KAJIAN PERFORMANSI POMPA SLURRY PADA CUTTER SUCTION ...

KAJIAN PERFORMANSI POMPA SLURRY

PADA CUTTER SUCTION DREDGER

DENGAN VARIASI SUDUT

GALI 25°, 35°, DAN 45°

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ASYBEL BONAR

NIM. 120401114

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

PT.Timah (Persero) Tbk. merupakan perusahaan tambang timah dengan cadangan

terbesar di dunia yang menggunakan kapal isap tipe Cutter Suction 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 banyak material logam timah yang tertinggal

di dasar lautan. Hal ini menyebabkan pengerukan masih harus dilakukan berulang

kali di tempat yang sama untuk mendapatkan seluruh sumber daya logam timah

yang berada di dasar laut. Oleh karena itu, diperlukan kajian yang mendalam

mengenai kondisi operasi yang optimal untuk setiap kedalaman penggalian, serta

nilai performansi pompa yang didapat pada kondisi operasi optimal tersebut.

Dalam penelitian ini, peneliti melakukan perhitungan head secara teoritis dimana

prosedur dimulai dengan pengumpulan data data pendukung, kemudian

melakukan perhitungan untuk mendapatkan hasil. Dalam kondisi lapangan,

didapat terdapat perubahan luas penampang pipa dikarenakan oleh gesekan.

Untuk mendapatkan nilai head, digunakan persamaan Bernoulli, untuk kerugian

head major dan head minor digunakan persamaan Darcy-Weisbach dimana

kapasitas aliran adalah tetap sebesar 2500 m3/h clear water dengan variasi sudut

gali 25°,35°, dan 45° pada luas penampang dengan pemakaian baru, 1 bulan, 2

bulan, dan 3 bulan. Didapat besar head untuk setiap sudut secara berurutan adalah

399 rpm, 414.762 rpm, dan 433.984 rpm untuk pemakaian baru, 398.808 rpm,

413.987 rpm, 432.713 rpm untuk pemakaian 1 bulan, 397.368 rpm, 412.888 rpm,

428.125 rpm untuk pemakaian 2 bulan, dan 395.263 rpm, 411.021 rpm, 420.069

rpm untuk pemakaian 3 bulan. Nilai performansi pompa yang didapat apabila

pompa dioperasikan pada putaran optimal untuk sudut gali 25° secara berurutan

pada setiap bulan pemakaian adalah 76,1%; 76,0%; 75,7%; dan 75,6%. Untuk

sudut gali 35°, nilai performansi yang didapat adalah 77,0%; 76,9%; 76,8%; dan

76,4%. Sedangkan untuk sudut gali 45°, nilai performansi yang didapat adalah

78,0%; 77,9%; 77,5%; dan 77,2%.

Kata Kunci: Performansi, Pemipaan, Slurry, Kerugian Head, Dredging.


ABSTRACT

PT. Timah (Persero) Tbk. is a tin mining company with largest resource in the

world that uses Cutter Suction Dredger as one of their offshore mining method.

To distribute mineral from seabed into filtering unit, water is used as media to

carry them with helps from pumps along pipeline. On dredging process, there is

still lot of tin mineral left behind the sea bed. This makes dredging must be done

in the same spot more than one time. Therefore, an advance research about

optimal operating condition and pump performance must be done to resolve this

problem. In this research, researcher calculates pump head theoretically.

Procedure starts with gathering data, then doing the calculation to get the result.

Changing of pipe cross section area also occurs due to the friction. To calculate

head, researcher uses Bernoulli equation and to calculate major and minor head,

researcher uses Darcy-Weisbach equation. The capacity of flow is constant,

equivalent to 2500 m3/h clear water with dredging angle of 25°, 35°, and 45° on

pipe cross section area for new installment, 1, 2, and 3 month(s) of use. The

results show that the head for each dredging angle consecutively are 434.614rpm,

453.846 rpm, 469.846 rpm for new installment, 398.808 rpm, 413.987 rpm,

432.713 rpm for 1 month of use, , 397.368 rpm, 412.888 rpm, 428.125 rpm for 2

months of use, and 395.263 rpm, 411.021 rpm, 420.069 rpm for 3 months of use.

Also, the pump performance value if pump operated in the optimal condition with

25° dredging angle consecutively are 76,1%; 76,0%; 75,7%; and 75,6%. For 35°,

the pump performance are 77,0%; 76,9%; 76,8%; and 76,4%. For 45°, the pump

performance are 78,0%; 77,9%; 77,5%; and 77,2%.

Keywords: Performance, Piping, Slurry, Head Losses, Dredging.


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas

berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi

ini, sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan

untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Kajian

Performansi Pompa Slurry Pada Cutter Suction Dredger Dengan Variasi Sudut

Gali 25°, 35°, dan 45°”

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 Saya Erikson Sidabutar dan Mangatur Siahaan yang

mendoakan dan mendukung penulis dalam segala aspek kehidupan.

2. Saudaraku, Ranap Katili Parulian Sidabutar yang telah mendoakan dan

mendukung penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir.Tekad Sitepu, M.T yang sudah meluangkan waktunya untuk

membingbing pengerjaan dan penulisan skripsi ini.

4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik USU.

5. Partner Tugas Akhir; Billy Emkel Gudsanov dan Robby Christian.

6. Pak Firmansyah dan seluruh karyawan PT.Timah (Persero) Tbk yang telah

membantu dalam proses pengumpulan data.

7. Teman-teman mahasiswa Teknik Mesin USU 2012 juga teman- teman

yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan

memberikan masukan serta semangat kepada penulis.

8. Serta kepada teman ataupun saudara-saudara penulis yang tidak dapat

diucapkan namanya satu persatu yang juga memberi motivasi dan

dukungan hingga sekarang.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh

karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun.

Akhir kata, penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi

pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.

Medan, Juli 2016

Penulis

Asybel Bonar

NIM: 120401114


DAFTAR ISI

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI iii

DAFTAR GAMBAR iv

DAFTAR TABEL v

DAFTAR LAMPIRAN vi

DAFTAR NOTASI vii

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.4.1 Tujuan Umum 3

1.4.2 Tujuan Khusus 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Sistematika Penulisan 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Cutter Suction Dredger 5

2.1.1 Cara Kerja Cutter Suction Dredger 6

2.1.2 Komponen Utama Cutter Suction Dredger 7

2.2 Klasifikasi Fluida 11

2.2.1 Fluida Newtonian 11

2.2.2 Fluida Non-Newtonian 11


2.3 Slurry 11

2.4 Kapasitas dan Kecepatan Aliran Fluida 16

2.5 Persamaan Energi 17

2.6 Aliran Laminar dan Turbulen 17

2.7 Kerugian Head 18

2.7.1 Kerugian Head Major 18

2.7.2 Kerugian Head Minor 18

2.8 Persamaan Bernoulli 28

2.9 Head Ratio 29

2.10 Massa Jenis Slurry 30

2.11 Diameter Hidraulik 31

BAB 3 Metode Penelitian 32

3.1 Tempat dan Waktu 32

3.1.1 Tempat Pelaksanaan 32

3.1.2 Waktu Pelaksanaan 32

3.2 Bahan dan Alat 33

3.2.1 Bahan 33

3.2.2 Alat 33

3.3 Prosedur Penelitian 33

3.3.1 Studi Literatur 33

3.3.2 Pengumpulan Data 34

3.4 Variabel Penelitian 36

3.4.1 Variabel Bebas 36

3.4.2 Variabel Terikat 36


3.5 Analisa Data 36

3.6 Kerangka Konsep Penelitian 37

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 38

4.1 Pembagian Area Perhitungan 38

4.1.1 Section 1 38

4.1.2 Section 2 39

4.1.3 Section 3 40

4.1.4 Section 4 40

4.1.5 Section 5 41

4.2 Perubahan Dimensi Penampang Pipa 42

4.3 Perhitungan Kecepatan Fluida 43

4.4 Perhitungan Kedalaman Penggalian 46

4.5 Perhitungan Kerugian Head Minor 47

4.6 Perhitungan Kerugian Head Major 68

4.7 Perhitungan Head Clear Water 75

4.8 Perhitungan Head Solid 76

4.9 Perhitungan Head Campuran 78

4.10 Penentuan Titik Operasi dan Performansi Pompa 79

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 81

5.1 Kesimpulan 81

5.2 Saran 82

DAFTAR PUSTAKA viii


DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Nilai Kekasaran Pipa 19

2.2 Koefisien Kekasaran pipa Hazen-Williams 21

2.3 Tabel Nilai K Pada Pengecilan Bertahap 24

2.4 Nilai K1, K2, dan K3 26

2.5 Tabel Nilai K 27

3.1 Data Instalasi Pipa 35

3.2 Data Instalasi Pompa 35

3.3 Data Sifat Slurry 35

4.1 Spesifikasi Pipa Section 1 39





4.6 Data Pengikisan Pipa 42

4.7 Dimensi Penampang Pipa 43

4.8 Hasil Perhitungan Kecepatan Fluida 44

4.9 Kedalaman Gali 47

4.10 Koefisien Kerugian Belokan 48

4.11 Nilai K Pada Komponen K3 49

4.12 Nilai K Pada Percabangan K16 59

4.13 Koefisien Kerugian Belokan Tajam Kasar 61

4.14 Koefisien Kerugian Belokan Tajam 61

4.15 Nilai k Setiap Komponen 62

4.16 Head Minor Pemakaian Baru 63


4.17 Head Minor Tiap Bulan 65

4.18 Nilai Bilangan Reynold 70

4.19 Nilai f Setiap Section 71

4.20 Head Major Pemakaian Baru 72

4.21 Bilangan Reynolds Tiap Bulan 73

4.22 Nilai head major 74

4.23 Nilai Head Clear Water 76

4.24 Nilai Head Solid 78

4.25 Nilai Head Mixture 79

4.26 Titik Operasi Pompa 80

4.28 Nilai Performansi Pompa 81


DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

Diameter rata-rata partikel mm

Spesific Gravity of Slurry -

Spesific Gravity of Solid -

Concentration of solids by volume %

Concentration of solids by volume %

Massa jenis campuran atau slurry kg/m³

Massa jenis fluida pembawa kg/m³

Massa jenis padatan kg/m³

Laju aliran padatan m³/s

Laju aliran campuran atau slurry m³/s

Bilangan Reynold -

Diameter pipa mm

Viskositas absolute fluida Pa.s

Faktor Gesekan -

Head minor m

Head minor m

Diameter hidraulik mm

Wet Perimeter mm

Head Ratio -

Head Solid m

Head Water m

Head Mixture m


BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Perkembangan teknologi serta industri saat ini diikuti dengan

bertambahnya permintaan dari industri untuk bahan tambang ataupun mineral,

salah satunya yaitu timah. Indonesia sebagai negara penghasil timah terbesar

kedua di dunia memegang peran yang sangat penting dalam perkembangan

teknologi serta industri di dunia.

Timah dibutuhkan oleh masyarakat luas, karena memiliki nilai guna yang

tinggi, terutama pada bidang elektronika. Pada industri elektronik, timah

digunakan sebagai material penyambung logam pada proses solder. Timah juga

banyak digunakan sebagai campuran logam dikarenakan sifatnya yang lunak dan

ringan. Industri makanan juga memiliki ketergantungan pada logam timah, seperti

pada campuran dalam pembungkus makanan yang berbahan dasar plastik.

Tingginya ketergantungan oleh masyarakat akan serta semakin menipisnya

cadangan logam di daratan mengharuskan para perusahaan penambang untuk

memperluas areal penambangan nya hingga ke laut dengan cara proses

pengerukan.

Pengerukan merupakan proses pengambilan tanah atau material dari lokasi

di dasar air, dan memindahkannya ke lokasi lain. Pengerukan dilakukan dengan

menggunakan kapal keruk atau yang sering disebut dredger yang merupakan

kapal dengan peralatan khusus untuk melakukan pengerukan.

