PERENCANAAN TANGKI RESERVOIR DISTRIBUSI AIR BERSIH PADA PERUSAHAAN AIR MINUM (PAM) KAPASITAS 57000 LITER (STUDI KASUS DESA LABURUNCI, KEC. PASARWAJO, KAB. BUTON)
SKRIPSI Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S1 Jurusan Teknik Mesin Bidang Konstruksi
Disusun oleh: HERBIANTO E1C1 13 021
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2017
i
ii
PERNYATAAN Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya saya dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan diperguruan tinggi manapun dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dibagian naskah dan daftar pustaka skripsi ini.
Kendari, 13 Apri 2017
Herbianto
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis menyelesaikan penelitian yang berjudul: “PERENCANAAN TANGKI RESERVOIR PADA PERUSAHAAN AIR MINUM (PAM) KAPASITAS 57000 LITER ( STUDI KASUS DESA LABURUNCI, KEC. PASARWAJO, KAB. BUTON)”
penulis menyadari
bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak baik bimbingan, nasehat, arahan, serta do’a maka penulisan skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Penghargaan yang sangat tinggi dan ucapan terima kasih yang sangat tulus penulis sampaikan kepada bapak Ir. Salimin, MT selaku pembimbing I dan bapak Budiman Sudia, ST.,MT selaku pembimbing II atas bimbingan arahan dan petunjuk yang sangat berharga dalam penulisan penelitian ini. Ucapan terima kasih yang tiada tara untuk kedua orang tua penulis, Ayahanda tercinta La Samai dan Ibunda tersayang Wa Heru yang telah menjadi orang tua terhebat sejagat raya, yang selalu memberikan motivasi, nasehat, cinta, perhatian dan kasih sayang serta do’a yang tentu takkan pernah bisa penulis balas. kepada kakak dan adik yang hebat yang senantiasa mendampingi mendengar keluh kesah, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Supriadi Rustad, M.Si selaku Rektor Universitas Halu Oleo (UHO) Kendari. 2. Bapak Mustarum Musaruddin, ST.,MIT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo (UHO) Kendari. 3. Bapak Muhammad Hasbi, ST.,MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo Kendari.
iv
4. Bapak Ir. Kadir, MT, Ibu Jenny Delly, ST.,MT, Bapak Prinob Aksar, ST.,MT selaku dewan penguji. 5. Kepala Laboratotium Teknik Mesin Universitas Halu Oleo Kendari. 6. Leting Khususnya Jurusan Teknik mesin Aris Nurohim, ST, Suryo Susilo ss, Facrul Arizal, Saktiawan, Muh Aliusman, Bahdin Ahad Badia La Ode Iqwal dan masih banyak lagi. Atas keceriaan, selama penulis melakukan penelitian. 7. La Ode Herman Wijaya yang telah membantu memberi arahan dalam membuat gambar dalam penelitian ini. 8. Wanita yang selalu memberi semangat dan motifasi dalam menyelesaikan skripsi ini (Siti Indrayani). Selanjutnya penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis menerima segala saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaannya. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih atas segala dukungan serta bimbingannya semoga allah SWT. Selalu menyertai dan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Amin.
Kendari, 13 Apri 2017
Penulis
v
INTISARI Penelitian ini bertujuan mengatasi masalah yang terjadi pada PAM Desa Laburunci yaitu pemborosan listrik, kebocoran pipa, peforma umur kerja mesin lebih rendah karena mesin bekerja terus menerus. Dalam penelitian ini penulis menggunakan Microsoft Exel, Microsoft word, Auto Cad, Google Eart Geobasis, Sketchup, data-data awal, penelitian terdahulu dan bukubuku penuntun.
Penelitian ini merencanakan tangki reservoir distribusi air bersih pada PAM Desa Laburunci. Dalam penelitian ini penulis menggunakan Microsoft Exel, Microsoft word, Auto Cad, Google Eart Geobasis, Sketchup, data-data awal, penelitian terdahulu dan buku-buku penuntun. Perencanaan tekanan tangki diperoleh 0,005 kg/mm2, Tegangan yang diizinkan 2,11 kg/mm2, ketebalan Shell plat 8 mm, bottom plat 10 mm, roof plat 7 mm. Tegangan circumferensial 1,18 kg/mm2, Tegangan logitudinal 0,53 kg/mm2. Panjang kelengkungan 595 mm/600 mm, besar gaya roll 1298,88 kg, kekuatan plat roll 20,09 kg/mm2. Pengelasan jenis las SMAW elektroda E7018 sambungan las temu tumpul dan las sudut convace surface. Pengelasan dilakukan las ikat terdahulu panjang 60 mm dan jarak antar las ikat 200 mm. Perkiraan umur pakai diperoleh kurang lebih 30 tahun. Hasil proyeksi penduduk Desa Laburunci 10 tahun mendatang 3744 jiwa ditahun 2027, kebutuhan air desa laburunci 10 tahun mendatang = 384600 liter/hari. Tangki rencana kapasitas 57000 liter diisi oleh pompa air PAM Desa Laburunci berkapasitas 25 m3/jam jika dilakukan 7 kali pengisian dalam sehari memerlukan 17 jam 16 menit telah mencapai 399000 liter. Volume air 399000 liter/hari dapat memenuhi kebutuhan air masyarakat Desa Laburunci pada 10 tahun mendatang yaitu 384600 liter/hari. Kata kunci: Perencanaan tangki, nilai parameter-parameter dan umur pakai.
vi
Abstrack This study aims to planning reservoir tank distribusion water clean to PAM Laburunci Village. This study, researcher uses Microsoft Excel, Microsoft Word, Auto Cad, Geobasis Google Earth, Sketchup, initial data, the previous study and and guiding books. This planning the pressure of tank is obtained 0,005 kg/mm2, permissible voltage of 2.11 kg/mm2, the thickness of Shell plate is 8 mm, 10 mm off bottom plate, 7 mm of roof plate. The voltage of circumferensial is 1.18 kg/mm2, the logitudinal voltage of 0.53 kg/mm2. The length of curvature of 595 mm/600 mm, a large of force roll 1298.88 kg, the strength of plate roll 20.09 kg/mm2. The welding type of welding electrodes SMAW E7018 in conection of blunt intersection welded and welding of corner conuace surface. The welding be done of bundle welded earlier with the length 60 mm and the distance between bunde weldeol of 200 mm. Thr Estimatig useful age is acquired more than 30 years. The projection result of Laburunci’s village society for the next 10 years in the year 3744 society in 2027, the water needs in laburunci’s vilage for the next 10 years = 384600 liters/day. The tank of capacity plans 57000 liters. It is completed by the water pump in Laburunci’s of capacity of 25 m 3/hour if it is done seven times a recharging in a day need 17 hours 16 minutes have reached 399000 liters. The water volume 399000 liters/day can fulfill the water need laburunci’s vilage society in the next 10 years namely 384600 liter’s/day. Keywords: Planning tank, the value of the parameters and lifespan.
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL………………………………………………………… I LEMBAR PENGESAHAN………………..………………………………… II HALAMAN PERNYATAAN……………………………………………….. III KATA PENGANTAR………………………...……………….…………….. IV INTISARI……………………………………………………………………. VI ABSTRAK…………………………………………………………………... VII DAFTAR ISI……………………………….……………………………....... VIII DAFTAR GAMBAR………………….…………………………………….. XI DAFTAR TABEL……………………………..……………………………... XII DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN……………………………………. XIII DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………. XIV BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang…………………………………………………………... 1 1.2 Rumusan Masalah……………………………………………………….. 4 1.3 Tujuan Penelitian…………………………………………...………….... 4 1.4 Mamfaat…………………………………………………………………. 5 1.5 Batasan Masalah…………………………………………………………. 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Studi Literatur…………………………………………………………… 6 2.2 Perencanaan……………………………………………………………... 7 2.3 Dasar pemilihan bahan…………………………………………………... 8 2.4 Jenis-Jenis Tangki……………………………………………………….. 8 2.4.1 Berdasarkan letaknya……………………………………………… 8 2.4.2 Berdasarkan bentuk atapnya………………………………………. 9 2.4.3 Berdasarkan tekanannya (internal pressure)……………………… 10 2.4.4 Berdasrkan bentuk tangki…………………………………………. 14 2.5 Pembebanan……………………………………………………………... 14 2.6 Persyaratan Untuk Elemen-Elemen Tangki…………………………….. 16 viii
2.6.1 Material………………………………………………………........ 16 2.6.2 Pelat atap………………………………………………………….. 16 2.6.3 Rafter dan girder…………………………………………….......... 16 2.6.4 Top angle………………………………………………………...... 16 2.6.5 Intermediate wind girder…………………………………….......... 17 2.6.6 Shell plate……………………………………………………......... 17 2.6.7 Plat dasar tangki………………………………………………….. 17 2.7 Tekanan Air Pada Tangki………………………………………………. 18 2.7.1 Tekanan hidrostatik….…………………………………………… 18 2.7.2 Tekanan hidrodinamis.………………...…………………………. 18 2.8 Pengelasan………………….……………………………………............ 19 2.8.1 Prosedur dan teknik pengelasan………………………………….. 19 2.8.2 Perencanaan prosedur pengelasan………………………..………. 19 2.8.3 Persiapan pengelasan…………………………………….……….. 20 2.8.4 Proses pengelasan………………………………………….……... 20 2.8.5 Kekuatan sambungan las……….……………………………........ 24 2.8.6 Kekuatan tumbuk……………………………………………........
