ANALISA KERUGIAN HEAD SISTEM DISTRIBUSI AIR UMPAN BOILER DI PT.PERTAMINA (PERSERO) REFINERY UNIT IV CILACAP DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE PIPE FLOW EXPERT v6.39 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DEDI YUSHARDI BANUREA 100401089 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
ABSTRAK PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit IV Cilacap merupakan salah satu unit pengolahan minyak bumi yang menggunakan Sistem Pembangkit Tenaga Uap sebagai sumber energi listrik. Untuk mendistribusikan air umpan yang berasal dari unit deaerator menuju masing-masing unit boiler yang bekerja digunakan pompa yang mengalirkan air umpan melauli jaringan perpipaan. Sistem perpipaan merupakan bagian penting untuk menyalurkan air. Didalam pengoperasiannya sistem perpipaan dapat mengalami kerugian yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, panjang pipa, kapasitas, maupun komponen-komponen yang terpasang pada sistem perpipaan tersebut. Dalam penelitian ini peneliti melakukan peritungan kerugian head mayor maupun kerugian head minor secara teoritis dan dengan simulasi menggunakan aplikasi pipe flow expert v 6.39 dimana prosedur simulasi berupa pengumpulan data-data pendukung simulasi selanjutnya menggambar jaringan perpipaan yang terpasang kemudian melakukan perhitungan untuk mendapatkan hasil simulasi yang selanjutnya akan dibandingkan dengan perhitungan teoritis. Untuk menghitung kerugian mayor maupun kerugian minor yang tarjadi pada sistem perpiaan dapat digunakan persamaan Darcy-weisbach, dimana kapasitas aliran masing-masing sebesar 260.82 m 3 /s, 269.7 m 3 /s, 280.7 m 3 /s, 290.86 m 3 /s, 303.89m 3 /s, 310.64 m 3 /s, dan 320,8 m 3 /s dengan total kerugian head 5.34 m, 5.72 m, 6.20 m, 6.64 m, 7.14 m, 7.47 m, dan 7.96 m. Kata kunci: Perpipaan, Kerugian, mayor, minor, Darcy weisbach
ABSTRACT PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit IV Cilacap is one of the petroleum processing units that use Steam Generating System as a power plant. To distribute the feed water from deaerator unit toward each boiler unit, it is used pumps that flow feed water through the piping systems. Piping system is an important part to distribute the water. During the operation, piping systems can have losses due to the roughness of the pipe, pipe length, capacity, and components that apply on the piping systemin this study, researchers conducted a major head loss calculation and minor head loss theoretically and by simulation using pipe flow applications expert v 6.39 where the simulation procedure of gathering data to support further simulation pipeline network attached drawing then perform calculations to obtain simulation results next will be compared with theoretical calculations.to calculate the major losses and minor losses in the piping system, it is used Darcy-Weisbach equation, where each flow capacity of 260.82 m 3 / s, 269.7 m 3 / s, 280.7 m 3 / s, 290.86 m 3 / s, 303.89m 3 / s, 310.64 m 3 / s, and 320.8 m 3 / s with a total head loss 5.34 m, 5.72 m, 6.20 am, 6.64 m, 7.14 m, 7.47 m, and 7.96 m. Keywords: piping, Losses, major, minor, Darcy Weisbach
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, yang selama ini telah memberikan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah Analisa Kerugian Head Sistem Distribusi Air Umpan Boiler Di PT.Pertamina (Persero) Refinery Unit IV Cilacap DenganMenggunakan Software Pipe Flow Expert v6.39. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan membimbing penulis dalam mpenulisan skripsi ini. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Orang tua dan saudara-saudara tercinta yang selalu memberikan doa dan semangat kepada penulis 2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 3. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T selaku Dosen Pembimbing penulis di Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara 4. Bapak Abdi Restu Daud, S.E yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melaksanakan penelitian ini di PT. Pertamina (PERSERO) Refinery Unit IV Cilacap 5. Bapak Fredy Prijasetia, S.T selaku Section Head di Utilities Complex yang telah menerikan tempat kepada penulis untuk melaksanakan penelitian ini. 6. Mas M. Tofik Ariyadi selaku pembimbing lapangan penulis yang membantu penulis dalam peninjauan ke lapangan. 7. Bang Edward Natal H.S yang memberikan data-data yang penulis butuhkan dalam penelitian ini.