Proses pengerukan membutuhkan biaya serta usaha yang sangat tinggi,

sementara itu cadangan energi yang semakin menipis mengharuskan para

engineer untuk menemukan solusi yang tepat, salah satunya yaitu merancang

sistem yang lebih efisien.

Di Indonesia, penambangan timah dilakukan oleh beberapa perusahaan,

salah satunya yaitu PT Timah (Persero) Tbk. Penambangan oleh PT Timah

dilakukan di Kepulauan Bangka dan Kepulauan Riau. Praktik pengambangan oleh

PT Timah dilaksanakan di darat dan di laut. Pada penambangan di laut, PT Timah


memiliki beberapa kapal produksi timah, salah satunya yaitu Kapal Isap Produksi

(KIP).

Kapal Isap Produksi (KIP) merupakan kapal produksi mineral timah yang

menggunakan prinsip Cutter Suction Dredger yang cocok untuk penambangan

titik (spotted). Bagian utama daripada kapal ini adalah cutter sebagai penghancur

tanah, pompa slurry untuk memindahkan material padatan yang bercampur

dengan air laut, dan unit penyaringan yang berguna untuk memisahkan pasir

timah dari campuran campuran yang terdapat pada slurry yang ikut terhisap saat

proses pemindahan material dari dasar laut.

1.2.Perumusan Masalah

Pada proses pengerukan, ternyata didapat masih banyak material logam

timah yang tertinggal di dasar lautan. Hal ini menyebabkan pengerukan masih

harus dilakukan berulang kali di tempat yang sama untuk mendapatkan seluruh

sumber daya logam timah yang berada di dasar laut. Oleh karena itu, diperlukan

kajian yang mendalam mengenai kondisi operasi yang optimal untuk setiap

kedalaman penggalian.

Menurut Penelitian yang dilakukan oleh PT Timah (Persero) Tbk, debit

optimal untuk penambangan dengan metode Cutter Suction Dredger dengan

menggunakan Kapal Isap Produksi 15 adalah sebesar 2500 m3/h clear water

dengan besar presentasi volume padatan (CV) sebesar 28.75%

Pengkajian ini dilakukan untuk memberikan hasil yang lebih baik terhadap

pengoperasian kapal induk produksi yang bekerja dengan sistem cutter suction

dredger pada tekanan 25°, 35°, dan 45°.

1.3.Batasan Masalah

Berdasarkan banyaknya masalah yang dijumpai dalam proses

penambangan timah, maka kajian ini dibatasi hanya pada kajian produksi pasir

timah dengan menggunakan metode cutter suction dredger pada:

1. Kemiringan ladder 25° pada pemakaian baru, bulan pertama, kedua, dan

ketiga.



ketiga.


ketiga.

4. Debit slurry yang setara dengan 2500 m3/h clear water.

1.4.Tujuan Penelitian

1.4.1. Tujuan Umum

Adapun tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kondisi

operasi terbaik yang seharusnya dilakukan saat melakukan penambangan timah

dengan menggunakan cutter suction dredger untuk kedalaman tertentu.

1.4.2. Tujuan khusus

Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:

1. Mencari nilai performansi pompa untuk setiap kondisi pemakaian yang

optimal.

2. Mencari putaran pompa optimal operasi penambangan pasir timah

untuk setiap sudut ladder 25°, 35°, dan 45°.

3. Mencari total head yang timbul apabila padatan yang larut diabaikan.

4. Mencari total head yang timbul dengan padatan yang bercampur pada

aliran fluida.

1.5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Memberi masukan untuk meningkatkan efisiensi dalam proses

penambangan timah dengan menggunakan cutter suction dredger.

2. Memberikan masukan untuk meningkatkan hasil produksi pasir timah

dengan menggunakan sistem cutter suction dredger.


1.6 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah

sebagai berikut:

a. Bab I : Pendahuluan

a. Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang

lingkup pengujian.

b. Bab II : Tinjauan Pustaka

a. Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai

cutter suction dredger, teknik pengoperasian, dan persamaan-

persamaan yang akan digunakan.

c. Bab III : Metodologi Penelitian

a. Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan

pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan

prosedur pengujian.

d. Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian

a. Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap

pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan

dengan memarpakan kedalam bentuk tabel dan grafik.

e. Bab V : Kesimpulan dan Saran

a. Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang

diperoleh.

f. Daftar Pustaka

a. Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun

laporan.

g. Lampiran

a. Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari

pengujian dalam bentuk tabel dan gambar


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Cutter Suction Dredger

Cutter Suction dredger atau yang lebih dikenal dengan kapal isap adalah

kapal yang beroperasi dengan menghisap material yang sudah dihancurkna

terlebih dahulu dari dasar laut melalui pipa panjang. Prisip kerja kapal ini mirip

dengan vacuum cleaner, namun dilengkapi dengan cutter pada ujung ladder yang

berfungsi untuk menghancurkan material dasar laut sebelum akhirnya dihisap oleh

pompa. Cutter Suction dredger tidak dapat beroperasi pada daerah dengan lapisan

tanah yang keras. Biasanya kapal jenis ini beroperasi pada daerah sisa

penambangan kapal keruk dimana pada daerah tersebut lapisan tanah atas

(overburden) sudah hilang dan lapisan tanah yang keras sudah hancur.

Gambar 2.1 Cutter Suction Dredger

(Sumber: Miedma,S.A,2013)

Pada penelitian ini, pengambilan data dilakukan pada Kapal Isap Produksi

milik PT Timah (Persero) Tbk. yang merupakan modifikasi daripada cutter

suction dredger. Kapal ini masih melakukan pengerukan dengan metode yang

sama, hanya saja kapal ini tidak memiliki tiang pancang pada bagian belakang,

sehingga kapal dapat bermanuver dengan bebas saat melakukan proses

pengerukan. Keuntungan daripada cutter suction dredger yang dimodifikasi ini

adalah memungkinkannya dilakukan spot dredging, dimana pengerukan dapat

dilakukan pada suatu area, dan dapat berpindah ke area lain dengan cepat. Cutter


suction dredger bekerja pada area tailing (area sisa penambangan) kapal keruk

bucket wheel atau bucket line sehingga tanah areal penggalian bersifat lembek.

Gambar 2.2 Kapal Isap Produksi

(Sumber: Dokumentasi)

2.1.1 Cara Kerja Cutter Suction Dredger

Setelah ladder diturunkan dibawah air, pompa tanah dihidupkan dan cutter

juga dioperasikan. Ladder kemudian diturunkan hingga mencapai dasar atau

hingga mencapai kedalaman maksimumnya. Kapal kemudian bermanuver sesuai

dengan area pengerukan yang sudah ditentukan sebelumnya. Material kemudian

dihisap dengan menggunakan pompa slurry bersamaan dengan air laut, dibawa

keatas kapal dan kemudian dialirkan ke stasiun pencucian untuk mendapatkan

mineral yang terkandung di dalamnya.

Gambar 2.3 Metode Pengerukan Pada Cutter

(Sumber: Miedma, S. A, 2013)


Proses pengangkutan material padatan (solid) pada cutter suction dredger

mirip seperti vacuum cleaner dimana material padatan (solid) dibawa beserta

dengan fluida sebagai penghantar. Pada kasus ini, fluida penghantar tersebut

adalah air laut. Cutter suction dredger dilengkapi dengan ujung penghancur

berupa cutter yang berguna untuk menghancurkan lapisan tanah atau batu menjadi

ukuran yang lebih kecil sehingga bisa ditransportasikan melaui fluida.

Gambar 2.4 Cara Kerja Cutter Suction Dredger

(Sumber: PT.Timah PerseroTbk)

2.1.2 Komponen Utama Cutter Suction Dredger

a. Cutter

Cutter adalah komponen yang berfungsi sebagai penghancur lapisan

tanah atau batu menjadi dimensi yang lebih kecil sebelum di

transportasikan melalui fluida.

Suction

Cutter


Gambar 2.5 Cutter


b. Ladder

Ladder adalah komponen yang berfungsi sebagai rangka penopang cutter,

mulut isap, pompa slurry, serta jaringan pipa ladder.

Gambar 2.6 Posisi Ladder Pada Cutter Suction Dredger

(Sumber: PT Timah Persero Tbk)

60m

37m

1

6m


c. Mulut Hisap

Mulut hisap atau adalah komponen yang terdapat pada ujung jaringan

pipa ladder sebagai tempat pertama slurry memasuki kapal. Mulut isap

juga dilengkapi dengan dua buah bar di bagian depannya sebagai

penghalang masuknya material dengan ukuran yang terlalu besar.

Gambar 2.7 Mulut Hisap

(Sumber: PT.Timah Persero Tbk)

d. Jaringan Pipa Ladder

Jaringan pipa ladder berfungsi sebagai jalur penghantar slurry dari ujung

mulut isap ke unit penyaringan.

e. Pompa Slurry

Pompa slurry bertugas untuk menyedot material yang sudah dihancurkan

oleh cutter ke dalam kapal bersamaan dengan air laut sebagai fluida

penghantar.

Gambar 2.8 Pompa Slurry



Pada KIP 15, pompa slurry bekerja di dalam laut. Oleh karena itu, pompa

ini dikategorikan sebagai submersible pump. Pompa yang digunakan

memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 2.1 Spesifikasi Pompa Slurry

PUMP

Suction 356 mm

Discharge 305 mm

Max Speed` 700 RPM

IMPELLER

Vanes 4

Vanes Ф 965

Gambar 2.9 Letak Pompa Slurry


Letak motor penggerak pompa ini sendiri terletak di atas permukaan laut.

Motor penggerak dan gearbox pompa dihubungkan oleh poros yang

panjang yang saling dihubungkan dengan sambungan tipe U-Joint.

PUMP


Gambar 2.10 Ilustrasi Shaft Penggerak Pompa

(Sumber: www.learnsolidworks.com)

f. Unit Penyaringan

Unit penyaringan bertugas untuk memisahkan pasir yang mengandung

mineral dari lumpur atau bebatuan yang ikut terbawa dari dasar laut

bersamaan dengan air laut.

2.2 Klasifikasi Fluida

Fluida dapat diklasifikasikan menjadi beberapa bagian, tetapi secara garis

besar fluida dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu :

2.2.1 Fluida Newtonian

Fluida Newtonian adalah suatu jenis fluida yang memiliki kurva shear

stress dan gradient kecepatan yang linier, yang digolongkan ke dalam fluida ini

antara lain: air, udara, ethanol, benzeena,dsb. Jenis fluida Newtonian akan terus

menerus mengalir sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut.

Viscositas akan berubah jika terjadi perubahan temperatur. Dengan kata lain

fluida Newtonian adalah fluida yang mengikuti hukum Newton tentang aliran.

2.2.2 Fluida Non-Newtonian

Fluida Non-Newtonian adalah fluida yang tidak tahan terhadap tegangan

geser, gradient kecepatan dan temperature. Dengan kata lain, kekentalan

(viscosity) merupakan fungsi daripada waktu. Fluida Non-Newtonian ini tidak

mengikuti hukum Newton tentang aliran.


2.3 Slurry

a. Ukuran partikel

Ukuran partikel adalah ukuran presentase partikel slurry dengan

ukuran tertentu. Nilai daripada ukuran partikel ini didapat dengan cara

melakukan screening pada material slurry dengan ukuran mesh tertentu.

Contoh apabila diketahui = 3 mm, berarti 50% partikel dari material slurry

tersebut berdiameter 3 mm atau lebih kecil. Apabila ditunjukkan dalam bentuk

kurva, dapat ditunjukkan seperti pada grafik dibawah ini.

