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$apainya debit, dan kerugian daya yang digunakan
untuk mindahkan air tersebut.
Tidak diketahuinya debit aliran dan kerugian#kerugian headyang ter"adi
pada tiap pipa menyebabkan pendistribusian air di instalasi pemipaan tidak
dapat dikategorikan sebagai instalasi pemipaan yang baik atau tidak baik.
%leh karena itu diperlukan suatu perhitungan mengenai debit aliran dan
kerugian head yang ter"adi disetiap pipa dengan tu"uan untuk bisa
memprediksi distribusi air pada instalasi pipa "aringan air di eksternal water
treatment plant pabrik kelapa sawit.
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
2/21
1.2 RUMUSAN MASALAH
&) 'erapa kerugian#kerugian head pada instalasi pemipaan eksternal
treatment
) 'erapa debit pada instalasi pemipaan eksternal treatment
*) 'agaimana "enis aliran pada instalasi pemipaan eksternal treatment
+) 'agaimana memprediksi distribusi air pada instalasi pemipaan eksternal
treatment
1.4 TUJUAN
&) enentukan kerugian head, debit dan "enis aliran fluida tiap pipa.
) emprediksi distribusi air pada pipa instalasi pemipaan eksternaltreatment.
1.5 MANFAAT
-asil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi yang
dapat di"adikan dasar dalam perhitungan mana"emen energi, design perbaikan
instalasi pemipaan dan dapat men"adi dasar dalam memilih solusi yang tepat
untuk mengurangi biaya operasi.
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
3/21
BAB II
TINAJUAN PUSTAKA
2.1 KEBUTUHAN AIR
Penggunaan air untuk masing#masing komponen se$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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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,
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
6/21
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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$epatan)
pada seluruh medan aliran akibat kekentalan. Tegangan geser tersebut akan
mengakibatkan kehilangan energi selama pengaliran. Kehilangan enersi ini
disebut kehilangan enersi primer yang ditulis dengan hf.
Pada aliran stedi dan seragam (steady-uniform) di dalam suatu pipa
tegangan geser adalah konstan sepan"ang pipa, karena tebal lapisan batas
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
8/21
adalah tetap. :a"u kehilangan enersi atau kemiringan enersi (energy gradient)
adalah Sf B hf;:
garis kemiringan hidraulik (garis kemiringan tekanan) -M:
adalah garis yang menun"ukkan tinggi tekanan (pressure head) sepan"ang
pipa. 7i dalam pipa dengan penampang seragam, tinggi ke$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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
9/21
Eg./
P:FQQ
Eg
pp 1&
& =+
sehingga,
&&
f QQEg
pph +
=
karena
Eg./
P:hf 1=
atau:
hEg
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
10/21
-asil per$obaan terakhir oleh Prandtl dan >ikuradse pada pipa halus
dibedakan men"adi tiga Aona aliran turbulen sebagai berikut
&. Qona turbulen halus, dinyatakan dalam persamaan
3&,log
& =
eR
. Qona transisi turbulen, R adalah fungsi dari k;7 dan
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
11/21
Mambar .& 7iagram oody
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
12/21
2. KEHILANGAN TAKANAN MIN)R
Kehilangan tekanan minor disebabkan bentuk lubang penampang masuk,
bentuk penampang pada lubang bagian keluar atau lubang masuk atua
perubahan mendadak pada penampang pipa seperti penyempitan tiba#tiba,
pembesaran tiba#tiba, penyempitan bertahap, pembesaran bertahap dan
perubahan arah. Kehilangan tekanan minor dirumuskan dengan persamaan
&) 'entuk lubang penampang masuk
hmB km
%2
2g
"ika bentuk lubang penampang masuk berbentuk u"ung persegi, maka
nilai kmadalah 1,3U "ika berbentuk u"ung menon"ol, maka nilai kmadalah
1,9U "ika berbentuk u"ung bulat, maka nilai kmadalah 1,1+
) 'entuk lubang penampang keluar
hmB km (%2& %# )
2
2g
"ika bentuk lubang penampang masuk atau keluar berbentuk u"ung
persegi, maka nilai kmadalah 1,3U "ika berbentuk u"ung menon"ol, maka
nilai kmadalah 1,9U "ika berbentuk u"ung bulat, maka nilai kmadalah 1,1+
*) :ubang keluar aliran tenggelam
hmB%
2
2g
+) Penyempitan mendadak atau penyempitan bertahap atau Pembesaran
mendadak atau pembesaran bertahap.
hmB km (%2& %# )
2
2g
nilai kmdidapat dari perbandingan antara luas penampang kedua dan luas
penampang pertama.
A2(A1 6 61 62 6- 64 65 6/ 6 6 6
k 1,3 1,+3 1,+ 1,*2 1,*= 1,** 1,9 1, 1,&3 1,1=
3) Perubahan arah
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
13/21
+
N
N
)(sin)(sink
g
Fkhf
+=
=
2.1P)MPA
/gar bisa beker"a pompa membutuhkan; mengambil daya dari mesin
penggerak pompa. 7idalam roda "alan fluida mendapat per$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 $air pada flens
keluar (tekan) dan flens masuk (isap) disebut headtotal pompa.
Tinggi#tekan suatu pompa adalah kemampuan pompa untuk
memindahkan aliran fluida dari suatu tempat ke tempat lain. Tinggi#tekan
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
14/21
pada suatu pompa ada dua ma$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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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$oran
.&1.+ Kerugian tinggi tekan (head loss)
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
16/21
Kerugian tekanan pada pipa dan fitting adalah "umlah dari semua
kerugian yang dimulai dari katup kaki sampai sisi keluar dari pipa tekan.
Kerugian tinggi#tekan pada suatu laluan dapat "uga diakibatkan oleh
gesekan maupun turbulensi yang ter"adi bila fluida melewati suatu
rintangan, perubahan luas penampang yang tiba#tiba dan lain#lain.
X-:B -:SL -:7L X-:@L
g
v
dimana
X-: B kerugian tinggi tekan total
-:s B kerugian gesek pada pipa isap
-:d B kerugian gesek pada pipa buang
X-:fB Kerugian tinggi tekan pada sambungan pipa
g
v
B kerugian headkinetik karena ke$epatan aliran fluida
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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.
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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
7/25/2019 Proposal (Siap-siap Revisi)
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
Recommended