BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Sistem Pemipaan Sistem pemipaan seperti pembuluh arteri dan vena pada manusia. Mereka membawa darah kehidupan pada peradaban yang modern. Di sebuah kota modern mereka mengalirkan air dari sumber air ke titik-titik distribusi. Demikian juga, pipa membawa minyak mentah dari sumur minyak menuju tempat penyimpanan atau kilang. Transportasi gas alam dan jalur distribusi menyalurkan gas alami dari sumber gas dan tangki penyimpanan menuju ke titik penggunaan, seperti power plant, fasilitas industri, dan kegunaan-kegunaan komersil lainya. Pada pabrik kimia, pabrik kertas, pabrik pengolahan makanan, dan perusahaan industri lainnya yang serupa, sistem pemipaan berguna untuk membawa cairan, bahan kimia, campuran, gas, uap, dan padatan dari satu lokasi ke lokasi lain. Jaringan pemipaan proteksi kebakaran di perumahan, komersial, industri, dan bangunan lainnya menggunakan cairan, seperti air, gas, dan bahan kimia untuk memberikan perlindungan kehidupan dan properti. Sistem pemipaan di pembangkit listrik termal menyalurkan uap bertekanan dan bersuhu tinggi untuk menghasilkan listrik. Sistem pemipaan meliputi pipa, flange, fitting, pembautan, gasket, valve, dan bagian-bagian dari komponen pemipaan lainnya. Ini juga termasuk gantungan pipa dan suport dan item lainnya yang diperlukan untuk mencegah tekanan dan tegangan berlebiih dari komponen-komponen yang bertekanan. Ini bukti bahwa pipa merupakan salah satu unsur atau bagian dari sistem pemipaan. Oleh karena itu, bagian pipa saat bergabung dengan fitting, katup, dan peralatan lainnya dan didukung oleh gantungan dan suport, disebut sistem pemipaan Pipa Pipa adalah benda tabung dengan penampang bulat sesuai dengan persyaratan dimensi dari : ASME B36.10M ASME B36.19M Welded and Seamless Wrought Steel Pipe Stainless Steel Pipe 7

2 Ukuran Pipa Sistem yang dikenal sebagai iron pipe size (IPS) dibuat untuk menunjukan ukuran pipa. Ukuran mewakili perkiraan diameter dalam pipa dalam inchi. Sebuah pipa IPS 6 adalah pipa yang berdiameter dalamnya sekitar 6 inci (dalam). Pengguna menyebutkan pipa dengan 2-in, 4-in, 6-in pipa dan sebagainya. Untuk memulai, setiap ukuran pipa diproduksi untuk memiliki satu ukuran ketebalan, yang kemudian disebut sebagai standard (STD) atau standard weight (STD.WT.). Sebagaimana kebutuhan industri yang menuntut penanganan fluida yang bertekanan lebih tinggi,pipa yang diproduksi memiliki dinding yang tebal, yang kemudian dikenal sebagai ekstra strong (XS) atau ekstra heavy (XH). Persyaratan tekanan yang lebih tinggi meningkat lebih lanjut, membutuhkan pipa dinding tebal. Oleh karena itu, pipa yang diproduksi dengan double ekstra strong (XXS) atau double ekstra heavy (XXH) dinding, sedangkan standar diameter luar tidak berubah. Dengan pengembangan material pipa yang lebih kuat dan tahan korosi, kebutuhan untuk dinding pipa yang lebih tipis menghasilkan metode baru penentuan ukuran pipa dan ketebalan dinding pipa. Penunjukan dikenal sebagai ukuran pipa nominal (NPS) menggantikan IPS, dan schedule (SCH) dibuat untuk menentukan ketebalan dinding nominal pipa. Nominal Pipe Size (NPS) adalah penanda ukuran pipa berdimensi. Hal ini menunjukkan standar ukuran pipa bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu tanpa simbol inci. Misalnya, NPS 2 menunjukkan pipa yang berdiameter luar 2,375 inch. NPS 12 dan pipa yang lebih kecil memiliki diameter lebih besar ukuran penanda (katakanlah, 2, 4, 6,...). Namun, diameter luar NPS 14 dan pipa yang lebih besar sama dengan penanda ukuran dalam inci. Misalnya, NPS 14 pipa memiliki diameter luar sebesar 14 inch diameter akan tergantung pada pipa ketebalan dinding yang ditentukan oleh jumlah schedule. Lihat ASME B36.10M atau ASME B36.19M. Rujuk ke App. E2 atau E2M. Diameter Nominal (DN) juga merupakan penanda ukuran pipa berdimensi dalam satuan metrik, yang dikembangkan oleh Organisasi Standar Internasional (ISO). Hal ini menunjukkan ukuran pipa standar bila diikuti dengan jumlah penunjukan ukuran tertentu.