8. Seluruh Staff Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin. 9. Seluruh teman-teman mahasiswa Teknik Mesin khususnya stambuk 2010 dan juga adik-adik asisten Laboratorium Teknologi Mekanik 2011 dan 2012 Penulis menyadari bahwa laporan ini belum sempurna, baik segi teknik maupun segi materi. Oleh sebab itu, penulis juga mengharapkan kritik dan saran membangun demi terciptanya laporan yang lebih baik di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembacanya. Medan, Mei 2015 Dedi Yushardi 100401089
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Sistem Pembangkit Tenaga Uap... 5 2.2 Aliran Fluida... 6 2.3 Sifat Dasar Fluida... 6 2.4 Karakteristik Aliran Fluida... 11 2.4.1 Aliran Laminar atau Turbulen... 13 2.4.2 Bilangan Reynolds... 14 2.4.3 Daerah Masuk dan Aliran Berkembang Penuh... 15 2.4.4 Tekanan dan Tegangan Geser... 16 2.5 Aliran Dalam Pipa... 17 2.6 Kerugian Energi (Head )... 23
2.6.1 Kerugian Head Mayor.. 23 2.6.2 Kerugian Head Minor... 27 2.7 Pipa Seri... 30 2.8 Pipa Paralel... 31 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 32 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 32 3.1.1 Tempat Penelitian... 32 3.1.2 Waktu Penelitian... 32 3.2 Alat dan Bahan... 32 3.1.1 Alat... 32 3.2.2 Bahan... 34 3.3 Prosedur Penelitian... 34 3.4 Metode Analisa Dengan Menggunaka Pipe Flow Expert v.639... 36 3.5 Analisa Data... 39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 41 4.1 Perhitungan Secara Manual/Teoritis... 41 4.1.1 Perhitungan Kapasitas Aliran pada Sistem Distribusi Air Umpan... 41 4.1.2 Perhitungan Kecepatan Alira pada Tiap-tiap Section... 42 4.1.3 Perhitungan Kerugian Head Mayor Pada Tiap-tiap Section... 43 4.1.4 Perhitungan Kerugian Head Minor Pada Tiap-tiap Section... 46 4.2 Perhitungan Kerugian head (Head Losses) Dengan Menggunakan Aplikasi Pipe Flow Expert v6.39... 49 4.2.1 Hasil Perhitungan Dengan Mengggunakan Aplikasi Pipe Flow Expert v6.39... 50 4.3 Pembahasan Hasil Perhitungan... 51 4.3.1 Hubungan Antara Kapasitas dengan Kerugian head Mayor Teori dan Simulasi... 51
4.3.2 Hubungan Antara Kapasitas dengan Kerugian head Minor Teori dan Simulasi... 52 4.3.3. Hubungan Antara Kapasitas dengan Kerugian head Total Teori dan Simulasi... 53 4.3.4 Perbandingan Total Kerugian headpada Masing-Masing Percabangan Boiler... 54 BAB V KESIMPULAM DAN SARAN... 56 5.1 Kesimpulan... 56 5.2 Saran... 58 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Sifat Air Kekentalan Dan (Viskositas Kinematik) Pada Tekanan Atmosfer... 12 Tabel 2.2 Nilai Kekerasan Dinding Untuk Berbagai Pipa Komersil... 24 Tabel 2.3 Nilai Koefisien Kekasaran Pipa Hazen-Williams... 25 Tabel 3.1 Data Deaerator... 35 Tabel 3.2 Data Pompa... 36 Tabel 3.3 Data Boiler... 36 Tabel 3.4 Data Instalasi Pipa... 36 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Kecepatan Tiap-tiap Section... 