ANALISA PERENCANAAN POMPA DAN INSTALASI HYDRANT PADA BANGUNAN GEDUNG X

Tugas Akhir

ANALISA PERENCANAAN POMPA DAN INSTALASI HYDRANT PADA BANGUNAN GEDUNG X Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Persyaratan Meraih Gelar Sarjana Program Studi S1 Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh : AGI ERGIN 01301-004

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

i

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama

: AGI ERGIN

Nim

: 01301-004

Jurusan

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknologi Industri

Judul Tugas Akhir

: ANALISA PERENCANAAN POMPA HYDRANT DAN INSTALASI PADA BANGUNAN GEDUNG X

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir ini Adalah benar hasil karya saya sendiri bukan salinan atau duplikat dari karya orang lain, kecuali kutipan-kutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya atas perhatiannya saya ucapkan Terima Kasih.

Jakarta 04 Agustus 2008

Penulis

ii

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA PERENCANAAN POMPA DAN INSTALASI HYDRANT PADA BANGUNAN GEDUNG X

Nama

: AGI ERGIN

Nim

: 01301-004

Jurusan

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknologi Industri

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh: Mengetahui

Pembimbing 1

Koordinator Tugas Akhir

(Nanang Ruhyat. ST.MT)

( Nanang Ruhyat. ST.MT)

iii

KATA PENGANTAR Bismillahirrohmanirrohim Syukur alhamdilillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT Yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya –Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, serta tidak lupa salawat dan salam pada junjungan kita Nabi besar Muhammad SAW, beserta Keluarga, Sahabat, para pengikut beliau yang setia pada akhir jaman. Tugas ini dibuat sebagai salah satu syarat bagi Mahasiswa untuk menempuh Program Sarjana Strata Satu (S 1) pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta. Tugas Akhir ini disusun

dengan

judul

ANALISA

PERENCANAAN

POMPA

DAN

INSTALASI HYDRANT PADA BANGUNAN GEDUNG X. Penulis menyadari tidak mungkin dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tanpa adanya petunjuk, pengarahan, bimbingan serta dorongan semangat dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan Terimakasih yang sebesarbesarnya kepada:

1. Kedua Orang Tua tercinta saya yang telah memberikan

moril maupun

material serta dorongan yang tak pernah pudar. 2. Istriku Yulyanti Handayani, SE, serta putriku Farah Mufidah Mayenti tercinta yang selalu setia dan sabar menemaniku. 3. Untuk Kakak-kakak serta Adikku yang selalu memerikan dukungan semangat serta doa. 4. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma selaku dekan Fakultas Teknologi Industri. 5. Bapak Nanang Ruhyat. ST. MT Selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, sekaligus sebagai Koordinator Tugas Akhir ini. 6. Bapak Haji A. septo Wulung. ST, selaku Inspektur Pemadam Kebakaran Kota Tangerang. 7. Semua Dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu dan pengetahuannya. iv

8. Rudi Tahyan. ST yang telah banyak membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 9. Teman-temanku Zainuri Alfan. ST beserta istri Wida Novitasari. S Kom Ade Firdianto. ST, Yan Ratianto beserta istri Bayu Rini. S Kom, Imam Wijaya, Bimas, Budi Listiono. ST, Hendi Saryanto. ST, Achmad Samtari. ST, Iwan Wahyudi. ST, Dwi Fajar. ST, M. Sholeh. ST. 10. Teman-teman Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Khususnya Angkatan 2001 Universitas Mercu Buana. 11. Kepada seluruh Instruktur Safety Riding Indonesia dan PUSDIKLANTAS Serpong. 12. Kepada seluruh Pengurus Pusat, Daerah, Chapter Association Motor Community Indonesia (AMCI) atas doa dan dukungannya selama ini. 13. Keluarga Besar Bike’s Owner’s Community (BIO-C). 14. Teman-teman di Front Indonesia Semesta (FIS). Penulis menyadari dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki, Oleh karna itu Kritik dan Saran sangat di harapkan untuk Penyempurnaan Tugas akhir ini dalam rangka mendapatkan hasil yang baik di masa-masa yang akan datang.

Jakarta 04 Agustus 2008

Penyusun

v

Abstrak Hydrant merupakan suatu sistem untuk perlindungan dari kebakaran yang terdapat pada gedung ataupun pada mobil dinas kebakaran. Penempatan kotak hydrant pada bangunan gedung berdasarkan jangkauan, karena pada bangunan gedung banyak terdapat blok-blok yang terhalang oleh dinding. Menurut Standarisasi Nasional Indonesia, satu kotak hydrant untuk luasan 930 m². Batas tekanan pada nozzle pada selang hydrant harus 12.1 bar, apabila terjadi kelebihan tekanan, maka harus dipasang Pressure Reducing Valve (PRV) supaya tekanan bisa diturunkan dan distabilkan kembali. Kapasitas pompa diperhitungkan untuk Riser pertama adalah 1.893 liter/menit (550 gpm) dan 946 liter/menit (250 gpm) untuk setiap penambahan pipa tegak atau Riser sampai batas maksimum 4.731 liter/menit (1.250 gpm). Cadangan air untuk kebakaran diperhitungkan untuk pemompaan 45 menit. Kata kunci : Hydrant, Riser, Nozzle, Sprinkler

vi

Daftar Isi Halaman

LEMBAR PERNYATAAN

..................................................................

ii

LEMBAR PENGESAHAN

..................................................................

iii

..............................................................................

iv

......................................................................................................

vi

...................................................................................................

vii

KATA PENGANTAR Abstrak Daftar Isi

Daftar Gambar ...........................................................................................

x

Daftar Tabel

..............................................................................................

xii

Nomenklatur

.............................................................................................

xiii

BAB I PENDAHULUAN

.........................................................................

1

1.1 Latar Belakang ...............................................................................

1

1.2 Maksud dan Tujuan............................................................................. 1 1I.3 Pembatasan Masalah....................................................................... 2 1.4 Metodologi Penulisan ....................................................................

2

1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................

2

BAB II LANDASAN TEORI......................................................................... 4 2.1 Definisi Tentang Pompa Hydrant................................................... 4 2.2 Jenis Pompa Untuk Sistem Hydrant……………….. ....................

4

2.2.1 Tinjauan Umum Mengenai Pompa …………….................... 5 2.2.2 Pemakaian Pompa ……………………………....................

5

2.2.3 Klasifikasi Pompa ……………………………....................

6

2.2.4 Alternatif Pemilihan Pompa …………………....................

7

2.3 Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal…….. .........................................

7

2.4 Klasifikasi Pompa Sentrifugal……………... ................................

9

2.4.1 Klasifikasi Menurut Desain Rumah Pompa…….................... 10 2.4.2 Klasifikasi Menurut Bentuk Impeller…..……....................

10

2.4.3 Klasifikasi Menurut Posisi Porosnya…………....................

10

2.4.4 Klasifikasi Menurut Aliran Cairan……………....................

12 vii

2.4.5 Klasifikasi Menurut SusunanTingkat………….................... 12 2.4.6 Klasifikasi Menurut Cara Isapan Pompa……….................... 13 2.4.7 Konstruksi Pompa Sentrifugal………………….................... 14 2.5 Head Zat Cair………………..……………...................................

22

2.6 Hukum Kesebangunan …………………...... ................................

24

2.7 Head Total Pompa……………………….... ................................

24

2.8 Putaran Spesifik…………………………….................................. 27 2.9 Segitiga Kecepatan…………….....................................................

28

2.10 Performansi ……………............................. ................................

29

2.11 Daya Pompa Dan Efisiensi……………...... ................................

30

2.12 Kavitasi…………….................................... ................................

31

2.13 NPSH (Net Positive Suction Head) yang tersedia…...................... 32 2.14 NPSH (Net Positive Suction Head) yang diperlukan …………... 33 2.15 Berbagai Pengaruh Pada NPSH yang tersedia………..………...

34

BAB III PERENCANAAN HYDRANT……………………….................... 35 3.1 Klasifikasi Bangunan Berdasarkan Tingkat Kebakaran.................... 35 3.1.1 Data Bangunan ……….........................................................

38

3.2 Sistem Pipa Tegak.........................................................................

39

3.3 Perancangan Pipa Tegak ..............................................................

40

3.3.1 Jumlah Pipa Tegak Yang Disyaratkan.................................

40

3.3.2 Ukuran Pipa Tegak..............................................................

43

3.3.3 Penempatan Pipa Tegak.......................................................

44

3.3.4 Laju Aliran Pada Pipa Tegak................................................

44

3.3.5 Batasan Tekanan..................................................................

45

3.3.6 Cadangan Air…………………............................................. 45 3.4 Jenis-jenis dan Perencanaan Peralatan Hydrant.............................

46

3.4.1 Perencanaan Kotak Hydrant.................................................

46

3.4.2 Sistem Sprinkler………………............................................

48

3.4.3 Sistem Halon………………................................................

50

3.5 Pembagian Zoning........................................................................

50

viii

BAB IV PERHITUNGAN INSTALASI POMPA HYDRANT................

55

4.1 Data-data Perencanaan...................................................................

55

4.2 Perhitungan Head Total Pompa.....................................................

55

4.3 Head Statis Total ..........................................................................

56

4.4 Perbedaan Tekanan.......................................................................

56

4.5 Kerugian Tekanan Akibat Gesekan Pada Pipa..............................

56

4.5.1 Kerugian Gesekan Pipa Pada Sisi Isap.................................

57

4.5.2 Kerugian Gesekan Pipa Pada Sisi Tekan..............................

60

4.5.3 Hasil Perhitungan Faktor Gesekan Pada Pipa......................

64

4.6 Putaran Spesifik Pompa................................................................

65

4.7 Effisiensi Pompa...........................................................................

66

4.8 Daya Fluida...................................................................................

67

4.9 Daya Pompa..................................................................................

67

4.9.1 Daya Pompa Untuk Electric Main Pump (Pompa Utama) / Diesel Pump.........................................................................

68

4.9.2 Daya Pompa Untuk Jockey Pump .......................................

68

4.10 Kapasitas Cadangan Air..............................................................

70

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran

................................................................................

71

........................................................................................... 72

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

..................................................................................... 71

................................................................................. 73

................................................................................................ 74

ix

Daftar Gambar Halaman Gambar 2.1 Aliran Fluida Di Dalam Pompa Sentrifugal................................

8

Gambar 2.2 Volute Centrifugal Pump...........................................................

9

Gambar 2.3 Difuser Centrifugal Pump..........................................................

9

Gambar 2.4 Pompa Vertikal..........................................................................

11

Gambar 2.5 Pompa Horizontal ....................................................................

11

Gambar 2.6 Pompa Satu Tingkat…………...................................................

12

Gambar 2.7 Pompa Bertingkat Banyak........................................................... 13 Gambar 2.8 Pompa Isapan Tunggal dan Pompa Isapan Ganda...................... 14 Gambar 2.9 Konstruksi Pompa senterifugal....................................................

14

Gambar 2.10 Saluran Isapan samping.............................................................

15

Gambar 2.11 Saluran Isapan Ujung...............................................................

15

Gambar 2.12 Saluran Isapan Bawah..............................................................

16

Gambar 2.13 Saluran Isapan Atas...................................................................

16

Gambar 2.14 Mechanikal Seal.........................................................................

20

Gambar 2.15 Aliran Melalui Pipa...................................................................

