DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

Transkripsi

1 ANALISA TITIK OPERASI OPTIMUM POMPA SLURRY PADA BUCKET WHEEL DREDGER DENGAN VARIASI SUDUT GALI 30, 35, DAN 40 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ROBBY CHRISTIAN NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2

3

4

5

6

7

8

9

10 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Analisa Titik Operasi Optimum Pompa Slurry Pada Bucket Wheel Dredger Dengan Variasi Sudut Gali 30,35, dan 40. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua Orang Tua Penulis W. Tampubolon dan R. Rajagukguk yang telah mendoakan dan memberikan dukungan baik moral maupun moril kepada penulis. 2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T., selaku dosen pembimbing penulis yang telah membimbing sehingga skripsi ini dapat selesai. 3. Bapak Ir.Syahrul Abda, M.Sc dan Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, S.T, MT selaku dosen pembanding penulis. 4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 5. Abang dan kakak penulis, Alexander Leonardo Tampubolon, Dody Wasfonda Tampubolon, Hikmarani dan Marlen Tunru yang telah mendoakan dan mendukung penulis. 6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 7. Partner Tugas Akhir; Billy Emkel Gudsanov dan Asybel Sidabutar, yang selalu bekerja sama dengan baik dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Om, Bibik, dan Keluarga Billy yang telah menyediakan rumahnya sebagai tempat pengerjaan skripsi. 9. Kedua Orang tua Asybel Sidabutar, yang telah membimbing dan memfasilitasi penulis selama proses pengambilan data di Pulau Bangka. 10. Pak Firmansyah dan seluruh karyawan PT.Timah (Persero) Tbk. yang telah membantu dalam proses pengumpulan data. 11. Greacia Febrianis Sinaga dan segenap keluarga besar Boanerges Medan, yang telah mendoakan, memberikan dukungan bagi penulis selama 1 tahun lebih di Medan. 12. Segenap kolega mahasiswa Teknik Mesin USU dan rekan rekan yang tidak bisa disebutkan satu persatu, atas dukungan dan doanya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang. Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih. Medan, 2016 Penulis Robby Christian

11 ABSTRAK PT.Timah (Persero) Tbk. merupakan perusahaan tambang timah dengan cadangan terbesar di dunia yang menggunakan kapal isap tipe Bucket Wheel Dredger sebagai salah satu metode penambangan lepas pantai. Untuk mendistribuskan material tambang dari dasar laut menuju unit penyaringan, digunakan air sebagai media pembawa dibantu dengan pompa melalui jaringan pemipaan. Pada proses pengerukan, ternyata didapat masih ada material logam timah yang tertinggal di dasar lautan. Hal ini menyebabkan pengerukan menjadi kurang maksimal. Oleh karena itu, diperlukan analisa untuk mencari kondisi operasi optimum untuk setiap kedalaman penggalian. Dalam penelitian ini, dilakukan perhitungan head secara teoritis dimana prosedur dimulai dengan pengumpulan data pendukung, kemudian melakukan perhitungan untuk mendapatkan hasil. Dalam kondisi lapangan, didapat perubahan luas penampang pipa dikarenakan erosi. Untuk menghitung head, digunakan persamaan Bernoulli, untuk kerugian head major dan head minor digunakan persamaan Darcy-Weisbach dimana kapasitas aliran adalah tetap sebesar m 3 /h dengan variasi sudut gali 30,35, dan 40 pada luas penampang dengan pemakaian baru, 1 bulan, 2 bulan, dan 3 bulan. Didapat titik operasi optimum pompa slurry untuk setiap sudut secara berurutan adalah pada rpm, rpm, rpm untuk pemakaian baru; rpm, rpm, rpm untuk pemakaian satu bulan ; rpm, rpm, rpm untuk pemakaian dua bulan; rpm, rpm, rpm untuk tiga bulan. Kata Kunci: Aliran Multifasa, Dredging, Kerugian Head, Pemipaan, Slurry

