PERENCANAAN INSTALASI PEMIPAAN DENGAN MENGGUNAKAN METHODE PIPE FLOW EXPERT. ABSTRACT

Transkripsi

1 PERENCANAAN INSTALASI PEMIPAAN DENGAN MENGGUNAKAN METHODE PIPE FLOW EXPERT. Arif Setyo Nugroho Jurusan Teknik Mesin AT Warga Surakarta ABSTRACT In the installation of the pipe network should take into account the rate of flow and head losses that occur in each pipe, so that water can be evenly distributed on each branch pipe. In an analysis using the program can be known expert pipe flow rate, flow and pressure at work in the installation.flow, pressure comes in, and exit pressure, the largest in number 11 with a large pipe flow m 2 /s for pipe diameter 1 ', for pipes ¾' is m 2 /s.dan to pipe diameter ½' is m 2 /s. For the incoming flow velocity in the pipe of the largest, most large diameter is 1' with a speed of m/s, for a pipe diameter of ¾' 3819 and to the pipe diameter ½ '3567 m/s. Pressure at each pipe entered the same on each pipe and the highest pressure to the pipe 1', ¾ and ½' of bar or kg/cm 2. Pressure out on each pipe the same on each pipe and the highest pressure for pipe 1 'at bar or kg/cm 2, ¾' is bar or kg/cm 2. Pipe diametre for ½' is bar or kg/cm 2. For the connection of pressure on diameter of 1 'is the biggest bar or kg/cm 2, for the smallest pressure of bar or kg/cm 2. Pressure connection in diameter 3/4' largest is bar or kg/cm 2, for pressure the smallest is bar or kg/cm 2. Pressure connection in diameter ½ 'biggest bar or kg/cm 2, for the smallest pressure is bar or kg/cm 2. Key Word : Pressure,flow,velocity PENDAHULUAN Sistem Plumbing suatu bangunan gedung adalah pemipaan sistem penyediaan air minum, pemipaan sistem pembuangan air kotor, dan pemipaan sistem pembuangan air hujan,instalasi pipa jaringan banyak dipakai dalam kehidupan manusia salah satunya yaitu untuk pendistribusian air pada perumahan. Permasalahan yang sering terjadi pada pemasangan instalasi pipa jaringan adalah tidak diketahuinya debit aliran dan kerugian-kerugian head yang terjadi pada tiap pipa.keadaan tersebut akan mengakibatkan distribusi air yang mengalir pada suatu instalasi pipa jaringan air Perencanaan instalasi pemipaan 44

2 tidak sesuai dengan kebutuhan yang diminta oleh penduduk. Hal-hal yang sering terjadi pada pemasangan instalasi pipa jaringan (network pipe) adalah tidak diketahuinya laju aliran dan kerugian-kerugian head yang terjadi di setiap pipa, sehingga mengakibatkan pendistribusian air yang tidak merata di setiap cabang pipa. Oleh karena itu diperlukan suatu perhitungan dengan menggunakan methode pipe flow exspert diharapkan mampu memprediksi mengenai debit aliran dan kerugian head yang terjadi disetiap pipa secara tepat. Dalam penelitian ini bahan dan peralatan yang digunakan antara lain : a. Program Pipe Flow expert b. Disain instalasi pipa perumahan KAJIAN PUSTAKA Kecepatan, komprebilitas, kapilaritas, dan tekanan adalah sifat-sifat fluida dalam keadaan diam. Untuk fluida yang bergerak ada sifat yang penting sebagai berikut: a. Kerapatan atau densitas (disimbolkan dengan ρ) adalah ukuran untuk konsentrasi zat tersebut yang didefinisikan perbandingan massa suatu bahan persatuan volume BAHAN DAN METODE BAHAN DAN PERALATAN secara sistematis kerapatan ini dapat dihitung dengan rumus: M... 1 ) V Dimana: Ρ = Kerapatan massa (kg/m 3 ) M = Massa zat cair (kg) V = Volume zat cair (m 3 ) Kerapatan air pada temperatur kamar adalah 1,94 slug/ft 3 atau 1000 kg/m 3. Bobot spesifik atau berat jenis adalah berat benda persatuan volume. γ = ρ g... 2) dimana: γ = berat jenis (N/m 3 ) ρ = kerapatan massa (kg/m 3 ) g = percepatan grafitasi = 9,81 (m/s 2 ) Volume jenis v adalah yang ditempati oleh sebuah satuan massa zat dan karena v l itu merupakan kebalikan dari kerapatan massa:...3) Perencanaan instalasi pemipaan 45