25
2.8.7 Efesiensi sambungan las………………………………………….. 25 2.8.8 Perhitungan kekuatan sambungan las…………………………….. 25 2.9 Perhitungan Umur pakai Tangki………………………………………... 26 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat……………………………………….…………….. 27 3.2 Alat Dan Bahan…………………………………………….……............ 27 3.3 Metode Pengambilan Data……………………………………………… 27 3.4 Metode Analisa…………………………………………………............. 27 3.5 Data Awal………………………………………………………………. 27 3.6 Gambar Spesifik Tangki ...………………………………………….….. 28 3.7 Pembuatan Badan Tangki Reservoir………………………………......... 29 3.7.1 Diameter dan keliling tangki…………………...……….……....... 29 3.7.2 Tekanan…………………………....…………...…….…………… 29
ix
3.7.3 Proses pengerolan………………………………………………… 31 3.7.4 Proses Pengelasan………………………………………………… 33 3.7.5 Perhitungan sambungan antar shell …………………………........ 35 3.7.6 Penyambungan badan dan tutup tangki…………………………... 36 3.8 Perhitungan umur pakai tangki…………………………………………. 36 3.9 Diagram alir…………………………………………………………….. 37 BAB IV ANALISA DATA PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Data Perencanaan……………………………………………….
38
4.1.1 Data Perencanaan…………………………………………………
38
4.1.2 Perhitungan Tekanan……………………………………………..
39
4.1.3 Proses pengerolan………………………………………………...
43
4.1.4 Perhitungan pengelasan…………………………………………..
47
4.1.5 Perhitungan perkiraan umur pakai tangki………………………… 51 4.1.6 Efisiensi penggunaan tangki pada PAM Desa Laburunci………… 51 4.2 Pembahasan…………………………………………………………….. 53 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan………………………………………………………………. 59 5.2 Saran……………………………………………………………………… 59 DAFTAR PUSTAKA Lampiran.
x
DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 1.1 Cakupan wilaya desa laburunci………………………….. 1 2. Gambar 1.2 Pompa air PAM desa laburunci………………………….. 2 3. Gambar 1.3 kebocoran pipa…………………………………………… 2 4. Gambar 1.4 Mesin yang bekerja terus-menerus………………………. 2 5. Gambar 1.5 Diskusi perencanaan tangki dan pengambilan data-data… 3 6. Gambar 2.1 Tangki fixed dome roof………………………………….. 10 7. Gambar 2.2 Tangki floating roof tank………………………………… 10 8. Gambar 2.3 Sketsa fixed cone roof tank…………………….………… 10 9. Gambar 2.4 fixed cone roof with internal floating roof……………….. 11 10. Gambar 2.5 Self supporting dome roof………………………………... 11 11. Gambar 2.6 Tangki horinzontal……………………………………….. 12 12. Gambar 2.7 Tangki tipe plain homisperoid…………………………… 12 13. Gambar 2.8 Tangki peluru…………………………………………….. 13 14. Gambar 2.9 Tangki bola………………………………………………. 13 15. Gambar 2.10 Dome roof tank…………………………………………. 13 16. Gambar 2.11 Tangki rectagular……………………………………….. 14 17. Gambar 2.12 Las temu………………………………………………… 21 18. Gambar 2.13 Potongan melintas las sudut……………………………. 22 19. Gambar 2.14 Sepoton las-lasan……………………………………….
22
20. Gambar 2.15 Diagram mohr untuk lasan sudut……………………….
23
21. Gambar 2.16 Penguatan pada las……………………………………...
25
22. Gambar 3.1 Spesifikasi tangki………………………………………...
28
23. Gambar 3.2 Proses rolling…………………………………..………...
32
24. Gambar 3.3 Geometri dan sambungan las ikat………………………..
35
25. Gambar 3.4 Diagram alir……………………………………………… 37 26. Gambar 4.1 Skema Tangki Rencana………………………………….. 39
xi
DAFTAR TABEL 1. Tabel 2.1 Spefication ASTM A36…………………………………….
8
2. Tabel 2.2 Ketebalan sheel plat (API Std 650)………………………… 17 3. Tabel 3.1 Ketebalan sheel plat………………………………………...
30
4. Tabel 3.2 Ketebalan bottom plat (inch)……………………………….
31
5. Tabel 4.1 Hasil perhitungan desain tangki…………………………....
42
6. Tabel 4.2 Hasil perhitungan pengerolan………………………………
46
7. Tabel 4.3 Data pertambahan penduduk Desal Laburunci…………….. 52
xii
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN Q
= Debit
k
= Kostanta
<
= Lebih kecil
S
= Kekuatan tarik
>
= Lebih besar
l1
= Panjang las ikat
≤
= Sama dengan atau lebih kecil
l0
= Panjang jarak las ikat
%
= Persen
CA
= Corrosion alowance
ρ
= Kerapatan fluida
St
= Hidrostatis test
α
= Alpha
(0)
= Derajat
σ
= Tegangan
σt
= Tegangan rata-rata
π
= Phi
m3
= Meter cubik
γ
= Berat jenis fluida
m2
= Meter kuadrat
g
= Grafitasi bumi
m
= Meter
P
= Tekanan
psi
= Pouns per inch
F
= Gaya si
ft
= Feet
L
= Panjang
lb
= Force
h
= Tinggi
kgf
= Kilo gram gaya
t
= Tebal
kg
= Kilo gram
d
= Diameter
mm
= Mili meter
K
= Keliling
mm2
= Milimeter kuadarat
V
= Volume
yr
= Year
r
= Jari-jari
mm3
= Mili meter cubik
τ
= Tegangan geser
RL
= Remaining life
σy
= Yield strengh bahan
SMAW = Shield metal arc welding
σ izin = Tegangan yang diizinkan
IR
= Jari-jari dalam tangki
sf
I
= Lebar daerah deformasi
= Safety factor
xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Pernyataan pengesahan data-data Desa Laburunci………………. 62 Lampiran 2 Data Ruang Lingkup PAM Desa Laburunci……………………... 63 Lampiran 3 Contoh masalah PAM Desa Laburunci…………………………..
64
Lampiran 4 Diskusi perencanaan tangki dan pengambilan data……………… 65 Lampiran 5 Spesifikasi pompa air PAM Desa Laburunci…………………….
66
Lampiran 6 Nama-nama KK pengguna air Dusun 1…………………………... 67 Lampiran 7 Nama-nama KK penguna air PAM Dusun 2…………………….. 68 Lampiran 8 Nama-nama pengguna air PAM Dusun 3………………………... 69 Lampiran 9 Nama-nama pengguna air PAM Dusun 4………………………..