3 9 Tabel 2.1 Pipe size designators : NPS and DN Flange Welded Neck Flange Flange ini dilas melingkar ke dalam sistem di lehernya yang berarti bahwa integritas daerah butt welded yang dilas dapat dengan mudah diperiksa oleh radiografi. Lubang dari kedua pipa dan flange sesuai, yang mengurangi turbulensi dan erosi di dalam pipa. Oleh karena itu flange tipe ini digunakan di tempattempat kritikal. Gambar 2.1 Welded Neck Flange (

4 Slip-On Flange Flange ini masuk melalui pipa dan kemudian dilas fillet. Slip-on flange mudah untuk digunakan dalam penggunaan fabrikasi Blind Flange Gambar 2.2 Slip-On Flange ( Flange ini digunakan untuk menutup jalur pipa, katup dan pompa, juga dapat digunakan sebagai penutup inspeksi. Flange ini sering kali disebut sebagai blanking flange. Gambar 2.3 Blind Flange (

5 Socket Weld Flange Flange ini dibor agar pipa dapat masuk kedalamnya sebelum dilas fillet. Kedua lubang dari pipa dan flange sama sehingga memberikan karakteristik aliran yang baik. Gambar 2.4Socket Weld Flange ( Threaded Flange Flange ini berulir, digunakan untuk menghubungkan komponen lainya yang berulir yang bekerja pada tekanan rendah, pada penggunaan yang tidak kritikal. Pengelasan tidak diperlukan. Gambar 2.5 Threaded Flange (

6 Lap Joint Flange Lap Joint flange adalah flange yang pada pemasangannya tidak dilakukan pengelasan langsung terhadap flange tetapi terhadap fitting yang disebut Stub End. Pipa akan dilas terhadap Stub End dan flange akan bisa diputar 360 derajat. Flange ini biasa dipasang pada suatu sistem pemipaan yang sangat sukar di sudut pemasangan flangenya. Dengan flange yang bisa diputar 360 derajat maka sangat mudah pada saat fabrikasi dan pemasangan. Gambar 2.6 Lap Joint Flange ( Ring Type Joint Flange Metode untuk memastikan sambungan flange tahan bocor pada tekanan tinggi. Sebuah cincin logam dikompresi menjadi alur heksagonal di muka flange untuk membuat segel. Metode ini dapat digunakan pada Weld Neck, slip-on dan Blind Flange. Gambar 2.7 Ring Type Joint Flange (

7 Valve Katup atau valve, adalah sebuah alat untuk mengatur aliran suatu fluida dengan menutup, membuka atau menghambat sebagian dari jalannya aliran. Contoh yang mudah adalah keran air. Adalah kewajiban bagi seorang insinyur pipa untuk mengetahui setidaknya dasar-dasar dari valve ini. Bebeberapa macam katup yang sering digunakan adalah sebagai berikut : Gate Valve Bentuk penyekatnya adalah piringan, atau sering disebut wedge, yang digerakkan ke atas bawah untuk membuka dan menutup. Biasa digunakan untuk posisi buka atau tutup sempurna dan tidak disarankan untuk posisi sebagian terbuka. Gambar 2.8 Gate Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Globe Valve Digunakan biasanya untuk mengatur banyaknya aliran fluida

8 14 Gambar 2.9Globe Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Butterfly Valve Bentuk penyekatnya adalah piringan yang mempunyai sumbu putar di tengahnya. Menurut disainnya, dapat dibagi menjadi concentric dan eccentric. Eccentric memiliki disain yang lebih sulit tetapi memiliki fungsi yang lebih baik dari concentric. Bentuknya yang sederhana membuat lebih ringan dibandingkan valve lainnya. Gambar 2.10Butterfly Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

9 Ball Valve ditengahnya. Bentuk penyekatnya berbentuk bola yang mempunyai lubang menerobos Gambar 2.11Ball Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Plug Valve Seperti ball valve, tetapi bagian dalamnya bukan berbentuk bola, melainkan silinder. Karena tidak ada ruangan kosong di dalam badan valve, maka cocok untuk fluida yang berat atau mengandung unsur padat seperti lumpur. Gambar 2.12 Plug Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

10 Check Valve atau Non-Return Valve Mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida hanya ke satu arah dan mencegah aliran ke arah sebaliknya. Mempunyai beberapa tipe lagi berdasarkan bagian dalamnya seperti double-plate, swing, tilting, dan axial. Gambar 2.13 Check Valve (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Fitting (Sambungan) Fitting diperlukan untuk mengubah arah baik 45 maupun 90 dan melakukan percabangan maupun merubah diameter aliran. Sambungan tersebut antara lain : Elbow 45 Untuk membuat percabangan 45 dari pipa utama. Gambar 2.14Elbow 45 (OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

