan, rpm lebih rendah, impeler yang lebih kecil atau yang seimbang (BEE, 2004). 41

39 Gambar 2.19 Kurva kinerja pompa sentrifugal diberikan oleh pemasok (Biro Efisiensi Energi, 2004) 42