70
Lampiran 10 Jumblah KK dan Jiwa Desa Laburunci…………………………. 71 Lampiran 11 Standarisasi penggunaan air berbagai sektor (BSN)……………
72
Lampiran 12 Bagian-bagian tangki…………………………………………… 73
xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Tangki merupakan tempat atau wadah menyimpan (menimbun) air, minyak dan sebagainya sebelum disalurkan pada suatu tempat atau konsumen. Dalam hal ini khususnya
tangki reservoir pada dasarnya dipakai sebagai tempat
penampungan sementara air bersih pada perusahaan air minum (PAM) sebelum disalurkan kepada masyarakat dimana tujuan dari penampungan tersebut agar penyaluran air pada konsumen tidak mesti harus pompa air bekerja. Di Kecamatan Pasarwajo memiliki PDAM yang mencakup pengaliran beberapa desa di Kecamatan Pasarwajo termaksud telah dikonsumsi sebagian masyarakat Desa Laburunci. Desa Laburunci yang berpenduduk 3332 jiwa dan 688 kk juga memiliki Perusahaan Air Minum (PAM) tersendiri yang dikelolah oleh desa dan telah dikonsumsi 332 kk, 1 Kantor Desa dan 1 Masjid, selebihnya penduduk Desa Laburunci dan fasilitas umum seperti Sekolah, Rumah Sakit dan Polres telah mengkonsumsi air dari PDAM di Pasarwajo. (sumber: data-data desa laburunci)
Gambar 1.1 Cakupan wilaya desa laburunci (google earth 2016)
1
PAM Desa Laburunci memiliki 2 unit pompa air dengan kapasitas pompa unit I 15 m3/jam, konsumsi listrik 5,5 kw = 5500 watt = 5500 J/detik = 19800000 J/jam = 475200000 J/hari/24 jam dan kapasitas pompa unit II 10 m3/Jam, konsumsi listrik 2,20 kw = 2200 watt = 2200 J/detik = 7920000 J/jam = 190080000 J/hari/24 jam. Seperti pada gambar 1.2
Gambar 1.2 Pompa air PAM desa laburunci (PAM Desa Laburunci 2017) PAM Desa Laburunci dalam penyaluran air kemasyarakat masih menggunakan cara pemompaan langsung kepada masyarakat konsumen dimana cara tersebut masih banyak terdapat kekurangan dan kerugian seperti: 1. Kebocoran pipa akibat tekanan tinggi.
Gambar 1.3 Kebocoran pipa (PAM Desa Laburunci 2017) 2. Mesin bekerja terus-menerus sehingga boros listrik.
Gambar 1.4 Mesin yang bekerja terus-menerus (PAM Desa Laburunci 2017) 2
3. Kerusakan mesin pompa air ketika mengalami tekanan tinggi akibat mesin bekerja tapi konsumen tidak sedang membuka keran. Sehingga penulis merencanakan untuk membuat perencanaan tangki reservoir untuk PAM Desa Laburunci yang telah diketahui oleh pihak pemerintah desa dan telah direspon baik.
Gambar 1.5 diskusi perencanaan tangki reservoir dan pengambilan data-data. Dalam
mendesain
tangki
reservoir,
konsultan
perencana
harus
merencanakan tangki dengan baik terutama untuk menahan gaya-gaya yang terjadi. Jika tangki tidak direncanakan dengan baik, maka kerusakan pada tangki dapat mengakibatkan kerugian materi yang cukup besar. Kekuatan dan kelemahan tangki tergantung pada pemilihan material dan sistem pengelasan yang digunakan. Pengelasan adalah proses penyambungan antara dua bagian logam atau lebih dengan menggunakan energi panas yang menyebabkan logam mengalami perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan-tegangan thermal, atau secara ringkas dapat diartikan penyambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Beberapa contoh kerusakan tangki adalah keretakan pada bendungan beton berkapasitas lima juta galon di Westminister, California, pada tanggal 21 September 1998 yang mengakibatkan kerugian yang hampir mencapai 27 juta dolar. Contoh yang lain adalah banyaknya tangki baja last tempat penyimpanan minyak di Alaska yang mengalami kebocoran dikarenakan oleh gempa tahun
3
1964. Hal yang sama juga terjadi di Padang yang disebabkan oleh gempa Padang tanggal 30 September 2009. (Padoha, 2010). Berdasarkan pertimbangan di atas maka penulis mengangkat judul “Perencanaan Tangki Reservoir Distribusi Air Bersih (PAM) Untuk kapasitas 57000 liter, (Studi Kasus PAM Desa Laburunci Kec. Pasarwajo, Kab. Buton)” pada pembahasan tugas akhir ini, tangki yang dirancang adalah untuk penampungan air bersih sementara, kemudian didistribusikan kepada pengguna air masyarakat desa laburunci. Karena pentingnya tangki reservoir ini maka perlu dilakukan suatu perencanaan untuk mencari kelebihan, keuntungan, kekurangan dan kelemahannya. Oleh karena itu, tangki harus direncanakan secara baik dengan mengacu kepada peraturan tangki yang sesuai guna menghindari kerugian akibat kerusakan tangki itu sendiri. 1.2 Rumusan masalah Permasalahan yang akan dibahas dalam perencanaan tangki reservoir distribusi air bersih PAM Desa Laburunci ini adalah: 1. Berapa nilai parameter-parameter desain tangki agar mampu mengimbangi gaya-gaya yang terjadi pada tangki. 2. Bagaimanah proses pengerolan yang cocok untuk tangki reservoir pada PAM desa Laburunci dengan kapasitas 57000 Liter. 3. Jenis pengelasan yang cocok untuk tangki reservoir kapasitas 57000 liter dengan material ASTM A36. 4. Berapa umur pakai tangki reservoir kapasitas 57000 liter dengan material ASTM A36. 5. Bagaimanah efisiensi penggunaan tangki reservoir kapasitas 57000 liter pada PAM Desa Laburunci. 1.3 Tujuan penelitian 1. Untuk mengetahui nilai parameter-parameter desain tangki agar mampu mengimbangi gaya-gaya yang terjadi pada tangki. 4
2. Untuk menentukan proses pengerolan yang cocok untuk tangki reservoir pada PAM desa Laburunci dengan kapasitas 57000 Liter. 3. Untuk menentukan jenis pengelasan yang cocok pada tangki reservoir kapasitas 57000 liter dengan material ASTM A36. 4. Untuk mengetahui umur pakai tangki reservoir kapasitas 57000 liter dengan material ASTM A36. 5. Untuk mengetahui efisiensi penggunaan tangki reservoir kapasitas 57000 liter pada PAM Desa Laburunci. 1.4 Manfaat Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat sebagai berikut: 1. Bagi Ilmu Pengetahuan a. Memberi ilmu pengetahuan teoritis tentang perencanaan tangki. b. Sebagai pertimbangan dan perbandingan serta dasar teoritis untuk pengembangan penelitian sejenis. 2. Bagi PAM Desa Laburunci a. Memberi sumbangan pemikiran dan evaluasi bagi PAM Desa Laburunci. b. Membantu menyelesaikan masalah dan kendala yang terjadi pada PAM Desa Laburunci. 1.5 Batasan masalah Untuk meganalisa masalah tersebut, maka perlu diambil batasan-batasan masalah yang meliputi: 1. Perencanaan tangki dengan kapasitas 57000 liter. 2. Perhitungan nilai parameter-parameter desain tangki. 3. Perhitungan proses pengerolan tangki. 4. Menentukan jenis pengelasan pada tangki. 5. Perhitungan umur pakai tangki. 6. Menganalisa efisiensi penggunaan tangki.
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Studi Literatur Padoha Aritonang (2010) meneliti tentang “perencanaan tangki minyak mentah dengan kapasitas 350 barrel di bakau field, selat panjang” bahwa pada saat itu kebutuhan akan Suatu alat guna membantu suatu kelancaran dalam suatu proses pengolahan yang manah dalam hal ini pada industri migas semakin hari semakin meningkat seiring dengan perkembangan zaman saat ini. Salah satu kebutuhan pada industri migas salah satunya yaitu tangki, yang mana tangki pada industri tersebut digunakan sebagai tangki penimbun minyak mentah (storage oil tank). Bahwasannya kekuatan dan kelemahan dari tangki tergantung pada pemilihan material dan sistem pengelasan yang digunakan. Pengelasan adalah proses penyambungan antara dua bagian logam atau lebih dengan menggunakan energi panas yang meyebapkan logam disekitar lasan mengalami perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan thermal. Djoko setyanto (2014) meneliti tentang “Analisa kerusakan dan kekuatan tangki gerf sludge tank pada kilang minyak sawit” bahwa analisa kekuatan struktur tangki yang dijadikan dasar perhitungan tambahan lamina bodi dan dasar tangki didasarkan pada standar ASTM D3299. Asumsi karakteristik material GFRP didasarkan pada aplikasi material pada suhu operasional (service temperatur) yaitu : kekuatan tarik arah melingkar, kekuatan tarik arah aksial, modulus tarik arak melingkar, modulus tarik arah aksial, modulus tarik efektif dan faktor desain. Nelson (2011) menulis tentang “Teknik pengelasan perencanaan tangki kapasitas 200.000 liter” dimana tujuan perencanaan yaitu untuk menghasilkan tangki yang bermutu baik dan bernilai ekonomis, bahwasannya pada perencanaanya akan digunakan sambungan atau jenis kampuh memanjang yang digunakan sebagai sambungan temu, karena lebih kuat menahan beban static untuk alas dan tutup tangki. Sedang untuk penetuan tebal plat yang dipergunakan, perlu untuk menentukan dahulu tekanan maksimum pada dasar tangki.