3 Dalam beberapa masalah kekentalan dinamik dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk: v dimana: v = viscositas kinematis zat cair (m 2 /s) μ = Kekentalan absolut (N/m 2 ) ρ = Kerapatan massa (kg/m 3 ) Aliran Fluida Dalam Pipa 1. Aliran fluida Aliran fluida dapat terjadi berupa aliran steady atau aliran unsteady aliran unsteady terjadi jika keadaan di setiap titik dalam aliran berubah menurut perubahan v T 0; 0; 0 t.... 5) 2. Persamaan kontinuitas Persamaan kontinuitas merupakan penurunan dari hukum kekekalan massa. Untuk aliran mantap (steady), massa yang melalui semua bagian dalam arus fluida persatuan waktu adalah sama. Hal ini dinyatakan dalam: m = ρ 1. V 1. A 1 = ρ 2. V 2. A ) Untuk fluida inkompresible dan jika ρ 1 = ρ 2, maka persamaan di atas menjadi: Q = V 1 A 1 = V 1 A 2 dimana: Q = Debit (m 3 /s) VD Re v t... 4) t waktu, sedangkan aliran steady terjadi jika keadaan titik dalam aliran tidak berubah menurut perbedaan waktu. V = Kecepatan (m/s) A = Luas penampang (m 2 ) 3. Aliran pada pipa lurus Aliran laminer adalah tipe aliran dengan kecepatan rendah sehingga ketika fluida mengalir seolah-olah terdiri dari bertumpuk-tumpuk lapisan. Aliran ternsisi adalah tipe aliran dengan kecepatan sedang sehingga terjadi transisi antara lain rata (laminer) menuju aliran deras (turbulen). Aliran turbulen adalah tipe aliran dengan kecepatan tinggi sehingga pertikel-pertikel fluida bergerak dengan lintasan yang tidak teratur. Untuik menentukan apakah suatu aliran laminer, transisi atau turbulen dapat dipakai bilangan Reynolds:... 7) Perencanaan instalasi pemipaan 46

4 dimana : Re = bilangan Reynolds V = kecepatan rata-rata aliran dalam pipa (m/s) D = diameter dalam pipa (m) v = viscositas kinematis zat cair (m 2 /s) Pada bilangan Reynolds ini terdapat suatu batasan sebagai berikut: Pada Re < 2300,aliran bersifat laminer Pada Re > 4000,aliran bersifat turbulen Pada Re = terdapat daerah turbulen transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer atau turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran. Kerugian dalam sambungan = ) Dimana, K = manufactur faktor v = Velocity g = grafitasi bumi Pressure loss = h... 9) Dimana, h = head loss (m) p = densitas ( kg /m3) g = grafitasi Energy dan Tingkatan energy Head fluida = Energy kinetik + energy aliran + Energy potensial... 10) = + + Dimana v = besar velocity g = gaya grafitasi P = tekanan y = fluidensity Koefisen aliran ( Cv) =... 11) Dimana C v = koefisien aliran Q = aliran rata rata dalam gpm Δp = Kerugian tekanan dalasm katup Perencanaan instalasi pemipaan 47

5 S G = rasio densitas fluida Koefisien aliran fluida = Dimana, Kv = koefisien aliran Q = Debit aliran m 3 /jam ΔP = Kerugian tekanan... 12) METODE Dalam penelitian ini,terdapat beberapa tahapan yang dimulai dengan pembuatan disain instalasi pemipaan diperumahan sampai dengan mengenai debit aliran dan kerugian head yang terjadi disetiap pipa. Berikut ini adalah disain pemasangan pipa Gambar 1 disain pemasangan pipa diperumahan Perencanaan instalasi pemipaan 48

6 Adapun langkah langkah penelitian, ditunjukan pada gambar 2 Disain instalasi Pipa Penentuan dimensi ukuran panjang pipa Penentuan Variasi Uji Diameter Pipa : 1,3/4,1/2 Penentuan jenis sambungan dan katup Komputasi dan analisa Tidak Ya.. Hasil Gambar 2 Flow chart metode penelitian Hasil Dan Pembahasan Hasil Dari hasil pengujian computasi yang telah dilakukan didapat hasil sebagai berikut a. Untuk bagian instalasi pipa dari pompa Gambar 3 computasi konstruksi pipa yang masuk ke dalam bak penampung. Dari hasil komputasi didapat data sebagai berikut : Data Fluida : fluida kerja adalah air ( H 2 O) dengan density sebesar 998 kg/m 2 veppur presure bar. Perencanaan instalasi pemipaan 49