22

Gambar 2.16 Head Total Pompa….................................................................

25

Gambar 2.17 Head Pompa………..................................................................

26

Gambar 2.18 Segitiga Kecepatan………….....................................................

28

Gambar 2.19 Kurva Karakteristik Pompa Volut.............................................

29

Gambar 3.1 Contoh Penempatan Pipa Tegak dan Jarak Jangkauan...............

42

Gambar 3.2 Sistem Pipa Tegak 100 mm (4”)……………………................

43 x

Gambar 3.2 Sistem Pipa Tegak 150 mm (6”)……………………...........

43

Gambar 3.3 Sistem Pipa Tegak 100 mm (4”)…………………...............

43

Gambar 3.4 (a) Metode ½ S dan ½ D ……………………………..........

48

Gambar 3.4 (b) Metode ¼ S dan ½ D …………………………...........

48

Gambar 3.5 Sistem Satu Zona ………..………………………...............

52

Gambar 3.6 Sistem dua Zona ………..…………………….…...............

53

Gambar 3.7 Sistem Banyak Zona ……………………………................

52

xi

Daftar Tabel Halaman Tabel 3.1 Kapasitas Pompa dan Jumlah Cadangan Air………………….

45

Tabel 3.2

49

Rata-rata Temperatur dan warna Cairan Bola (Bulb)...............

xii

NOMENKLATUR Simbol A D f g GWR H H’ h h’ ha hc hd he hf Hlosses Hs K L LEK m n np ns P’ P p T Q Re V v Z γ

∆hp µ

Keterangan Luasan penampang pipa Diameter pipa Koefisien Percepatan grafitasi Ground Water Tank Head zat cair / head total Tinggi angkat total Head tekanan Tinggi kolom zat cair Head statis Head kerugian reducer pada pipa Tinggi tekan Head kerugian pada jalur pipa Kerugian gesek Head kerugian total pada pipa Tinggi hisap Koefisien kerugian tinggi tekan Panjang total pipa Bilangan ekivalen Massa Putaran pompa Efisiensi pompa Putaran spesifik pompa Tekanan Hidrostatika Daya pompa Tekanan Temperatur Kapasitas aliran fluida Bilangan Reynolds Volume Kecepatan aliran fluida Head potensial berat jenis Perbedaan tekanan Viskositas kinematik air

Satuan m² m m/s² m³ m m m m m m m m m m m m kg rpm °C N/m² kW N/m² °C m/s³ m³ m/s m N/m N/m² m²/s

xiii

Tugas Akhir

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Saat ini perkembangan bangunan semakin pesat diseluruh dunia

diantaranya bangunan gedung-gedung bertingkat, pabrik-pabrik di area kawasan industri, kawasan perumahan serta apartemen untuk kehidupan manusia dalam menjalankan aktifitasnya. Dalam hal ini seluruh bangunan tersebut harus memperhatikan atau mempertimbangkan faktor-faktor kejadian yang tidak diinginkan seperti musibah yang disebabkan oleh faktor alam atau faktor manusia diantaranya gempa bumi, kebakaran, banjir, pemanasan global dan lain-lain sehingga kita mengetahui pencegahan sesuai dengan prosedur yang berlaku. Melihat permasalahan diatas penulis menitik beratkan kepada masalah kebakaran bangunan yaitu Analisa Perencanaan Pompa Hydrant Pada Bangunan Gedung yang berhubungan dengan pemilihan dan pemasangan pompa yang mengalirkan air untuk perlindungan kebakaran.

1.2

Maksud dan Tujuan Mengetahui sistem pompa hydrant untuk perlindungan kebakaran pada

bangunan gedung.

Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

1

Tugas Akhir

1.3

Pembatasan Masalah Untuk mencegah penyimpangan di luar permasalahan, maka perlu

dilakukan pembatasan masalah, diantaranya yaitu :

1.4

•

Perencanaan instalasi hydrant untuk gedung

•

Perencanaan pemipaan pada instalasi hydrant

•

Perhitungan kerugian faktor gesekan pada pipa hydrant

•

Perhitungan pompa

Metode Penulisan •

Metode kepustakaan, penulis mempelajari buku-buku untuk mendukung penulisan dan mencari referensi dari berbagai macam perpustakaan di Jakarta.

•

Mempergunakan metode-metode yang dipergunakan dalam menganalisa system pompa hydrant.

•

Melakukan wawancara dengan pihak-pihak yang dapat membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.

•

Melalui internet, agar mendapatkan informasi terbaru mengenai analisis sistem pompa.

1.5 BAB I

Sistematika Penulisan PENDAHULUAN Dalam bab ini membahas tentang latar belakang permasalahan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.


2

Tugas Akhir

BAB II

LANDASAN TEORI Dalam bab ini membahas mengenai definisi umum, motor, pompa, kecepatan, klep, persyaratan system pompa hydrant.

BAB III

PERENCANAAN HYDRANT Bab ini membahas tentang spesifikasi standarisasi pemasangan sistem hydrant pada gedung, instalasi pemipaan, penempatan kotak – kotak

hydrant, cadangan air yang diperlukan, jenis – jenis

perlengkapan hydrant dan pembagian zoning.

BAB IV

PERHITUNGAN INSTALASI POMPA HYDRANT Bab ini berisikan mengenai perhitungan kerugian gesekan pada pipa, performa dan effisiensi pompa.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan mengenai kesimpulan dan saran yang didapat dari hasil pembahasan.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


3

Tugas Akhir

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Definisi Tentang Pompa Hydrant Hydrant merupakan suatu sistem keamanan untuk perlindungan kebakaran

yang mekanisme kerjanya menggunakan sistem pompa air dengan tekanan cukup tinggi yang dapat bekerja secara otomatis apabila terjadi kebakaran pada ruang atau bagian utama dari suatu bangunan. Pompa yang dipakai untuk sistem hydrant ini adalah sebuah rangkaian pompa yang terpasang secara bersamaan yang dimana terdiri dari pompa utama (Main Electric Pump), Jockey Pump dan Diesel Pump. Material peralatan hydrant terbuat dari bahan tahan korosi seperti kuningan, tembaga, monel, stainless steel, atau material bahan korosi lainnya. 2.2

Jenis Pompa Untuk Sistem Hydrant Pipa pemadam adalah pipa tertutup yang bertekanan tertentu. Untuk

menjaga tekanan dalam pipa dan mengalirkan air pada saat terjadi kebakaran, digunakan pompa untuk sprinkler dan hydrant dari tiga macam pompa yang dipasang pararel. 1. Main Electric Pump Disebut juga sebagai pompa utama, yang berfungsi memadamkan api bila terjadi kebakaran dan bekerja secara otomatis apabila hydrant atau sprinkler digunakan. Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

4

Tugas Akhir

2. Jockey Pump Pompa ini berfungsi untuk menjaga atau mempertahankan tekanan dalam pipa agar tetap berada pada batas yang ditentukan. Penurunan tekanan bisa diakibatkan oleh kebocoran pada instalasi pipa, seperti pada sambungan pipa. Pompa ini mempunyai head yang tinggi dengan kapasitas kecil. Pengaturan tekanan dilakukan dengan manometer tekanan, yang dipasang pada tiap rangkaian pada masing-masing lantai. 3. Diesel Pump Pompa ini digunakan apabila terjadi kebakaran dalam keadaan seluruh aliran listrik mati dan juga sebagai cadangan apabila keadaan pompa utama rusak, pompa ini memiliki kapasitas yang sama besar dengan kapasitas Main Electric Pump.

2.2.1

Tinjauan Umum Mengenai Pompa Pompa adalah suatu mesin fluida yang digerakkan oleh suatu penggerak

mula dengan maksud untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang diinginkan, misalnya ke tempat yang lebih tinggi atau jauh jaraknya.

2.2.2

Pemakaian Pompa Pada zaman modern ini, telah dikembangkan berbagai macam pompa yang

sesuai denga fungsinya masing-masing, seperti berfungsi sebagai berikut : •

Untuk sirkulasi air.

•

Untuk perpindahan tenaga dengan cara memompakan cairan tersebut.


5

Tugas Akhir

•

Untuk meningkatkan kecepatan air sehingga air tersebut dapat digunakan untuk memotong, menggali atau mengupas.

•

Untuk memompa cairan atau bahan kimia yang akan diproses. Untuk dalam memilih pompa yang dimaksudkan, haruslah diketahui

kapasitas aliran (Q) dan head (H) yang akan diperlukan tergantung dari kebutuhan perencanaan pompa tersebut.

2.2.3

Klasifikasi Pompa Pada dasarnya pompa terbagi atas dua golongan besar, yaitu :

1. Displacement pump / pompa pemindahan / pompa pendesak pemindahan zat cairnya didapat dengan mendesak zat cair keluar. Yang termasuk jenis pompa ini adalah ; •

Pompa torak / Pluyer.

•

Pompa diafragma.

•

Pompa berputar.

•

Pompa roda gigi.

•

Pompa ulir.

•

Pompa kerja ganda (double acting pump).

Kategori pompa pendesak mempunyai effisiensi yang tinggi yaitu 85 % sampai 90%. 2. Dynamic Pump / pompa tekanan dinamis pemindah zat cairnya dengan memberi kerja mekanis pada fluida yang menggunakan kipas/sudu/impeller. Energi mekanis yang dihasilkan dari putaran impller diubah ke dalam bentuk


6

Tugas Akhir

kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekan, head kecepatan dan head potensial pada zat cair. Yang termasuk pompa jenis ini adalah : •

Pompa sentrifugal, yang terdiri dari pompa volut dan pompa difuser.

•

Pompa tumbukan.

•

Pompa jet.

•

Pompa aliran campur.

•

Pompa aliran aksial.

Kategori pompa tekan dinamis ini mempunyai efisiensi lebih rendah dari pompa pendesak.

2.2.4

Alternatif Pemilahan Pompa Secara garis besar, pompa terdiri dari pompa sentrifugal dan pompa torak.

Pompa sentrifugal termasuk jenis pompa yang paling sering dan banyak digunakan. Pemilihan pompa untuk mengalirkan fluida ini didasarkan pada sifat itu sendiri dan kondisi yang diinginkan. Alternatif pemilahan pompa berdasarkan dari hasil analisa lapangan, maka pompa sentrifugal lebih banyak mempunyai keuntungan dari pada pompa torak.

2.3

Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Suatu pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih

yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang dipasangkan pada poros dan diselubungi oleh sebuah rumah (casing) yang berbentuk volute. Fluida memasuki impeller secara aksial didekat poros dan mempunyai energi, baik energi kinetik maupun Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

7

Tugas Akhir

energi potensial, yang diberikan padanya oleh sudu-sudu. Begitu fluida meninggalkan impeller pada kecepatan yang relatif tinggi, fluida dikumpulkan didalam volute yang mentrasformasikan energi kinetik menjadi tekanan disertai dengan pengurangan kecepatan. Dengan cara demikian, pompa sentrifugal akan dapat memindahkan atau memompakan fluida ketempat-tempat yang lebih jauh atau lebih tinggi, jadi dalam hal ini pompa menambahkan energi pada fluida sehingga energi yang terkandung menjadi lebih besar.

Gambar 2.1 Aliran fluida di dalam pompa sentrifugal Menurut caranya merubah tenaga kinetik menjadi tenaga tekan, maka pompa sentrifugal ini dapat dibagi menjadi dua macam cara, yaitu :

1. Volute Centifugal Pump Pada jenis ini, kecepatan fluida yang keluar dari impeller diperkecil dan tekanannya diperbesar pada saluran spiral

di dalam casing. Saluran yang

berbentuk spiral disebut volute.


