19
BAB III PERANCANGAN SISTEM DAN ANALISIS 3.1
Kawasan Perumahan Batununggal Indah Kawasan perumahan Batununggal Indah merupakan salah satu kawasan
hunian yang banyak digunakan sebagai rumah tinggal dan ruko. Terdapat tujuh tahap pembangunan perumahan di kawasan ini. Masing-masing tahap terdiri atas beberapa jalan. Denah lengkap mengenai kawasan perumahan batununggal Indah dapat dilihat pada Lampiran 1. Pada masing-masing kawasan terdapat beberapa jenis bagunan atau tipe rumah. Rumah dengan tipe yang berbeda akan memiliki jumlah penghuni yang berbeda pula. Banyaknya jumlah penghuni yang menghuni suatu tipe rumah didasarkan pada banyaknya ruang tidur yang terdapat dalam rumah. 3.2
Perancangan Sistem Pemanasan Sistem pemanas yang dibuat merupakan sistem pemanasan tertutup. Air
panas akan mengalir melalui sistem pemipaan menuju rumah kemudian sisanya akan kembali menuju tanki penyimpanan. Pada mulanya air dingin akan dipanaskan oleh kondensor chiller sistem refrigerasi sehingga temperaturnya mencapai 35°C. Karena dibutuhkan air panas dengan temperatur 65°C untuk mulai masuk ke rumah, maka air hangat akan dipanaskan kembali oleh uap boiler melalui penukar panas. Setelah itu air panas akan dialirkan menuju rumah penduduk melalui sistem pemipaan. Diharapkan panas yang tebuang ke lingkungan saat melalui sistem pemipaan tidak terlalu besar sehingga temperatur air yang masuk ke rumah penduduk masih tinggi. Sistem penyaluran air dilakukan dengan menggunakan pompa dan tanki tekan. Jenis pompa dan tanki tekan yang digunakan, antara lain : 1. Pompa primer atau pompa sumber Pompa sumber merupakan pompa cooling tower dari sistem refrigerasi. Pompa ini digunakan untuk menyalurkan air dingin dari bak penampungan untuk melalui kondensor chiller sampai menuju tanki penyimpanan air hangat, warm water storage.
20
2. Pompa primer atau pompa air hangat Pompa air hangat digunakan untuk menyalurkan air hangat melalui penukar panas sampai menuju tanki air panas atau untuk menyalurkan kembali air panas ke tanki air hangat apabila temperatur air panas masih kurang dari 65°C. 3. Pompa Sekunder Pompa sekunder akan digunakan untuk mengalirkan air ke dalam tanki tekan. 4. Tanki tekan atau tanki air panas Tanki air panas akan digunakan untuk menyalurkan air panas ke rumahrumah atau digunakan untuk mengembalikan air yang tersisa dalam tanki air panas ke tanki air hangat apabila temperaturnya kurang dari 45°C. Gambar 3.1 menunjukkan secara umum mengenai sistem pemanasan yang digunakan. Mekanisme sistem kontrol dari sistem pemansan ini digambarkan dengan menggunakan diagram ladder yang ditunjukan pada Gambar 3.2. Tabel 3.1 menunjukan kondisi awal dari setiap elemen dalam sistem kontrol. Dan Tabel 3.2 menunjukan operasi pada setiap rung
Gambar 3.1 Skema sistem pemanasan air
21
Gambar 3.2 Diagram ladder sistem kontrol Tabel 3.1 Kondisi awal elemen
Elemen
Kondisi awal
Saklar on sistem, S1
Belum ditekan
Saklar off sistem, S2
Belum ditekan
Katup A, KA
Membuka
Katup B, KB
Menutup
Katup D, KD
Menutup
Katup E, KE
Menutup
Katup F, KF
Menutup
Katup G, KG
Menutup
Katup H, KH
Menutup
Katup I, KI
Menutup
Level ketinggian 1, L1
Mati
Level ketinggian 2, L2
Mati
Level ketinggain 3, L3
Mati
Level ketinggian 4, L4
Mati
Level ketinggian 5, L5
Mati
22
3.3
Elemen
Kondisi awal
Level ketinggian 6, L6
Mati
Level ketinggian boiler, LA
Mati
Sensor temperatur1, ST1
Mati, temperatur air ≥ 65 °C
Sensor temperature 2, ST2
Mati, temperatur air ≤ 65 °C
Perhitungan kebutuhan air hangat Air hangat dalam rumah dapat digunakan untuk berbagai macam
keperluan rumah tangga, seperti mandi, mencuci pakaian, piring, dan kendaraan. Tetapi pada analisis tugas akhir ini hanya kebutuhan air hangat untuk mandi saja yang akan dianalisis. Besarnya kebutuhan air hangat untuk mandi dalam rumah didasarkan pada banyaknya jumlah orang yang menggunakan air hangat tersebut. Dengan mengambil asumsi bahwa alat plambing yang digunakan untuk mandi adalah pancuran atau shower, maka berdasarkan standard alat plambing yang berlaku besar kebutuhan air untuk satu orang setiap kali mandi adalah 50 liter. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.5, sehingga pada akhirnya diperoleh kebutuhan total air hangat untuk satu kawasan perumahan setiap kali mandi adalah 586.550 liter. Detail hasil perhitungan kebutuhan air hangat pertahap perumahan ditabelkan pada lampiran 2A. 3.4
Perhitungan kebutuhan air panas Air hangat untuk mandi akan berasal dari air panas yang dicampurkan
dengan air dingin. Air dingin akan diperoleh dari keran PDAM di rumah sedangkan air panas akan disediakan oleh kawasan perumahan, sehingga diperlukan perhitungan mengenai kebutuhan air panas. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.4. Dengan mengambil asumsi bahwa temperatur air hangat yang diinginkan 40 °C, kemudian temperatur air panas yang diinginkan 60°C, dan temperatur air dingin pencampur air panas 25 °C, maka akan diketahui jumlah persentase air panas dalam air hangat adalah 42,9%. Kemudian untuk mencegah pengurangan jumlah air akibat kebocoran dalam pipa, maka diberikan tambahan air 0,2 dari kebutuhan total.