6
2.2 Perencanaan Perencanaan yaitu suatu proses pengembangan dari sebuah ide menuju pada realisai bentuk fisik langkah-langkah dalam merencanakan suatu produk adalah sebagai berikut: 1. Fungsi Sangat penting adalah fungsi dari perencanaan tersebut. 2. Permasalahan Permasalahan
dalam
perencanaan
yaitu
bagaimanah
mendapatkan
karakteristik. Geometri yang sesuai dengan fungsi yang diharapkan dan pemgumpulan data dari berbagai elemen bahan yang berbentuk sistem sehingga memenuhi fungsi utama yang diminta. 3. Pengumpulan Informasi Dalam pengumpulan informasi mengenai perencanaan dapat diambil dari beberapa sumber seperti terdapat pada jurnal, handbook, artikel, dan kursus akademik, dalam mendapatkan, informasi tersebut ada beberapa permasalahan yang harus diperhatikan yaitu: a. Dimana mendapatkan bahan. b. Bagaimanah cara mendapatkannya. c. Seberapa akurat info tersebut. d. Bagaimanah cara menafsirkan info yang spesifik. e. Kapan mempunyai info yang cukup. a. Apa hasil keputusan dari info yang didapatkan. 4. Konsep perencanaan. Konsep perencanaan menentukan elemen, mekanisme dan proses dengan menggunakan model formula dan eksperimental. 5. Evaluasi/Penilaian Bertujuan menilai dari arti hasil desain proses tersebut meliputi atas langkah-langkah perhitungan dan bagaimanah kinerjanya. 6. Desain komunikasi Bertujuan untuk memenuhi kebutuhan pelanggang atau klien, biasanya dipresentasikan kepada pelanggang atau melalui sponsor. 7
2.3 Dasar pemilihan bahan Dalam perencanaan ini penulis memilih bahan dengan standar ASTM A36 disebapkan mempunyai mampu keras yang baik meskipun berukuran besar dapat dikeraskan sampai diperoleh struktur yang lebih uniform. Disamping itu kekuatan yang lebih tinggi dan keuletan yang lebih baik dapat diperoleh karena mempuyai mampu keras yang baik tidak perlu pendinginan yang cepat pada pengerasannya, hal ini menyebapkan rendahnya tegangan sisa. Seperti pada tabel 2.1 berikut. Tabel 2.1 Spesification ASTM A36 (API Standar ASTM A36) No. 1. 1. 2. 3.
Phyisical Properties Density Mechanichal Properties Tensile Strength, Ultimate Tensile Strength, Yield Elogations At Break
4. 5. 6. 7.
Modulus Of Elasticity Bulk Modulus Poissons Ratio Shear Modulus
Metric 7,85 G/Cc Metric 400-550 Mpa 250 Mpa 20,0 % 23,0 % 200 Gpa 140 Gpa 0,260 79,3 Gpa
English 0,284 Lb/In3 English 58000-79800 Psi 36000 Psi 20,0 % 23,0 % 29000 Ksi 20300 Ksi 0,260 11500 Ksi
2.4 Jenis–jenis tangki Storage tank atau tangki dapat memiliki berbagai macam bentuk dan tipe, tiap tipe memiliki kelebihan dan kekurangan serta kegunaannya sendiri. 2.4.1 Berdasarkan letaknya a. Above ground tank Yaitu tangki penimbun yang terletak di atas permukaan tanah. Tangki penimbun ini bisa berada dalam posisi horizontal dan dalam keadaan tegak (vertical tank). Dapat dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan cara perletakan diatas tanah, yaitu tangki dipermukaan tanah dan tangki menara. Ciri-ciri yang membedakan jenis tangki menara dengan tangki dipermukaan tanah adalah bentuk bagian bawah tangki. Seperti yang telah tercatat dalam peraturan, bentuk bagian bawah tangki menara adalah bentuk revolusi sebuah bentuk cangkang yang tidak sempurna, ataupun kombinasi dari bentuk cangkang
8
tersebut. Desain tangki dengan bagian bawah rata untuk tangki menara tidak akan memberikan hasil yang baik, dengan
melihat
bahwa bentuk dasar
yang demikian akan menyebabkan dibutuhkannya balok penopang yang besar untuk menahan tekuk. b. Under ground tank Yaitu tangki penimbun yang terletak di bawah permukaan tanah. 2.4.2 Berdasarkan Bentuk Atapnya a. Fixed roof tank Dapat digunakan untuk menyimpan semua jenis produk, seperti crude oil, gas oline, benzene, fuel dan lain–lain termasuk produk atau bahan baku yang bersifat korosif, mudah terbakar, ekonomis bila digunakan hingga volume 20620 ft, diameter dapat mencapai 300 ft (91,4 m) dan tinggi 64 ft (19,5m). Dibagi menjadi dua jenis bentuk atap yaitu: 1. Cone Roof, Jenis tangki penimbun ini mempunyai kelemahan, yaitu terdapat vapor space antara ketinggian cairan dengan atap. Jika Vapor Space berada pada keadaan mudah terbakar, maka akan terjadi ledakan. Oleh karena itu fixed cone roof Tank dilengkapi dengan Vent untuk mengatur tekanan dalam tangki sehingga mendekati tekanan atmosfer. Jenis tangki ini biasanya digunakan untuk menyimpan kerosene, air dan solar. Terdapat dua jenis tipe coneroof berdasarkan penyangga atapnya yaitu: a. Supported Cone Roof adalah suatu atap yang berbentuk menyerupai konus dan ditumpu pada bagian utamanya dengan rusuk di atas balok penopang ataupun kolom, atau oleh rusuk diatas rangka dengan atau tanpa kolom. Pelat atap didukung oleh rafter pada girder dan kolom atau oleh rangka batang dengan atau tanpa kolom. b. Self-supporting Cone Roof adalah atap yang berbentuk menyerupai konus dan hanya ditopang pada keliling konus. Atap langsung ditahan oleh dinding tangki (shell plate). 2. Dome Roof adalah atap yang dibentuk menyerupai permukaan bulatan dan hanya ditopang pada keliling kubah. Biasanya digunakan untuk menyimpan cairan kimia. Bentuk tangki tipe domeroof dapat dilihat pada Gambar 2.1 9
Gambar 2.1 Tangki Fixed Dome Roof (Padoha , 2010) b. Floating roof tank Yang biasanya digunakan untuk menyimpan minyak mentah dan premium. Keuntungannya yaitu tidak terdapat vapour space dan mengurangi kehilangan akibat penguapan. floating roof tank terbagi menjadi dua yaitu external floating roof dan internal floating roof. Bentuk tangki tipe floating roof dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Tangki Floating Roof Tank (Padoha, 2010) 2.4.3 Berdasarkan tekanannya (internal pressure) a. Tangki atmosferik (atmospheric tank) Terdapat beberapa jenis dari tangki timbun tekanan rendah ini, yaitu: 1. Fixed cone roof tank digunakan untuk menimbun atau menyimpan berbagai jenis fluida dengan tekanan uap rendah atau amat rendah (mendekati atmosferik) atau dengan kata lain fluida yang tidak mudah menguap. Bentuk tangki tixed cone roof tank dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Sketsa fixed cone roof tank (Padoha, 2010) 10
Gambar 2.4 Fixed cone roof with internal floating roof (Padoha, 2010) 2. Tangki umbrella Memiliki kegunaan yang sama dengan fixed con roof. Bedanya adalah bentuk tutupnya yang melengkung dengan titik pusat meridian di puncak tangki. 3. Tangki tutup cembung tetap (Fixed dome roof) Memiliki bentuk tutup yang cembung dan ekonomis biladi gunakan dengan volume >2000m3. Bahkan cukup ekonomis hingga volume 7000m3 (dengan D<65m). Kegunaannya sama dengan fixed cone roof tank, Bentuk tangki Umbrella dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Self Supporting Dome Roof (Padoha, 2010) b. Tangki horizontal Dapat menyimpan bahan kimia yang memiliki tingkat penguapan rendah (lowvolatility), seperti air minum dengan tekanan uap tidak melebihi 5psi, diameter dari tangki dapat mencapai 12 feet (3,6m) dengan panjang mencapai 60feet (18,3m). Bentuk tangki tangki horizontal dilihat pada gambar 2.6