8

Tugas Akhir

Gambar 2.2 Volute Centrifugal Pump

2. Difuser Centrifugal Pump Pompa jenis ini digunakan difuser yang dipasang mengelilingi impeller, guna dari difuser ini adalah untuk menurunkan kecepatan aliran yang keluar dari impeller sehingga energi kinetik aliran dapat diubah menjadi energi tekan secara efisien. Difuser ini digunakan pada pompa yang bertingkat, sehingga difuserini juga berfungsi sebagai pengarah aliran dari dischange impeller sebelum ke suctioan impeller berikutnya.

Gambar 2.3 Difuser Centrifugal Pump

2.4

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menurut : •

Bentuk rumah pompanya

•

Bentuk sudu impellernya


9

Tugas Akhir

•

Aliran cairannya

•

Jumlah tingkatnya

•

Cara isapannya

2.4.1

Klasifikasi Menurut Desain Rumah Pompa

Dibedakan atas tiga tipe yaitu :

• Pompa Volute, dimana rumah pompanya berbentuk spiral volute. • Pompa Difuser, dimana rumah pompa terdapat difuser yang mengelilingi impeller. •

Pompa Volute Ganda, dimaksudkan agar beban radial pada poros pompa tidak terlalu besar.

2.4.2

Klasifikasi Menurut Bentuk Impeller

Dibedakan atas : •

Impeller terbuka (Open Type Impeller)

•

Impeller sebagian (Semi Open Type Impeller)

•

Impeller tertutup (Closed Type Impeller)

2.4.3

Klasifikasi Menurut Posisi Porosnya Klasifikasi menurut posisi porosnya maka pompa dapat dibedakan atas :

•

Pompa Vertikal Pompa ini mempunyai poros dengan posisi tegak.


10

Tugas Akhir

Gambar 2.4 Pompa Vertikal •

Pompa Horizontal Pompa ini mempunyai poros dengan posisi mendatar, untuk lebih jelasnya lihat gambar 2.5.

Gambar 2.5 Pompa Horizontal


11

Tugas Akhir

2.4.4

Klasifikasi Menurut Aliran Cairan


Pompa Aliran Aksial, dimana arah aliran cairan sejajar sumbu poros.

•

Pompa Aliran Radial, dimana arah aliran cairan tegak lurus sumbu poros.

•

Pompa Aliran Campuran, dimana arah aliran tidak aksial maupun radial.

2.4.5

Klasifikasi Menurut Susunan Tingkat


Pompa Satu Tingkat (Single Stage) Pompa ini hanya mempunyai satu impeller. Head total yang ditimbulkan hanya berasal dari satu impeller, sehingga relatif rendah.

Gambar 2.6 Pompa Satu Tingkat •

Pompa Bertingkat Banyak (Multi Stage) Pompa ini menggunakan beberapa impeller yang dipasang secara seri pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeller pertama dimasukkan ke impeller berikutnya dan seterusnya hingga impeller yang terakhir. Panas (Head) total pompa merupakan penjumlahan dari head yang ditimbulkan oleh masing-masing impeller sehingga relatif tinggi.


12

Tugas Akhir

Gambar 2.7 Pompa Bertingkat Banyak

2.4.6

Klasifikasi Menurut Cara Isapan Pompa

Dibadakan atas : •

Pompa Isapan Tunggal Pada pompa jenis ini, zat cair masuk dari satu sisi impeller. Konstruksi yang sangat sederhana, sehingga umumnya banyak dipakai. Namun tekanan yang bekerja pada masing sisi isap tidak sama sehingga akan timbul gaya aksial yang arahnya menuju ke sisi isap menuju ke sisi ganda.

•

Pompa Isapan Ganda Pada pompa jenis ini zat cair masuk melalui kedua sisi impeller tersebut dipasang saling bertolak belakang sehingga gaya aksial yang timbul akibat tekanan yang bekerja pada masing-masing sisi impeller akan saling membagi. Laju aliran total sama dengan dua kali laju aliran yang masuk mulai masing-masing impaller. Dibandingkan dengan pompa isapan tunggal yang sama kapasitasnya, pompa isapan ganda mempunyai kemampuan isapan yang lebih baik.


13

Tugas Akhir

Gambar 2.8 Pompa Isapan Tunggal dan Pompa Isapan Ganda 2.4.7

Konstruksi Pompa Sentrifugal

Komponen - komponen utama pompa sentrifugal :

Gambar 2.9 Konstruksi Pompa Sentrifugal 1. Rumah Pompa Rumah pompa pada pompa sentrifugal berfungsi untuk menampung fluida yang keluar dari impeller. Selain itu, rumah pompa berfungsi untuk memudahkan dan mengarahkan fluida yang akan disalurkan keluar pompa. Rumah pompa


14

Tugas Akhir

biasanya berbentuk volute (spiral) seperti bentuk pada rumah keong. Untuk air dingin yang mempunyai tekanan relatif rendah, rumah pompa biasanya terbuat dari bahan besi cor. Untuk tekanan yang melebihi 0,0689 bar (100 Psi) digunakan dari bahan semi baja, yaitu besi cor berkualitas tinggi. Untuk cairan yang sifatnya korosif yang dapat memberikan reaksi asam seperti air garam, bahan rumah pompa terbuat dari brons atau baja tahan karat. Pompa dengan poros horizontal, menurut letak saluran isapnya maka rumah pompa dapat dibagi menjadi empat macam yaitu : •

Saluran isap samping (Side Suction)

Gambar 2.10 Saluran Isapan Samping •

Sluran isap ijung (End Suction)

Gambar 2.11 Saluran isap Ujung


15

Tugas Akhir

•

Saluran isap bawah (Bottom Suction)

Gambar 2.12 Saluran Isap Bawah •

Saluran isap atas (Top Suction)

Gambar 2.13 Saluran Isap Atas

2. Impeller Impeller, dalam pembuatannya, biasanya dicor dalam satu kesatuan. Impeller berfungsi untuk mengarahkan air dan memutar fluida agar timbul gaya sentrifugal. Agar dapat diperoleh efisiensi yang tinggi, permukaan impeller harus dibuat sehalus mungkin, baik dalam saluran pada sudu-sudu maupun pada bagian luar impeller. Sudu-sudu dari impeller yang berputar memberikan energi kecepatan kepada fluida. Energi kecepatan ini dalam pompa diubah menjadi tekanan. Bentuk impeller dan sudu-sudu harus disesuaikan dengan jenis fluida, tekanan naik yang


16

Tugas Akhir

dibutuhkan, volume aliran, jumlah putaran dan sebagainya. Bentuk, ukuran dan jumlah sudu mempunyai pengaruh besar terhadap tekanan naik dan volume aliran. Impeller disebut "terbuka" jika tidak mempunyai dinding (tameng), "setengah terbuka" atau "tertutup" jika dilengkapi dengan dinding pada sisi sebelah masuk atau keluar, "tertutup" jika kedua sisinya diberi dinding. Dari ketiga impeller di atas, impeller tertutup adalah impeller yang paling banyak digunakan, karena impeller ini mempunyai efisiensi yang lebih besar untuk jangka waktu lebih lama. Menurut bentuknya impeller dibagi menjadi : a. Radial Impeller b. Francis vane atau Screw vane Impeller c. Propeler atau Axial flow Impeller d. Mixed flow Impeller Menurut jenis mekaniknya dibagi menjadi : a. Open Impeller Jenis Open Impeller biasanya dipakai pada pompa yang kecil, mudah mengalirkan cairan yang bersifat mengkikis. Bentuknya sama dengan radial impeller. b. Semi-Open Impeller Semi-Open Impeller mempunyai dinding pada bagian belakang atau salah satu sisi impellernya. Kadang-kadang dinding itu diberi kipas untuk mengurangi tekanan bagian hub impeller.


17

Tugas Akhir

c. Closed Impellerer Closed Impellerer sering dipakai pada pompa sentrifugal tingkat tunggal saluran isap ujung untuk cairan yang jernih. Jenis ini mencegah kemungkinan terjadinya slip yang biasanya timbul pada open-impeller dan semi—open impeller. 3. Ring penahan Aus Wear ring atau cincin penahan aus digunakan untuk mencegah kebocoran pada celah antara impeller dan rumah pompa. Cincin penahan aus ini mempunyai celah yang sangat kecil, yang satu dipasang pada impeller dan yang satu lagi dipasang pada rumah pompa. Cincin penahan aus pada impeller biasanya diulirkan ke impeller dengan ulir yang arah putarnya berlawanan arah dengan arah putaran impeller. Cincin panahan aus untuk rumah pompa dapat dibuat tidak berputar pada kedudukannya. Pemilahan wear ring tergantung dari jenis cairan yang dialirkan, perbedaan tekanan dan kecepatan putaran. Jenis yang paling banyak digunakan adalah flat type dan L type. 4. Poros Fungsi poros adalah untuk mentransmisikan momen torsi dar motor penggerak ke impeller pada saat mulai strat maupun selama pompa bekerja. Letak poros pada pompa dapat horizontal maupun vertikal. 5. Seal / Paking Fungsi seal / paking adalah untuk mencegah fluida keluar melalui poros dan menahan udara mengalir masuk ke dalam pompa. Paking untuk poros dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu :


18

Tugas Akhir

a. Stuffing box (gland paking) Stuffing box terdiri dari suatu ruangan yang diisi oleh cincin-cincin paking dari katun, benang asbes atau bahan buatan biasanya PTFE (Polyetra Floucthyleen) atau teflon yang tahan terhadap segala macam cairan dan temperatur. Untuk paking yang terbuat dari metal ( metal putih, kuningan, alumunium ) harus dilumasi gemuk yang dililitkan dengan teras asbes. Untuk mendapatkan paking yang terdiri dari cincin-cincin ditekan dari luar dengan penekanan paking (gland). Untuk tekanan sampai 50 N/cm² cukup 4 cincin paking. Penampang cincin suffing box berbentuk bujur sangkar dengan sisi sebesar 0,25 kali diameter poros. b. Seal Mekanik Seal

mekanik

membentuk

permukaan

datar

dua

buah

cincin

bersinggungan saling meluncur, terjadi suatu penurunan pada tekanan pada lapisan cairan antara kedua cincin tersebut disebabkan oleh gesekan cairan. Seal mekanik dipakai untuk : •

Tekanan tinggi dan kecpatan keliling tinggi.

•

Tidak boleh ada kebocoran.

•

Sifat fluida

yang dipompa melarutkan paking seperti bensin,

petroleum propan.


19

Tugas Akhir

Gambar 2.14 Mechanical Seal Komponen seal mekanik terdiri dari : •

Suatu permukaan seal yang tidak berputar.

•

Suatu cincin seal yang berputar bersama poros.

•

Pegas ulir dilandasi diafragma yang menekan kedua cincin tersebut.

Ada 2 macam seal mekanik yaitu: •

Internal seal Bagian yang berputar terletak di dalam box dan berhubungan langsung dengan fluida yang dipompa.

•

External seal Bagian yang berputar terletak di luar box dan berhubungan langsung dengan udara.