Gambar 2.11 Grafik D vs jumlah

(Sumber: Flygt, 2013)

b. Konsentrasi padatan

Konsentrasi partikel daripada slurry dapat diukur sebagai presentase

volume, , dan juga presentase berat, atau

Gambar 2.12 Ilustrasi dan

(Sumber: Flygt, 2013)

50%

D (mm)

% Jumlah


(2.26)

(2.27)

c. Densitas/Spesific Gravity

1. Solid

Densitas daripada padatan/solid dinyatakan dengan Spesific Gravity. Nilai

daripada Spesific Gravity of Solids ( ) dihitung dengan membagi densitas

padatan dengan densitas air.

2. Air

Densitas air adalah 1000 kg/m³. Nilai specific gravity air pada 20°C adalah

seebesar 1.

3. Slurry

Spesific Gravity daripada slurry dapat ditentukan dengan menggunakan

nomogram dibawah ini,

Gambar 2.13 Nomogram Specific Gravity Mixture

(Sumber:Flygt, Slurry Handbook)

Specific gravity untuk mixture dapat juga dihitung dengan menggunakan

rumus berikut:

= 1 + ( -1)

Atau

=

Dimana :


= Spesific Gravity slurry

= Spesific Gravity solid

= Concentration of solids by volume

= Concentration of solids by weight

Slurry sendiri dapat dibagi menjadi 2 tipe, yaitu settling (mengendap) dan

nonsettling (tidak mengendap).

1 Slurry Tidak mengendap (Non Settling Slurry)

Slurry yang tidak mengendap terjadi pada campuran yang

homogen. Ukuran partikel dari tipe ini adalah dibawah 60 – 100 μm. Jadi,

slurry tidak mengendap dapat didefinisikan sebagai campuran homogeny,

dimana campuran antara solid dan liquidnya terdistribusi secara merata.

Gambar 2.14 Campuran Homogen dalam Pipa

(Sumber: Flygt, Slurry Handbook)

2 Slurry Mengendap (Settling Slurry)

Ukuran diameter partikel daripada slurry mengendap adalah lebih

besar dari 100 μm. Slurry dengan campuran Pseudo-homogen atau slury

yang menyebar tetapi konsentrasi tetap lebih besar pada bagian bawah,

atau campuran heterogen yang sebagian atau seluruhnya berada di lapisan

bawah pipa.


Gambar 2.15 Settling Slury pada pipa


d. Sifat Slurry Menurut Dimensi Partikel dan Kecepatan Perpindahan

Pada kecepatan alir yang tinggi, dan diameter partikel kecil, slurry dalam

pipa akan menyebar dan tidak ada slurry yang mengendap atau

bergesekan secara signifikan dengan dinding pipa. Slurry dalam keadaan

ini akan bersifat Pseudohomogen. Ketika ukuran partikel lebih besar dan

kecepatan alir lebih rendah, maka partikel akan cenderung untuk

terkonsentrasi pada dasar pipa, atau terjadi kontak gesekan secara

langsung. Slurry dalam keadaan ini akan bersifat heterogen.

Gambar 2.16 Slurry Pada Pipa Dalam Berbagai Keadaan


Pada keadaan kecepatan alir yang rendah dan ukuran partikel yang besar,

slurry akan cenderung untuk mengendap di dasar pipa. Hal ini akan

mengakibatkan terjadinya gesekan terus menerus yang dapat menggerus

lapisan pipa.


(2.2)

(2.3)

(2.1)

2.4 Kapasitas dan Kecepatan Aliran Fluida

Dalam menganalisa fenomena mekanika fluida, penentuan kecepatan di

sejumlah titik pada aliran fluida sangat penting karena memungkinkan untuk

membantu dalam menentukan besarnya kapasitas aliran fluida.

Gambar 2.17 Aliran pada penampang 1 dan penampang 2

(Sumber: Bruce, R.Munson. 2002)

Kapasitas aliran untuk fluida incompressible dinyatakan sebagai laju aliran

volume, berat, dan massa dalam persamaan:

Untuk aliran steady laju aliran massa adalah konstan pada setiap titik. Apabila

kerapatannya konstan maka :

Dimana:

Q = Laju aliran volume fluida (m3/s)

A = Luas penampang aliran (m2)

V = Kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

Dimana:

W = Laju aliran berat fluida (N/s)

= Berat jenis fluida (N/m3)

dan


(2.4)

(2.5)

(2.6)

Dimana:

M = Laju aliran massa fluida (kg/s)

= Massa jenis fluida (kg/m3)

= Berat jenis fluida (N/m3)

2.5 Persamaan Energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan

maupun dimusnahkan. Dalam menganalisa fenomena pada mekanika fluida,

analisa energi potensial dan energi kinetik pada fluida sangat diperlukan. Energi

potensial meunjukkan energi yang dimiliki fluida pada ketinggian tertentu. Energi

potensial dirumuskan sebagai berikut:

atau

Dimana :

Energi potensial fluida (J)

Massa fluida (kg)

Ketinggian Fluida (m)

Berat fluida (N)

Energi kinetik menunjukkan energi yang dimiliki oleh fluida akibat

pengaruh kecepatan yang terjadi padanya. Energi kinetic dirumuskan sebagai

berikut:

Dimana :

energi kinetik fluida (J)

kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

2.6 Aliran Laminar dan Turbulen


(2.7)

(2.8)

Aliran fluida dikatakan laminar apabila jika partikel-partikel fluida yang

bergerak teratur mengikuti lintasan yang sejajar pipa. Aliran fluida dikatakan

turbulen apabila tiap partikel fluida bergerak mengikuti lintasan sembarang di

sepanjang pipa dan hanya gerakan rata-rata saja yang mengikuti sumbu pipa. Dari

eksperimen, didapat bahwa koefisien gesekan pipa silindris merupakan fungsi dari

bilangan Reynolds, sehingga penentuan jenis aliran fluida sangat bergantung pada

nilai bilangan Reynolds. Nilai bilangan Reynolds dapat dihitung menggunakan

persamaan:

Dimana :

Re = Bilangan Reynolds

ρ = Massa Jenis Fluida (kg/m3)

V = Kecepatan rata-rata aliran fluida (m/s)

μ = Viskositas absolut fluida (Pa.s)

D = Diameter pipa

Aliran dikatakan laminar untuk nilai Re 2300. Aliran dikatakan turbulen

apabila Re 4000. Sedangkan untuk 2300 < Re < 4000, disebut sebagai daerah

transisi, dimana aliran dapat berupa aliran laminar dan turbulen.

2.7 Kerugian Head

2.7.1. Kerugian Head Mayor

1. Persamaan Darcy – Weisbach

Di dalam mekanika fluida, persamaan darcy-weisbach dapat digunakan

untuk menghitung kerugian head (head losses) atau kehilangan tekanan

akibat gesekan di sepanjang pipa lurus terhadap kecepatan aliran rata-rata.

Kerugian head untuk sepanjang pipa lurus disebut dengan kerugian mayor

(major losses). Persamaan tersebut adalah sebagai berikut:

Dimana:


(2.9)

Koefisien gesekan

L = Panjang pipa (m)

= Diameter hidraulik pipa (m)

V = Kecepatan rata-rata aliran fluida ( ⁄

Percepatan gravitasi = 9,81 ⁄

Untuk aliran laminar (Re 2300), koefisien gesekan dapat dicari dengan

menggunakan persamaan berikut:

Sedangkan untuk aliran turbulen (Re 4000), harga f didapat dari diagram

Moody sebagai fungsi dari bilangan Reynolds dan kekasaran relatif yang

nilainya dapat dilihat pada grafik sebagai fungsi dari nominal diameter pipa

dan kekasaran permukaan dalam pipa (ε) tergantung dari jenis material pipa.

Tabel 2.2 Nilai kekasaran dinding untuk berbagai pipa komersil

Bahan Kekasaran

ft m

Riveted Steel 0.003-0.03 0.0009-0.009

Concrete 0.001-0.01 0.0003-0.003

Wood Stave 0.0006-0.003 0.0002-0.009

Cast Iron 0.00085 0.00026

Galvanized Iron 0.0005 0.00015

Asphalted Cast Iron 0.0004 0.0001

Comercial Steel or Wrought Iron 0.00015 0.000046

Drawn Brass or Copper Tubing 0.000005 0.0000015

Glass and Plastic “Smooth” “Smooth”

Rubber 0.0005 0.00015

(Sumber: Munsin,Young & Okiishi. Mekanika Fluida, 2003)


(2.10)

Kemudian koefisien kekasaran dicari dengan menggunakan diagram moody

sebagai berikut:

Gambar 2.18 Diagram Moody

(Sumber: Bruce, R.Munson. 2002)

2. Persamaan Hazen – Williams

Persamaan Hazen-Williams umumnya digunakan untung menghitung

kerugian head pada pipa yang sangat panjang. Bentuk umum persamaan

tersebut yaitu :

Dimana:

Laju aliran fluida dalam pipa (m3/s)

Panjang pipa (m)

D = Diameter pipa (m)

Koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams

Dibawah ini adalah tabel dari nilai koefisien kekasaran pipa Hazen-

Williams.

Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa Hazen-Williams

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000

f

Re

Moody diagram. f = f(Re, Rrel)

0.020.010,00750.00500.0030.0010.00050.00010.00050.000010.0000050.000001


(2.12)

(2.12)

Extremely smooth and straight pipes 140

New Steel or Cast Iron 130

Wood; Concrete 120

New Riveted Steel; vitrified 110

Old Cast Iron 100

Very Old and corroded cast iron 80

(Sumber: Munsin,Young & Okiishi. Mekanika Fluida, 2003)

2.7.2.Kerugian Head Minor

Ketika fluida mengalir melalui sebuah komponen tertentu seperti

katup ,belokan pada pipa, pembesaran dan pengecilan pipa secara tiba-tiba

dan berbentuk kerucut, percabangan pipa, nosel, serta jalur masuk dan

keluar pipa. Fluida tersebut akan mengalami kehilangan energi mekanik

tambahan ketika melewati komponen tersebut yang menyebabkan

bertambahnya nilai head loss. Kerugian-kerugian head akibat komponen

selain pipa lurus ini disebut dengan kerugian minor (minor losses). Kerugian

head minor dapat ditentukan dengan menentukan koefisien kerugian head

minor, K yang didefinisikan sebagai berikut:

atau

Dimana:

Head minor (m)

Perubahan tekanan (Pa)

Koefisien kerugian head minor


(2.13)

Nilai K untuk setiap komponen adalah berbeda, dibawah ini adalah rumus-

rumus yang digunakan untuk menghitung koefisien kerugian pada tiap

fiting. Adapun beberapa nilai koefisien didapat dari hasil eksperimen.

a. Koefisien kerugian pada mulut hisap

Gambar 2.19 Berbagai bentuk ujung masuk pipa

(Sumber: White, Frank M, 2009)

Dengan nilai masing-masing:

(i) K = 0.5

(ii) K = 0.25

(iii) K = 0.06

(iv) K = 0.56

(v) K = 3.0 (untuk sudut tajam) sampai 1.3 (untuk sudut 45)

(vi) K ditentukan dengan rumus :

Dimana adalah koefisien bentuk dari ujung masuk dan

mengambil harga (i) sampai (v) sesuai dengan bentuk yang dipakai.

b. Koefisien kerugian mulut lonceng atau corong pada pipa hisap

Nilai koefisien kerugian pada mulut hisap dapat dilihat pada gambar

dibawah.