11
Gambar 2.6 Tangki horizontal (Padoha, 2010) c. Tangki tipe plain hemispheroid Digunakan untuk menimbun fluida (minyak) dengan tekanan uap (RVP) sedikit dibawah 5psi. Bentuk tangki Tangki Plain Hemispheroid dilihat pada gambar 2.7
Gambar 2.7 Tangki tipe plain hemispheroid (Padoha, 2010) d. Tangki tipe noded hemispheroid Digunakan untuk menyimpan fluida (lightnapthapentane) dengan tekanan uap tidak lebih dari 5psi. e. Tangki plain spheroid Merupakan tangki bertekanan rendah dengan kapasitas 20.000 barrel. f. Tangki floating roof Ditujukan untuk penyimpanan bahan-bahan yang mudah terbakar atau mudah menguap. Kelebihan penggunaan internal floating roof ini antara lain: a) Level atau tingkat penguapan dari produk bisa dikurangi b) Dapat mengurangi resiko kebakaran g. Tangki bertekanan (Pressure tank) Pressure tank atau tangki bertekanan dapat menyimpan fluida dengan tekanan uap lebih dari 11,1 psi dan umumnya fluida yang disimpan adalah produk-produk minyak bumi. Terdiri dari beberapa jenis, yaitu:
12
1. Tangki Peluru (Bullet Tank) lebih dikenal sebagai pressure vessel berbentuk horizontal dengan volume maksimum 2000 barrel. Biasanya digunakan untuk menyimpan LPG, Propane butane, H2, ammonia dengan tekanan diatas 15 psi. Bentuk tangki Tangki Peluru dilihat pada gambar 2.8
Gambar 2.8 Tangki peluru (Padoha, 2010) 2. Tangki bola (Spherical tank) merupakan pressure vessel yang digunakan untuk menyimpan gas-gas yang dicairkan seperti LPG, LNG, O2, N2 dan lain-lain. Tangki ini menyimpan gas cair tersebut hingga tekanan 75 psi. Volume tangki dapat mencapai 50.000 barrel. Untuk penyimpanan LNG dengan suhu-190 (cryogenic) tangki dibuat berdinding ganda dimana di antara kedua dinding tersebut diisi dengan isolasi seperti polyurethane foam. Tekanan penyimpanan di atas 15 psi. Bentuk tangki Tangki Bola dilihat pada gambar 2.9
Gambar 2.9 Tangki Bola (Padoha, 2010) 3. Dome roof tank digunakan untuk menyimpan bahan-bahan yang mudah terbakar, meledak, dan mudah menguap seperti gasoline. Bahan disimpan dengan tekanan rendah 0,5 psi sampai 15psi. Bentuk tangki Tangki Dome Roof Tank dilihat pada gambar 2.10
Gambar 2.10 Dome Roof Tank (Padoha, 2010) 13
2.4.4 Berdasarkan bentuk tangki a. Tangki lingkaran (Circular tank) Tangki yang umum digunakan sebagai tempat penyimpanan adalah tangki yang berbentuk silinder. Tangki ini memiliki nilai ekonomis dalam perencanaan. Selain itu, dalam perhitungan teknisnya, momen yang terjadi tidak besar. b. Tangki persegi/persegi panjang (Rectangular tank) Bentuk silinder secara structural paling cocok untuk kostruksi tangki, tapi tangki persegi panjang sering disukai untuk tujuan tertentu, antara lain kemudahan dalam proses konstruksi. Desain tangki persegi panjang mirip dengan konsep desain tangki lingkaran. Perbedaan utama dalam konsep desain tangki persegi panjang dengan tangki lingkaran adalah momen yang terjadi, gaya geser dan tekanan pada dinding tangki. Sebagai contoh: Sludge Oil Reclaimed Tank pada Pabrik Minyak Kelapa Sawit. Bentuk tangki Tangki Persegi dilihat pada gambar 2.11
Gambar 2.11 Tangki Rectangular (Padoha, 2010) 2.5 Pembebanan Beban-beban yang mungkin terjadi pada tangki adalah sebagai berikut: 1. Beban Mati (DL): berat sendiri tangki ataupun komponen-komponen tangki termasuk juga korosi yang diijinkan. 2. Tekanan luar rencana (Pe) : tidak boleh lebih kecil dari 0,25 kPa dan melebihi dari 6,9 kPa. 3. Tekanan dalam rencana (Pi) : besarnya tidak boleh melebihi 18 kPa. 14
4. Tes hidrostatik (Ht) : beban yang terjadi ketika tangki diisi air sampai ke batas ketinggian yang direncanakan. 5. Beban hidup atap minimum (Lr): sebesar 1
kPa pada daerah proyeksi
horizontal atap. Beban hidup atap minimum dapat ditentukan dengan ASCE7, tetapi tidak kurang dari 0,72 kPa. 6. Beban gempa (E) : beban yang mengakibatkan terjadinya gaya impulsive dan gaya konvektif dari cairan didalam tangki. 7. Salju (Beban akibat salju tidak akan diikutsertakan dalam tugas akhir ini sebab tidak pernah terjadi salju di Indonesia). 8. Cairan yang disimpan (F) : beban yang terjadi ketika tangki diisi cairan dengan berat jenis yang telah direncanakan dan cairan tersebut diisi sampai batas ketinggian yang telah direncanakan. 9. Tekanan Percobaan (Pt) terbagi atas 2 yaitu: a. Untuk tekanan desain dan tes maksimun Ketika tangki telah dibangun seluruhnya, tangki tersebut harus diisi dengan air sampai sudut tertinggi tangki atau sampai ketinggian air rencana, dan tekanan udara internal rencana harus diaplikasikan pada ruang tertutup diatas tinggi air dan dibiarkan selama 15 menit. Tekanan udara tersebut kemudian dikurangi menjadi sebesar satu setengah dari tekanan rencana, dan semua sambungan las diatas tinggi air harus diperiksa untuk mengecek adanya kebocoran. b. Untuk tangki berpondasi dengan tekanan desain sampai 18 kPa Setelah tangki diisi dengan air, badan tangki dan pondasi harus diperiksa keketatan sambungannya. Tekanan udara sebesar 1,25 kali tekanan rencana harus diaplikasikan pada tangki yang dipenuhi air sampai pada ketinggian air rencana. Tekanan udara kemudian dikurangi menjadi sebesar tekanan rencana, dan tangki lalu diperiksa kembali keketatan sambungannya. Sebagai tambahan, semua sambungan di atas batas air harus diperiksa dengan menggunakan soapfilm dan material lain yang sesuai untuk mendeteksi kebocoran. Setelah pemeriksaan, air harus dikosongkan
15
dari tangki (dan tangki sedang dalam tekanan atmosfir), pondasi harus diperiksa keketatan sambungannya. Tekanan udara harus di aplikasikan pada tangki untuk pemeriksaan akhir pondasi. 2.6 Persyaratan Untuk Elemen-Elemen Tangki 2.6.1 Material Pelat dan profil baja yang digunakan dalam perencanaan didasarkan atas ketersediaan material dipasaran dan dalam ukuran panjang yang ditentukan oleh kemudahan pengangkutan (delivery). Ukuran pelat baja yang sering digunakan pada tangki penimbun adalah 20 feet x 6 feet. Sedangkan profil baja yang digunakan pada tangki penimbun adalah profil baja siku untuk top angle, profil baja WF (Wide Flange) untuk rafter dan girder, serta profil pipa untuk kolom. Material yang dipakai dalam desain tangki ini adalah material yang direkomendasikan oleh APIStd650 yang secara kekuatan, dan komposisi kimia memenuhi persyaratan yang ditentukan oleh standar.