11 Elbow 90 Untuk membuat percabangan 90 dari pipa utama. Gambar 2.15Elbow 90 (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Elbow 180 Untuk membalik arah aliran pipa utama. Gambar 2.16Elbow 180 (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Reducer (Pemerkecil) Reducer adalah komponen dalam pipa yang mengurangi ukuran pipa dari yang lebih besar untuk ke yang lebih kecil (dalam diameter). Panjang pengurangan biasanya sama dengan rata-rata diameter pipa yang lebih besar

12 18 dan lebih kecil. Ada dua jenis reducer yaitu, concentricreducerdaneccentric reducer. Gambar 2.17Reducer Consentric (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Cross (Silang) Gambar 2.18 Reducer Eccentric (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Biasa juga disebut dengan sambungan empat arah (4-way fittings). Sambungan silang memiliki satu masukan (inlet) dan tiga keluaran (outlet) atau sebaliknya. Sambungan silang dapat menghasilkan tegangan yang besar pada pipa dan perubahan temperatur, karena fitting silang merupakan titik pertemuan empat koneksi saluran.

13 19 Gambar 2.19 Cross (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Cap (Penutup) Salah satu jenis sambungan pipa, biasanya digunakan untuk menutup aliran aliran fluida cair atau gas pada ujung saluran pipa. Sambungan ini dapat berupa sambungan dengan las, ulir maupun solder Tee Gambar 2.20 Cap (Penutup) (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Sambungan T (fitting tee) merupakan jenis sambungan yang paling umum digunakan. Jenis fitting T yaitu tee equal dan fitting tee non equal. Digunakan untuk menggabungkan dua aliran fluida (split) dari arah yang berlawanan.

14 Union Gambar 2.21Tee (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Sambungan union hampir mirip dengann sambungan kopling, kecuali disainya dibuat untuk memungkinkan kecepatan aliran fluida dan mempermudah dalam hal perawatan sistem pemipaan. Gambar 2.22 Union (OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

15 Weldolet Weldolet adalah jenis fitting yang digunakan untuk membuat cabang dengan ukuran lebih kecil dari pipa utamanya. Weldolet biasanya dipakai pada pemipaan dengan tekanan dan temperatur tinggi dimana sambungan las dengan tipe buttweld. Gambar 2.23Weldolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Elbolet elbow. Elbolet digunakan untuk membuat percabangan tangensial pada suatu Gambar 2.24Elbolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

16 Latrolet umumnya 45. Sambungan latrolet dengan pengelasan dan membuat sudut yang Gambar 2.25 Latrolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue) Swepolet Swepolet digunakan untuk membuat percabangan 90. Umumnya dipakai pada pipa transmisi dan distribusi (pipe line system). Gambar 2.26Swepolet (OneSteel Pipe Fittings Catalogue)

17 Sistem Hydrant Uraian Sistem Hydrant Hydrant merupakan sebuah terminal air untuk bantuan darurat ketika terjadi kebakaran. Hydrant ini juga berfungsi mempermudah proses penaggulangan ketika bencana kebakaran terjadi. Hydrant merupakan sebuah fasilitas wajib bagi bangunan-bangunan publik seperti pasar tradisional maupun modern, pertokoan, bahkan semestinya lingkungan perumahan pun harusnya ada fasilitas hydrant. pada saat terjadi peristiwa kebakaran Fire Hydrant harus mudah terlihat dan segera dapat digunakan. National Fire Protection Association (NFPA) secara spesifik menyatakan bahwa fire hydrant harus diwarnai dengan chrome yellow atau warna lain yang mudah terlihat termasuk diantaranya white, bright red, chrome silver, dan lime-yellow, tetapi sebenarnya aspek terpenting adalah warna tersebut harus konsisten terutama dalam satu wilayah. NFPA menyarankan bahwa secara umum ada perbedaan secara fungsi antara fire hydrant untuk kebutuhan perkotaan (municipal system) dan kebutuhan pribadi (private sytem) termasuk di dalamnya untuk pabrik, sehingga harus ada perbedaan warna dan penanda lainya. Secara internasional warna violet (light purple) telah dikembangkan sebagai warna untuk non-portable water. Tabel 2.2 Klasifikasi warna pada sistem hydrant (NFPA) SUPPLY Municipal System Private System Non-Portable System BODY COLOR Chrome Yellow Red Violet (Light Purple) Ciri penandaa lainya adalah flow indicators, standar NFPA untuk bonnets (topi hydrant) dan caps (sumbat hydrant) harus diwarnai sesuai dengan indikasi kuatnya tekanan aliran hydrant (20 p.s.i).