(2.14)

Gambar 2.14 Mulut lonceng dan corong pada pipa hisap


c. Koefisien kerugian pada belokan pipa

Belokan pada pipa menghasilkan nilai kerugian head yang lebih besar

daripada pipa lurus. Ada 2 macam belokan pipa, yaitu belokan lengkung

atau belokan patah. Untuk belokan lengkung digunakan rumus Fuller

(Sularso,1983) dimana nilai dari koefisien kerugian dinyatakan sebagai :

[ (

)

] (

)

Dimana :

K = koefisien kerugian belokan

R = jari – jari belokan pipa (m)

D = diameter pipa (m)

= sudut belokan (derajat)

d. Koefisien kerugian pada belokan 90

Untuk belokan pipa 90° digunakan grafik dibawah ini :

Gambar 2.20 Grafik K vs R/D pada belokan 90 (Sumber: White, Frank M, 2009)


Dimana :

K = koefisien kerugian belokan 90°

= bilangan reynold

D = diameter belokan (m)

ɛ = kekasaran (m)

e. Koefisien kerugian pada pengecilan bertahap

Gambar 2.21 Pengecilan Bertahap


Untuk mencari nilai koefisien kerugian pada pembesaran bertahap, digunakan

gambar dibawah ini :

Tabel 2.4 Tabel nilai K pada pengecilan bertahap

Angle of Cone θ

2° 6° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 60°

1.1 0.01 0.01 0.03 0.05 0.10 0.13 0.16 0.18 0.19 0.20 0.21 0.23

1.2 0.02 0.02 0.04 0.09 0.16 0.21 0.25 0.29 0.31 0.33 0.35 0.37

1.4 0.02 0.03 0.06 0.12 0.23 0.30 0.36 0.41 0.44 0.47 0.50 0.53

1.6 0.03 0.04 0.07 0.14 0.26 0.35 0.42 0.47 0.51 0.54 0.57 0.61

1.8 0.03 0.04 0.07 0.15 0.28 0.37 0.44 0.50 0.54 0.58 0.61 0.65

2.0 0.03 0.04 0.07 0.16 0.29 0.38 0.46 0.52 0.56 0.60 0.63 0.68

2.5 0.03 0.04 0.08 0.16 0.30 0.39 0.48 0.54 0.58 0.62 0.65 0.70

3.0 0.03 0.04 0.08 0.16 0.31 0.40 0.48 0.55 0.59 0.63 0.66 0.71

0.03 0.05 0.08 0.16 0.31 0.40 0.49 0.56 0.60 0.64 0.67 0.72


A0

A1

Ө


𝐷 𝐷

f. Koefisien kerugian pada pembesaran bertahap

Gambar 2.23 Pembesaran Bertahap


Untuk mencari nilai koefisien kerugian pada pembesaran bertahap,

digunakan grafik pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.24 Grafik



(2.15)

g. Koefisien kerugian pada percabangan tertutup

Koefisien kerugian pada percabangan tertutup dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 3-K sebagai berikut:

(

)

Dimana:

Nilai dan dan dapat diketahui dari tabel dibawah ini:

Tabel 2.5 Niai K1 K2 dan K3

Valve or Fitting K1 K2 K3

Elbow 90; threaded, standard r/D = 1 800 0.14 4.0

Elbow 90; threaded, long radius r/D= 1.5 800 0.071 4.2

Elbow 90; flanged, butt welded r/D = 1 800 0.091 4.0

Elbow 90; flanged butt welded r/D = 2 800 0.056 3.9


Elbow 90; flanged butt welded r/D = 6 800 0.0075 4.2

Elbow 45; threaded. standard r/D = 1 500 0.071 4.2

Elbow 180; threaded, close return bend r/D = 1 1000 0.23 4.0


Tee; threaded, through branch (as

elbow)

r/D = 1 500 0.274 4.0

Tee; threaded, through branch (as

elbow)

r/D =

1.5

800 0.14 4.0

Tee; flanged/welded, through branch (as

elbow)

r/D = 1 800 0.28 4.0

Tee; threaded, run through r/D = 1 200 0.091 4.0

Tee; flanged/welded, run through r/D = 1 150 0.017 4.0

Sumber: Darby R., 2001


h. Koefisien kerugian pada elbow 90°

Koefisien kerugian pada elbow 90° dapat dihitung menggunakan rumus

(2.15), kemudian Nilai dan diketahui dari tabel berikut:

Tabel 2.5 Tabel Nilai K

Fitting Type

Tee, used as elbow

Screwed, SR (R/D = 1) 500 0.7

Screwed, LR 800 0.4

Flanged/Welded,SR (R/D

= 1) 800 0.8

Stub-in type Branch 1000 1

Tee, Run Through

Screwed 200 0.1

Flanged/Welded 150 0.05

Stub-in type Branch 100 0

Valves, Gate/Ball/Plug

Full Line Size, Beta = 1 300 0.1

Reduced Trim, Beta=0.9 500 0.15

Reduced Trim, Beta= 0.8 1000 0.25

Valves

Globe, Standard 1500 4

Globe, Angle 1000 2

Diaphragm, dam type 1000 2

Butterfly 800 0.25

Sumber : Darby R., 2001

2.8 Persamaan Bernoulli

Berdasarkan dengan hukum kekekalan energi, energi total pada suatu titik

di fluida akan sama dengan total energi pada titik lain di sepanjang aliran fluida

tersebut.


(2.16)

Gambar 2.25 Ilustrasi aliran fluida menurut Bernoulli

(Sumber: Elger, Crowe, Williams, and Roberson, 2009)

Hal ini akan berlaku selama tidak ada penambajan energi ke fluida. Konsep

ini dapat dinyatakan ke dalam bentuk persamaan yang kemudian dikenal dengan

persamaan Bernoulli, yaitu:

Dimana:

P1 dan P2 = tekanan pada titik 1 dan 2 (Pa)

V1 dan V2 = kecepatan aliran pada titik 1 dan 2 (m2/s)

Z1 dan Z2 = perbedaan ketinggian antara titik 1 dan 2 (m)

γ = berat jenis fluida (N/m3)

g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

Persamaan diatas adalah asumsi jika tidak ada kehilangan energi antara dua

titik yang terdapat dalam aliran tersebut, namun dalam kenyataanya, karena

adanya gesekan antara fluida dan dinding pipa,maka akan menimbulkan head

losses yang terjadi antara dua titik. Jika head losses ini dinotasikan sebagai ,

maka persamaan Bernoulli di atas dapat ditulis menjadi sebuah persamaan baru

sebagai berikut:


(2.17)

Persamaan diatas dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak

permasalahan dalam mekanika fluida, terutama untuk fluida inkompresibel tanpa

adanya penambahan panas atau energi yang diambil dari fluida.

2.9 Head Ratio

Untuk menghitung head pada fluida Non-Newtonian, diperlukan metode

khusus, salah satunya yaitu dengan menggunakan Head Ratio (Weir Slurry

Pumping Manual, 2009). Head Ratio (HR) dan Efficiency Ratio (ER) adalah

konstanta yang digunakan untuk menentukan head aktual serta efisiensi aktual

yang terjadi pada suatu sistem pemipaan dengan fluida kerja slurry. HR dan ER

berupa konstanta pembagi total head yang sudah dihitung dengan menggunakan

medium fluida berupa air tanpa campuran padatan. Menurut Warman dalam

Slurry Pumping Handbook, nilai HR dan ER ditentukan dengan menggunakan

grafik seperti dibawah ini.

Gambar 2.26 Grafik HR dan ER

(Sumber: Metso Minerals, 2012)


(2.19)

(2.23)

(2.18)

Sehingga total head aktual pada suatu sistem pemipaan dapat dirumuskan sebagai

berikut:

Dimana:

= Total Head untuk fluida slurry (m)

= Total Head untuk fluida air (m)

HR = Head Ratio

d50 = Ukuran Partikel rata-rata (mm)

DI = Diameter Impeler (mm)

SGs = Specific Gravity Padatan

Efisiensi pompa aktual juga dapat ditentukan dengan menggunakan rumus

berikut:

Dimana:

Efisiensi Pompa untuk fluida slurry

Efisiensi Pompa untuk fluida air

ER = Efficiency Ratio

2.10 Massa Jenis Slurry

Massa jenis slurry atau campuran dipengaruhi oleh massa jenis fluida

pembawa, massa jenis partikel padatan, dan konsentrasi padatan dalam fluida.

Konsentrasi padatan ditunjukkan dengan menggunakan persen massa. Massa jenis

slurry ditentukan dengan menggunakan persamaan:

Konsentrasi padatan berdasarkan volume (CV) dalam persen ditunjukkan oleh

persamaan berikut:


(2.24)

(2.25)

(2.28)

Konsentrasi padatan berdasarkan massa (CW) dalam persen ditunjukkan oleh

persamaan berikut:

Dimana:

konsentrasi padatan berdasarkan massa dalam persen

konsentrasi padatan berdasarkan volume dalam persen

massa jenis campuran atau slurry (kg/m3)

massa jenis fluida pembawa (kg/m3)

massa jenis partikel padatan (kg/m3)

2.14 Diameter Hidraulik

Untuk pipa dengan penampang non sirkular, perhitungan menggunakan diameter

hidraulik. Diameter hidraulik dihitung dengan menggunakan persamaan:

Dimana:

= Diameter hidraulik (mm)

= Luas area penampang pipa (mm2)

= Wet Perimeter (mm)


BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

3.1.1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Kapal Induk Produksi milik PT Timah

(Persero) Tbk yang sedang beroperasi di perairan Air Kantung, Sungailiat,

Provinsi Bangka Belitung dan dilanjutkan di Gedung Perkuliahan Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Gambar.3.1 Kapal Induk Produksi.


3.1.2. Waktu Pelaksanaan

Penelitian ini dilaksanakan selama 3 yaitu dari Februari 2016 sampai April

2016. Hal itu sudah termasuk penyediaan bahan dan pengolahan data hasil

penelitian.


3.2. Bahan dan Alat

3.2.1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Slurry

Slurry yang digunakan dalam penelitian ini adalah slurry yang mengalir

pada proses penambangan timah di Kapal Induk Produksi milik PT

Timah (Persero) Tbk. Slurry ini juga mengandung logam timah di

dalamnya.

3.2.2. Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Radio-active density transducer

Alat ini digunakan untuk mengukur massa jenis fluida yang mengalir di

sepanjang pipa ladder. Alat ini juga dapat mengetahui intensitas

kandungan padatan pada fluida. Alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Radio-active density transducer


3.3. Prosedur Penelitian

3.3.1. Studi Literatur

Studi literatur dilakukan dengan mencari data-data yang berkaitan dengan

cutter suction dredger dimulai dengan data desain pada Kapal Induk

Produksi milik PT Timah (Persero) Tbk beserta dengan spesifikasi mesin

yang digunakannya.


3.3.2 Pengumpulan Data

Pengumpulan data yang digunakan meliputi beberapa langkah, antara lain:

a. Observasi

Melakukan pengamatan serta pengambilan data dengan cara mininjau

langsung ke lapangan serta melihat objek yang diteiti secara langsung,

mulai dari proses, langkah, dan lingkungan kerja sehingga akan

diperoleh data yang sistematis dan sesuai dengan tujuan yang

diharapkan. Pengambilan data juga dilakukan dengan cara mengukur

secara langsung dimensi komponen yang tidak terlampir dalam data

kapal. Dalam proses pengumpulan data dengan observasi, pengambilan

data dilakukan dengan survey langsung ke Pelabuhan Air Kantung PT

Timah (Persero) Tbk. Adapun data-data yang dibutuhkan adalah

sebagai berikut:

1. Spesifikasi Pompa

2. Dimensi Kapal

3. Dimensi Pipa Ladder

4. Jenis Material Pipa Ladder

5. Sistem Pemipaan Ladder

Pengambilan data berdasarkan kerja dilakukan pada kondisi yang

sudah ditentukan.

b. Riset Pustaka

Pengumpulan data-data yang diperoleh dari buku-buku referensi

diberbagai tempat dan sumber-sumber yang ada kaitannya dengan

objek yang diteliti yang nantinya berguna untuk mengembangkan

hasil interview dan observasi.


c. Interview

Interview dilakukan melalui wawancara secara langsung kepada

nahkoda atau anak buah kapal yang bekerja dengan perusahaan untuk

memperoleh data yang dibutuhkan.

