Proposal (Siap-siap Revisi)

7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)

1/21

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Eksternal Water Treatment di Pabrik Kelapa Sawit (PKS) merupakan

bagian dari stasiun Water Treatment Plant (WTP) yang berfungsi mengolah

air, baik air yang digunakan untuk masyarakat pabrik maupun air yang

digunakan untuk operasional pabrik. Pengolahan air ini membutuhkan sarana

untuk mentransportasikan air dari waduk hingga akhir proses eksternal water

treatmen.

Pipa merupakan salah satu sarana transportasi air yang efektif dan

efisien. Pipa memiliki berbagai ukuran diameter dan bentuk penampang.

nstalasi pemipaan diharapkan mampu mendistribusikan dan memenuhi

kebutuhan dengan baik dan merata. !aringan yang luas membutuhkan pipa

yang banyak dan mungkin berbeda diameter, bentuk penampang, pan"ang

pipa dan perubahan arah. Ketidak tepatan pemilihan ukuran mengakibatkan

ter"adinya hambatan aliran sehingga menimbulkan kerugian#kerugian tinggi

tekan (head), tidak ter$apainya debit, dan kerugian daya yang digunakan

untuk mindahkan air tersebut.

Tidak diketahuinya debit aliran dan kerugian#kerugian headyang ter"adi

pada tiap pipa menyebabkan pendistribusian air di instalasi pemipaan tidak

dapat dikategorikan sebagai instalasi pemipaan yang baik atau tidak baik.

%leh karena itu diperlukan suatu perhitungan mengenai debit aliran dan

kerugian head yang ter"adi disetiap pipa dengan tu"uan untuk bisa

memprediksi distribusi air pada instalasi pipa "aringan air di eksternal water

treatment plant pabrik kelapa sawit.


2/21

1.2 RUMUSAN MASALAH

&) 'erapa kerugian#kerugian head pada instalasi pemipaan eksternal

treatment

) 'erapa debit pada instalasi pemipaan eksternal treatment

*) 'agaimana "enis aliran pada instalasi pemipaan eksternal treatment

+) 'agaimana memprediksi distribusi air pada instalasi pemipaan eksternal

treatment

1.4 TUJUAN

&) enentukan kerugian head, debit dan "enis aliran fluida tiap pipa.

) emprediksi distribusi air pada pipa instalasi pemipaan eksternaltreatment.

1.5 MANFAAT

-asil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi yang

dapat di"adikan dasar dalam perhitungan mana"emen energi, design perbaikan

instalasi pemipaan dan dapat men"adi dasar dalam memilih solusi yang tepat

untuk mengurangi biaya operasi.


3/21

BAB II

TINAJUAN PUSTAKA

2.1 KEBUTUHAN AIR

Penggunaan air untuk masing#masing komponen se$ara pasti sulit untuk

dirumuskan, sehingga dalam peren$anan atau perhitungan sering digunakan

asumsi atau pendekatan#pendekatan berdasarkan kriteria peren$anaan air

bersih dan standar kebutuhan air nondomestik, yang ditampilkan pada Tabel

.& dan Tabel . berikut

Tabel .& Kriteria Peren$anaan /ir 'ersih

No Ukuran Kota Ju!a" P#n$u$uk K#%utu"an A&r'L&t#r()ran*(Har&+

& Kota etropolitan 0&.111.111 &21

Kota 'esar 311.111 4 &11.111 &51

* Kota Sedang &11.111 4 311.111 &31

+ Kota Ke$il 1.111 4 &11.111 &*1

3 Pedesaan 6 1.111 *1

(Sumber 7irektorat !endral 8ipta Karya, &229)

Tabel . Standar Kebutuhan /ir non 7omestik

No S#ktor B#,aran Satuan

& Sekolah &1 :iter;murid;hari


4/21

Kebutuhan air non domestik digunakan untuk kegiatan komersil seperti

industri, perkantoran, maupun kegiatan sosial seperti sekolah, rumah sakit,

tempat ibadah, dan niaga.