6. Bantalan (bearing) Fungsi bantalan pada pompa sentrifugal adalah untuk menjaga poros tetap lurus akibat adanya gaya radial dan aksial ketika pompa bekerja. Jenis bantalan yang sering dipakai :


20

Tugas Akhir

a. Single row deep groove ball bearing Paling banyak dipakai pada pompa sentrifugal kecuali untuk ukuran besar. Bantalan ini baik untuk menahan beban aksial dan radial. b. Double row deep groove ball bearing Digunakan jika beban lebih besar dari pada yang diijinkan pada single row deep groove ball bearing. c. Seal aligning ball bearing Dipakai untuk beban besar dan putaran tinggi, tetapi hanya dapat menahan gaya aksial yang tidak terlalu besar. d. Angular contact ball bearing Digunakan menahan gaya aksial yang besar. Untuk gaya dari satu arah dipakai single row type dan untuk dua arah dipakai double row type. 7. Kopling Kopling digunakan untuk memindahkan gerak putar dan torsi dari motor penggerak ke motor pompa yang akan digerakkan. Dengan adanya kopling ketidak lurusan poros pompa dan poros motor listrik dapat diatur. Ada dua macam jenis kopling : − Rigid coupings − Flexible couplings


21

Tugas Akhir

Yang paling sering dipakai untuk pompa sentrifugal adalah dengan bushing dari karet kopling fleksibel. 8. Pelat Pondasi dan Penumpu Pelat pondasi berfungsi untuk menyatukan kaki pompa dengan pondasi sehingga tidak bergeser, penumpu berguna untuk meluruskan pompa penggerak dan tidak bergeser. Penumpu juga berguna untuk meluruskan poros pompa motor penggerak dan poros serta menyerap, getaran-getaran yang terjadi ketika pompa bekerja. 2.5

Head Zat Cair

Gambar 2.15 Aliran Melalui Pipa Head adalah tinggi atau permukaan zai cair terhadap suatu bidang tertentu. Dalam pembahasan ini telah dilakukan pengujian terhadap total head pada pompa pendingin sekunder, dimana perhitungan head total sendiri merupakan selisih antara discharge head dan suction head.


22

Tugas Akhir

Aliran suatu zat cair (misalnya air) melalui suatu penampang saluran. Pada penampang tersebut zat cair mempunyai tekanan statis p (N/m²), kecepatan ratarata v (m/s) dan ketinggian z (m) diukur dari bidang referensi. Maka zat cair tersebut pada penampang yang bersangkutan mempunyai Head Total (H) :

v2 H= + +Z γ 2⋅ g p

Dimana : p/γ

: Head tekanan

v² / 2g : Head kecepatan Z

: Head potensial

Ketika head tersebut diatas tidak lain adalah energi mekanik yang dikandung oleh satuan berat (1 kg/m³) zat cair yang mengalir pada penampang yang bersangkutan. Head total tersebut dinyatakan dengan satuan tinggi kolom cairan zat cair dalam meter. Dalam satuan SI, head (H) dinyatakan sebagai energi spesifik Y, yaitu energi mekanik yang dikandung oleh cairan persatuan massa (1kg) zat cair. Satuan Y adalah J/kg, maka energi spesifik tekanan p/ρ, kecepatan v²/2 dan potensial gZ. Makan persamaan energi spesifik total sebagai berikut :

Y = g⋅H =

p

ρ


+

v2 + g⋅Z 2

23

Tugas Akhir

Dimana, ρ = massa zat cair per satuan volume (kg/m³) 2.6

Hukum Kesebangunan Jika dua buah pompa sentrifugal yang geometris sebangun satu sama lain,

maka kondisi aliran sebangun pula, berlaku hubungan sebagai berikut : Q1 n1 ⋅ D13 H 1 n1 ⋅ D13 P1 n1 ⋅ D13 = ; = ; = Q2 n 2 ⋅ D23 H 2 n 2 ⋅ D23 P2 n 2 ⋅ D23 Dimana ; D

: Diameter impeller (m)

Q

: Kapasitas aliran (m³/s)

H

: Head pompa (m)

P

: Daya poros pompa (W)

n

: Putaran pompa (rpm)

Hubungan yang dinyatakan diatas tersebut "Hukum Kesebangunan Pompa". Hukum ini sangat penting untuk menaksir perubahan performansi pompa bila putaran dirubah. Hukum ini juga berguna untuk memperkirakan performansi pompa yang direncanakan apabila pompa tersebut geometris sebangun dengan pompa yang sudah diketahui performansinya. 2.7

Head Total Pompa Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air

seperti direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa. Seperti pada gambar berikut :


24

Tugas Akhir

Gambar 2.16 Head Total Pompa Head total yang dapat ditulis sebagai berikut :

v d2 H = ha + ∆h p + h1 + 2⋅ g Dimana : H

: Head total pompa (m)

ha

: Head statis pompa (m) Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air sisi keluar dan sisi isap, tanda psitif (+) dipakai apabila muka air di sisi keluar lebih tinggi dari pada sisi isap.

∆hp

: Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan Air (m), ∆hp = hp2 - hp1

h1

: Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan, dll (m), h1 = h1d + h1s

Vd²/2.g : Head kecepatan (m) g

: percepatan gravitasi (m/s²)


25

Tugas Akhir

Dalam hal pompa menerima energi dari aliran yang masuk ke sisi isapannya, seperti pada pompa penguat (pompa booster), maka head total pompa dapat dihitung dengan rumus berikut : H = ha + ∆ h p + h1 +

(

1 ⋅ vd2 − v s2 2⋅ g

)

Dimana : ha

: Perbedaan tinggi antara sembarang (A) di pipa keluar, dan sembarang titik (B) di titik isap (m) (lihat gambar di bawah).

∆hp h1

: Perbedaan head tekanan (A) dan titik (B) (m). : Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan dan lain-lain, antara titik (A) dan titik (B) (m).

Vd

: Kecepatan aliran rata-rata di titik (A) (m/s).

Vs

: Kecepatan aliran rata-rata di titik (B) (m/s).

Gambar 2.17 Head Pompa Apabila permukaan air berubah-ubah dengan perbedaan besar, Head Statis total harus ditentukan dengan mempertimbangkan karakteristik pompa, besarnya selisih perubahan permukaan air dan dasar yang dipakai untuk menentukan jumlah air yang harus di pompa.


26

Tugas Akhir

Adapun hubungan antara tekanan dan Head tekanan dapat diperoleh dari rumus berikut : h p = 10 x

P

γ

Dimana, hp

: Head tekanan (m)

P

: Tekanan (N/m²)

γ

: Berat persatuan volume zat cair yang dipompa (N/m³)

Menurut ISO, energi spesifik Y (J/kg) kadang-kadang dipakai sebagai pengganti sebagai pengganti head H (m). adapun hubungannya adalah sebagai berikut :

Y = g⋅H

Sebagaimana diutarakan sebelumnya, untuk menentukan head total yang harus disediakan pompa, perlu dihitung dahulu head kerugian h1. 2.8

Putaran Spesifik Putaran spesifik adalah untuk 1 tingkat dimana impeller dapat

memindahkan cairan sebanyak 1 m³/s dengan head 1 m atau dapat dituliskan sebagai berikut :

ns = n ⋅

Q1 / 2 H 3/ 4

Dimana : ns

: Putaran spesifik pompa (rpm)


27

Tugas Akhir

n

: Putaran poros pompa (rpm)

Q

: kapasitas pompa (m³/s)

H

: Head total pmpa (m)

Putaran spesifik ini menentukan bentuk sudu-sudu yang dipakai sebagai impeller pada pompa sentrifugal. Bentuk sudu-sudu impeller tersebut adalah :

2.9

a. ns = 12 – 35

impeller jenis radial

b. ns = 35 – 80

impeller Francis

c. ns = 80 – 160

impeller jenis mixed flow

d. ns = 160 – 400

impeller jenis propeler

Segitiga Kecepatan Untuk setiap titik pada garis aliran, dapat digambarkan segitiga kecepatan.

Segitiga kecepatan digunakan untuk mengetahui besaran-besaran kecepatan pada titik tersebut atau sudut yang dibentuk oleh kecepatan-kecepatan tersebut. Hal ini dalam rangka perencanaan dimensi pompa sentrifugal.

C3 a3

W2

W3

C2 a2

ß3

C 2m = C 3m

ß2

µ2 C3µ = k .C2µ C2µ µ2

Gambar 2.18 Segitiga Kecepatan Dimana : C3

: Kecepatan absolut air masuk sudu

C2

: Kecepatan radial air


28

Tugas Akhir

U

: Kecepatan tangensial

α

: Sudut antara kecepatan absolut dengan kecepatan tangensial

β

: Sudut antara kecepatan relatif dengan kecepatan tangensial

W

: Kecepatan relatif air

Dalam memilih pompa yang tepat bagi keperluan tertentu, karakteristik pompa seperti diuraikan di atas sangat penting untuk diperhatikan dan dipertimbangkan. 2.10

Performansi Bentuk pompa pada umumnya tergantung pada ns, jadi dapat dimengerti

bila karakteristiknya juga akan tergantung pada ns. karakteristik sebuah pompa dapat digambarkan dalam kurva-kurva karakteristik yang menyatakan besarnya head total pompa, daya poros, efisiensi pompa terhadap kapasitas. Kurva performansi tersebut pada umumnya digambarkan pada putaran yang tetap.

Gambar 2.19 Kurva Karakteristik Pompa Volut


29

Tugas Akhir

Dari gambar terlihat bahwa kurva head-kapasitas menjadi curam pada pompa dengan harga ns yang semakin besar. Kurva daya terhadap kapasitas mempunyai harga minimum bila kapasitas aliran sama dengan nol pada pompa sentrifugal dengan ns kecil. Kurva efisiensi terhadap kapasitas dari pompa sentrifugal umumnya berbentuk mendekati busur lingkaran. Harga efisiensinya hanya sedikit menurun bila kapasitas berubah menjahui harga optimunnya. Dalam memilih pompa yang tepat bagi keperluan tertentu, karakteristik pompa seperti diuraikan di atas sangat penting untuk diperhatikan dan dipertimbangkan. 2.11

Daya pompa dan Efisiensi Parameter-parameter lain yang juga perlu diperhatikan dalam kurva

karakteristik pompa adalah daya yang diperlukan pompa tingkat efisiensi. Rumusan secara garis besar untuk daya pompa yang diperlukan adalah :

Pp =

Pw

ηP

Dimana : Pp

: Daya pompa (kW)

Pw

: Daya air

ηp

: Efisiensi pompa (berasal dari grafik efisiensi pompa)

Rumusan untuk daya air adalah : Pw = ρ x g x Q x H Dimana : ρ

: Massa jenis fluida (kg/m³)


30

Tugas Akhir

Q

: Kapasitas pompa (m³/detik)

H

: Head pompa (m)

g

: Percepatan gravitasi (m/s²)

Sedangkan untuk rumusan daya motor penggerak adalah : Pm = Pp

(1 + α )

ηt

Dimana :

2.12

Pm

: Daya motor (kW)

Pp

: Daya pompa (kW)

α

: Faktor cadangan (tabel faktor cadangan)

ηt

: Efisiensi transmisi (tabel efisiensi transmisi)

Kavitasi Kavitasi adalah gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir, karena

tekanan berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya atau tekanan sisi isap pompa lebih rendah dari tekanan uap jenuh fluida pada temperatur fluida tersebur. Akibat zat cair mendidih dan akan berbentuk gelembung-gelembung uap zat cair, yang terjadi pada zat cair yang mengalirkan di dalam pompa. Gelembunggelembung tersebut akan terbentuk terus-menerus dan kemudian pecah,. Sehingga pada dinding saluran disekitar aliran yang berkavitasi akan mengalami kerusakan. Pada pompa bagian yang mudah mengalami kavitasi adalah pada sisi isap pompa, karena tempat-tempat yang bertekanan rendah dengan fluida yang berkecepatan tinggi sangat rawan terhadap terjadi kavitasi. Kavitasi akan timbul apabila tekanan


31

Tugas Akhir

neto sisi isap pompa turun menjadi lebih rendah dari tekanan uap pada temperatur cairnya maka dapat timbul gelembung udara yang menyebabkan kavitasi tersebut. Akibat-akibat yang dapat ditimbulkan oleh kavitasi antara lain : •

Sudu-sudu impeller dapat termakan karena erosi kavitasi.