American Society for
Testing and Materials (ASTM) membagi baja dalam empat grades (A, B, C dan D) berdasarkan tegangan
lelah dengan kisaran rendah dan menengah untuk
carbon steel plates. Yang digunakan adalah baja dengan tekanan leleh (fy) adalah 390 MPa. 2.6.2 Pelat atap Merupakan pelat yang menyusun cone roof dengan ketebalan minimum pelat atap adalah 5 mm. Menurut APIStd 650, slope atap untuk supported cone roof tidak lebih dari ¾:12 inch atau lebih jika permintaan owner. 2.6.3 Rafter dan girder Rafter dan girder terbuat dari profil baja yang merupakan rangka atap tangki. Rafter harus diatur sedemikian hingga pada outerring jarak rafter tidak lebih dari 2 meter, sedangkan jarak rafter pada innerring tidak lebih dari 1,65 meter. 2.6.4 Top angle Top Angle terbuat dari profil siku yang menempel pada sisi sebelah atas course shell plate teratas. Kegunaan top angle adalah untuk memperkaku shell plates. Untuk tangki dengan atap tertutup, ukuran top angle tidak berdasarkan 16
beban angin tetapi berdasarkan jenis atap yang direncanakan. Dimana atap diklasifikasikan menjadi dua kategori yaitu supported dan self supported. Menurut APIStd 650 Para 3.1.5.9-c, ukuran top angle tidak kurang dari mengikuti ukuran berikut: untuk tangki diameter kurang dari 10,5m ukuran top angle 50x50x5 mm; tangki diameter 10,5-18 m ukuran top angle 50x50x6 mm; diameter tangki lebih dari18m ukuran top angle 75x75x10 mm. 2.6.5 Intermediate wind girder Wind Girder diperlukan untuk menjaga bentuk dari tangki penimbun terutama pada saat menahan beban angin. Wind girder sangat diperlukan untuk jenis tangki penimbun dengan atap terbuka atau open top. Untuk menentukan apakah windgirder diperlukan atau tidak untuk jenis atap selain open top tank maka harus dilakukan pemeriksaan dengan cara mengubah lebar aktual dari setiap shell course menjadi lebar transposed. Hasil penjumlahan dari lebar transposed dari setiap lapisan akan memberikan hasil dari tinggi transformed shell, dimana apa bila tinggi transformed shell lebih besar dari tinggi maksimum maka wajib memasang windgirder dan sebaliknya apa bila tinggi transformed shell lebih kecil maka tidak dibutuhkan windgirder. 2.6.6 Shell plate (Pelat dinding) Ketebalan pelat dinding yang digunakan sebaiknya lebih besar dari ketebalan pelat dinding rencana, termasuk penambahan korosi atau ketebalan berdasarkan test hidrostatis. Tetapi ketebalan dinding tidak boleh kurang dari yang disyaratkan pada Tabel 2.2 Tabel 2.2. Ketebalan Shell plates (APIStd650) Panjang nominal tangki(m)
Tabel nominal pelat (mm)
<15 15–36 36–60 >60
5 6 8 10
2.6.7 Pelat dasar tangki Ada dua jenis pelat dasar tangki yaitu annular plate dan bottom plate.
17
a. Annular Plate Annular plate memiliki lebar radial minimal 24 inch (61 centi meter) dan proyeksi dibagian luar dinding minimal 2 inch (5centi meter). b. Bottom Plate Sesuai dengan API Std 650, semua bottom plate memiliki ketebalan minimum yaitu ¼ inch (6,35 mm) dengan lebar minimum 72 inch (183 centi meter). 2.7 Tekanan air pada tangki 2.7.1 Tekanan hidrostatik Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi dibawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan didalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut. Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut: =
. .ℎ =
.ℎ
2.1
P = adalah tekanan hidrostatik (Pa) ρ = adalah kerapatan fluida (kg/m3) g = adalah percepatan gravitasi (m/s2) h = adalah tinggi kolom fluida (m) γ = berat jenis fluida (kg/m3)
2.7.2 Tekanan hidrodinamis Tekanan hidrodinamis merupakan tekanan air yang timbul saat terjadinya getaran atau guncangan (dalam hal ini gempa) sehingga menimbulkan dua gaya yang disebut gaya impulsif dan gaya konvektif. a. Gaya Impulsif Gaya impulsif adalah gaya yang disebakan oleh massa cairan dalam tangki yang bergerak bersamaan dengan gerakan tangki akibat gaya gempa. Gaya Impulsif dihasilkan oleh massa cairan yang dekat kedasar tangki. b. Gaya Konvektif Gaya Konvektif adalah gaya yang disebakan oleh massa cairan dalam tangki yang meyebabkan guncangan air didalam tangki akibat gaya gempa. 18
2.8 Pengelasan Pengelasan adalah proses penyambungan antara dua bagian logam atau lebih dengan menggunakan energi panas yang menyebapkan logam disekitar lasan mengalami sirkulasi thermal, sehingga logam disekitar lasan mengalami perubahan metalurgi yang rumit, deformasi dan tegangan –tegangan thermal. Atau secara ringkas juga dapat diartikan penyambungan setempat dari beberapa batang logam dengan menggunakan energi panas. Hal ini erat hubungannya dengan ketangguhan, cacat las dan retak serta mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dari konstruksi yang dilas. Adanya energi panas yang diterima oleh logam pada proses pengelasan mengakibatkan perubahan-perubahan mulai dari struktur mikro sampai dengan ekspansi dan konstruksi secara mikro. Perubahan struktur mikro ini, akan berpengaruh pada sifat-sifat mekanik logam tersebut. Sifat-sifat mekanik tersebut diantaranya adalah kekuatan, keuletan, ketangguhan, dan kekasaran. 2.8.1 Prosedur dan teknik pengelasan Mutu hasil pengelasan selain tergantung dari pelaksanaannya, juga ditentukan oleh persiapan sebelum pengelasan. Karena itu pengawasan pengelasan dilakukan semenjak persiapan pengelasan. Untuk itu perlu adanya prosedur tertulis yang telah dirancang sesuai dengan standar yang telah ditentukan. Untuk itu perlu adanya prosedur tertulis yang telah dirancang sesuai dengan standart yang telah ditentukan. Untuk memberikan petunjuk kepada juru las membuat las sesuai dengan persyaratan. (Maman Suratman, Teknik Mengelas Asiteli. Brazing, Dan Las Busur Listrik. 2001) 2.8.2 Perencanaan prosedur pengelasan. Prosedur pengelasan adalah suatu perencanaan untuk pelaksanaan pengelasan yang meliputi cara pembuatan konstruksi las yang sesuai dengan rencana dan spesifikasinya dengan menentukan semua hal yang diperlukan dalam pelaksanaan tersebut. Untuk mebuat rencana konstruksi las yang baik, prosedur pengelasan harus memperhatikan keempat faktor dibawah ini, antara lain: a. Manusia, dalam hal manusia harus mengingat kemampuan keterlampilan 19
pekerjaannya. b. Mesin, dalam hal mesin harus memperhatikan kemampuan mesin lasnya. c. Cara, dalam hal cara adalah pemilihan cara yang tepat untuk melaksanakan selurih konstruksi. d. Menejemen, dalam hal ini menejemen harus mampu mengatur pelaksanaan sesuai dengan persyaratan yang telah ditentukan, yaitu hatur pengatur beberapa sarana penting yang dapat mempengaruhihasil lasan, seperti pelaksanaan yang aman , pemeriksaan mutu dan pemeriksaan proses. Pemilihan proses pengelasan harus dititik beratkan pada proses yang paling sesuai untuk tiap-tiap sambungan las yang ada pada konstriksi, dalam hal ini tentu dasarnya adalah efisiensi yang tinggi, biaya yang murah, pengehmatan tenaga dan penghematan energi. Apabila proses pengelasan telah ditentukan untuk tiap-tiap sambungan, maka tahap berikutnya adalah menentukan syarat-syarat pengelasan, urutan pengelasan dan persiapan pengelasan. 2.8.3 Persiapan pengelasan Mutu dari hasil pengelasan disamping tergantung dari pengerjaan lasnya sendiri juga sangat tergantung dari persiapannya sebelum pelaksanaan pengelasan. Oleh karena itu persiapan pengelasan harus dapat perhatian dan pengawasan yang sama dengan pelaksanaan pengelasan. Persiapan umum dalam pengelasan meliputi penyediaan bahan, pemilihan mesin las, penunjukan juru las dan penentuan alat perakit. Setelah penentuan proses pengelasan, maka geometri sambungan harus harus ditentukan dengan memperhatikan tingkatan teknik dari bagian pembuatan yang akhirnya bertuju pada bentuk alur (kampuh). Pembuatan alur (kampuh) ini dapat dilakukan secara termal dengan alat pemotong gas atau dingin dengan mesin. 2.8.4 Proses pengelasan Proses pengelasan yang biasa dilakukan pada baja adalah las busur listrik dengan elektroda terbungkus, dengan pelindung gas co2 dan dengan listrik terendam.
20
a. Las Ikat (Tack Welding) Las ikat adalah penyetelan yang akan dihubungkan dengan lasan pendek. Jika prosedur las mengharuskan suatu pemanasan awal, maka walaupun hanya tack weld, tetap diperlukan pemanasan awal, sebap jika ketentuan tersebut dilanggar akan beresiko terjadi retak, yaitu jenis retak dingin (teo crack) yang bersifat fatal. b. Las temu Pada gambar 2.13 dibawah ini memperlihatkan sebuah alur las berbentuk V tunggal yang dibebani oleh gaya tarik F, untuk pembebanan tarik atau tekan, tegangan normal rata-rata adalah:
Gambar 2.12 Las Temu (Padoha, 2010) Maka tegangan rata-rata pada las temu karena pembenanan geser adalah: =
2.2
Dimana:
= Tegangan Normal (psi) h = Tinggi leher las (theroat) (in) L = panjang pengelasan (in) F = gaya tarik (lb)
Sedangkan kekuatan las temu sama dengan tegangan izin dikali dengan perkalian panjang las dengan tebal pelat sambungan. =
(
)
2.3
Dimana: σi = Tegangan izin (kgf/mm2) L = Panjang pengelasan (m) h = Tinggi leher (m) 21
c. Las sudut Pada gambar 2.14 memperlihatkan suatu alur las sudut sisi dan las sudut melintang. Dimana kekuatan las sudut sisi atau melintang dianggap ditetapkan dengan tahanan geser leher las dengan mengabaikan arah beban terpsang.