/nalisis kebutuhan domestik pabrik, dapat dirumuskan sebagai berikut

Kebutuhan 7omestik pabrik=

Banyaknya Orang

86.400 detik30

liter

& hari = 24 60 60 = 86.400 detik

/nalisis kebutuhan non domestik pabrik, dapat dirumuskan sebagai

berikut

Kebutuhan pabrik

luas

86.400 detik (0,2 sampai 0,8) liter

Kebutuhan kantor

Jumla !ega"ai

86.400 detik#0

liter

Kebutuhan mas"id

Jumla mas$id

86.400 detik2000 liter

2.2 KEHILANGAN AIR

asalah kehilangan air (Unaccounted For Water) masih merupakan

salah satu masalah bagi pengelola air. Tingkat kebo$oran "aringan pipa sulit

diukur se$ara teliti. Pada umumnya menggunakan selisih antara produksi dan

pemakaian untuk melukiskan efektifitas pengolahan air. /ir yang bo$or dari

sistem penyediaan air, kesalahan meteran air, sambungan#sambungan yang

tidak sah dan hilangnya air yang tidak diketahui penyebabnya digolongkan

sebagai kehilangan dan pemborosan (loss and waste). (:insley,


5/21

/ir yang digunakan pada proses pengolahan kelapa sawit dan kebutuhan

domestik karyawan diperoleh dari sungai, air waduk, sumur bor dan sumber

mata air lainnya. Kualitas air dipengaruhi oleh asal mata air tersebut. Sumber

mata air sungai umumnya sudah mengalami pen$emaran, oleh karena itu

perlu dilakukan pemurnian.

2.4 SIFAT FLUIDA

.+.& Kerapatan

Kerapatan adalah banyaknya massa dalam satuan Dolume yang

dirumuskan dengan B m;F, hubungan antara kerapatan dan berat "enis

adalah G B .g, hubungan antara kerapatan dengan Dolume "enis adalah

D B&;

7imana B kerapatan massa (kg;m)

m B massa fluida (kg)

F B Dolume (m*)

G B berat "enis (kg;ms)

g B per$epatan grafitasi (m;s)

D B Dolume "enis (m;kg)

.+. Kekentalan

7alam beberapa masalah mengenai gerak Aat $air, kekentalan absolute

atau dinamik dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk D B H;.

dimana D B kekentalan kinematik (m;s)

H B kekentalan dinamik (>s;m)

B kerapatan massa (kg;m)

2.5 B&!an*an R#no!$

'ilangan


6/21


7/21

2./ PERSAMAAN0PERSAMAAN

.=.& Persamaan Kontinuitas

7engan menggunakan prinsip kekekalan massa fluida yang berbunyi

la"u aliran massa netto didalam ruang kontrol adalah sama dengan waktu

la"u perubahan massa tiap satuan waktu, diter"emahkan men"adi B F./.

Persamaan kontinuitas dirumuskan dengan

&B atau F&./&.&B F./..=. Persamaan omentum

enurut hukum >ewton (@ B m.a), diperlukan gaya untuk

menghasilkan perubahan tersebut yang sebanding dengan besarnya

ke$epatan perubahan momentum. Jntuk menentukan besarnya ke$epatanperubahan momentum di dalam aliran fluida, dipandang tabung aliran

dengan luas permukaan d/. 7alam hal ini dianggap bahwa aliran melalui

tabung arus adalah permanen. omentum melalui tabung aliran dalam

waktu dt adalah

dm.D B . D . dt . D . d/

2. KEHILANGAN ENERGI PADA PIPA

7alam per"alanannya, fluida bergerak akan mengalami kehilangan

energi. Kehilangan energi ini dapat berakibat pada semakin ke$ilnya debit

aliran fluida. Kehilangan energi ini dapat disebabkan oleh karena beberapa

faktor, yaitu kehilangan tinggi karena tahanan oleh permukaan pipa (ht) dan

karena tahanan oleh karena bentuk pipa (hm), sehingga tahanan total (h:)

adalah h: B ht L hm2. KEHILANGAN TAKANAN MA3)R

Suatu Aat $air yang mengalir suatu bidang batas seperti melalui pipa akan

mengalami tegangan geser dan kemiringan ke$epatan (gradien ke$epatan)

pada seluruh medan aliran akibat kekentalan. Tegangan geser tersebut akan

mengakibatkan kehilangan energi selama pengaliran. Kehilangan enersi ini

disebut kehilangan enersi primer yang ditulis dengan hf.

Pada aliran stedi dan seragam (steady-uniform) di dalam suatu pipa

tegangan geser adalah konstan sepan"ang pipa, karena tebal lapisan batas


8/21

adalah tetap. :a"u kehilangan enersi atau kemiringan enersi (energy gradient)

adalah Sf B hf;:

garis kemiringan hidraulik (garis kemiringan tekanan) -M:

adalah garis yang menun"ukkan tinggi tekanan (pressure head) sepan"ang

pipa. 7i dalam pipa dengan penampang seragam, tinggi ke$epatan , NF;g

adalah konstan dan garis kemiringan enersi adalah se"a"ar dengan garis

kemiringan tekanan (EM: ;; -M:). 7engan menggunakan Persamaan

'ernoulli untuk penampang & dan ,

f

&&& h

g

F

Eg

pA

g

F

Eg

pA +++=++

Karena F&B F, aka

=+Eg

pA && hf

Eg

pA ++

7alam aliran stedi#uniform, gaya O7orongO sama dengan Maya OTahanO dan

persamaan antara penampang & dan adalah

(p& #p)/ L g /: sin B oP:

dimana

/ B luas penampang pipa

P B keliling basah (perimeter)

oB tegangan geser

7engan : sin B Q&4 Q, maka


9/21

Eg./

P:FQQ

Eg

pp 1&

& =+

sehingga,

&&

f QQEg

pph +

=

karena

Eg./

P:hf 1=

atau:

hEg


10/21

-asil per$obaan terakhir oleh Prandtl dan >ikuradse pada pipa halus

dibedakan men"adi tiga Aona aliran turbulen sebagai berikut

&. Qona turbulen halus, dinyatakan dalam persamaan

3&,log

& =

eR

. Qona transisi turbulen, R adalah fungsi dari k;7 dan


11/21

Mambar .& 7iagram oody


12/21

2. KEHILANGAN TAKANAN MIN)R

Kehilangan tekanan minor disebabkan bentuk lubang penampang masuk,

bentuk penampang pada lubang bagian keluar atau lubang masuk atua

perubahan mendadak pada penampang pipa seperti penyempitan tiba#tiba,

pembesaran tiba#tiba, penyempitan bertahap, pembesaran bertahap dan

perubahan arah. Kehilangan tekanan minor dirumuskan dengan persamaan

&) 'entuk lubang penampang masuk

hmB km

%2

2g

"ika bentuk lubang penampang masuk berbentuk u"ung persegi, maka

nilai kmadalah 1,3U "ika berbentuk u"ung menon"ol, maka nilai kmadalah

1,9U "ika berbentuk u"ung bulat, maka nilai kmadalah 1,1+

) 'entuk lubang penampang keluar

hmB km (%2& %# )

2

2g

"ika bentuk lubang penampang masuk atau keluar berbentuk u"ung

persegi, maka nilai kmadalah 1,3U "ika berbentuk u"ung menon"ol, maka

nilai kmadalah 1,9U "ika berbentuk u"ung bulat, maka nilai kmadalah 1,1+

*) :ubang keluar aliran tenggelam

hmB%

2

2g

+) Penyempitan mendadak atau penyempitan bertahap atau Pembesaran

mendadak atau pembesaran bertahap.

hmB km (%2& %# )

2

2g

nilai kmdidapat dari perbandingan antara luas penampang kedua dan luas

penampang pertama.

A2(A1 6 61 62 6- 64 65 6/ 6 6 6

k 1,3 1,+3 1,+ 1,*2 1,*= 1,** 1,9 1, 1,&3 1,1=

3) Perubahan arah


13/21

+

N

N

)(sin)(sink

g

Fkhf

+=

=

2.1P)MPA

/gar bisa beker"a pompa membutuhkan; mengambil daya dari mesin

penggerak pompa. 7idalam roda "alan fluida mendapat per$epatan

sedemikian rupa sehingga fluida tersebut memiliki ke$epatan mengallir

keluar dari sudu#sudu roda "alan. Ke$epatan keluar ini selan"utnya akanberkurang dan berubah men"adi tinggi krnaikan - di sudu#sudu pengarah atau

rumah spiral pompa (rumah keong). 'esarnya tekanan yang timbul terantung

kepada esarnya kerapatan fluida, dimana hal ini sesuai dengan persamaan p B

.g.- (Sriyono, &22).

Salah satu "enis pompa Ker"a 7inamis adalah pompa sentrifugal yang

prinsip ker"anya mengubah energi kinetis (ke$epatan) $airan men"adi energi

potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam $asing.

Pada nstalasi Pengolahan /ir (P/), sebagian besar pompa yang digunakan

ialah pompa bertipe sentrifugal. Maya sentrifugal ialah sebuah gaya yang

timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan

lengkung (melingkar).

Qat $air yang keluar dari impeler dengan ke$epatan tinggi ini kemudian

mengalir melalui saluran yang penampangnya mengalami perubahan dari

headke$epatan men"adi headtekanan, maka Aat $air yang keluar dari flens

keluar pompa head totalnya bertambah besar. Pengisapan ter"adi karena

setelah Aat $air dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudusudu men"adi

Da$uum, sehingga Aat $air akan terhisap masuk.

Selisih energi per satuan berat atau head total dari Aat $air pada flens

keluar (tekan) dan flens masuk (isap) disebut headtotal pompa.