•

Menimbulkan suara yang berisik.

•

Menimbulkan kejutan-kejuatan dan vibrasi.

•

Permukaan dinding akan termakan sehingga berlubang-lubang. Agar tidak terjadi kavitasi harus diusahakan agar tidak ada satu bagianpun

dari aliran di dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada temperatur yang bersangkutan. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi, maka harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan 2.13

NPSH (Net Positive Suction Head) Yang Tersedia NPSH yang tersedia adalah head yang dimiliki zat cair pada sisi isap

pompa (ekivalen dengan tekanan mutlak pada sisi pompa), dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair tersebut. Oleh karena itu besarnya NPSH yang tersedia dapat dibuat dengan persamaan :

hsv =

Pa P − v − hs − his ρ ⋅ g ρ .g


32

Tugas Akhir

Dimana : hsv

: NPSH yang tersedia (m)

Pa

: Tekanan atmosfer (N/m³)

Pv

: Tekanan uap jenuh pada temperatur yang besangkutan (N/m³)

ρ

: Massa jenis fluida (kg/m³)

g


hs

: Head isap statis (m)

his

: Kerugian head pada posisi isap (m)

Dengan demikian NPSH yang tersedia adalah merupakan tekanan absolut yang masih tersedia atau tersisa pada sisi isap pompa setelah dikurangi dengan tekanan uap air pada suhu yang bersangkutan.

2.14

NPSH Yang Diperlukan Tekanan terendah di dalam pompa bisanya terletak disuatu titik dekat

setelah sisi masuk sudu impeller. Di bagian ini tekanan adalah lebih rendah dari pada tekanan pada bagian sisi isap atau lubang isap pompa. Hal ini dapat disebabkan oleh karena adanya kerugian head di nosel isap, kenaikan kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit dan kenaikan kecepatan aliran karena tebal sudu setempat. Jadi agar tidak terjadi penguapan zat cair, maka tekanan pada lubang isap pompa dikurangi dengan penurunan tekanan di dalam pompa, harus lebih tinggi


33

Tugas Akhir

dari pada tekanan uap jenuh zat cair. Head tekanan besarnya sama dengan penurunan tekanan ini disebut dengan NPSH yang diperlukan. Agar pompa dapat beroperasi dengan tidak mengalami kavitasi maka NPSH yang tersedia harus lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan. Jika head total pompa pada titik efisien maksimum dinyatakan sebagai H dan NPSH yang diperlukan untuk titik ini adalah NPSHr, maka didefinisikan sebagai :

NPSHr = σ . H Dimana :

2.15

σ

: Koefisien kavitasi thoma

NPSHr

: NPSH yang diperlukan

H

: Head pompa

Berbagai Pengaruh Pada NPSH Yang Tersedia NPSH yang tersedia tergantung pada berbagai faktor, seperti tekanan

atmosfer atau tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair tekanan uap air pada temperatur yang bersangkutan dan head isap statis. Adapun besarnya NPSH yang tersedia dapat dihitung dari kondisi instalasi pompa terpasang, dalam hal ini NPSH yang tersedia harus lebih besar dari pada NPSH yang diperlukan.


34

Tugas Akhir

BAB III PERENCANAAN HYDRANT

Dalam perencanaan hydrant, terlebih dahulu harus diketahui spesifikasi dan jenis bangunan yang akan digunakan. Hal ini untuk mencegah terjadinya kesalahan dalam pemasangan instalasi hydrant dan pemilihan jenis pompa juga factor-faktor yang dapat menimbulkan bahaya terjadinya kebakaran yang disebabkan oleh kontruksi dari bangunan tersebut. Standarisasi pemasangan hydrant pada gedung, harus mengacu pada Peraturan Daerah (PERDA) dan Dinas Kebakaran Daerah untuk memenuhi persyaratan klasifikasi bangunan berdasarkan tingkat kebakaran.

3.1

Klasifikasi Bangunan Berdasarkan Tingkat Kebakaran

Klasifikasi bangunan berdasarkan tingkat kebakaran dibedakan menjadi : a. Hunian dengan Bahaya Kebakaran Ringan (Ligth hazard Occupancies) diantaranya adalah : •

Rumah Ibadah

•

Bangunan Pendidikan

•

Rumah Sakit

•

Perpustakaan

•

Musium

•

Perumahan


35

Tugas Akhir

b. Hunian dengan Bahaya Kebakaran Sedang (Ordinary hazard Occupancies) kelompok 1 diantaranya adalah : •

Parkir untuk mobil dan ruang pamer

•

Pabrik pembuat minum

•

Pabrik pengalengan

•

Pabrik pembuat dan pemproses susu

•

Pabrik elektronik

•

Pabrik gelas

c. Hunian dengan Bahaya Kebakaran Sedang (Ordinary hazard Occupancies) Kelompok 2 meliputi bangunan-bangunan : •

Penggilingan produk biji-bijian

•

Pabrik kimia sedang

•

Pabrik gula

•

Pabrik destilasi

•

Pencucian dengan sistem kering / kimia

•

Penggilingan makanan ternak

•

Pabrik pengolahan bahan kulit

•

Pabrik Permesinan

•

Pabrik pekerjaan metal

•

Pusat perdagangan

•

Pabrik pemproses kertas

•

Penerbitan dan percetakan


36

Tugas Akhir

•

Bengkel reparasi mobil

•

Pabrik ban

•

Pabrik pembuat tembakau

•

Pabrik pengerjaan kayu dengan mesin

d. Hunian dengan Bahaya Kebakaran Besar (Extra hazard Occupancies) Kelompok 1 yang meliputi : •

Hanggar pesawat terbang

•

Ruang fluida hidrolik yang mudah terbakar

•

Pengecoran

•

Ekstrusi metal

•

Pabrik plywood dan papan partikel

•

Pabrik daur ulang karet

•

Bangunan pemroses textile

•

Bengkel dimana dilakukan pekerjaan melapis dengan foam plastik

e. Hunian dengan Bahaya kebakaran Besar (Extra hazard Occupancies) Kelompok 2 yang terdiri dari : •

Pabrik Asphalt Saturating

•

Pabrik yang mempunyai kegiatan penyemprotan dengan bahan cair yang mudah terbakar

•

Pabrik pemproses plastik

•

Solvent cleaning


37

Tugas Akhir

•

Pabrik / bengkel dimana dilakukan pekerjaan varnis dan pengecatan dan pencelupan. Pada perencanaan hydrant ini penulis menganalisa dasar perancangan pada

bagunan gedung apartement dengan ketinggian 18 lantai.

3.1.1

Data Bangunan

Lantai No 1 Lt. Basement 2 2

Lt. Basement 1

3

- Lt. Dasar

4

- Main Lobby - Fasilitas Bangunan - Lantai 1 - R. Fasilitas

5

- Lantai 2

6

- Fasiltas Gedung -Lantai 3 s/d 11

7

- Lantai 12

8

- Lantai 13

9

Lantai 14

10

Lantai 15


Fungsi R. Pompa, R. Genset, R. Panel, Gudang, Lobby Lift, Parkir R. Kontrol, R. Gardu PLN, R. STO, R.Trafo/PTM, R. PUTR, R. Kerja STP, Gudang, Lobby Lift. Apartement unit, Tangga kebakaran, Lobby lift, Lobby Entrance, Apartement Koridor, Toilet Umum. Entrance Gedung. Locker, R. Penitipan Anak, Staff, Check Point, Koridor, Lobby. Apartement Unit, Tangga Kebakaran, Lobby Lift. Finess Center, Aerobic, Koridor. Apartement Unit, Tangga Kebakaran, Lobby Lift. Kitchen, Outdoor, Dinning, Koridor. Apartement Unit, Tangga Kebakaran, Lobby Lift. Apartement Unit, Tangga Kebakaran, Lobby Lift, Mesin Lift. Apartement Unit, Tangga Kebakaran, Lobby Lift. Apartement Unit, Tangga Kebakaran, Lobby Lift. Apartement Unit, Kebakaran, Lobby Lift.

Luas (m²)

Elevasi

± 4.729 m²

- 8,40

± 4.821 m²

- 3,70

± 892,8 m²

+ 0,00

± 68 m² ± 364,5 m²

+ 0,00 + 0,00

± 942,4 m² ± 306 m² ± 942,4 m² ± 306 m² ± 942,4 m² ± 793,6 m² ± 472 m²

+ 3,30 + 3,30 + 6,60 + 6,60 + 9,90 + 12,20

+ 47,00

± 669 m²

+ 50,50

Tangga ± 472m²

+ 54,00

38

Tugas Akhir

11

Lantai 16

Apartement Unit, Kebakaran, Lobby Lift.

Tangga ± 472 m²

+ 57,50

12

Lantai 17

Apartement Unit, Kebakaran, Lobby Lift.

Tangga ± 472 m²

+ 61,00

13

Lantai 18

R. Mesin Lift, R. Pressurized ± 372 m² Fan, R. Exhaust/Intake Fan, R. Roof Tank.

+ 84,50

3.2

Sistem Pipa Tegak

Dalam sistem pipa tegak, hydrant dapat dibedakan menjadi 2 yaitu :

a. Sistem pipa tegak kering (Dry Stand Pipe) Pada sistem pipa tegak kering, semua instalasi dalam keadaan kosong tanpa ada kandungan air. Apabila terjadi musibah kebakaran, sumber air berasal dari pompa mobil pemadam kebakaran yang disambungkan ke Siamesse Connection. Pemasangan Siamesse Connection harus pada pinggir jalan yang mudah dijangkau dan tidak tersembunyi. Sistem pipa tegak kering hanya boleh dipasang pada daerah-daerah atau Negara-negara yang air dapat membeku dalam pipa. Sehingga sistem pipa tegak kering tidak dianjurkan dipasang di Indonesia.

b. Sistem pipa tegak basah (Wet Stand Pipe). Sebaliknya pada sistem pipa tegak basah, semua instalasi terisi air yang bertekanan, sehingga apabila terjadi kebakaran dapat langsung digunakan. Untuk sistem pipa tegak basah harus dicadangkan air yang cukup yang biasanya disimpan pada Ground Water Tank (GWT) atau Water Reservoir. Pompa dengan laju aliran dan head yang cukup harus disediakan pada sistem ini. Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

39

Tugas Akhir

Pada sistem pipa tegak basah juga harus dipasang Siamesse Connection seperti halnya pada sistem pipa tegak kering. Siamesse Connection ini dimaksudkan untuk menambah pasokan air dari mobil pemadam kebakaran setelah persediaan air pada Ground Water Tank habis.