23
Dengan perhitungan ini diketahui kebutuhan air panas total satu kawasan adalah 251.630 liter setiap kali periode mandi. Detail hasil perhitungan kebutuhan air panas pertahap perumahan ditabelkan pada lampiran 2B 3.5
Perhitungan ukuran pipa air panas Air panas dari sumber pembangkit akan dialirkan menuju rumah-rumah
melalui sistem pemipaan. Terdapat beberapa asumsi yang digunakan dalam perhitungan ukuran pipa air panas, antara lain : 1. Kecepatan aliran air dalam pipa adalah 1m/s, 2. Faktor keamanan jumlah aliran air untuk mengatasi kemungkinan adanya kebocoran pipa adalah 1,2 3. Lama waktu kebersamaan mandi adalah 3 jam Dengan menggunakan asumsi di atas maka diameter pipa dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6. Detail hasil perhitungan ukuran pipa air panas pertahap perumahan ditabelkan pada lampiran 2B. 3.6
Perhitungan penurunan tekanan sepanjang jalur pemipaan Perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui besar head dan debit yang
harus dapat diakomodasi oleh pompa dan tanki tekan. Hal ini disesuaikan dengan persamaan 2.9. Perhitungan untuk pipa jenis run pipe dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.12 sedangkan untuk elbow, tee dan reducer 2.10. Berikut ini merupakan contoh perhitungan penurunan tekanan pada run pipe sepanjang jalan Batununggal Indah 4 Atas.
24
Tabel 3.2 Contoh perhitungan penurunan tekanan
ρ
V D μ Re kg/cu.m m/s m Ns/sq.m 984,25 1,08 0,0381 4,71E-04 8,60E+04 Berdasarkan bilangan Re diketahui aliran turbulen.
ε
L
gh
ρgh
m m sq.m/sq.s Pa 1,00E-04 262 101,1 99507,675 Besar penurunan tekanan adalah 0,99 bar
bar 0,9950768
Perhitungan untuk komponen lain dilakukan dengan menggunakan software S.F. Pressure Drop 5. Detail hasil perhitungan penurunan tekanan berdasar jalur terjauh dalam satu tahap kawasan perumahan ditabelkan pada lampiran 2C 3.7
Perhitungan tebal insulasi pipa Air dalam pipa memiliki temperatur yang lebih tinggi dari temperatur
lingkungan sekitarnya. Sebagai akibatnya secara spontan akan terjadi perpindahan panas dari air ke lingkungan, sehingga dapat menyebabkan turunnya temperatur air. Untuk dapat mengurangi penurunan temperatur air maka pipa perlu diisolasi. Dengan mengambil asumsi bahwa temperatur udara sekitar adalah 25°C, temperatur awal air dari tanki penyimpanan air panas adalah 60°C dan penurunan temperatur yang diperbolehkan sepanjang jalur terpanjang pipa adalah 2°C, maka insulasi 0,5 cm dengan bahan Styrofoam yang memiliki konduktivitas termal bahan 0,027 W/m.K cukup aman digunakan untuk mengurangi panas yang terbuang ke lingkungan. Gambar 3.3 menunjukkan pandangan depan penampang pipa dan Gambar 3.4 menunjukkan rangkaian termal dari pipa. Detail hasil perhitungan tebal insulasi pipa dan besar temperatur akhir tiap jalan dalam satu tahap kawasan perumahan ditabelkan pada lampiran 2D.
25
Gambar 3.3 Pandangan depan penampang pipa
Gambar 3.4 Rangkaian termal pipa
3.8
Perhitungan tebal tanki tekan Tanki tekan akan digunakan untuk menampung dan mendistribusikan air.
Saat pengoperasiannya di dalam tanki akan terdapat fluida yang bertekanan, sehingga tanki harus mampu untuk menahan tegangan hoop aataupun tegangan aksial yang terjadi. Gambar 3.5 menunjukkan konstruksi dari tanki tekan. Gambar 3.6 menunjukkan diagram benda bebas, DBB, dari tegangan hoop dan Gambar 3.7 menunjukkan DBB dari tegangan aksial. Formulasi untuk mengetahui tebal dinding tanki akibat tegangan hoop diberikan pada persamaan 3.1 dan persamaan 3.2 untuk perhitungan tebal akibat tegangan aksial.
σ hoop =
pr t
3.1
σ aksial =
pr 2t
3.2
dengan p = Tekanan dalam tanki (N/m2) r = Jari-jari tanki (m) t = Tebal tanki (m) σ = stress allowance, 2/3 yield strength (N/m2) Dengan menambahkan asumsi besar corrosion allowance tanki adalah 0,125 in dan faktor keamanan 1,2 maka tebal maksimum tanki adalah 2 cm untuk
26
tanki tekan tahap 1. Detail hasil perhitungan tangki tekan dapat dilihat pada lampiran 2E.
Gambar 3.5 Tanki Tekan
Gambar 3.6 DBB tegangan hoop
Gambar 3.7 DBB tegangan aksial