Adapun data-data dan notasi yang didapatkan dalam melakukan

penelitian ini adalah :

Tabel 3.1 Data Instalasi Pipa

Unit Sistem Jenis Data Nilai Notasi Satuan

Instalasi

Pipa

Panjang Pipa Terlampir m

Diameter Pipa Terlampir d mm

Faktor k Pipa Terlampir k -

Jumlah Section Terlampir - -

Tabel 3.2 Data Instalasi Pompa


Pompa

Diameter Impeler Terlampir mm

Debit Fluida Terlampir Q m3/s

Letak Pompa Terlampir Z m

Tabel 3.3 Data Sifat Slurry


Slurry

Specific Gravity Terlampir -

Diameter Butir Terlampir D50 mm


3.4. Variabel Penelitian

Variabel-variabel dalam penelitian ini terdiri dari:

3.4.1 Variabel bebas

1. Sudut kemiringan ladder 25°



4. Pemakaian baru.

5. Pemakaian 1 bulan

6. Pemakaian 2 bulan

7. Pemakaian 3 bulan.

3.4.2 Variabel terikat

1. Kondisi operasi yang optimal pada sudut kemeringan ladder 25°



3.5 Analisa Data

Setelah mendapatkan data-data yang dibutuhkan, barulah kemudian dilakukan

analisa dari data yang didapat sesuai dengan studi literatur yang sudah dibuat.

Dari data-data yang didapat, kemudian dianalisa putaran mesin pompa yang

optimal untuk setiap kedalaman ladder yang ditentukan sebelumnya.


3.6 Kerangka Konsep Penelitian

Gambar 3.3 Alur pengerjaan skripsi

Survey

Analisa data

Menghitung head pada sistem pemipaan

ladder

Menghitung pengaruh slurry terhadap

performansi pompa

Menentukan nilai performansi pompa

Menentukan kondisi operasi optimal pompa

Hasil

Kesimpulan

Selesai

Ya

Tidak

Start

Pengambilan Data

Studi Literatur


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pembagian Area Perhitungan

Gambar 4.1 Skema Sistem Pemipaan KIP 15


Untuk memudahkan perhitungan, sistem pemipaan pada KIP 15 dibagi atas 5

bagian yang mempunyai karakteristik yang berbeda.

4.1.1 Section 1

Gambar 4.2 Section 1


Section 5

Section 4 Section 3 Section 2 Section 1


Section 1 adalah bagian terdepan dari sistem pemipaaan pada KIP 15 yang

dimulai dari mulut hisap hingga mencapai pompa. Pipa pada section 1 memiliki

karakteristik sebagai berikut

Tabel 4.1 Spesifikasi Pipa Section 1

Bahan Pipa S275JR

Panjang Pipa 10142 mm

Standar Pipa ASTM Schedule 80

Do 355.6 mm

Di 317.5 mm


4.1.2 Section 2




Bahan Pipa HDPE


Standar Pipa ASTM D3035

Do 355.6 mm

Di 276.5 mm



4.1.3 Section 3




Bahan Pipa S275JR



Do 355.6 mm

Di 317.5 mm


4.1.4 Section 4





Bahan Pipa Rubber


Standar Pipa -

Do 406 mm

Di 355.6 mm


4.1.5 Section 5




Bahan Pipa S275JR



Do 355.6 mm

Di 317.5 mm



4.2 Perubahan Dimensi Penampang Pipa

Dikarenakan material slurry yang sangat abrasif, laju pengikisan pipa sangatlah

tinggi. Pengikisan terjadi pada pipa dengan material baja. Berikut ini adalah data

pengikisan pipa yang terjadi pada pipa baja.

Tabel 4.6 Data Pengikisan Pipa

No. Tanggal Pengukuran Tebal Pengikisan (mm) Pemakaian

(Bulan)

1. 13 Maret 2016 0 0

2. 16 Maret 2016 13.36 1

3. 16 Maret 2016 13.30 2

4. 30 Maret 2016 13.32 3

PT Timah mememutar pipa sebesar 120° setiap bulannya untuk memindahkan

daerah dinding pipa yang menipis sehingga tidak terjadi kebocoran pada pipa. Hal

ini dilakukan untuk menghemat biaya penggantian pipa. Pipa akan diganti setelah

pemakaian selama 3 bulan.

(a) (b) (c)

Gambar 4.7 Ilustrasi pengikisan pipa pada bulan pertama (a), kedua (b),

dan ketiga (c)

Akibat perubahan diameter pipa, maka luas penampang pipa juga akan berubah

setiap bulannya. Penampang pipa juga berubah menjadi penampang non sirkular,

oleh karena itu perhitungan selanjutnya akan menggunakan diameter hidraulik

(Dh). Untuk kasus ini, nilai P dan luas area dihitung dengan menggunakan


software AUTOCAD 2013. Pada pemakaian 1 bulan, nilai P adalah 1.001 m dan

luas area sebesar 0.0796 m2, maka diameter hidraulik dapat menggunakan rumus

berikut:

Dengan mengsubtitusikan nilai D dan P untuk pemakaian bulan 1, maka didapat

nilai sebagai berikut:

Perhitungan dilanjutkan untuk pemakaian bulan ke 2, dan 3 sehingga didapat

untuk setiap bulan pemakaian sebagai berikut:

Tabel 4.7 Dimensi penampang pipa baja untuk pemakaian setiap bulan

Bulan

0 1 2 3

A (m2) 0.079173 0.079627 0.08256 0.0854

P (m) 0.9974 1.0012 1.0206 1.0412

Dh (mm) 317.5 318.24 323.534 328.745

4.3 Perhitungan Kecepatan fluida

Kapasitas fluida slurry yang diharapkan setara dengan 2500 m3/h Clear Water.

Untuk menghitung nilai head, diperlukan debit campuran yang dapat dihitung

sebagai berikut:

Dimana:

= Debit Slurry

= Massa Jenis Slurry =

⁄

= Debit Air =

⁄


= Massa Jenis Air =

⁄

Kemudian, dicari nilai debit slurry dengan mengsubtitusikan nilai diatas ke dalam

rumus berikut:

⁄

⁄

Setelah didapat debit slurry, dapat dihitung kecepatan fluida untuk tiap pipa pada

sistem. Untuk pipa pada Section 1, kecepatan slurry dihitung dengan

menggunakan rumus kecepatan fluida sebagai berikut:

⁄

V = 5.9616 m/s

Kemudian dilakukan perhitungan kecepatan fluida untuk tiap section dalam tiap

bulan pemakaian, sehingga didapat hasil kecepatan fluida sebagai berikut:

Tabel 4.8 Hasil perhitungan kecepatan fluida

BULAN 0

Section Q(m3/s) A(m

2) V(m/s)

1 0.07917 5.9616

2 0.06004 7.8607

3 0.07917 5.9616

4 0.09931 4.7525

5 0.07917 5.9616


Lanjutan Tabel 4.8

BULAN 1

Section A(m2) V(m/s)

1 0.079627 5.9382

2 0.06004 7.8607

3 0.079627 5.9382

4 0.09931 4.7525

5 0.079627 5.9382

BULAN 2

Section Q(m3/s) A(m

2) V(m/s)

1 0.08256 5.7413

2 0.06004 7.8607

3 0.08256 5.7413

4 0.09931 4.7525

5 0.08256 5.7413

BULAN 3

Section Q(m3/s) A(m

2) V(m/s)

1 0.0854 5.5607

2 0.06004 7.8607

3 0.0854 5.5607

4 0.09931 4.7525

5 0.0854 5.5607


4.4 Perhitungan Kedalaman Penggalian

Gambar 4.8 Skema perubahan kedalaman gali untuk setiap variasi sudut gali


Gambar 4.9 Detail posisi pipa pada ladder


Diketahui:

Jarak Permukaan Laut ke Center of Rotation = ZSEA = 3560 mm

Jarak Center of Rotation ke pipa hisap = LLAD = 52844 mm

Beda ketinggian pipa hisap dengan Center of Rotation = ZLAD = 160 mm

Panjang pipa hisap = LSUC = 4000 mm

Sudut pipa hisap = θSUC = 11°


Maka dapat dihitung kedalaman galian (Z) sebagai fungsi sudut gali (θ) yaitu:

Kemudian dihitung kedalaman gali untuk setiap sudut pengalian dengan

mengsubtitusikan sudut gali (θ) kedalam fungsi di atas.

Tabel 4.9 Kedalaman gali

θ Z (mm)

25 21123.980

35 29627.432

45 37122.501

4.5 Perhitungan Kerugian Head Minor

Kerugian head minor merupakan kerugian pada sistem perpipaan yang

diakibatkan oleh komponen-komponen sistem perpipaan yang dilalui oleh fluida

kerja.Untuk mendapatkan nilai kerugian head minor diperlukan beberapa

parameter seperti K (koefisien gesekan) pada fitting atau panjang ekuivalen,

kecepatan aliran, diameter dan percepatan gravitasi. Nilai K untuk setiap

komponen adalah berbeda, oleh karena itu, dilakukan perhitungan khusus nilai K

untuk setiap komponen.

a. Koefisien kerugian pada ujung masuk corong pipa hisap (K1)

Gambar 4.10 Ujung masuk pipa hisap



Berdasarkan table dalam buku Frank. M White, nilai koefisien kerugian

untuk mulut lonceng atau corong pada pipa hisap adalah 0,4.

b. Koefisien kerugian pada belokan tajam pada pipa (K2)

Diketahui : = 11°

Gambar 4.11 Belokan pipa K2


Tabel 4.10 Koefisien kerugian belokan tajam pada pipa

f

5° 10° 15° 22,5° 30° 45° 60° 90°

Halus 0,016 0,034 0,042 0,066 0,130 0,236 0,471 1,129

Kasar 0,024 0,044 0,062 0,154 0,165 0,320 0,684 1,265

(Sumber: Frank M White, 2009)

Untuk mengetahui nilai koefisien kerugian pada belokan tajam, dengan sudut

kemiringan pipa 11°, digunakan interpolasi antara sudut 10° dan 15°. Didapatlah

nilai k sebesar 0,0476.

c. Koefisien kerugian pada percabangan tertutup (K3)

Gambar 4.12 Percabangan tertutup


Menurut Darby (2001), koefisien kerugian pada percabangan tertutup

dapat dihitung dengam menggunakan metode 3-K seperti berikut:


(

)

Diketahui: D = 317,5 mm = 0.3175 m

= 9,98. Pa.s

v = 5.5607 m/s

Bilangan Reynold dapat dihitung sebagai berikut:

Dengan mensubtitusikan nilai persamaan diatas, maka didapat nilai bilangan

Reynolds sebagai berikut:

=

= 1831735

Nilai K1, K2, dan K3 didapat pada tabel 3-K Equation dengan nilai secara

berurutan sebagai berikut 150, 0.017, dan 4,0. Maka dapat dihitung nilai K

sebagai berikut:

(

)

Dikarenakan adanya perubahan diameter dan kecepatan untuk pemakaian setiap

bulannya, maka dihitung nilai K tiap bulannya sebagai berikut:

Tabel 4.11 Nilai K pada Komponen K3

Bulan Re D (m) K

0 1268156 0.3175 0.1130

1 1265669 0.3181 0.1129

2 1244506 0.3235 0.1128

3 1224779 0.3287 0.1127


d. Koefisien kerugian pada elbow 90° (K4)

Gambar 4.13 Belokan Pipa K4


Koefisien kerugian pada belokan dapat dihitung dengan menggunakan grafik

kerugian elbow. Oleh karena itu, dicari terlebih dahulu nilai

dan

sebagai

berikut:

=

=

=

= 0.00145 (Commercial Steel )Dari grafik, nilai

antara angka 1 dan

1,5 (range 11 mm), dengan menggunakan interpolasi, maka didapat 1,02 berada

pada 0,44 mm. Pada grafik, nilai

berada diantara 0,001 dan 0,002 (range 8 mm),

dengan menggunakan interpolasi, didapat nilai 0,00145 berada pada 3,6 mm.