18 Peralatan Utama Pada Sistem Hydrant Pompa Hydrant Pompa Elektrik Yaitu pompa hydrant yang digerakan oleh tenaga motor listrik Pompa Diesel Gambar 2.27 Pompa Elektrik ( Pompa cadangan pada sistem hydrant yang digerakan oleh tenaga motor diesel (motor bakar). Gambar 2.28 Pompa Diesel (

19 Pompa Jockey Apabila tekanan di dalam pipa menurun, maka secara otomatis jockey pump akan bekerja untuk menstabilkan tekanan air di dalam pipa. Gambar 2.29 Pompa Jockey ( Pressure Switch Alat kontak yang bekerja akibat perubahan tekanan. Gambar 2.30 Pressure Switch (Pillar Hydrant) (

20 Manometer Alat untuk mambaca tekanan. Gambar 2.31 Manometer ( Safety Valve Alat pelepas tekanan lebih Gambar 2.32Safety Valve (

21 Pressure Reducing Valve Alat pembatas tekanan Gambar 2.33Pressure Reducing Valve ( Indoor Hydrant Box (IHB) Adalah box hydrant yang berfungsi untuk memancarkan air melalui hose dan nozzle, dipasang pada setiap lantai sebanyak 1 IHB untuk setiap kelipatan 800 m 2. Gambar 2.34Indoor Hydrant Box (

22 Fire Hydrant Protection (FHP) Adalah box hydrant dan pillar yang berfungsi untuk memancarkan air melalui hose dan nozzle, dipasang di luar gedung di sekitar area gedung. Gambar 2.35Fire Hydrant Protection ( Standar Instalasi Sistem Hydrant a. Pipa dan Tube Pipa dan tube yang digunakan pada sistem pemipaan hydrant harus sesuai stndar pada Table 2.3 Tabel 2.3 Pipe or Tube Materials and Dimensions (ref. NFPA 14)

23 29 b. Fitting dan komponen yang digunakan pada sistem pemipaan hydrant harus sesuai stndar pada Table 2.4 Tabel 2.4 Fitting Materials and Dimension (ref. NFPA 14) c. Tekanan Minimum Untuk Disain Sistem dan Ukuran Pipa Sistem pemipaan harus mengikuti aturan di bawah ini : i. Harus didisain untuk menyediakan tekanan residual 100 psi (6.9 bar) pada keluaran dengan diameter 2,5 inch (63,5 mm). Dan tekanan sebesar 65 psi (4,5 bar) pada keluaran dengan diameter 1,5 inch (38,1 mm). ii. Ukuran yang sesuai dengan schedule pipa pada Tabel 2.5 untuk menyediakan kebutuhan rata-rata aliran air pada tekanan residual minimum adalah 100 psi (6,9 bar) pada keluaran 2,5 inch

24 30 Tabel 2.5 Pipe Schedule Standpipes and Supply Piping Minimum Nominal pipe Sizes in Inches (ref. NFPA 14) d. Equivalen panjang pipa dengan valve dan fitting pada disain sistem Untuk menentukan panjang equivalen pipa dengan fitting dan komponen lainya digunakan Tabel 2.6 Tabel 2.6 Equivalent Pipe length Chart (ref. NFPA 14)

25 31 e. Typical Fire Department Connection For Wet Standpipes Gambar 2.36 Typical Fire Department Connection For Wet Standpipes (ref. NFPA 14) f. Typical Hydrant Connection Gambar 2.37 Typical Hydrant Connection (ref. NFPA 14)

26 32 g. Typical Single Zone Sistem Gambar 2.38 Typical Single Zone Sistem (ref. NFPA 14)

27 33 h. Typical Two Zone Sistem Gambar 2.39 Typical Single Zone Sistem (ref. NFPA 14)

28 34 i. Acceptable Piping Arrangement for Combined Sprinkler / Standpipa Systems Gambar 2.40 Acceptable Piping Arrangement for Combined Sprinkler / Standpipa Systems (ref. NFPA 14) j. Typical Wall Fire Hydrant Installation Gambar 2.41 Typical Wall Fire Hydrant Installation (ref. NFPA 14