Tinggi#tekan suatu pompa adalah kemampuan pompa untuk

memindahkan aliran fluida dari suatu tempat ke tempat lain. Tinggi#tekan


14/21

pada suatu pompa ada dua ma$am, yaitu tinggi#tekan hisap (suction head)

dan tinggi#tekan buang (discharge head). /dapun tinggi#tekan hisap adalah

kedalaman fluida yang dapat dihisap oleh pompa dan tinggi#tekan buang

adalah ketinggian Dertikal dimana fluida dapat dinaikkan diatas titik tengah

dari pompa.

.&1.& Tinggi tekan (Head)

Tinggi tekan statik ("tatic head)

-statB -7L -S Tinggi tekan manonetrik (#anometric head)

-manB

g

sd hG

PP+

Tinggi tekan efektif (effective head)

-tB

gsd h

G

PP+

L

g

FF

S

7

7engan

-stat B tinggi tekan statik

-7 B tinggi tekan hisap

-S B tinggi tekan buang

-t B total head(tinggi tekan)

Pd B tekanan buang

Ps B tekanan hisap

G B berat spesifik fluida

hg B "arak Dertikal antara tap untuk mengukur tekanan pada hisap

dan buang.&1. 7aya

7aya poros

&) PshB Pml

) PmlB Vml

Pm

*) PshB Vt

Pmldengan

Psh B putput motor listrik "ika dikopel langsung

Pm B daya masuk motor

Vt B efisiensi transmisi

7aya internal


15/21

&) Tanpa efisiensi

P B G..-

) 7engan efisiensi

P BtotalV

G.K.-

dengan

P B daya

G B berat spesifik fluida

B kapasitas aliran

- B tinggi tekan

Vtotal B efisiensi total

.&1.* Effisiensi&. Efisiensi total

Vtotal BS-P

W-P

W-P B53

G.K.- mano

S-P B '-P 4 -P yang hilang pada kopling

'-P B

( )

effi$ien$y*.2=1

grafityspesifi$ft-gpm

dengan

W-P B Water Horse $ower

S-P B daya input pada poros pompa

'-P B%ra!e Horse $ower

. Efisiensi mekanis

Vme$h BS-P

g

Du

53

KKG

+

BS-P

PS-P me$hloss

*. Efisiensi Dolumetris

VlB

KK

K

+

dengan

Vme$h Befisiensi mekanis

B kapasitas buang yang diberikan pompa

B "umlah kebo$oran

.&1.+ Kerugian tinggi tekan (head loss)


16/21

Kerugian tekanan pada pipa dan fitting adalah "umlah dari semua

kerugian yang dimulai dari katup kaki sampai sisi keluar dari pipa tekan.

Kerugian tinggi#tekan pada suatu laluan dapat "uga diakibatkan oleh

gesekan maupun turbulensi yang ter"adi bila fluida melewati suatu

rintangan, perubahan luas penampang yang tiba#tiba dan lain#lain.

X-:B -:SL -:7L X-:@L

g

v

dimana

X-: B kerugian tinggi tekan total

-:s B kerugian gesek pada pipa isap

-:d B kerugian gesek pada pipa buang

X-:fB Kerugian tinggi tekan pada sambungan pipa

g

v

B kerugian headkinetik karena ke$epatan aliran fluida


17/21

BAB III

MET)DE PENELITIAN

1. T#7at $an 8aktu P#n#!&t&an

Penelitian ini dilaksanakan di Pabrik Kelapa Sawit (PKS) yang dikelola

dan diman"emen oleh PT. Smart, Tbk yang terdapat di wilayah >egara

ndonesia. Waktu penelitian dilaksasnakan selama sebelas bulan.

2. A!at $an Ba"an

a. /lat

&) !angka sorong

) istar

*) eteran

+) Stopwat$h3) Pressure gauge

=) @low meter

5) /lat tulis

b. 'ahan

&) /ir

-. Pro,#$ur P#n#!&t&an

Tahapan penelitian dapat dilihat sebagai berikut

/nalisa Kebutuhan /ir

7omestik 7an >on 7omestik

enetukan 7ebit, Kerugian

Head, !enis /liran 7an

emprediksi 7istribusi

Kesimpulan

7alam melaksanakan proses penelitian ini ada tahapan#tahapan penelitian

yang dilakukan, yaitu

&) /nalisa kebutuhan air domestik dan non domestik.

) dentifikasi peralatan, meliputi

a. Spesifikasi peralatan

b. @ungsi alat


18/21

$. Prinsip ker"a alat

d. Komponen alat

*) elakukan pengukuran diameter, pan"ang dan sudut belokan untuk

menentukan kerugi#rugian head, debit, "enis aliran serta memprediksi

distribusi air.