Gambar 4.14 Grafik Kerugian Elbow



Dari grafik k didapat diantara 0,4 dan 0,6 (range 10 mm), apabila diukur, nilai k

berada di jarak 1,5 mm dari angka 0,4. Dengan menggunakan interpolasi, didapat

nilai K sebesar 0,43.

e. Koefisien kerugian pada belokan pipa (K5 dan K6)

Diketahui:

R = 500 mm

= 84°

Gambar 4.15 Belokan Pipa K5 dan K6


Nilai koefisien kerugian pada belokan didapat dengan menggunakan rumus

kerugian komponen belokan sebagai berikut:

[ (

)

] (

)

Dengan mensubtitusikan nilai komponen pipa, didapat nilai K sebagai berikut:

K = * (

) + (

)

= 0.1311

f. Koefisien kerugian pada belokan pipa (K7 dan K8)


Diketahui:

R = 500 mm

= 21°

= 317, 5 mm

Gambar 4.16 Belokan Pipa K7 dan K8



belokan pipa sebagai berikut:

[ (

)

] (

)

Kemudian dengan mensubtitusikan nilai pada komponen pipa K7 dan K8, didapat:

K7 = K8 = *

+ (

)

= 0.312

g. Koefisien gesekan pada pelebaran diameter (K9)


Pada bagian pergantian pipa dari section 3 ke section 4, terjadi pelebaran

diameter dari 317.5 mm menjadi 355.6 mm.

Gambar 4.17 Pelebaran diameter pipa K9


Koefisien gesekan untuk pelebaran diameter dihitung dengan menggunakan grafik

kerugian untuk komponen pembesaran diameter pipa.

Diketahui :

D = 355.6 mm

d = 317.5 mm

Untuk menggunakan grafik kerugian komponen, dihitung terlebih dahulu nilai

sebagai berikut:

Setelah didapat nilai

, dicari nilai K dengan mencocokkan ke grafik sebagai

berikut:


Gambar 4.18 Grafik perhitungan koefisian gesek K9


Berdasarkan perhitungan pada Gambar 4.18, maka didapat nilai K9 sebesar 0.05

h. Koefisien kerugian pada rubber (K10-13)

Diketahui : = 355,6 mm

Gambar 4.19 Pipa Rubber K10-13



Pipa Rubber ini terNilai K dihitung dengan menentukan terlebih dahulu nilai rata

rata R dan dengan cara membagi daerah rubber menjadi 4 bagian sama sudut,

seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 4.20 Pembagian sudut dan radius pipa rubber


Masing-masing area pembagian dihitung menggunakan radius rata-rata dengan

menggunakan persamaan berikut:

=

Dengan mensubtitusikan karakteristik tiap belokan, didapat jari-jari rata-rata

setiap belokan sebagai berikut:

=

= 2175 mm

=

= 2325 mm

=

= 2475 mm

=

= 2625 mm

2700mm

2550mm

2400mm

2250mm

2100mm

°

°


Maka, nilai K untuk setiap radius pipa rubber dapat dihitung dengan rumus

kerugian belokan sebagai berikut:

[ (

)

] (

)

Dengan mensubtitusikan nilai ke persamaan di atas, didapat nilai K untuk belokan

pertama sebagai berikut:

K = * (

) + (

)

= 0,1343

Perhitungan dilakukan juga untuk mendapatkan nilai K di tiga belokan

berikutnya, sehingga didapat nilai K11-13:

= 0,1311

= 0,13108

= 0,13107

h. Koefisien gesekan pada penyempitan diameter (K14)

Pada bagian pergantian pipa dari section 4 ke section 5, terjadi

penyempitan diameter internal pipa dari 355.6 mm ke 317.5 mm.

Gambar 4.21 Penyempitan diameter pipa K14



Koefisien gesekan untuk pelebaran diameter dihitung dengan menggunakan

diagram kerugian gesek.

Diketahui :

D = 355.6 mm

d = 317.5 mm

Dihitung terlebih dahulu nilai

dengan rumus berikut:

Setelah didapat perbandingan diameter, maka nilai K dicari dengan menggunakan

grafik berikut:

Gambar 4.22 Diagram perhitungan koefisian gesek K14


Berdasarkan perhitungan pada Gambar 4.21, maka didapat nilai K14 sebesar 0.05


i. Koefisien kerugian pada belokan pipa (K15)

Diketahui :

R = 1000 mm

D = 600

θ = 30°

Gambar 4.23 Belokan pipa K15



kerugian koefisien gesek untuk belokan pipa sebagai berikut:

[ (

)

] (

)

[ (

)

] (

)

K= 0,1592

j. Koefisien gesekan pada percabangan tertutup (K16)

Gambar 4.24 Percabangan tertutup (K16)



Menurut Darby (2001), koefisien kerugian pada percabangan tertutup

dapat dihitung dengam menggunakan metode 3-K seperti berikut:

(

)

Diketahui: D = 317,5 mm = 0.3175 m

= 9,98. Pa.s

v = 5.9616m/s

Untuk menghitung nilai koefisien gesek daripada komponen ini, terlebih dahulu

dihitung bilangan Reynolds. Bilangan Reynold dapat dihitung sebesar dengan

menggunakan rumus bilangan Reynolds sebagai berikut:

=

=

= 1831735



(

)



Tabel 4.12 Nilai K Pada Percabangan K16

Bulan Re D (m) K

0 1268156 0.3175 0.1130

1 1265669 0.3181 0.1129

2 1244506 0.3235 0.1128

3 1224779 0.3287 0.1127


k. Koefisien kerugian pada katup (K17)

Diketahui :

Nominal diameter = 355.6mm = 14in

Type: Gate Valve, Flanged, Fully opened.

Gambar 4.25 Gate Valve K17


Untuk menghitung nilai koefisien kerugian pada gate valve,fully opened,flange

menggunakan table Resistance Coefficients oleh Frank M White. Dengan

menggunakan interpolasi pada gate valves (fully open), diantara diameter 8 in dan

20 in, didapat nilai koefisien kerugiannya adalah sebesar 0,05.

l. Koefisien kerugian pada belokan tajam kasar (K18)

Diketahui :

= 12°

Gambar 4.26 Belokan tajam K18



Tabel 4.13 Koefisien kerugian belokan tajam kasar pada pipa, menurut (Frank M

White)

f

5° 10° 15° 22,5° 30° 45° 60° 90°

Halus 0,016 0,034 0,042 0,066 0,130 0,236 0,471 1,129

Kasar 0,024 0,044 0,062 0,154 0,165 0,320 0,684 1,265


Untuk mengetahui nilai koefisien kerugian pada belokan tajam, dengan

sudut kemiringan pipa 12°, digunakan interpolasi antara sudut 10° dan 15°.

Didapatlah nilai k sebesar 0,0512.

m. Koefisien kerugian pada belokan tajam kasar (K19)

Diketahui :

= 10°

Gambar 4.27 Belokan Tajam K19


Tabel 4.14 Koefisien kerugian belokan tajam kasar pada pipa, menurut (Frank M

White)

f

5° 10° 15° 22,5° 30° 45° 60° 90°

Halus 0,016 0,034 0,042 0,066 0,130 0,236 0,471 1,129

Kasar 0,024 0,044 0,062 0,154 0,165 0,320 0,684 1,265


Sesuai tabel diatas, diketahui bahwa nilai koefisien kerugian pada belokan tajam

dengan sudut kemiringan 10 adalah sebesar 0,044.


n. Koefisien kerugian pada keluaran pipa (K20)

Gambar 4.28 Keluaran pipa K20


Berdasarkan table koefisien kerugian pada Frank M White, nilai k pada keluaran

pipa adalah senilai k=1. Maka, setelah dihitung, didapat nilai k untuk seluruh

komponen, sebagai berikut:

Tabel 4.15 Nilai K untuk setiap komponen

Sec

tion No Detail K

1

K1 Ujung masuk corong 0.4

K2 Belokan Tajam 11 0.0476

K3 Tee Run Through 0.113

K4 Elbow 90° 0.43

2 K5 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

K6 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

3 K7 Belokan; R500; θ=21° 0.312

K8 Belokan; R500; θ=21° 0.312

4

K9 Inlet Rubber | Sudden Expansion 0.05

K10 Inside Rubber | 1st Curve 0.131135992

K11 Inside Rubber | 2nd Curve 0.131107682

K12 Inside Rubber | 3rd Curve 0.131086518

K13 Inside Rubber | 4th Curve 0.131070416

K14 Outlet Rubber | Sudden Contraction 0.05

5 K15 Belokan; R1000; θ=65° 0.1592



Lanjutan Tabel 4.15

K17 Gate Valve; Ф=14";Flanged; Fully

Opened 0.05

K18 Belokan Tajam 12° 0.0512


K20 Outlet 1

Maka dapat kita hitung koefsien kerugian total pada section 1 adalah

sebagai berikut:

= + + +

= 0.4 + 0.0476 + 0.2075557 + 0.43

= 1.0851557

V = 5.961 m/s

g = 9.8 m/s²

Setelah didapat nilai dari koefisien kerugian (K) pada tiap tiap sectionnya,

maka selanjutnya dihitung nilai kerugian head minor:

= 0.9084 m

Dilakukan juga perhitungan yang sama untuk mencari head minor setiap

komponen, sehingga didapat nilai head komponen pemakaian baru.


Tabel. 4.16 Head Minor dalam keadaan pemakaian baru

Section No Detail k Head

Minor (m)

1

K1 Ujung Masuk Corong 0.4

2.0319 K2 Belokan Tajam 11 0.0476


K4 Elbow 90° 0.43

2 K5 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

0.8258 K6 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

3 K7 Belokan; R500; θ=21° 0.312

1.1304 K8 Belokan; R500; θ=21° 0.312

4

K9 Inlet Rubber | Sudden Expansion 0.05

0.7188





K14 Outlet Rubber | Sudden

Contraction 0.05

5

K15 Belokan; R1000; θ=65° 0.1592

2.5676


K17 Gate Valve; Ф=14";Flanged;

Fully Opened 0.05



K20 Outlet 1

TOTAL 7.2744


Seperti diketahui, selama kondisi kerja, lapisan dalam pipa akan mengalami

pengikisan yang diakibatkan oleh gesekan dengan material yang dihisap.

Pengikisan lapisan dalam pipa akan mengakibatkan terjadinya penambahan nilai

diameter dalam pipa. Nilai head minor akan dievalusi dengan metode yang sama

selama 3 bulan pemakaian dalam kondisi kerja, sebelum pipa tersebut diganti.

Tabel 4.17 Head Minor pada pemakaian bulan pertama, kedua, dan ketiga

Bulan I

Section No Detail k Head Minor

(m)

1


2.01603 K2 Belokan Tajam 11 0.0476


K4 Elbow 90° 0.43

2 K5 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

0.82577 K6 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

3 K7 Belokan; R500; θ=21° 0.312

1.12151 K8 Belokan; R500; θ=21° 0.312

4

K9 Inlet Rubber | Sudden

Expansion 0.05

0.71882






Contraction 0.05

5

K15 Belokan; R1000; θ=65° 0.1592

2.54749

K16 Check 0.2075


Fully Opened 0.05



K20 Outlet 1

TOTAL 7.22962


Lanjutan Tabel 4.17

Bulan II


(m)

1


1.88369 K2 Belokan Tajam 11 0.0476


K4 Elbow 90° 0.43

2 K5 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

0.82577 K6 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

3 K7 Belokan; R500; θ=21° 0.312

1.04836 K8 Belokan; R500; θ=21° 0.312

4


Expansion 0.05

0.71882






Contraction 0.05

5

K15 Belokan; R1000; θ=65° 0.1592

2.38049

K16 Check 0.2075


Fully Opened 0.05



K20 Outlet 1

TOTAL 6.85713


Lanjutan Tabel 4.17

Bulan III


(m)

1


1.76785 K2 Belokan Tajam 11 0.0476


K4 Elbow 90° 0.43

2 K5 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

0.82577 K6 Belokan; R5000; θ=6° 0.1311

3 K7 Belokan; R500; θ=21° 0.312

0.98345 K8 Belokan; R500; θ=21° 0.312

4


Expansion 0.05

0.71882






Contraction 0.05

5

K15 Belokan; R1000; θ=65° 0.1592

2.23389

K16 Check 0.2075


Fully Opened 0.05



K20 Outlet 1

TOTAL 6.52979


4.6 Perhitungan Kerugian Head Major

Di dalam mekanika fluida, persamaan darcy-weisbach dapat digunakan

untuk menghitung kerugian head (head losses) atau kehilangan tekanan akibat

gesekan di sepanjang pipa lurus terhadap kecepatan aliran rata-rata. Kerugian

head untuk sepanjang pipa lurus disebut dengan kerugian major (major losses).