29 Perhitungan Head Total Pompa Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air seperti yang direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa, seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.36, head total pompa dapat ditulis sebagai berikut : (Ref. Pompa dan Komprsor, Sularso, Hal.2) (2.1) Di mana H : Head total pompa (m) h a h p : Head statis total (m) Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air di sisi keluar dan di sisi hisap ; tanda positif (+) dipakai apabila muka air di sisi keluar lebih tinggi dari pada sisi hisap. : perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (m), h l : Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan, dll (m), v 2 /2g : Head kecepatan keluar (m) g : Percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 )

30 36 Gambar 2.36 Head Pompa (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.27) Head Kerugian Head kerugian (yaitu head untuk mengatasi kerugian-kerugian) terdiri atas head kerugian gesek di dalam pipa-pipa, dan head kerugian di dalam belokanbelokan, reduser, katup-katup, dsb. Di bawah ini akan diberikan cara menghitungnya Head Kerugian Gesek Dalam Pipa Untuk menghitung kerugian gesek dalam pipa dapat dipakai rumus di bawah ini : (Ref.Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.28) (2.2) Di mana v : Kecepatan rata-rata di dalam pipa (m/s) h f λ : Head kerugian gesek dalam pipa (m) : Koefisien kerugian gesek g : Percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 )

31 37 L : Panjang pipa (m) D : Diameter dalam pipa (m) Selanjutnya untuk aliran yang laminer dan turbulen, terdapat rumus yang berbeda. Sebagai patokan apakah suatu aliran itu laminer atau turbulen, dipakai bilangan Reynolds : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.28) (2.3) Di mana Re : Bilangan Reynolds (tak berdimensi) υ : Kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m 2 /s) D : Diameter dalam pipa (m) v : Viskositas kinematik zat cair (m 2 /s) Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen Pada Re = terdapat daerah transisi, dimana aliran bisa bersifat laminer atau turbulen tergantung kondisi pipa dan aliran. a. Aliran laminer Dalam hal aliran laminar, koefisien kerugian gesek untuk pipa (λ) dalam persamaan (2.2) dapat dinyatan dengan (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.29) (2.4) b. Aliran turbulen Untuk menghitung kerugian gesek dalam pipa pada aliran turbulen terdapat berbagai rumus empiris. Di bawah ini akan diberikan cara perhitungan dengan rumus Darcy dan Hazen William i. Formula Darcy

32 38 Dengan cara Darcy, koefisien kerugian gesek λ dari pers (2.2) dihitung menurut rumus (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.29) (2.5) Di mana D adalah diameter dalam pipa (m). Rumus ini berlaku untuk pipa baru dari besi cor. Jika pipa telah dipakai selama bertahun-tahun, harga λ akan menjadi 1,5 sampai 2,0 harga barunya. Atas dasar rumus Darcy ini kerugian head untuk setiap 100 meter panjang pipa lurus, dapat dihitung dari diagram dalam Gambar 2.31 Gambar 2.37 Kerugian gesek pada pipa lurus (rumus Darcy) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.29) Tabel 2.3 kondisi pipa dan harga C (Formula Hazzen Williams) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.30) Jenis Pipa Pipa besi cor baru 130 Pipa besi cor tua 100 Pipa baja baru Pipa baja tua Pipa dengan lapisan semen Pipa dengan lapisan ter arang batu 140 C

33 39 ii. Formula Hazen Williams Rumus ini pada umumnya dipakai untuk menghitung kerugian head dalam pipa yang relatif sangat panjang seperti jalur pipa penyalur air minum. bentuknya serupa pers. 2.2 dan dinyatakan sebagai berikut : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.31) (2.6) di mana C : Koefisien, seperti diberikan dalam Tabel 2.3 h f Q L : Kerugian head (m) : Lajua aliran (m 3 /s) : Panjang pipa (m) Kerugian head dalam 100 m panjang pipa lurus yang dihitung engan rumus di atas ditunjukkan dalam Gambar 2.38 s/d 2.40 untuk C=100, 110, dan 130. Gambar 2.38 Kerugian gesek pada pipa lurus (rumus Hazen Williams, C=100) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.30)

34 40 Gambar 2.39 Kerugian gesek pada pipa lurus (rumus Hazen Williams, C=110) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.31) Gambar 2.40 Kerugian gesek pada pipa lurus (rumus Hazen Williams, C=120) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.32)

35 Diagram moody Selain menggunakan cara di atas, untuk menghitung koefisien kerugian gesek d i dalam pipa kita dapat menggunakan diagram moody. Parameter yang digunakan adalah bilangan renolds dan nilai Relative Pipe Roughness. Untuk bilangan renolds cara mencarinya sama dengan cara yang sudah diterangkan sebelumnya. Untuk nilai Relative Pipe Roughness dapat dicari menggunakan rumus : Gambar 2.41 Diagram Moody