+) elakukan perbandingan antara produksi air sebenarnya, produksi air

yang diren$anakan dan kebutuhan air domestik dan non domestik.

3) elakukan analisa finansial proses pegnolahan air eksternal water

treantment.


19/21

4. Data $an 9ara P#n*ukuran

a. Kerugian tekanan

'eri notasi untuk "aringan p"pa tersebuto emberikan notasi pada tiap pipa

o emberikan notasi pada tiap node

o enentukan arah aliran dalam tiap pipa

Tentukan loop yang ada pada "aringan pipa

elakukan pengukuran

o Ketinggian leDel air pengambilan

o Ketinggian leDel air tiap reservoir

o Pan"ang pipa

o diameter pipa

o luas bangunan pengambilano luas reservoir

o 7ebit masuk dari pengolahan air ke bangunan pengambilan

o -pbiasanya merupakan fungsi dari debit Y-p B f()Z tergantung

spesifikasi pompa

/nalisa "aringan pipa tersebut dengan persamaan energi

/nalisa kehilangan energi dengan menggunakan persamaan

momentum, bisa menggunakan persamaan 7ar$y#weisba$h atau

persamaan -aAen#Williams

Perhitungan

Persamaan energi -masukB -keluar

Persamaan 7ar$y#Weisba$h -:nB

g.7

.:f.D

Persamaan -aAen William -: B *,1.:.7#&.&=5

&,93

h$

D

b. 7ebit

'eri notasi untuk "aringan p"pa tersebut

o emberikan notasi pada tiap pipa

o emberikan notasi pada tiap node

o enentukan arah aliran dalam tiap pipa


20/21

Tentukan loop yang ada pada "aringan pipa

elakukan pengukuran

o Ketinggian leDel air pengambilan

o Ketinggian leDel air tiap reservoir

o Pan"ang pipa

o diameter pipa

o luas bangunan pengambilan

o luas reservoir

o 7ebit masuk dari pengolahan air ke bangunan pengambilan

o -pbiasanya merupakan fungsi dari debit Y-p B f()Z tergantung

spesifikasi pompa

/nalisa "aringan pipa tersebut dengan persamaan energi /nalisa kehilangan energi dengan menggunakan persamaan

momentum, bisa menggunakan persamaan 7ar$y#weisba$h atau

persamaan -aAen#Williams

/nalisa "aringan pipa tersebut dengan persamaan kontinuitas

/nalisis loop dengan persamaan energi

Mabungkan hasil analisa persamaan energi dan persamaan kontinuitas

persamaan energi, maka se$ara analitis persamaan energi dan

kontinuitas tersebut mempunyai solusi yang pasti.

Perhitungan

Persamaan energi -masukB -keluar

Persamaan -aAen William -: B *,1.:.7#&.&=5

&,93

h$

D

Persamaan 7ar$y#Weisba$h -:nB

g.7

.:f.D

Persamaan kontinuitas masukB keluar

$. !enis aliran fluida

elakukan pengukuran

o Ke$epatan rata#rata

o 7iameter pipa

/nalisa "enis aliran dengan menggunakan rumus


21/21

=

=

DV

D

VRe

atauv

VD

Re=

d. Kebutuhan air

enentukan luas pabrik, "umlah pegawai, "umlah mas"id, "umlah

orang yang ditanggung pabrik. Jntuk menentukan konsumsi air sesuai

tabel .& dan tabel .

-itung kebutuhan air tiap kategori

Kebutuhan air total adalah "umlah kebutuhan semua ketegori

Perhitungan

Kebutuhan air

kateg'ri

86.400 detik( esar pemakaian erdasarkan kateg'ri) liter

5. Ana!&,&, F&nan,&a!

Pelaksanaan analisa finansial dimaksudk an untuk mengetahui kelayakan

pelaksaan proses pengolahan dari segi ekonomis. /nalisa finansial dari proses

pengolahan ini meliputi

&. 'iaya instalasi

&) 'iaya karena penggunaan pipa

) 'iaya karena bentuk lubang masuk dan lubang keluar pipa

*) 'iaya karena perubahan bentuk tiba#tiba

+) 'iaya penggunaan DalDe

3) 'iaya karena sambungan

=) 'iaya karena penggunaan pompa, kopling dan motor

5) 'iaya karena penggunaan motor listrik

9) 'iaya Perawatan

. 'iaya operasional 'iaya listrik

'iaya air

Proposal (Siap-siap Revisi)

Documents