Perhitungan head major untuk keadaan new instalment sebagai berikut:

Dimana :

= 5.961 m/s

Di = 317,5 mm

Viskositas kinematik didapat dengan melalui sifat fluida, yaitu air laut.

Karakteristik fluida didapat dengan mempelajari sifat air laut menggunakan grafik

salinity untuk setiap belahan laut. Karakteristik air laut pada laut Bangka mirip

dengan karakteristik pada samudera Hindia. Oleh karena itu, sifat air laut diambil

dari sifat samudera Hindia.

Gambar 4.29 Grafik Salinity vs Kedalaman

(Sumber: Talley, 2002)

Sesuai dengan perhitungan jarak kedalaman gali KIP 15, yaitu berkisar antara 20

sampai 50 m, maka dapat diambil nilai salinity air laut sebesar 35.9 g/kg.


Temperatur air laut pada kedalaman tersebut adalah 22 °C. Maka, dapat kita cari

sifat air laut melalui grafik Temperatur vs Viskositas Kinematik.

Gambar 4.30 Grafik Temperatur Vs Viskositas Kinematik

(Sumber: Mostafa H. Sharqawy, 2010)

Maka, melalui grafik didapat nilai Viskositas kinematic ( ) sebesar

m /s. Setelah didapat nilai Viskositas kinematik, kemudian dihitung nilai bilangan

Reynolds dengan mengggunakan rumus sebagai berikut:

Re =

Re =

Re = 1896609

Kemudian dengan metode yang sama, dilakukan perhitungan bilangan Reynolds

untuk tiap tiap section pada sistem, sehingga didapat nilai bilangan reynodls

sebagai berikut:


Tabel 4.18 Nilai Bilangan Reynold

Section V (m/s) Re

1 5.9616 1896609

2 7.8607 2177842

3 5.9616 1896609

4 4.7525 1693401

5 5.9616 1896609

Nilai bilangan Reynold bernilai (Re > 4000), maka aliran pada sistem ini

tergolong dalam aliran turbulen. Untuk mencari nilai dari faktor gesekan,

digunakan diagram moody sebagai berikut:

Gambar 4.31 Moody Diagram

(Bruce R. Munson, 2002)

Untuk karakteristik pipa pada section 1 dengan nilai Re 1896609 didapat nilai f

sebesar 0.1354. Perhitungan yang serupa juga dilakukan untuk setiap section pipa

seperti grafik di atas.

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000

f

Re

Moody diagram. f = f(Re, Rrel)

0.020.010,00750.00500.0030.0010.00050.00010.00050.000010.0000050.000001

𝜀

𝐷


Tabel 4.19 Nilai f untuk setiap section

Section /D (mm-1

)

1. 0.00014488 0.1354

2. 0.00000054 0.0102

3. 0.00014488 0.01354

4. 0.00004208 0.01068

5. 0.00014488 0.01066

Setelah mendapatkan parameter-parameter yang dibutuhkan, maka nilai

Head Major Pada perhitungan diatas telah didapat nilai dari parameter-parameter

untuk menghitung Head Major yaitu:

= 0.01354

= 10,142 m

= 317.5 mm

= 5.9616 m/s

= 9.81 m/

Maka didapatlah nilai head major pada section 1 dengan pemakaian baru dapat

dihitung dengan rumus berikut:

= 0.78348 m

Kemudian dengan metode yang sama dilakukan perhitungan nilai head

major untuk setiap section pada sistem. Dibawah ini adalah tabel dari hasil nilai

head major, di setiap section, dalam keadaan new instalment.


Tabel 4.20 Nilai Head Major untuk pemakaian baru

Section (m) (m/s) (m)

1 10.142 5.9616 0.78348

2 4.734 7.8607 0.55164

3 4.1375 5.9616 3.19627

4 5 4.7525 0.17299

5 14.308 5.9616 0.87013

TOTAL 5.57452

Perhitungan diatas merupakan perhitungan head major untuk keadaan

pemakaian baru, dimana pipa masih dalam keadaan baru dan belum terpengaruh

dampak dari kondisi kerja. Pada kajian di lapangan, terdapat fakta bahwa terjadi

pengikisan pada lapisan dalam pipa hisap. Hal ini berdampak pada bertambahnya

nilai diameter dalam dari pipa hisap.

Dibawah ini akan dijelaskan tabel-tabel perhitungan untuk mendapatkan

nilai head major selama 3 bulan pemakaian pipa, dengan nilai diameter dalam

pipa yang berbeda, akibat pengikisan yang terus-menerus berlangsung.

Perhitungan dibatasi sampai jangka waktu 3 bulan, karena setelah 3 bulan, pipa

akan diganti dengan pipa yang baru.


Tabel 4.21 Bilangan Reynolds untuk pemakaian bulan pertama, kedua, dan ketiga

BULAN 1

Section V(m/s) Re

1 5.9382 1892889

2 7.8607 2177842

3 5.9382 1892889

4 4.7525 1693401

5 5.9382 1892889

BULAN 2

Section V(m/s) Re

1 5.7413 1861238

2 7.8607 2177842

3 5.7413 1861238

4 4.7525 1693401

5 5.7413 1861238

BULAN 3

Section V(m/s) Re

1 5.5607 1831735

2 7.8607 2177842

3 5.5607 1831735

4 4.7525 1693401

5 5.5607 1831735

Dengan metode yang sama, dilakukan perhitungan untuk kerugian head Major

pada 3 bulan pemakaian berikutnya. Dibawah ini adalah hasil perhitungan head

major pada tiap-tiap section, selama 3 bulan pemakaian.


Tabel 4.22 Nilai head major

BULAN 1


1 10.142 5.9382 0.7758

2 4.734 7.8607 0.5516

3 4.1375 5.9382 3.1650

4 5 4.7525 0.1729

5 14.308 5.9382 0.8616

TOTAL 5.5271

BULAN 2


1 10.142 5.7413 0.7131

2 4.734 7.8607 0.5516

3 4.1375 5.7413 2.9091

4 5 4.7525 0.1729

5 14.308 5.7413 0.7919

TOTAL 5.1388

BULAN 3


1 10.142 5.5607 0.65834

2 4.734 7.8607 0.55165

3 4.1375 5.5607 2.6857

4 5 4.7525 0.17299

5 14.308 5.5607 0.73116

TOTAL 4.79991


4.7 Perhitungan Head Clear Water

Dilakukan perhitungan head clear water untuk sudut penggalian 25° pada

pemakaian baru sebagai berikut:

Diketahui:

= = 21123.98043 + 3560 + 6800 = 31483.98043 mm = 31.483m

Dihitung nilai head untuk clear water dengan menggunakan persamaan berikut:

=

=

Dengan mensubtitusikan nilai kedalam variabel pada persamaan di atas, didapat:

=

)

=

Dilakukan juga perhitungan pada kedalaman gali 35° dan 45° dan didapat nilai

head yang sama sebesar . Hal ini dikarenakan air tidak perlu diberi

usaha lebih untuk mencapai permukaan air laut, jadi nilai H = m adalah

pembebanan dari titik permukaan air laut hingga titik keluar ditambah dengan

head akibat perbedaan kecepatan, minor losses, dan major losses. Kemudian

dilakukan juga perhitungan head clear water untuk pemakaian bulan pertama,

kedua, ketiga sehingga didapat hasil berikut:


Tabel 4.23 Nilai Head Clear Water

Lama Pemakaian (Bulan)

0 1 2 3

Sudut

Penggalian

25° 23.208 23.116 22.355 21.689

35° 23.208 23.116 22.355 21.689

45° 23.208 23.116 22.355 21.689

4.8 Perhitungan Head Solid

Head solid merupakan nilai head tambahan yang diberikan oleh partikel solid

yang bercampur dalam aliran. Head solid dihitung dengan membagi Head Clear

Water untuk seluruh sistem dengan sebuah koefisien pembagi, kemudian

menguranginya lagi dengan Head Clear Water pada keseluruhan sistem tersebut,

dimana pengaruh tekanan harus diabaikan agar didapat nilai head sistem. Secara

matematis, hubungan head mixture dengan head solid dapat dijabarkan sebagai

berikut:

Dimana:

.

.

.

Maka dapat dihitung nilai head clear water untuk sistem pada sudut gali 25°

dengan pemakaian baru:

=


)

Kemudian dihitung nilai HR dengan menggunakan tabel berikut:

Gambar 4.32 Grafik HR

(Sumber: Metso,2012)

Dengan d50 sebesar 3mm, CV sebesar 28.75% ,dan Di sebesar 965mm, maka

didapat HR = 0.76. Untuk sistem pada sudut gali 25° dengan pemakaian baru,

didapat head solid:

d50 = 0.3mm

CV= 28.75% Di = 965mm

d50/Di = 0.003109

HR = 0.76


Perhitungan dilakukan pada variabel sudut penggalian 25, 35, dan 45°; serta pada

kondisi pemakaian baru, 1 bulan, 2 bulan dan 3 bulan; sehingga didapatkan nilai

solid sebagai berikut:

Tabel 4.24 Nilai Head solid


0 1 2 3

Sudut

Penggalian

25° 13.999 13.971 13.731 13.520

35° 16.685 16.656 16.416 16.205

45° 19.052 19.023 18.783 18.572

4.9 Perhitungan Head Campuran

Nilai head aktual atau head campuran daripada suatu sistem dihitung dengan

menjumlahkan Head Clear Water dengan Head Solid. Secara matematis dapat

ditulis sebagai berikut:

Untuk sistem pada sudut gali 25° dengan pemakaian baru, didapat head campuran

sebesar:

Kemudian dilakukan juga perhitungan pada sudut gali 35° dan 45° saat pemakaian

bulan pertama, kedua dan ketiga hingga didapat:


Tabel 4.25 Nilai Head Mixture


0 1 2 3

Sudut

Penggalian

25° 37.208 37.087 36.086 35.209

35° 39.894 39.773 38.771 37.895

45° 42.261 42.139 41.138 40.262

4.10 Penentuan Titik Operasi dan Performansi Pompa

Untuk menentukan titik pengoperasian optimal, diperlukan pencocokan beban

yang terjadi dengan grafik sifat pompa.