36 Kerugian head dalam jalur pipa Dalam aliran melalui jalur pipa, kerugian juga akan terjadi apbila ukuran pipa, bentuk penampang, atau arah aliran berubah. kerugian head di tempattempat tansisi yang demikian itu dapat dinyatakan secara umum dengan rumus (Ref. Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.32) (2.7) di mana v : Kecepatan rata-rata dalam pipa (m/s) f : Koefisien kerugian g : Percepatan gravitasi (9,8 m/s 2 ) h f : Kerugian head (m) Cara menentukan harga f untuk berbagai bentuk transisi pipa akan terperinci seperti di bawah ini. a. Koefisien kerugian ujung masuk pipa Jika v menyatakan kecepatan aliran setelah masuk pipa, maka harga koefisien kerugian f dari rumus (2.7) untuk berbagai bentuk ujung masuk pipa seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.41 menurut Weisbach adalah sebagai berikut : Gambar 2.42 Berbagai bentuk ujung masuk pipa (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.34)

37 43 (i). f = 0,5 (ii). f = 0,25 (iii). f = 0,06 (untuk r kecil) sampai 0,005 (untuk r besar) (iv). f = 0,056 (v). f = 3,0 (untuk sudut tajam) sampai 1,3 (untuk sudut 45 ) (vi). f = f 1 + 0,3 cos θ + 0,2 cos 2 θ di mana f 1 adalah koefisien bentuk dari ujung masuk dan mengambil harga (i) sampai (v) sesuai dengan bentuk yang dipakai. Bila ujung pipa isap memakai mulut lonceng yang tercelup di bawah permukaan air maka harga f adalah seperti yang diperlihatkan dalam Gambar Gambar 2.43 Koefisien kerugian mulut lonceng atau corong pada pipa hisap (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.34) Tabel 2.4 Koefisien kerugian belokan pipa (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.34) f θ , Halus 0,016 0,034 0,042 0,066 0,130 0,236 0,471 1,129 Kasar 0,024 0,44 0,062 0,154 0,165 0,320 0,684 1,265

38 44 Gambar 2.44 Koefisien kerugian pada belokan (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.34) b. Koefisien kerugian pada belokan pipa Ada dua macam belokan pipa, yaitu belokan lengkung dan belokan patah (miter atau multipiece bend). Untuk belokan lengkung sering dipakai rumus Fuller sebagai berikut : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.34) (2.8) di mana, D : Diameter dalam pipa (m) R : Jari-jari lengkung sumbu belokan (m) θ : Sudut belokan (derajat) f : Koefisien kerugian Hubungan antara sudut dan koefisien kerugian diberikan pada Gambar 2.43 Dari percobaan Weisbach dihasilkan rumus yang umum dipakai untuk belokan patah sebagai berikut :

39 45 (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.34) (2.9) di mana θ : Sudut belokan f : Koefisien kerugian Hubungan antara sudut dan koefisien kerugian diberikan dalam Tabel 2.4. c. Kerugian head reducer (H c ) Head kerugian reducer (penyempitan aliran) pada pipa dapat dihitung dengan menggunakan rumus : (Sistem Mekanikal Gedung, Yuriadi Kusuma, Hal.16) (2.10) di mana v : Kecepatan di penampang(m/s) Cc : Koefisien penyempitan air didapat dari Tabel 2.5 berdasarkan penyempitan air Cc Cc ditentukan dari dimana r 2 < r 1 g : Percepatan gravitasi, 9,8 m/s 2 H c : Kerugian reducer Tabel 2.5 Standar penyempitan Cc untuk air (Weisbach) (Ref : Deputi Urusan Tata Bangunan dan Lingkungan Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah) A2/A1 Cc 0,1 0,624 0,2 0,623 0,3 0,643 0,4 0,659 0,5 0,681 0,6 0,712

40 46 0,7 0,755 0,8 0,813 0,9 0, ,00 d. Percabangan dan pertemuan pipa Dalam masalah percabangan dan pertemuan pipa, tidak ada hasil percobaan yang dapat diterima secara umum. Kerugian head untuk percabangan, Gambar 2.44(a), dapat dinyatakan dengan rumus : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.37) (2.11) Di mana h f1-3 : Kerugian head cabang 1 ke 3 (m) h f1-2 v1 f 1, f 2 : Kerugian head cabang 1 ke 2 (m) : Kecepatan di 1 sebelum percabangan (m/s) : Koefisien kerugian Kerugian head untuk pertemuan, Gambar 44(b), dapat dinyatakan dengan rumus : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.37) (2.12) Di mana h f1-2 : Kerugian head temu dari 1 ke 2 (m) h f2-3 v3 f 1, f 2 : Kerugian head temu dari 2 ke 3 (m) : Kecepatan di 3 sebelum percabangan (m/s) : Koefisien kerugia