Gambar 2.13 potongan melintang las sudut (Padoha, 2010 ) Dalam teknik pengelasan selalau mendasarkan ukuran las pada besarnya tegangan pada luas leher DB, maka sepotong las-lasan telah dipilih dari gambar 2.14 untuk memperlakukan leher las sebagai suatu persoalan pada analisa badan seperti diperlihatkan pada gambar 2.14
Gambar 2.14 sepotong las-lasan (Padoha, 2010) Untuk luas leher adalah: = ℎ cos 45° = 0,707 ℎ
Dimana: =
Jadi tegangan x = =
,
−
2.4
2.5
dimana: σx = tegangan normal max (Pa) f = Gaya tarik (N) L = panjang las-lasan (m) A = Luas pengelasan (m2)
22
Tegangan ini dapat dibagi menjadi dua komponen, tegangan geser normal =
dan tegangan
yaitu:
x cos 45° =
2.6
Dimana: τ = Tegangan geser (Pa) Ǫ x = Tegangan normal max. (Pa) F = Gaya Tarik (N) sehingga harga-harga ini dimasukan kedalam diagram mohr seperti ditunjukan pada gambar 2.15
Gambar 2.15 diagram lingkaran mohr untuk lasan sudut (Padoha, 2010) Sehingga tegangan utama terbesar terlihat sebesar: 1=
+ (
) +
) = 1, 618
2.7
Dimana: Ǫ = tegangan normal (Pa) F = Gaya tarik (N) Tegangan geser maksimum adalah
max =
(
) +
) = 1,118
2.8
Dimana: τmax = Teganagan geser max. (Pa) F = Gaya tarik (N) Untuk keperluan perencanaan adalah biasanya mendasarkan tegangan geser pada luas leher dan mengabaikan tegangan normal sekaligus jadi persamaan untuk tegangan geser rata-rata adalah 23
=
2.9
,
Dimana: τ = Tegangan geser (Pa) F = Gaya tarik (N) Untuk kekuatan las sudut 450 dalam Newton adalah : P=
2.10
Dimana: P = kekuatan las sudut τ = Tegangan geser (Pa) A = Luas Pengelasan (m2) 2.8.5 Kekuatan sambungan las a. Kekuatan statis 1. Sifat tarikan Sifat yang dimaksud disini adalah sifat-sifat yang berhubungan dengan pengujian tarik. Dalam sambungan sifat tarik sangat dipengarui oleh sifat dari logam induk, sifat daerah HAZ, sifat logam las dan sifat-sifat dinamik dari sambungan berhubungan erat dengan geometri dan distribusi tegangan dalam sambungan. 2. Kekuatan Logam Lasan Dalam konstruksi las selalu digunakan logam las yang mempunyai kekuatan dan keuletan yang lebih baik atau paling tidak sama dengan logam induk. Tetapi karena proses pengelasan kekuatan dan keuletan logam dapat berubah. Dalam hal ini logam las sifat ini dipengaruhi oleh keadaan, cara dan prosedur pengelasan. 3. Sifat Tarikan Dari Sambungan Las Tumpul Pada dasarnya kekuatan sambungan las tumpul sama dengan logam induk, asal saja pemilihan bahan las dan cara peneglasannya betul. Dalam pelaksanaannya manik las tumpul mempunyai ketebalan yang lebih dari pada plat yang dilas dan ini disebut penguatan las. Tebal penguatannya sendiri tidak boleh lebih dari 3 mm. Untuk lebih jelas lihat gambar 2.17 berikut ini. 24
Gambar 2.16 Penguatan Pada las (Padoha, 2010) 2.8.6 Kekuatan tumbuk Kekuatan tumbuk dari suatu bahan adalah kemampuan bahan dalam menerima beban tumbuk yang diukur dengan besarnya energi yang diperlukan untuk mematakan batang uji dengan palu ayun. Jadi jelas disini bahwa kekuata tumbuk adalah sifat logam yang sama dengan ketangguhan. Sifat ini perlu diperhatikan karena logam dengan kekuatan tarik yang sama belum tentu mempunyai kekuatan tumbuk atau ketangguhan yang sama dan logam yang kuat belum tentu ketangguhannya tinggi. Hal yang jelas adalah bahwa sifat ini menurun dengan menurunya temperatur dan menurun dengan mendadak pada suatu suhu tertentu yang disebut suhu transisi. 2.8.7 Efesiensi Sambungan Efesiensi didefinisikan sebagai fsktor penurunan terhadap tegangan boleh dari logam induk yang dirumuskan sebagai berikut : =
2.11
Besarnya efisiensi sambungan ditentukan berdasarkan bahan las, cara pengelasan, cara pemeriksaan dan keadaan tempat penggunaan sambungan. 2.8.8 Perhitungan kekuatan sambungan las Kekuatan sambungan las dihitung berdasakan tegangan boleh dengan anggapan bahwa hubungan antara tegangan dengan regangan mengikuti hukum hooke dengan syarat bahwa tegangan terbesar yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan boleh yang ditentukan. Distribusi tegangan dalam las tumpul tidak terlalu sukar dihitung tetapi dalam sambungan las sudut sangat sukar, karena itu dalam hal tegangan yang terjadi dianggap sama dengan yang terjadi dalam leher las.
25
2.9 Perhitungan Umur Pakai Tangki Perhitungan umur pakai tangki dapat diasumsikan laju korosi plat/tahun dengan tebal plat minimum tangki yang diperlukan oleh tekanan yang terjadi dalam tangki, dengan pendekatan rumus : =
=
−
=
2.12 .
= Tebal plat awal (mm)
Corrotion rate = Laju korosi (mm/yr)
26
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan tempat Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 1 Januari 2017 hinnga 30 Maret 2017 pada unit pelayanan Perusahaan Air Minum (PAM) Desa laburunci kec. Pasarwajo Kab. Buton. 3.2 Alat dan bahan. Alat yang digunakan untuk membantu penelitian adalah program Sketchup, Auto Cad, Google Earth Geobasis, MS Office Exel, MS Office Word. Sedangkan bahan yang digunakan adalah data-data PAM Desa Laburunci dan Kantor Desa Laburunci. 3.3 Metode pengambilan data Metode pengambilan data merupakan cara yang dipakai dalam kegiatan penelitian untuk memdapatkan data yang valid, sehingga pelaksanaan dan hasilnya dapat dipertanggungjawabkan secara kajian akademis dan ilmiah. 3.4 Metode analisa Metode analisa yang digunakan pada penelitian ini adalah menganalisa kondisi lingkup Perusahaan Air Minum (PAM) desa laburunci kemudian merencanakan tangki reservoir
kapasitas 57000 liter, kemudian menghitung
analisa kekuatan pada tangki yang direncanakan, mengitung umur pakai dan efisiensi penggunaan tangki. 3.5 Data awal Data awal adalah data saat ini yang dihimpun peneliti sebelum melakukan penelitian, dimana data awal digunakan sebagai dasar perencanaan penelitian dan patokan penelitian agar hasil yang ditemukan dapat dipertanggungjawabkan secara kajian akademis dan ilmiah nantinya.