12 ABSTRACT PT. Timah (Persero) Tbk. is a tin mining company with largest resource in the world that uses Bucket Wheel Dredger as one of their offshore mining method. To distribute mineral from seabed into filtering unit, water is used to be a carrier with helps from pumps along pipeline. On dredging process, there is still lot of tin mineral left behind the sea bed. This cause the dredging be less than the maximum. In this research, researcher calculates head theoretically. Procedure starts from gathering data, then doing the calculation to get the result. Changing of pipe cross section area also occurs due to the erosion. In field conditions, obtained changes in pipe cross-sectional area due to erosion. To calculate head, used Bernoulli equation and to calculate major and minor head, used Darcy-Weisbach equation. The capacity of flow is constant, m 3 /h with dredging angle of 30, 35, and 40 on pipe cross section area for new installment, 1, 2, and 3 month(s) of use. The results show that the optimal operating point for each dredging angle consecutively is rpm, rpm, rpm for new installment, rpm, rpm, rpm for 1 month of use, rpm, rpm, rpm for 2 months of use, and rpm, rpm, rpm for 3 months of use. Keywords: Dredging, Head Losses, Multiphase Flow, Piping, Slurry

13 DAFTAR ISI KARTU BIMBINGAN EVALUASI SEMINAR TUGAS SARJANA MAHASISWA ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA KATA PENGANTAR ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI i ii iv v ix x BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bucket Wheel Dredger Cara Kerja Bucket Wheel Dredger Komponen Utama Bucket Wheel Dredger Klasifikasi Fluida Fluida Newtonian Fluida Non-Newtonian Slurry Massa Jenis Campuran Kapasitas dan Kecepatan Aliran Fluida Persamaan Energi Aliran Laminar dan Turbulen Kerugian Head 23

14 2.9 Persamaan Bernoulli Kecepatan Minimum Aliran Slurry Diameter Hidraulik HR dan ER Head Solid Head Mixture 37 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Tempat Penelitian Waktu Pelaksanaan Bahan dan Alat Bahan Alat Prosedur Penelitian Studi Literatur Pengumpulan Data Variabel Penelitian Analisa Data Kerangka Penelitian 44 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Arah Aliran Slurry Pembagian Area Perhitungan Section Section Section Section Section Section Section Section Section Perubahan Dimensi Akibat Pemakaian Perhitungan Kecepatan Fluida Perhitungan Kecepatan Minimum Perhitungan Kedalaman Penggalian Perhitungan Kerugian Head Minor Perhitungan Head Major Perhitungan Head Clear Water Perhitungan Head Solid 94

15 4.11 Perhitungan Head Campuran Penentuan Titik Operasi 96 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN LAMPIRAN 5.1 Kesimpulan Saran 99 DAFTAR PUSTAKA

16 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams Nilai K untuk pengecilan bertahap menurut McGraw Hill Nilai Koefisien Kerugian Pada Percabangan Nilai Koefisien Kerugian Pada Percabangan Data Instalasi Pipa Data Instalasi Pompa Data Sifat Slurry Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Spesifikasi Pipa Section Dimensi Penampang Pipa Baja Section 1 Untuk Pemakaian Setiap Bulan Hasil Perhitungan Kecepatan Fluida Kedalaman Penggalian Dengan 3 Variasi Sudut Nilai koefisien kerugian pada pengecilan bertahap pada pipa Nilai K Untuk Setiap Komponen pada Kondisi Baru Head Minor Dalam Keadaan Pemakaian Baru Nilai K Untuk Setiap Section pada Bulan Pertama, Kedua dan Ketiga Head Minor pada Pemakaian Bulan Pertama Head Minor pada Pemakaian Bulan Kedua Head Minor pada Pemakaian Bulan Ketiga Nilai Bilangan Reynold Untuk Pemakaian Baru Nilai f Untuk Setiap Section Nilai Head Major Untuk Pemakaian Baru Nilai Faktor Gesekan Bulan Pertama (f) Nilai Faktor Gesekan Bulan Kedua (f) Nilai Faktor Gesekan Bulan Ketiga (f) Nilai Head Major Bulan Pertama Nilai Head Major Bulan Kedua Nilai head major Bulan Ketiga 93

17 4.29 Nilai Head Clear Water Untuk Setiap Bulan Nilai Head Solid Nilai Head Campuran Head Campuran dalam kpa Titik Operasi Maksimum 97