7 Untuk data pompa Data instalasi pipa PIPE DATA NO NO PIPA : Flow in/out m 2 /sec.velocit y 0,538 m2/sec.discha rge pressure bar,head pompa 23,417 m. : Matrial pipa adalah PVC 1, roughness MASS FLOW Kg/Sec FLOW m 2 /sec Panjang pipa 12 m.mass flow m 2 /sec.velocit y m/sec. b. Instalasi pipa dari reservoir ke seluruh bagian instalasi didapat data seperti tabel dibawah ini.pengambilan dengan cara computasi,dan dari hasil iterasi didapat data sebagai berikut VELOCITY m/sec TEKANAN MASUK Bar.g TEKANAN KELUAR Bar.g Untuk diameter 1 1 P P P P , P , P P , P , P , P , P P P P P P P Untuk Diameter ¾ 1 P P P P P P P P P P P P P P P Perencanaan instalasi pemipaan 50

8 16 P P Untuk diameter ½ 1 P P P P P P P P P P P P P P P P P Gambar 4 tabel data computasi instalasi DATA SAMBUNGAN Dari komputasi yang telah dilakukan menghasilkan data sebagai berikut untuk setiap sambungan pipa dan sambungan unyuk katup buang. NO Nama Sambungan Tekanan di setiap sambungan Total flow in m 2 /sec Total Flow out m 2 /sec Untuk sambungan pipa diameter 1 1 Sambungan Sambungan Sambungan Sambungan Sambungan Sambungan Katup kran Sambungan Katup kran Sambungan Sambungan Katup kran Sambungan Sambungan Katup Kran Katup Kran Sambungan Katup kran Untuk sambungan pipa diameter ¾ 1 Sambungan 1 1, Sambungan 2 1,1869 0, Sambungan , Sambungan 4 1,1278 0, Sambungan 5 1,0154 0, Sambungan 6 1,0012 0, Perencanaan instalasi pemipaan 51

9 7 Katup kran 1,0000 0, Sambungan 7 1,0002 0, Katup kran 1,0000 0, Sambungan 8 1,0010 0, Sambungan 9 1,1042 0, Katup kran 1, Sambungan 10 1, Sambungan 11 1, Katup Kran 1, Katup Kran 1, Sambungan 12 1, Katup kran 1, Untuk sambungan pipa diameter ½ 1 Sambungan Sambungan Sambungan Sambungan Sambungan Sambungan Katup kran Sambungan Katup kran Sambungan Sambungan Katup kran Sambungan Sambungan Katup Kran Katup Kran Sambungan Katup kran Gambar 5 tabel sambungan Pembahasan Dari hasil pengujian diatas dapat dibandingkan setiap instalasi dengan variasi diameter pipa sebagai berikut : Gambar 6 grafik mass flow rate pada instalasi Perencanaan instalasi pemipaan 52

10 Dari grafik gambar 6 menjelaskan semakin besar diameter pipa akan menghasilkan flow semakin besar, semakin kecil diameter pipa pada instalasi konstruksi yang sama akan menghasilkan flow yang kecil. flow setiap pipa 1,5 1 0,5 0 P1 P3 Flow ( m 2 /sec) P5 P7 P9 P11 P13 penomoran pipa P15 P17 Gambar 7 grafik flow Pipa 1 Pipa 2 Pipa 3 Untuk grafik aliran gambar 7 dapat dilihat aliran terbesar di pipa no 11 dengan besar flow m 2 /s untuk pipa berdiameter 1,untuk pipa ¾ m 2 /s.dan untuk pipa berdiameter ½ sebesar m 2 /s Skala velocity 1,5 1 0,5 0 velocity ( m/sec) P1 P3 P5 P7 P9 P11 P13 P15 P17 penomoran pipa Pipa 1 Pipa 2 Pipa 3 Gambar 8 grafik velocity Untuk kecepatan aliran yang masuk dalam pipa terbesar dapat dilihat digambar 8,pada pipa no 11 dengan diameter paling besar adalah 1 dengan kecepatan sebesar m/s,untuk pipa diameter ¾ dan untuk pipa berdiameter ½ m/s.dari grafik no 14 dapat diketahui bahwa kecepatan paling tinggi yaitu di pipa no 11 dengan diameter 1,pad konstruksi instalasi yang sama. Perencanaan instalasi pemipaan 53