42 Tabel 4.2 Hasil perhitungan Bilangan Reynold Tiap-tiap Section... 44 Tabel 4.3 Iterasi nilai f pada Ms.Excell... 44 Tabel 4.4 Nilai f (faktor gesekan) tiap-tiap section... 45 Tabel 4.5 Besar Mayor Losses pada tiap-tiap section... 46 Tabel 4.6 Tabel Koefisien Gesekan Pada Komponen Sistem Perpipaan... 47 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kerugian Minor Komponen Sistem Perpipaan... 48 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Dengan MenggunakanPipe Flow Expert V6.39... 50 Tabel 4.9 Perbandingan Perhitungan KerugianHead Mayor Hasil Teoritis Dan Simulasi... 51
Tabel 4.10 Perbandingan Perhitungan Kerugian Head Minor Hasil Teoritis Dan Simulasi... 52 Tabel 4.11 Perbandingan Perhitungan Head Losses Minor Hasil Teoritis Dan Simulasi... 53 Tabel 4.12 Perbandingan Besar Kerugian Head Pada Tiap-Tiap Percabangan... 55
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Siklus Sederhana Sistem pembangkit Tenaga Uap... 5 Gambar 2.2 Distribusi Gaya... 9 Gambar 2.3 Penentuan Kekentalan... 10 Gambar 2.4 Eksperimen Untuk Mengilustrasikan Jenis Aliran... 13 Gambar 2.5 Daerah Masuk Aliran Sedang Berkembang Dan Aliran Berkembang Penuh Didalam Sebuah Pipa... 15 Gambar 2.6 Distibusi Tekanan Sepanjang Pipa Horizontal... 17 Gambar 2.7 Diagram Rheologi... 18 Gambar 2.8 Tabung Aliran Membuktikan Persamaan Kontinuitas... 20 Gambar 2.9 Tabung Aliran Fluida... 22 Gambar 2.10 Diagram Moody... 24 Gambar 2.11 Efek Bilangan Bilangan Reynolds Terhadap Koefisien Kerugian Pada Elbow 90 o... 28 Gambar 2.12 Komponen Katup Pada Sistem Perpipaan... 29 Gambar 2.13 Pipa Yang Dihubungkan Seri... 30 Gambar 2.14 Pipa Yang Dihubungkan Paralel... 31 Gambar 3.1 Pressure Indicator... 32 Gambar 3.2 Termometer... 33 Gambar 3.3 Orifice meter... 33 Gambar 3.4 Proses Input Data... 37
Gambar 3.5 Proses Kalkulasi Data... 38 Gambar 3.6 Proses Penampilan Data... 38 Gambar 3.7 Alur pengerjaan skripsi... 40 Gambar 4.1 Skema Distribusi Air Umpan... 41 Gambar 4.2 Jaringan Perpipaan pada Pipe Flow Expert v6.39... 49 Gambar 4.3Hasil simulasi menggunakan Pipe Flow Expert v6.39... 50 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kapasitas Dengan Kerugian Head Mayor... 51 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Kapasitas Dengan Kerugian Head Minor... 53 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Kapasitas Dengan Total Kerugian Head... 54 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Total Kerugian Head Pada Masing-Masing Percabangan Boiler... 55
DAFTAR NOTASI Simbol Satuan ρ Massa jenis (Kg/m 3 ) m Massa (Kg) SG Specific Gravity - μ Viskositas N.s/m 2 F Gaya (N) V Kecepatan (m/s) τ Tegangan Geser (kg/m 2 ) D Diameter (m) L Panjang (m) f Faktor Gesekan - Q Laju Aliran (m 3 /s) R Jari Jari (m) g Gravitasi (m 2 /s) Δh Perbedaan Head m.fluida P Tekanan Kg/cccc 2 T Suhu o C