3.3

Perancangan Pipa Tegak

3.3.1

Jumlah pipa tegak yang disyaratkan Setiap pipa tegak harus melayani tiap luas ruangan tidak lebih dari 930 m²

dari setiap lantainya dan dalam jangkauan 38 m dari katup landing yang dipasang pada setiap pipa tegak. Pada gambar H – 01 dibawah ini adalah contoh perencanaan jumlah pipa tegak dan jarak jangkaunya. Pada perencanaan ini jumlah pipa tegak di lantai basement 2 dan basement 1 yang digunakan sebagai tempat parkir mobil, jumlah pipa tegak dan box hydrant dihitung berdasarkan luas bangunan yaitu 1 (satu) kotak hydrant untuk luas 930 m². Tetapi pada bangunan di atasnya, dimana hunian apartemen ini dibatasi oleh dinding pemisah setiap 2 unit apartementnya, sehingga jangkauan pipa hydrant terhalang, dengan demikian jumlah pipa tegak akan lebih banyak, karena 2 unit apartement terdapat 1 (satu) buah pipa tegak, walaupun luasnya kurang dari 930 m². Berikut ini adalah jumlah kotak hydrant pada masing lantai berdasarkan luas lantai maupun batasan kelompok apartement.


40

Tugas Akhir

a. Bangunan Parkir

No

Lantai

Luas (m²) 4729

Jumlah Pipa Tegak (buah) 7

Jumlah Kotak Hydrant (buah) 6

1

Basement 2

2

Basement 1

4822

7

6

b. Bangunan Apartement

No

Lantai

1

Dasar

Luas (m²) 1256

Jumlah Pipa Tegak (buah) 4

Jumlah Kotak Hydrant (buah) 2

2

Lantai 1

1250

4

4

3

Lantai 2

1250

4

4

4

Lantai 3 s/d 11

@ 942

@4

@4

5

Lantai 12

794

3

3

6

Lantai 13

669

3

3

7

Lantai 14 s/d 17

@ 472

2

2

Diameter pipa tegak masing-masing adalah 150 mm (6”), pada lantai basement 2, basement 1 dan lantai dasar, satu pipa tegak ada yang melayani lebih dari satu kotak hydrant.


41

Tugas Akhir

Gambar 3.1 Contoh Penempatan Pipa tegak dan Jarak jangkauan


42

Tugas Akhir

3.3.2

Ukuran pipa tegak Diameter nominal pipa tegak yang dipasang harus memenuhi persyaratan

sebagai berikut :

a. Diameter 100 mm (4”) Pipa tegak diameter 100 mm (4”) digunakan apabila ketinggian bangunan tidak lebih dari 40 m dan hanya ada satu katup landing disetiap lantainya.

Atap

< 40 m

Lantai dasar

Gambar 3.2 Sistem Pipa Tegak 100 mm (4”) b. Diameter 150 mm (6”) Diameter 150 mm (6”) digunakan pada bangunan yang memiliki ketinggian lebih dari 40 m dan diperbolehkan menggunakan dua katup landing untuk setiap lantainya. Atap

Atap Luas lantai >930 m²

< 40 m

< 40 m

Lantai dasar

> 24 m

Lantai dasar

Gambar 3.3 Sistem Pipa Tegak 150 mm (6”)


43

Tugas Akhir

3.3.3

Penempatan pipa tegak Penempatan pipa tegak harus sesuai dengan ketentuan di bawah ini : a. Di dalam suatu loby yang diventilasi dan mendekati tangga (bila tersedia). b. Pipa tegak harus dipasang dan diproteksi terhadap kerusakan mekanis dan api. c. Pipa tegak tidak boleh dipasang di dalam shaft yang di dalamnya terdapat pipa gas, pipa uap, pipa bahan baker atau kabel listrik. d. Apabila tidak terpasang pada daerah yang terlindung, maka pipa harus dibungkus atau dilindungi dengan bahan yang mempunyai tingkat ketahanan terhadap kebakaran selama 2 jam.

3.3.4

Laju aliran pada pipa tegak Untuk sistem kelas I dan kelas III laju aliran minimum dari pipa tegak

hidroulik terjauh harus sebesar 1.893 liter/menit (550 gpm). Laju aliran untuk pipa tegak tambahan harus sebesar 946 liter/menit (250 gpm) untuk setiap pipa tegak, tetapi jumlah total laju aliran tidak boleh melebihi 4.731 liter/menit (1.250 gpm). Pada sistem kombinasi dimana pasokan air disamping untuk hydrant juga digunakan untuk sistem sprinkler otomatis, maka laju aliran yang digunakan adalah yang terbesar dari hydrant atau sprinkler dan tetap tidak melebihi 4.731 liter/menit (1.250 gpm). Untuk sistem kelas II, laju aliran minimum untuk pipa tegak terjauh adalah 379 liter/menit (100 gpm). Aliran tambahan tidak dipersyaratkan bila terdapat lebih dari 1(satu) pipa tegak. Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

44

Tugas Akhir

3.3.5

Batasan tekanan Tekanan sisa pada titik terjauh dihitung secara hidroulik adalah 4,5 bar.

Sedangkan tekanan maksimum pada setiap box hydrant tidak melampaui 12.1 bar (175 psi), apabila tekanan melebihi 12,1 bar karena bangunan cukup tinggi, maka pada zona bawah perlu dipasang Pressure Reducing Valve, sebuah katup untuk mengurangi tekanan sehingga tekanan statik tidak melebihi 12,1 bar.

3.3.6

Cadangan air Cadangan air pada Ground Water Tank harus tersedia setiap saat dan tidak

boleh digunakan untuk keperluan lainnya. Cadangan air yang disediakan harus mencukupi kebutuhan selama pemompaan tidak kurang dari 45 menit. Volume air yang harus tersedia untuk cadangan air kebakaran adalah : V=Qxt V

: Volume air

Q

: Kapasitas pompa = 4.731 liter/menit (1.250 gpm)

t

: Waktu pemompaan = 45 menit

V = 4.731 x 45 Sehingga volume cadangan air adalah 212.895 liter. Berikut perkiraan cadangan air selama 45 menit pada kapasitas pompa dari 250 – 1250 US gpm.

Tabel 3.1 Kapsitas Pompa dan Jumlah Cadangan Air No

Kapasitas Pompa ( US gpm )

Jumlah cadangan air (liter)

1

250

42,581


45

Tugas Akhir

2

500

85,162

3

750

127,744

4

1000

170,325

5

1250

212,895

3.4

Jenis – jenis dan Perencanaan Peralatan Hydrant Peralatan hydrant merupakan suatu komponen utama yang fungsinya

sangat berpengaruhya besar pada sistem hydrant yang digunakan. Peralatan hydrant harus memenuhi standarisasi yang ada dan jumlahnya harus sesuai dengan kebutuhan dari bangunan gedung jika terjadi kebakaran.

3.4.1 Perencanaan Kotak Hydrant a. Kotak hydrant dalam (Indoor Hydrant Box / IHB ) Kotak hydrant ini ditempatkan di dalam bangunan dengan batasan luas lantai 930 m² untuk satu kotak hydrant. •

Jumlah

: 45 buah

•

Tekanan min

: 4,42 x 105 N/m²

•

Tekanan mak

: 8,5 x 105 N/m²

•

Debit air

: 0,082 m/s

b. Kotak hydrant luar (Out Door Hydrant Box) Sedangkan kotak hydrant luar ditempatkan di luar bangunan atau halaman yang mudah terjangkau oleh petugas dan biasanya ditempatkan dekat dengan pillar hydrant.


46

Tugas Akhir

•

Jumlah

: 8 buah

•

Tekanan min

: 5,9 x 105 N/m²

•

Tekanan mak

: 8,1 x 105 N/m²

•

Debit air

: 0,082 m³/s

c. Pillar hydrant Pillar hydrant adalah salah satu perlengkapan dari sistem yang ditempatkan di luar bangunan dekat dengan kotak hydrant luar. Pillar hydrant ini berfungsi untuk memadamkan api dari luar bangunan dan biasanya hanya petugas tertentu yang dapat menggunakannya yaitu petugas pemadam kebakaran atau petugas keamanan yang sudah terlatih. Hal ini dikarenakan tekanan pada pillar hydrant dan laju aliran air cukup besar. •

Jumlah

: 8 buah

•

Tekanan min

: 5,9 x 105 N/m²

•

Tekanan mak

: 8,1 x 105 N/m²

•

Debit air

: 0,038 m³/s

d. Siamesse Connection Alat ini digunakan untuk menyambungkan pasokan air dari mobil dinas pemadam kebakaran ke jaringan instalasi untuk menambah pasokan air saat cadangan pada Ground Water Tank semakin berkurang. Penempatan Siamesse Connection harus dekat dengan jalan masuk atau jalan keluar dari jalan raya. •

Jumlah


: 2 buah

47

Tugas Akhir

3.4.2

Sistem Sprinkler Sistem ini merupakan sistem pencegahan pertama yang sangat baik.

Dalam sistem sprinkler,kepala sprinkler dihubungkan langsung dengan sistem pemipaan yang berisi air bertekanan. Dengan demikian air dapat segera dipancarkan melalui kepala sprinkler pada saat kebakaran dan sistem ini sangat handal karena tidak ada sistem lain yang harus diaktifkan selain kepala sprinkler itu sendiri. Sistem ini juga dilengkapi dengan Head Detector atau Smoke Detector. •

Kepekaan temperatur

: 68 ºC

•

Warna fluida

: merah

•

Tekanan min

: 1,37 x 105 N/m²

•

Tekanan mak

: 3,4 x 105 N/m²

•

Debit air

: 0,01 m³/s per lantai

Untuk penempatan Sprinkler Head, terdapat dua jenis pengaturan penempatan, yaitu :

Gambar 3.4 Metode ½ S dan ½ D

Gambar 3.4 Metode ¼ dan ½ D

S = Jarak antara dua Sprinkler Head yang terletak pada suatu jalur pipa D = Jarak antara dua pipa cabang di dalam suatu ruang Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

48

Tugas Akhir

Berikut adalah beberapa jenis Sprinkler Head dan Drencher yang umum digunakan : •

Tipe Quartzoid Bulb Pada tipe ini berisi sebuah bola (bulb) yang terbuat dari kaca spesial (special glass) yang digunakan untuk menahan katup air pada tempatnya. Bola (bulb) tersebut berisi cairan kimia berwarna dimana bila dipanaskan (terkena panas) sampai suhu tertentu, maka cairan kimia akan mengembang yang akhirnya gelas akan pecah sehingga katup terbuka dan air akan mengalir menuju deflektor dan air akan memancar keluar untuk memadamkan api. Dalam pengunaan sprinkler heat ada berbagai jenis yang kaitannya dengan temperatur ruang yang terjadi kebakaran seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel 3.2 Rata – rata Temperatur dan Warna cairan Bola (Bulb) Rata – rata Temperatur (ºC)

Warna dan Cairan Bola

55

Orange

68

Merah

79

Kuning

93

Hijau

141

Biru

182

Ungu (Mauve)

227 - 288

Hitam


49

Tugas Akhir

•

Tipe Side – Wall Jenis ini untuk digunakan pada sisi samping ruangan atau koridor, sehingga air akan terpancar pada bagian tengah dari ruangan atau koridor. Jenis ini banyak digunakan pada terowongan – terowongan.