18 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1 Bucket Wheel Dredger Kapal Bucket Wheel Dredger Kundur Metode Pengerukan pada Wheel Sistem Kerja Bucket Wheel Dredger Bucket Wheel Ladder Pipa Hisap Submersible Centrifugal Slurry Pump Penempatan Pompa dan Motor Pompa Layout Penempatan Pompa dan Motor Pompa dengan Berbagai Pandangan Susunan Unit Pompa Potongan Pompa JIG Primer Grafik d 50 vs % Jumlah Ilustrasi C v dan C m Nomogram Specific Gravity Mixture Campuran Homogen Dalam Pipa Settling Slurry pada Pipa Slurry pada Pipa Dalam Berbagai Keadaan Aliran pada Penampang 1 dan Penampang Diagram Moody Berbagai Bentuk Ujung Masuk Pipa Mulut Lonceng dan Corong pada Pipa Hisap Grafik K vs R/D pada Belokan Pengecilan Bertahap Pembesaran Bertahap Grafik D 2 /D 1 vss K Koefisien Kerugian Pengecilan dan Pembesaran Mendadak Ilustrasi Aliran Fluida dalam Pipa Menurut Bernoulli Pengaruh Kecepatan Terhadap Distribusi Partikel Solid Pada Pipa Nomogram Kecepatan Minimum Grafik HR dan ER Bucket Wheel Dredger Letak Sensor Kecepatan Fluida 39

19 3.3 Radio-Active Density Transducer Alur pengerjaan skripsi Pembagian Section Skema Sistem Pemipaan BWD Section Skema sistem pemipaan BWD lanjutan Section 1 sampai Section Skema Sistem Pemipaan BWD Section Skema Sistem Pemipaan BWD lanjutan Section 6 dan Section Skema Sistem Pemipaan BWD Section Skema Sistem Pemipaan BWD Section Pandangan atas Section Pandangan Samping Section Section Section Section Section 6 (a) Bagian yang menyambung ke section 5 (b) Sambungan bagian a Section Section Section Ilustrasi Pengikisan Pipa pada Bulan Ketiga Perhitungan Kecepatan Minimum Penggalian Dengan Sudut Operasi Pipa Hisap Belokan 90 (K Grafik k belokan Belokan 35 (K3 dan K Pengecilan bertahap 10 (K Percabangan Tertutup (K Percabangan Tertutup (K Pembesaran Bertahap Grafik mencari k Pada Pembesaran Bertahap Belokan Grafik Mencari K pada Elbow Belokan 30 (K10 dan K Belokan 55 (K12 dan K Pipa Rubber pada Kedalaman Operasi 58 m (K14) Belokan Percabangan tertutup (K16 dan K Elbow Belokan 20 (K19 dan K20 74

20 4.38 Bentuk Pipa Non-Circular Pembesaran Bertahap Grafik D 2 /D 1 vs K Kerugian Keluaran Pipa (K Posisi Pipa Rubber pada Sistem Pipa Section 6 dan Section Koefisien Kerugian Pengecilan dan Pembesaran Mendadak Grafik Salinity vs Kedalaman Grafik Temperatur Vs Viskositas Kinematik Diagram Moody Ilustrasi Beda Ketinggian Suction dan Discharge Perhitungan pada Grafik HR dan ER Grafik Putaran Pompa Berdasarkan Head vs Debit 97

21 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan d 50 Diameter rata-rata partikel mm SG sl Spesific Gravity of Slurry - SG s Spesific Gravity of Solid - C v Concentration of solids by volume % C W Concentration of solids by volume % ρ m Massa jenis campuran atau slurry kg/m³ ρ l Massa jenis fluida pembawa kg/m³ ρ s Massa jenis padatan kg/m³ Q s Laju aliran padatan m³/s Q m Laju aliran campuran atau slurry m³/s R e Bilangan Reynold - D Diameter pipa mm μ Viskositas absolute fluida Pa.s f Faktor Gesekan - h L Head minor m h L Head minor m D h Diameter hidraulik mm P Wet Perimeter mm HR Head Ratio - H s Head Solid m H w Head Water m H M Head Mixture m