Gambar 4.33 Grafik Performansi Pompa

(Sumber : PT Timah Persero Tbk)

Q = 2500 m3/h Clear Water SGs = 2.65 CV = 28.75%


Jadi, kondisi operasi yang direkomendasikan untuk penggalian timah dengan

sistem ini adalah:

Tabel 4.26 Titik Operasi Pompa

Putaran

(Rpm)


0 1 2 3

Sudut

Penggalian

25° 528.125 526.563 523.256 522.093

35° 540.625 539.063 537.209 532.558

45° 557.576 555.152 548.837 544.186

Penentuan nilai performansi pompa juga menggunakan grafik yang sama dengan

penentuan titik operasi pompa. Oleh karena itu, didapat nilai performansi pompa

sebagai berikut:

Tabel 4.27 Nilai Performansi Pompa

Performansi

(%)


0 1 2 3

Sudut

Penggalian

25° 76.1 76.0 75.7 75.6

35° 77.0 76.9 76.8 76.4

45° 78.0 77.9 77.5 77.2


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan perhitungan kerugian head pada sistem Kapal Isap tipe

Cutter Suction Dredger, dapat disimpulkan bahwa:

1. Nilai performansi pompa yang didapat apabila pompa dioperasikan

pada putaran optimal untuk sudut gali 25 secara berurutan pada

setiap bulan pemakaian adalah 76,1%; 76,0%; 75,7%; 75,6%.

Untuk sudut gali 35, nilai performansi yang didapat adalah 77,0%;

76,9%; 76,8%; dan 76,4%. Sedangkan untuk sudut gali 45, nilai

performansi yang didapat adalah 78,0%; 77,9%; 77,5%; dan

77,2%.

2. Putaran pompa yang harus dioperasikan pada sistem ini untuk

mencapai hasil yang optimal untuk sudut gali 25 secara berurutan

pada setiap bulan pemakaian adalah 528,125; 526,563; 523,256;

dan 522,093. Untuk sudut gali 35, kondisi operasi optimum adalah

540,625; 539,063; 537,209; dan 532,558. Untuk sudut gali 45,

didapat kondisi operasi optimum pada 557,576; 555,152; 548,837;

544,186.

3. Total head yang timbul berdasarkan perhitungan apabila tidak ada

padatan dalam aliran adalah untuk setiap sudut gali adalah 23,208

untuk pemakaian baru; 23,116 untuk pemakaian 1 bulan, 22,355

untuk pemakaian 2 bulan; 21,689 untuk pemakaian 3 bulan.

4. Total head yang timbul berdasarkan perhitungan bila padatan

bercampur dalam aliran adalah untuk sudut 25 pada setiap bulan

pemakaian secara berurutan adalah 37,208; 37,087; 36,086; dan

35,209. Untuk sudut 35, didapat nilai head sebesar 39,894; 39,773;

38,771; dan 37,895. Sedangkan untuk sudut gali 45, didapat nilai

head sebesar 42,261; 42,139; 41,138; 40,262.


5.2 Saran

Untuk penelitian selanjutnya, penulis menyarankan beberapa hal

berikut:

1. Perlu dilakukan penelitian besarnya gaya gesek yang terjadi akibat

adanya pengaruh material padatan dalam fluida.

2. Perlu dilakukan modifikasi pada beberapa komponen pipa kemudian

melakukan perhitungan untuk mendapatkan besarnya kerugian head

yang dapat dicegah.


DAFTAR PUSTAKA

Anonymous, 2011, IHC Merwede & PT Timah 100 Years of Cooperation,

http://www.ihcdredgers.com/fileadmin/IHC_Dredgers__ihcdredgers.

com/DR_tekstfiles/PT_timah_english.pdf, (diakses 3 Mei 2016).

Beaton, C.F., G.T. Meiklejohn. 1953. Pump Selection Book, Process Development

Division, Amerika Serikat.

Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. 2002. Mekanika

Fluida jilid I. PT. Erlangga. Jakarta.

Daugherty, R. L.; J. B. Franzini; dan E. J. Finnemore, FluidMechanics and

Engineering Applications, 9th ed., McGraw-Hill, New York, 1997.

Darby R., 2001, Chemical Engineering Fluid Mechanics, 2nd Edition, Marcel

Dekker, New York, NY.

Elger, Crowe, Williams, and Roberson, 2009, Engineering Fluid Mechanics 9th

Edition, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey.

Metso Minerals, 2012, Slurry Pump Basic, Sala: Metso Minerals.

Kuhail, Zaher, 2001, an Optimum Method for Designing Dredging System,

Islamic University, Gaza.

Karasik, Igor J., William C. Krutzsc, Warren H. Frase, Joseph Messina. 2001.

Pump Handbook, 3rd edition, Mc Graw Hill, New York.

Lobanoff, Val S., Robert R. Ross. 1985. Centrifugal Pumps: Design and

Application, 2nd edition, Butterworth – Heinemann, Amerika

Serikat.

Miedma, S. A, 2013, Dredging Processes the Cutting of Sand, Clay, & Rock

Cutting Theory, Delft University of Technology, Delft.

M. Orianto, W.A. Pratikto. 1989. Mekanika Fluida I. BPFE, Yogyakarta.

Mostafa H. Sharqawy, 2010 John H. Lienhard V dan Syed M. Zubair,

Thermophysical Properties of Seawater: A Review of Existing

Correlations and Data, Desalination and Water Treatment.

Nayyar, Mohinder L, 2000, Piping Handbook, McGraw-Hill Inc., New York.

Nielsen, Louis S, 1982. Standard Plumbing Engineering Design, 2nd edition, Mc

Graw Hill, New York.

Noerbambang, Soufyan M., Takeo Morimura. 1983.Perancangan dan

Pemeliharaan Sistem Plambing, Pradnya Paramita, Jakarta,


Rayan, Magdy Abou. Textbook of machines hydraulic, Zagazig University.

Stepanoff, Alexey J., 1957. Centrifugal and Axial flow pumps, 2nd edition, John

Willey and sons, New York.

Sularso, Tahara Haruo, 1991, Pompa & Kompresor Pemilihan, Pemakaian dan

Pemeliharaan, Edisi Keempat, PT.Pradya Paramita, Jakarta.

Sulzers Pump Ltd, 2010, Centrifugal Pump Handbook Third Edition, Elsevier,

Winterthur, Switzerland.

Talley, Lynne D, 2002, Salinity Patterns in the Ocean; from Volume 1 the Earth

System: physical and chemical dimensions of global environmental

change, Chichester.

Tang, Jian-Zhong, Qing-Feng Wang, Zhi-Yue-Bi. (2008) Expert System for

Optimization and Control of Cutter Suction Dredger. Volume 34. Elsevier. p:

2180-2192

Tyler G. Hicks, T.W.Edwards, 1971, Teknologi Pemakaian Pompa, Erlangga,Jakarta.

Viktor L. Streeter, Arko Prijono. 1992. Mekanika Fluida Jilid I dan Jilid II. Edisi

delapan. PT. Erlangga, Jakarta. p.: 202-407.

Vlasblom, W.J, 2003, Lecture Notes in Dredging Equipment and Technology,

Delft University of Technology, Delft.

Weir Slurry Group Inc, 2009, Slurry Pump Handbook Fifth Edition, New South

Wales: Weir Slurry Group Inc.

White, Frank M, 2009, Fluid Mechanics Seventh Edition, University of Rhode

Island, McGraw-Hill Inc, New York.


LAMPIRAN


Data Instalasi Pipa

Section Jenis Data Nilai Notasi Satuan

I

Panjang Pipa 10142 L mm

Diameter Pipa 355.6 d mm

Jumlah k Pipa 4 - -

Bahan Pipa ST 275 JR - -

II



Jumlah k Pipa 2 - -

Bahan Pipa HDPE - -

III



Jumlah k Pipa 2 - -


IV


Diameter Pipa 406 d mm

Jumlah k Pipa 6 - -

Bahan Pipa Rubber - -

V



Jumlah k Pipa 6 - -



Data Komponen Pipa

Section Jenis

Komponen

Jenis

Data Nilai Notasi Satuan

I

Bell Shaped

Entrance - - - -

Sharp

Edged

Bend

Sudut

Belokan 11° θ -

Tee Run

Through - - - -

Elbow Sudut

Belokan 90° θ

II

Sharp

Edged

Bend

Sudut

Belokan 6° θ -

Sharp

Edged

Bend

Sudut

Belokan 6° θ -

III

Pipe Bend

Sudut

Belokan 21° θ -

Jari jari

belokan 500 R mm

Pipe Bend

Sudut

Belokan 21° θ -

Jari jari

belokan 500 R mm


IV

Pipe Bend Sudut

Belokan 80° θ -

V

Pipe Elbow Sudut

Belokan 30° θ -

Tee Run

Through - - - -

Gate Valve

Gate

Diameter 14 D in

Sharp

Edged

Bend

Sudut

Belokan 12° θ -

Sharp

Edged

Bend

Sudut

Belokan 10° θ -

Outlet to

Atmosphere - - - -


Data Slurry


Slurry

Mixture

Diameter Rata-

Rata Butir 3 D50 mm

Specific Gravity

Solid 2.6 SGS -

Specific Gravity

Mixture 1.46 SGM -

Solid Volume

Concentration 0.2875 CV -

Solid Weight

Concentration 0.5574 CW -


Private Sub Command1_Click() If Me.txtinput.Text = "" Then Print MsgBox("Please Insert Dredging Angle", vbInformation, "Peringatan") Else


radian = Me.txtinput.Text * (314159 / 100000) / 180 jawaban = (52844 * Math.Sin(radian) + 4000 * Math.Sin(radian)) - 3560 hx = Round((jawaban), 2) proses = "sin" hcw = (13117128 / 1000000) - ((1050 * (981 / 100)) * (hx / 1000) / (1050 * (981 / 100))) + (hx + 3560 + 6800) / 1000 hcwx = (13117128 / 1000000) + ((hx + 3560 + 6800) / 1000) hs = (hcwx / (76 / 100)) - hcwx hm = hcw + hs z = (jawaban / 1000) Me.Text7.Text = Round((z), 2) kpa = hm Me.Text2.Text = Round((kpa), 2) rpm = ((hm / (37208 / 1000)) ^ (5 / 10)) * (528125 / 1000) Me.Text6.Text = Round((rpm), 2) hcw1 = (13015 / 1000) - ((1050 * (981 / 100)) * (hx / 1000) / (1050 * (981 / 100))) + (hx + 3560 + 6800) / 1000 hcwx1 = (13015 / 1000) + ((hx + 3560 + 6800) / 1000) hs1 = (hcwx1 / (76 / 100)) - hcwx1 hm1 = hcw1 + hs1 kpa = hm1 Me.Text3.Text = Round((kpa), 2) rpmx = ((hm1 / (37208 / 1000)) ^ (5 / 10)) * (528125 / 1000) Me.Text1.Text = Round((rpmx), 2) hcw2 = (122256 / 10000) - ((1050 * (981 / 100)) * (hx / 1000) / (1050 * (981 / 100))) + (hx + 3560 + 6800) / 1000 hcwx2 = (122256 / 10000) + ((hx + 3560 + 6800) / 1000) hs2 = (hcwx2 / (76 / 100)) - hcwx2 hm2 = hcw2 + hs2 kpa = hm2 Me.Text4.Text = Round((kpa), 2)


rpm2 = ((hm2 / (37208 / 1000)) ^ (5 / 10)) * (528125 / 1000) Me.Text20.Text = Round((rpm2), 2) hcw3 = (11534 / 1000) - ((1050 * (981 / 100)) * (hx / 1000) / (1050 * (981 / 100))) + (hx + 3560 + 6800) / 1000 hcwx3 = (11534 / 1000) + ((hx + 3560 + 6800) / 1000) hs3 = (hcwx3 / (76 / 100)) - hcwx3 hm3 = hcw3 + hs3 kpa = hm3 Me.Text5.Text = Round((kpa), 2) rpm3 = ((hm3 / (37208 / 1000)) ^ (5 / 10)) * (528125 / 1000) Me.Text27.Text = Round((rpm3), 2) End If End Sub Private Sub Command3_Click() X = MsgBox("Close Program?", vbQuestion + vbYesNo, "Warning") If X = vbYes Then End End If End Sub

Proses Desain


Program Hasil


KAJIAN PERFORMANSI POMPA SLURRY PADA CUTTER SUCTION ...

Documents

Transcript of KAJIAN PERFORMANSI POMPA SLURRY PADA CUTTER SUCTION ...