41 47 Gambar 2.45 Percabangan dan pertemuan pipa (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.37) Koefisien kerugian percabangan dan pertemuan pada rumus-rumus di atas diberikan dalam Tabel 2.6. Harga-harga dalam tabel ini adalah untuk jari-jari lengkung R=0 pada perpotongan antara kedua bagian pipa. Koefisien keugian ini dapat banyak dikurangi jika pada perpotongan diberi jari-jari lengkung. Tabel 2.6 Koefisien kerugian untuk percabangan dan pertemuan f 1 dan f 2 (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.38) e. Ujung keluar pipa Kerugian keluar pada ujung pipa keluar diberikan menurut rumus :

42 48 (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.38) (2.13) di mana f=1,0 dan "v" adalah kecepatan rata-rata di pipa keluar Kerugian head pada peralatan bantu Tabel 2.7 Standar Koefisien Kerugian Head (f) Pada Peralatan Bantu (Ref : Deputi Urusan Tata Bangunan dan Lingkungan Departement Permukiman dan Peralatan Bantu Kerugian Head (f) Angle Valve 5,0 Gate Valve 0,19 Check Valve 2,5 Strainer 0,19 Flexibel Joint 10 Tee Standart 1,8 Elbow Standart 0,9 Siku Lekuk Panjang 0,60 Siku Lekuk Menengah 0,75 Prasrana Wilayah)

43 NPSH (Net Positive Suction Head) Kavitasi akan terjadi bila tekana statis suatu aliran zat cair turun sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Jadi, untuk menghindari kavitasi, harus diusahakan agar tidak ada satu bagianpun dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang memegang peranan. Pertama, tekanan yag ditentukan oleh kondisi lingkungan di mana pompa dipasang, dan kedua, tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa. Berhubungan dengan hal tersebut di atas maka orang mendefinisikan suatu head hisap positip neto atau NPSH, yang dipakai sebagai ukuran keamanan pompa terhadap kavitasi. Ada dua macam NPSH, yaitu NPSH available dan NPSH required. Gambar 2.46 NPSH, Bila tekanan atmosfir Bekerja pada permukaan air yang dihisap Gambar 2.47 NPSH, Bila tekanan uap bekerja di dalam tangki hisap yang tertutup (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.44) NPSH Available Adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi hisap pompa (ekivalen pada tekanan mutlak pada sisi hisap pompa), dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair di tempat tersebut. Dalam hal pompa yang mengisap zat cair dari tempat

44 50 yang terbuka (dengan tekanan atmosfir pada permukaan zat cair), maka besarnya NPSH yang tersedia dapat ditulis sebagai berikut : (ref. NPSH, Steve Wilson, Grundfos) (2.14) di mana, H a H s H vpa H f : Tekanan absolut (psia convert to meter of water) : Head statis (m) : Tekanan uap jenuh (psia convert to meter of water) : Head kerugian (m) Tabel 2.8 Atmospheric Pressure Altitude Tabel 2.9 Vapor Pressure of Water (Net Positive Suction Head, Steve Wilson, Grundfos) (Absolute) (Net Positive Suction Head, Steve Wilson, Grundfos)

45 NPSH Required Agar pompa bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus dipenuhi persyaratan sebagai berikut : NPSH available> NPSH required Harga NPSH available dapat dihitung dari kondisi instalasi, sedangkan NPSH required harus diperoleh dari pabrik pompa yang bersangkutan. Namun untuk penaksiran secara kasar, NPSH required dapat dihitung dengan konstanta kavitasi σ seperti diuraikan di bawah ini. Jika head total pompa pada titik efisiensi maksimum dinyatakan dengan H N, dan NPSH yang diperlukan untuk ini H svn, maka σ didefinisikan sebagai (2.15) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.45) Bilangan σ ini disebut koefisien kavitasi thoma. Dari percobaan diketahui bahwa harga σ menunjukan ketergantungan terhadap n s untuk pompa-pompa yang mempunyai bentuk umum. Dalam hal ini σ dapat ditentukan dari gambar dan NPSH required dapat ditaksir sebagai berikut : NPSH required = H svn = σh n (2.16) (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.46) Untuk mencari σ pada gambar 2.47 harus mencari kecepatan spesifik (n s ) dengan menggunakan rumus sebagai berikut : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.46) (2.17)