•

Tipe Window Drencher Tipe ini digunakan untuk memancarkan air pada (di atas) ruangan tertutup atau perkantoran. Untuk satu ruangan biasanya terdapat tiga atau lebih agar dapat menjangkau seluruh ruangan.

•

Tipe Roof Drencher Tipe ini tidak jauh berbeda dengan tipe window drencher tetapi pemasangannya, tipe ini diletakkan pada atap (roof) untuk mencegah luasnya api.

3.4.3

Sistem Halon Sistem ini pada peletakkannya dan instalasinya tidak begitu jauh berbeda

dengan Sprinkler System, hanya saja sistem ini fluida yang digunakan hanya berupa gas atau serbuk. Sistem ini biasa digunakan pada ruang perpustakaan, ruang komputer atau ruang kontrol listrik yang mana pada ruangan tersebut tidak memungkinkan digunakannya air.

3.5

Pembagian Zoning Pembagian zoning sangat tergantung pada ketinggian bangunan dan batas

tekanan maksimum yang diijinkan pada nozzle hydrant yaitu 12.1 bar. Pembagian zoning pada sietem hydrant dapat dibedakan dibagi 3 yaitu :


50

Tugas Akhir

a. Sistem satu zona b. Sistem dua zona c. Sistem banyak zona Pada sistem satu zona pipa tegak dari pompa ke titik hydrant yang tertinggi cukup dilayani dengan satu pipa tegak. Sedangkan pada sistem dua zona perlu adanya pembagian dua zona yaitu zona rendah dan zona tinggi. Pada zona rendah perlu dipasang

Pressure Reducing Valve (PRV) untuk mengurangi

tekanan, karena tekanan pada pompa cukup tinggi agar sampai pada zona tinggi. Zona banyak biasanya diperlukan tangki penampungan air di tengah elevasi bangunan dan perlengkapan pompanya, karena keterbatasan tekanan maksimum yang diijinkan dan kemampuan pompa. Sedang pada zona rendah dan sedang berlaku sama seperti sistem dua zona yaitu perlu dipasang Pressure Reducing Valve (PRV) pada zona rendah. Di bawah ini adalah contoh gambar sistem satu zona, dua zona dan banyak zona berdasarkan SNI 03-1745-2000.


51

Tugas Akhir

Gambar 3.4 Sistem Satu Zona Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

52

Tugas Akhir

Gambar 3.5 Sistem Dua Zona Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

53

Tugas Akhir

Gambar 3.6 Sistem Banyak Zona Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

54

Tugas Akhir

BAB IV PERHITUNGAN INSTALASI POMPA HYDRANT

4.1

4.2

Data – data Perencanaan •

Jenis cairan

•

Massa jenis cairan : 1 kg/liter

•

Temperatur cairan : 25ºC

•

Kapasitas

: 4.731 liter/menit = (1250 gpm)

•

Kondisi kerja

: Tidak kontinyu

•

Penggerak

: Motor listrik

•

Putaran

: 3800 rpm

: Air

Perhitungan Head Total Pompa Dalam merencanakan head total pompa, maka diasumsikan bahwa pompa

harus mampu mensuplai air sampai ke titik terjauh dengan tekanan yang diharapkan. Untuk mendapatkan head total pompa digunakan rumus sebagai berikut : H = ha + ∆hP + h1 +

(

1 Vd2 − Vs2 2g

)

Dimana : H

: Head total pompa (m)

ha

: Head statis total (m)

∆hp

: Perbedaan head tekanan yang bekerja pada kedua permukaan air (m)


55

Tugas Akhir

h1

: Berbagai kerugian head di pipa, katup, belokan, sambungan dan lain-lain.

g


(V

2 d

)

− Vs2 = Selisih head kecepatan keluar antara sisi tekan dan isap (m) 2g Harga head total pompa yang digunakan harus lebih besar dari head total

pompa yang harus dihitung, karena jika nilai total pompa yang akan dihitung lebih besar maka pompa yang akan direncanakan tidak dapat dipakai.

4.3

Head Statis Total (ha)

Beda ketinggian dari level air pada Ground Water Tank •

Kotak hydrant

:102 meter

•

Massa jenis cairan

:1kg/liter

•

Grafitasi

: 9,8

Maka ha = 1 x 9,8 x 102 = 99,96 m

4.4

Perbedaan Tekanan (∆hp) Perbedaan head tekanan pada kotak hydrant terjauh dan tertinggi yaitu 45

meter (4,5 bar).

4.5

Kerugian Tekanan Akibat Gesekan pada Pipa

Kerugian tekanan akibat gesekan sangat tergantung pada : •

Diameter dan panjang pipa

•

Laju aliran

•

Fitting-fitting

•

Valve-valve


56

Tugas Akhir

4.5.1

Kerugian gesekan pipa pada sisi isap

Data –data pada pipa : •

Panjang pipa (L)

: 20 m

•

Diameter

(D)

: 200 mm (0,2 m)

•

Laju aliran

(Q)

:4.731 liter/menit (1250 gpm) → 0,07885 m²/s

a. Kecepatan cairan pada sisi isap Q = v⋅A

Q

v=

π 2 ⋅D 4

=

0,07885 3,14 ⋅ (0,2) 2 4

= 2,511 m/s b. Kerugian gesekan pada sisi isap

hf = f Dimana,

L v2 ⋅ D 2⋅g f : faktor gesekan L : panjang pipa (m) D : diameter dalam pipa (m) v : kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s) g : percepatan gravitasi (m/s²)

Faktor gesekan dapat dicari dengan rumus : Re =

v⋅D υ


57

Tugas Akhir

Dimana,

Re : Bilangan Reynold v : kecepatan rata-rata dalam pipa

υ

: Viskositas kinematik zat cair pada temperatur 25ºC Viskositas dari air pada temperatur 25ºC = 0,542 x 10-6

Maka,

Re =

2,511 ⋅ 0,2 0,542 × 10 −6

= 926568,2 Untuk nilai Re > 4000 maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Maka dapat digunakan rumus Darcy atau diagram Moody untuk mendapatkan faktor gesekan ( f ) dalam pipa pada aliran turbulen. Dengan menggunakan rumus Darcy yaitu :

λ = 0,020 +

0,0005 D

= 0,020 +

0,0005 0,2

= 0,0225 Dimana λ = faktor gesekan (ƒ)

20 2,5112 Maka, h f = 0.0225 ⋅ 0,2 2 ⋅ 9.8 = 0,723 m c. Kerugian gesekan pada Elbow (90º) /sambungan L v = 2,511 m/s f = 0,75


58

Tugas Akhir

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.75

2,5112 2 ⋅ 9,8

= 0,2412 m d. Kerugian gesekan pada Tee / sambungan T v = 2,511 m/s f = 0,9

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.9

2,5112 2 ⋅ 9,8

= 0,2895 m e. Kerugian gesekan pada Flexible Joint v = 2,511 m/s f = 0,8

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.8

2,5112 2 ⋅ 9,8

= 0,2573 m f. Kerugian gesekan pada Gate Valve v= 2,511 m/s f = 0,10


59

Tugas Akhir

Jumlah katup k = 2 buah

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.10 ⋅ 2

2,5112 2 ⋅ 9,8

= 0,064 m

4.5.2

Kerugian gesekan pipa pada sisi tekan

Data –data pada pipa : •

Panjang pipa (L)

: 16 m

•

Diameter

(D)

: 150 mm (0,15 m)

•

Laju aliran

(Q)

:4.731 liter/menit (1250 gpm) → 0,07885 m²/s

a. Kecepatan cairan pada sisi tekan Q = v⋅A Q

v=

π 2 ⋅D 4

=

0,07885 3,14 ⋅ (0,15) 2 4

= 4,464 m/s b. Kerugian gesekan pada sisi tekan

hf = f Dimana,

L v2 ⋅ D 2⋅g f : faktor gesekan


60

Tugas Akhir

L : panjang pipa (m) D : diameter dalam pipa (m) v : kecepatan rata-rata aliran di dalam pipa (m/s) g : percepatan gravitasi (m/s²) Faktor gesekan dapat dicari dengan rumus : Re = Dimana,

v⋅D υ

Re : Bilangan Reynold v : kecepatan rata-rata dalam pipa

υ

: Viskositas kinematik zat cair pada temperatur 25ºC Viskositas dari air pada temperatur 25ºC = 0,542 x 10-6

Maka,

Re =

4,464 ⋅ 0,15 0,542 × 10 −6

= 1235424,3 Untuk nilai Re > 4000 maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Maka dapat digunakan rumus Darcy atau diagram Moody untuk mendapatkan faktor gesekan ( f ) dalam pipa pada aliran turbulen. Dengan menggunakan rumus Darcy yaitu :

λ = 0,020 +

0,0005 D

= 0,020 +

0,0005 0,15

= 0,0233 Dimana λ = faktor gesekan (ƒ)


61

Tugas Akhir

Maka, h f = 0.0233

16 4,464 2 ⋅ 0,15 2 ⋅ 9.8

= 2,50 m c. Kerugian gesekan pada Elbow (90º) /sambungan L v = 4,464 m/s f = 0,85

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.85

4,464 2 2 ⋅ 9,8

= 0,8641 m d. Kerugian gesekan pada Tee / sambungan T v = 4,464 m/s f = 0,9

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.9

4,464 2 2 ⋅ 9,8

= 0,9150 m e. Kerugian gesekan pada Flexible Joint v = 4,464 m/s f = 0,8

hf = f

v2 2⋅g


62

Tugas Akhir

h f = 0.8

4,464 2 2 ⋅ 9,8

= 0,8133 m f. Kerugian gesekan pada Gate Valve v = 4,464 m/s f = 0,10 Jumlah katup k = 1 buah

h f = f ⋅k

v2 2⋅g

h f = 0.10 ⋅ 1

4,464 2 2 ⋅ 9,8

= 0,1016 m g. Kerugian gesekan pada Check Valve v = 4,464 m/s f = 0,2

hf = f

v2 2⋅g

h f = 0.2

4,464 2 2 ⋅ 9,8

= 0,2033m


63

Tugas Akhir

4.5.3 Hasil perhitungan faktor gesekan pada pipa a. Faktor gesekan pada pipa utama

No

Item

D (mm)

L (m)

f

20

0,723

k

LEk

Hf

1

Sisi isap

200

2

Elbow

200

0.02412

2

6,5

3,13

3

Tee

200

0,02895

2

14,0

8,10

4

Gate Valve

200

0,064

2

1,4

0,17

5

Flexible joint

200

0,2573

1

33,0

8,50

6

Sisi tekan

150

7

Elbow

150

0,8641

1

6,0

5,1846

8

Tee

150

0,9150

2

9,0

16,47

9

Gate valve

150

0.1016

1

1,2

0,121

10

Check valve

150

0,2033

1

12,0

2,439

11

Flexible joint

150

0,8133

1

24,0

19,51

16

14,46

2,50

40

Total H1 = 118,08 b. Faktor gesekan pada pipa tegak

No

Item

D (mm)

L (m)

f

102

0,43

k

LEk

Hf

1

Pipa

150

43,86

2

Elbow

150

0.08

1

6,0

0,48

3

Tee

150

0,06

9

9,0

4,86

Total H2 = 49,2 c. Faktor gesekan pada pipa cabang

No

Item

D (mm)

L (m)

f

2

0,156

k

LEk

Hf

1

Pipa

65

0,312

2

Elbow

65

0.13

1

2,4

0,312

3

Tee

65

0,16

1

0,48

0,076

Total H3 = 0,7 Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

64

Tugas Akhir

HK pipa

=Lxf

HK fitting/valve

= f x LEK x k

Dimana : Hf

: Head akibat kerugian gesekan

L

: Panjang pipa

LEK

: Panjang ekuivalent

f

: Koefisien kerugian gesekan

k

: Jumlah fitting/valve

Total gesekan pada pipa : H1 + H2 +H3 = 118,08 + 49,2 + 0,7 = 167,98 m

Jadi Head total pompa adalah :

H = h a + ∆h P + h 1 +

Vd2 − Vs2 2g

= 99,96 + 45 + 167,98

(4,464 − 2,511) 2 ⋅ 9,8

= 161.69 ≈ 162 meter 4.6

Putaran Spesifik Pompa (ns)

Data –data pompa : •

Head total pompa (H)

: 162 m

•

Kapasitas pompa (Q)

: 4.731 liter/menit = 0,07885 m³/s

•

Putaran poros

: 3800 rpm

•

Cairan

: Air

•

Temperatur cairan

: 25ºC


(n)

65

Tugas Akhir

ns =

n Q H3/ 4

ns =

3800 0,07885 162 3 / 4

= 23,50 rpm Dari putaran didapat, maka bentuk impeller adalah : ns = (12 – 35), adalah impeller jenis radial.