11 Tekanan Masuk Pipa ( bar) 1,5000 Skala 1,0000 0,5000 0,0000 P1 P3 P5 P7 P9 P11 P13 P15 P17 pipa pipa 1 pipa 3/4 pipa 1/2 Gambar 9 grafik tekanan masuk ke pipa Dari grafik 9 besar tekanan masuk pada setiap pipa sama pada setiap pipa dan tekanan tertinggi adalah pada pipa no 11 yaitu untuk pipa 1,3/4 dan ½ sebesar bar atau sebesar kg/cm 2. Skala Tekanan Keluar Pipa ( bar) 1,6000 1,4000 1,2000 1,0000 0,8000 0,6000 0,4000 0,2000 0,0000 P1 P3 P5 P7 P9 P11 P13 P15 P17 pipa 1 pipa 3/4 pipa 1/2 pipa Gambar 10 grafik tekanan keluar dari pipa Untuk Sambungan tekanan di diameter 1 terbesar adalah bar atau kg/cm 2,untuk tekanan terkecil yaitu bar atau kg/cm 2.Untuk Sambungan tekanan di diameter 3/4 terbesar adalah bar atau kg/cm 2,untuk tekanan terkecil yaitu bar atau kg/cm 2.Untuk Sambungan tekanan di diameter ½ terbesar adalah bar atau kg/cm 2,untuk tekanan terkecil yaitu bar atau kg/cm 2. Perencanaan instalasi pemipaan 54

12 IV KESIMPULAN Dari pengujian tersebut diatas dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Mass flow rate pada diameter 1 pada pipa1 dan pipa 11 mempunyai mass flow rate lebih besar dibandingkan dengan diameter pipa 1,¾ dan ½ pada konstruksi yang sama. Semakin besar diameter pipa yang dipasang pada konstuksi disain yang sama akan menghasilkan flow semakin besar,semakin kecil diameter pipa pada instalasi konstruksi yang sama akan menghasilkan flow yang kecil. 2. Aliran terbesar di pipa no 11 dengan besar flow m 2 /s untuk pipa berdiameter 1,untuk pipa ¾ m 2 /s.dan untuk pipa berdiameter ½ sebesar m 2 /s 3. Untuk kecepatan aliran yang masuk dalam pipa terbesar,pada pipa no 11 dengan diameter paling besar adalah 1 dengan kecepatan sebesar m/s, untuk pipa diameter ¾ dan untuk pipa berdiameter ½ m/s. 4. Tekanan masuk pada setiap pipa sama pada setiap pipa dan tekanan tertinggi adalah pada pipa no 11 yaitu untuk pipa 1,3/4 dan ½ sebesar bar atau sebesar kg/cm Tekanan keluar pada setiap pipa sama pada setiap pipa dan tekanan tertinggi adalah pada pipa no 11 yaitu untuk pipa 1 sebesar bar atau sebesar kg/cm 2, ¾ sebesar bar atau sebesar kg/cm 2.dan pipa berdiameter 1/2 sebesar bar atau sebesar kg/cm 2. Tekanan tinggi sangat bermanfaat dalam distribusi, karena dalam setiap saluran memungkinkan untuk mempunyai tekanan yang tinggi pula. 6. Untuk Sambungan tekanan di diameter 1 terbesar adalah bar atau kg/cm 2,untuk tekanan terkecil yaitu bar atau kg/cm 2. Untuk Sambungan tekanan di diameter 3/4 terbesar adalah bar atau kg/cm 2,untuk tekanan terkecil yaitu bar atau kg/cm 2.Untuk Sambungan tekanan di diameter ½ terbesar adalah bar atau kg/cm 2,untuk tekanan terkecil yaitu bar atau kg/cm 2. DAFTAR PUSTAKA Bagus Shella A,2010,Kaji eksperimental Rugi Tekan (head Losses)dan Faktor Gesekan yang terjadi Pada Pipa Lurus dan Belokan,UNDIP,Semarang. Cepi Iskandar,2006, Analisa Kerugian Gesekan Pada Pipa Penyalur, Pompa Sentrifugal Jenis Demster dan Perwatan Pompa. Perencanaan instalasi pemipaan 55

13 Edi Suhariyono,2008, Analisa Head Losses dan Koefisien Gesek Pada Pipa, Kalimantan Scientic, kalimantan. Olson M Reuben, 1993, Dasar dasar Mekanika Fluida Teknik, Gramedia, Jakarta. Pipe flow expert, 2010, User Guide. Sularso,Tahara Huruo,1987, Pompa dan Kompresor,Pradya Paramitha,Jakarta. White M Frank, 1994, Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta. Wylie Bemjamin E, 1999, Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta Perencanaan instalasi pemipaan 56