46 52 Gambar 2.48 Hubungan antara koefisien kavitasi dan kecepatan spesifik (Pompa dan Kompresor, Sularso & Haruo Tahara, Hal.4 Jika Q n dinyatan dalam m 3 /min, H svn dalam m, dan n dalam rpm maka harga n s untuk pompa-pompa berbentuk umum adalah sebesar Harga ini tidak tergantung pada n s, maka H svn dapat ditentukan dari pers. (2.16) : (Pompa dan Kompresor, Sularso, Hal.46) (2.18) Diameter pipa (ID) Untuk mengitung diameter dalam pipa menggunakan rumus : (2.19) (Tugas akhir analisa perhitungan ulang sistem perpipaan pada distribusi air bersih dan hydrant studi kasus gedung robotika its Surabaya, Hal 108) Dimana : D = Diameter dalam pipa (m) Q = Kapasitas aliran (m 3 /s) V = Kecepatan aliran (m/s)

47 Ketebalan dinding pipa Pipa untuk distribusi pemadam kebakaran menggunakan pipa jenis ASTM A.53 oleh karna itu perlu dihitung tebal dinding pada pipa. Dikarenakan pada sistem pemadam kebakaran tekanan kerjanya yang cukup tinggi, maka perlu ditinjau akan ketebalan yang dibutuhkan, agar dalam proses pipa dapatmenahan tekanan dari dalam pipa yang menyebabkan crack pada pipa. Untuk perhitungan tebal pipa disajikan sebagai berikut. (2.20) (Tugas akhir analisa perhitungan ulang sistem perpipaan pada distribusi air bersih dan hydrant studi kasus gedung robotika its Surabaya, Hal 37) Di mana, T min P D S = Permintaan minimum ketebalan (inch) = Tekanan di dalam pipa (psig) = Diameter luar (inch) = Allowable stresses untuk material pipa (psi) E = Faktor kualitas (Tabel 2.10) Y = Koefisien factor temperature (Tabel 2.9) C = Allowances (inch) MT = Faktor toleransi pada dinding pipa = 0,875 Tabel 2.10 Koefisien factor temperature (Tugas akhir analisa perhitungan ulang sistem perpipaan pada distribusi air bersih dan hydrant studi kasus gedung robotika its Surabaya, Hal 37)

48 54 Tabel 2.11 Koefisien Faktor kualitas (Tugas akhir analisa perhitungan ulang sistem perpipaan pada distribusi air bersih dan hydrant studi kasus gedung robotika its Surabaya, Hal 38) Radius jangkauan FHP (fire hydrant protection) Untuk menghitung jangkauan air pada sistem hydrant digunakan rumus, Gambar 2.49 Gerak Lurus Berubah Beraturan ( cyber.com) (2.21) ( cyber.com)

49 55 Di mana, X = Jarak jangkauan air (m) V 0 α = Kecepatan air (m/s) = Sudut nozzle (deg) Tekanan pada sistem hydrant terjauh Perhitungan ini digunakan untuk mengetahui berapa tekanan yang bekerja pada unit beban terjauh pada sistem hydrant. Perhitungan ini bisa menggunakan rumus, (Mekanikal gedung, Yuriadi. K, Hal 31) (2.22) Di mana, P 2 = Tekanan terjauh (N/m 2 ) P 1 = Tekanan pada reservoir (N/m 2 ) ρ = Massa jenis cairan pada suhu C (Kg/m 3 ) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) V = Kecepatan cairan (m/s) H pompa = Head total pompa Z 1 Z 2 = Static suction lift (m) = Static dischard head (m) Daya pompa Daya pompa adalah daya untuk menggerakkan pompa yang besarnya sama dengan daya air ditambah kerugian daya dalam pompa. (Mekanikal gedung, Yuriadi Kusuma, Hal 37) (2.23) Di mana, BHP = Daya pompa (watt) ρ = Massa jenis cairan (Kg/m 3 ) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) H = Head total (m)

50 56 Q = Kapasitas (m 3 /s) = Efisiensi pompa (%) Sebelum itu cari putaran spesifik (Ns) untuk mencari efisiensi pompa, dengan menggunakan rumus dibawah ini (Mekanikal gedung, Yuriadi Kusuma, Hal (2.24) Di mana, Ns n Q H = Putaran spesifik (rpm) = Putaran pompa (rpm) = Kapasitas pompa (m 3 /s) = Head total pompa (m) Kemudian gunakan grafik efisiensi pompa di bawah ini : Gambar 2.50 Grafik efisiensi pompa (Mekanikal gedung, Yuriadi Kusuma, Hal 37)

51 57 Gambar 2.51 Diagram pemilihan jenis pompa (Mekanikal gedung, Yuriadi Kusuma, Hal 40)