4.7

Effisiensi Pompa

Gambar 4.1 Grafik efisiensi Pompa Berdasarkan grafik di atas dengan Q = 0,07885 m³/s dan putaran spesifik (ns) = 23,50 rpm maka diperoleh effisiensi pompa (ηp) = 80 %.


66

Tugas Akhir

4.8

Daya Fluida (PW) Daya fluida adalah energi yang secara effektif diterima air akibat dari

bekerjanya pompa. Daya fluida dapat dihitung dengan menggunakan rumus : PW = ρ x g x Q x H Dimana, ρ

: Massa jenis fluida

= 1000 kg/m³

Q : Kapasitas pompa

= 0,07885 m³/detik

H : Head total pompa

= 162 m

g

= 9,81 m/s²

: Percepatan gravitasi

Maka, PW = 1000 x 9,81 x 0,07885 x 162 = 125309,9 N.m/s = 125309,9 W = 125,3099 kW

4. 9

Daya Pompa (P) Daya pompa adalah daya yang harus tersedia dan digunakan oleh fluida.

Daya ini merupakan daya yang harus digerakkan oleh motor penggerak pompa. Daya pompa yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah pompa adalah sama dengan daya air dibagi dengan effisiensi pompa. Besarnya daya poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : P=

ρ ×g×Q×H ηP


67

Tugas Akhir

4.9.1

Daya pompa untuk Elektric Main Pump (Pompa Utama) / Diesel Pump Karena kapasitas Elektrik Main Pump (Pompa Utama) dan Diesel Pump

mempunyai kapasitas yang sama maka : Data –data pompa : •


: 162 m

•

Kapasitas pompa (Q)

: 1250gpm= 4.731liter/menit = 0,07885 m³/s

•

Putaran poros

: 3800 rpm

•

Cairan

: Air

•

Massa jenis Cairan (ρ)

: 1000 kg/m³

•

Temperatur cairan

: 25ºC

•

Efisiensi pompa

(np)

: 80 %

•

Grafitasi

(g)

: 9,81 m/s²

P=

ρ ×g×Q×H ηP

(n)

=

1000 × 9,81 × 0,07885 × 162 0,80

=

125309,9 0,80

= 156637,37 W = 156,63737 kW

4.9.2

Daya pompa untuk Jockey Pump

Data –data pompa : •


: 162 m

•

Kapasitas pompa (Q)

: 550gpm = 1.892 liter/menit = 0,03153 m³/s

•

Putaran poros

: 3800 rpm


(n)

68

Tugas Akhir

•

Cairan

: Air

•

Massa jenis Cairan (ρ)

: 1000 kg/m³

•

Temperatur cairan

: 25ºC

•

Efisiensi pompa

(np)

: 80 %

•

Grafitasi

(g)

: 9,81 m/s²

a. Putaran spesifik pompa (ns) ns =

n Q H3/ 4

ns =

3800 0,03153 162 3 / 4

= 14,85 rpm

b. Efisiensi pompa (np) Berdasarkan grafik efisiensi pompa dengan Q = 0,03153 m³/s dan putaran spesifik (ns) = 14,85 rpm maka diperoleh effisiensi pompa (ηp) = 55 %.

c. Daya pompa (P)

P=

=

=

ρ ×g×Q×H ηP 1000 × 9,81 × 0,03153 × 162 0,55 50108,10 0,55

= 91105,64 W = 91,10564 kW


69

Tugas Akhir

4.10

Kapasitas Cadangan Air

Volume air yang harus tersedia untuk cadangan air kebakaran adalah : v=Qxt Dimana,

v

:Volume air cadangan

Q : Kapasitas pompa = 4.731 liter/menit (1.250 gpm) T : Waktu pemompaan = 45 menit Sehingga cadangan air adalah = 4.731 x 45 = 212,895 liter


70

Tugas Akhir

BAB V PENUTUP

5.1

Kesimpulan 1. Berdasarkan dari standarisasi untuk perlindungan kebakaran, jumlah kotak hydrant untuk bangunan gedung dihitung sesuai dengan luas bangunan atau jarak jangkauan dari selang hydrant yaitu radius 38 meter. 2. Jumlah kotak hydrant pada umumnya disesuaikan dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) yaitu satu kotak hydrant untuk luasan 930 m². 3. Penempatan kotak hydrant ditempatkan berdasarkan jangkauan, karena bangunan gedung terdiri dari blok-blok sehingga terhalang oleh dinding pemisah antar blok. 4. Kapasitas pompa diperhitungkan untuk Riser pertama adalah 1.893 liter/menit (550 gpm) dan 946 liter/menit (250 gpm) untuk setiap penambahan pipa tegak atau Riser sampai batas maksimum 4.731 liter/menit (1.250 gpm). 5.

Karena pipa tegak / Riser pada bangunan gedung melebihi kapasitas maksimum flow rate yang dipersyaratkan, maka kapasitas pompa hydrant ini menggunakan 4.731 liter/menit (1.250 gpm).

6. Batas maksimum tekanan yang diijinkan pada nozzle hydrant yaitu 12,1 bar.


71

Tugas Akhir

7. Cadangan air untuk kebakaran diperhitungkan untuk pemompaan 45 menit, sehingga kapasitas cadangan air pada Ground Water Tank adalah 213 m³.

5.2

Saran 1. Pemasangan sistem hydrant harus disesuaikan dengan peraturan daerah dan dinas kebakaran untuk dilakukan standarisasi pemasangan. 2. Pengoperasian sistem hydrant harus dilakukan oleh orang yang terlatih, karena hydrant mempunyai tekanan air yang cukup tinggi. 3. Sistem hydrant harus selalu dilakukan perawatan dan pengecekan berkala pada setiap tiga bulan sekali untuk memastikan sistem dan peralatan hydrant dapat selalu berfungsi dengan baik. 4. Apabila terjadi kelebihan tekanan pada nozzle hydrant perlu dipasang Pressure Reducing Valve (PRV) supaya tekanan bisa diturunkan dan distabilkan kembali. 5. Air cadangan pada Ground Water Tank hanya dipakai apabila kebakaran terjadi, oleh kerena itu tidak boleh dipakai untuk keperluan lain.


72

Tugas Akhir

DAFTAR PUSTAKA

1.

Adyana, Sifat Mekanik Material Dan Analisis Kerusakan NDT, ISTN, Jakarta, 2000.

2.

Chruch Austin h, Pompa Dan Blower Sentrifugal, Erlangga, Jakarta, 2000.

3.

Departemen Pekerjaan Umum, Panduan Pemasangan Sistem Hydrant Untuk Pencegahan Bahaya Kebakaran Pada Bangunan Rumah & Gedung, Yayasan Badan penerbit Pekerjaan Umum, 1987.

4.

Fritz Dietzel, Turbin Pompa dan Kompresor, Erlangga, Jakarta, 1990.

5.

Khurmi R.S. Gupta dan Gupta J.K, A Teksbook Of Machine Design, Eurasia Publishing House LTD, Ram Nagar, New Delhi, 1982.

6.

Nouwen. A, Pompa 2, PT. Bharata Karya Aksara, Jakarta, 1981.

7.

Raswari, Perencanaan Dan Penggambaran Sistem Pemipaan, Universitas Indonesia, Jakarta, 1990.

8.

Sularso dan Tahara Haruo, Pompa Dan Kompresor, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1987.

9.

Sularso dan Suga Kiyokatsu, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin , PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1987.


73

Tugas Akhir

LAMPIRAN


74

Tugas Akhir

Tabel Kapasitas Pompa No Kapasitas Pompa ( US gpm ) Jumlah cadangan air (liter) 1

25

95

2

50

189

3

100

379

4

150

568

5

200

757

6

250

946

7

300

1136

8

400

1514

9

450

1703

10

500

1892

11

750

2839

12

1000

3785

13

1250

4731

14

1500

5677

15

2000

7570

16

2500

9462

17

3000

11355

18

3500

13247

19

4000

15140

20

4500

17032

21

5000

18925


75

Tugas Akhir

Tabel Panjang Ekivalen Diameter Nominal (mm)

Panjang Ekivalen (m) Belokan Belokan 90º 45º

T-90º T-90º Katup Katup Katup Katup Aliran Aliran Sorong Bola Sudut Satu Cabang Lurus Arah

15

0,60

0,36

0,90

0,18

0,12

4,5

2,4

1,2

20

0,75

0,45

1,2

0,24

0,15

6,0

3,6

1,6

25

0,90

0,54

1,5

0,27

0,18

7,5

4,5

2,0

32

1,2

0,72

1,8

0,36

0,24

10,5

5,4

2,5

40

1,5

0,90

2,1

0,45

0,30

13,5

6,6

3,1

50

2,1

1,2

3,0

0,60

0,39

16,5

8,4

4,0

65

2,4

1,5

3,6

0,75

0,48

19,5

10,2

4,6

80

3,0

1,8

4,5

0,90

0,63

24,0

12,0

5,7

100

4,2

2,4

6,3

1,2

0,81

37,5

16,5

7,6

125

5.1

3,0

7,5

1,5

0,99

42,0

21,0

10,0

150

6,0

3,6

9,0

1,8

1,2

49,5

24,0

12,0

200

6,5

3,7

14,0

4,0

1,4

70,0

33,0

15,0

250

8,0

4,2

20,0

5,0

1,7

90,0

43,0

19,0


76

Tugas Akhir

Gambar Diagarm Hazen – Williams


77

Tugas Akhir

Gambar Kurva Karakteristik Pompa

Gambar Grafik Putaran Spesifik Pompa


78

Tugas Akhir

Gambar Sistem Peralatan Kebakaran Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

79

Tugas Akhir

Gambar Instalasi Pompa Kebakaran


80

Tugas Akhir

Gambar Pompa Hydrant Untuk Gedung Universitas Mercu Buana Teknik Mesin

81

ANALISA PERENCANAAN POMPA DAN INSTALASI HYDRANT PADA BANGUNAN GEDUNG X

Recommend Documents