27
3.6
Gambar spesifikasi tangki
Tipe tangki
: Tangki Reservoir
Jenis Fluida
: Air
Bahan Tangki
: ASTM A36
Kapasitas
: 57000 Liter (57 m3)
Tinggi Tangki
: 5000 mm (5 m)
Diameter Tangki : 3800 mm (3,8 m) Ketinggian Letak : 46 meter dari sumber mata air dan 39 meter dari perumahan penduduk desa. O
Gambar 3.1 Spesifikasi tangki rencana =
d
(Matematika Sekolah dasar dan menengah John. A, hal 146) = 3,14 3,8 m = 11,93
=
r
t
(Matematika Sekolah dasar dan menengah John. A, hal 146) = 3,14 1,9 = 57
5
= 57000 Liter
28
3.7 Pembuatan badan tangki reservoir Tangki reservoir yang berfungsi sebagai wadah penampungan distribusi air bersih PAM Desa Laburunci sebelum didistribusikan kepada masyarakat Desa Laburunci. Untuk perencanaan dan pembuatan maka perlu melakukan beberapa perhitungan seperti tekanan, (P) Volume Tangki (V) Tebal plat tangki dan lain sebagainya. Sebelum pengerjaan dimulai kita harus membuat langkah-langkah apa yang akan dilakukan sebelum proses pengerjaan tangki dilakukan. 3.7.1 Keliling tangki K = π.d
3.1
(Matematika Sekolah dasar dan menengah John. A, hal 146) Dimana: K = Keliling tangki (mm) d = Diameter tangki (mm) 3.7.2 Tekanan Tekanan adalah gaya yang terjadi dibagi dengan luas penampang, semakin besar gaya yang terjadi maka tekanannya semakin besar dan sebaliknya semakin besar luas penampang dari tangki maka tekanan yang terjadi akan kecil. Sebelum membuat tangki kita perhitungkan dulu gaya-gaya yang akan timbul pada tangki tersebut. Data-data yang perlu diketahui adalah panjang tangki, diameter tangki, kapasitas dan tebal plat. Persamaan-persamaan yang dipakai dalam perhitungan ini adalah: 1. Volume badan tangki (m3) V = π. r2. t (mm3)
3.2
(Matematika Sekolah dasar dan menengah John. A, hal 146) Dimana: V = Volume dalam tangki (mm3) r = Jari-Jari tangki (mm) t = Tinggi Tangki (mm)
29
2. Tekanan Dalam Tangki (p) =
. .h (N/m2)
3.3
(Fluid mechanics Frank M. White. Hal 72) Dimana: ρ = Masa jenis air (kg/m3) g = Grafitasi (m/s2) ℎ = Tinggi Fluida (m)
3. Tegangan Yang Diizinkan Pada Tangki =
.
(
/m2)
(Elemen mesin sularso, hal. 8)
3.4
Dimana: σy = yield strengh bahan tangki Sf1 = safety factor (2) Sf2 = safrty factor (6) 4. Shell Plat (Plat Dinding) Ketebalan plat dinding yang digunakan sebaiknya lebih besar dari plat dinding rencana, termasuk penambahan korosi. Tetapi ketebalan tidak bolek kurang dari yang disyaratkan pada tabel 3.1 Tabel 3.1 ketebalan sheel Plat ( API Std 650 1988,p3-6) Diameter/Keliling Nominal Tangki (feet) < 50 50-120 120-200 >200
Tebal Nominal Tangki (inch) 3/16 ¼ 6/16 3/8
Perhitungan Sheel Plate dapat dihitung dengan menggunakan tabel dengan ditambahkan nilai korosi pada plat dasar tangki (Bottom Plate) 5. Bottom plat (plat dasar tangki) Plat dasar tangki sebaiknya tidak boleh kurang dari ketebalan plat yang terdapat pada tabel ditambah dengan corrosion allowance (ketebalan Plate) diperhitungkan akan berkarat.
30
Tabel 3.2 ketebalan Bottom Plat/inch (API Std 650 -988,p3-6) Tebal nominal pelat pada shell course yang pertama (inch) t ≤ 0,75 0,75 ˂ t ≤ 1.00 1,00 ˂ t ≤ 1,25 1,25 ˂ t ≤ 1.50 1,50 ˂ t ≤ 1,75
Tekanan hidrostatis pada shell course yang pertama (lb/inch2) ≤ 27,000 ≤ 30.000 ≤ 33.000 ≤ 36.000 ¼ ¼ 9/32 11/32 ¼ 9/32 3/8 7/16 ¼ 11/32 15/32 9/16 5/16 7/16 9/16 11/16 11/32 ½ 5/8 3/4
6. Roof tangk (atap tangki) Untuk menghitung ketebalan plat yang digunakan pada atap tangki dapat dihitung dengan menggunakan tabel 3.1 dengan ditambahkan nilai korosi pada plat. 7. Tegangan Circuferensial (σc) σc =
. . . .
=
.
.
(
/m2)
3.5
(Kekuatan bahan ferdinand, hal 24) Dimana: P = Tekanan dalam tangki (kg/m2) D = Diameter Tangki (m) t = Tebal plat (m) 8. Tegangan Logitudinal (σi) σi=
.
.
(
/m2)
3.6
(Kekuatan bahan ferdinand, hal 24) Dimana: P = Tekanan dalam tangki (kg/m2) D = Diameter Tangki (m) t = Tebal plat (m) 3.7.3 Proses Pengerolan Proses pengerolan yang dapat dilihat pada gambar adalah proses lanjutan setelah dipotong sesuai dengan ukuran yang telah direncanakan, jadi proses ini memproses dimana plat yang datar dirubah menjadi lengkung.
31
Plat dengan panjang (L) ditumpuk oleh dua buah roll dan mendapat gaya tekan sebesar P dari roll bagian atas maka plat akan mengalami tegangan, bila roll atas diperbesar maka plat akan mengalami dari tengangan elastic menjadi tegangan plastis. Karena roll berputar maka seluruh luasan plat mendapat gaya tekan secara merata dan sama besarnya sehingga didapatkan bentuk dan diameter yang sama. Gaya tekan diberikan sedikit demi sedikit agar hasilnya halus dan tidak merusak plat, selain itu juga memperpanjang umur roll. E
B B B F A
D
C
Gambar 3.2 Proses Rolling Untuk menghitung tahapan-tahapan dalam pengerolan digunakan persamaan sebagai berikut : Dari segitiga ADE dapat dicari nilai sudutnya, yaitu : Cos αo =
3.7
Panjang pelengkungan (L) =
+ 2 . .(
+ . )
3.8
(Padoha aritonang 2010 hal. 78) Dimana : IR = Jari-jari dalam tangki (R luar tangki – t) k = Konstanta : 0,5 bila IR > 2.t 0,3 bila IR < 2.t t = Tebal Plat (mm)
32
Besar gaya pengerolan (F) =
. . .
3.9
(Padoha aritonang 2010 hal. 78) Dimana: k = Konstanta pengerolan L= Panjang pelengkungan (mm) S = Kekuatan tarik (53 kg/mm2) t = Tebal plat (mm) I = Lebar daerah deformasi Kekuatan Bahan =
.
.
3.10
(Padoha aritonang 2010 hal. 78) Dimana : α = Tegangan yang dialami plat F = Gaya pengerolan (N) L= Panjang pelengkungan sebelumya (mm) B= Panjang awal plat yang akan di roll (mm) t = Tebal Plat ( mm) 3.7.4 Proses pengelasan Prosedur dan persiapan pengelasan sangat memerlukan mutu dari hasil pengelasan. Pengelasan ini secara umum meliputi : 1. Pemilihan jenis pengelasan 2. Pemilihan prosedur pengelasan 3. Pemilihan bentuk design geometrinya
33
a. Pemilihan jenis pengelasan Pemilihan ini harus dengan fungsi sambungan las hingga diperoleh efisiensi yang tinggi, baik ditinjau dari segi waktu, tenaga dan penghematan energi. b. Pemilihan prosedur pengelasan Las ikat (Las Bungkus Elektroda Terbungkus) dilakukan dengan maksud untuk mempermudah pengelasan bagian-bagian yang telah disiapkan, dilakukan dengan las pendek pada tempat tertentu untuk memperluas penyetelan. Hal ini dimaksudkan supaya tidak terjadi penyetelan pada waktu pengelasan utama. Jarak antara las ikat yang satu dengan yang lain 200 mm dengan panjang pengelasan 60 mm (prof. DR. Ir, Harsono Wiryo Sumarto, Teknologi Pengelasan Logam, Hal 216), Untuk las ikat digunakan las busur listrik elektroda terbungkus. Pengelasan ini bisa dipakai dengan tangan juga bisa digunakan secara otomatis. Las busur listrik bisa juga digunakan untuk pengelasan baja, besi cor, paduan, tembaga, paduan nikel dan lain-lain. Cara pengelasan ini digunakan kawat elektroda logam yang terbungkus dengan fluks yang sewaktu pengelasan ikut mencair. Sedangkan sumber panasnya menggunakan besar nyala listrik untuk mencairkan logam. Dalam pengelasan ini fluks yang mencair mempunyai berat jenis lebih ringan dari bahan metal yang dicairkan, maka fluks mengapung diatas cairan metal tersebut sekaligus. Mengisolasi metal untuk beroksidasi dengan udara luar dan sewaktu membeku fluks juga ikut membeku dan tetap melindungi metal dari reaksi oksidasi. c. Bentuk alur dan geometri sambungan las Berdasarkan welding hand book, hal 268, untuk plat dengan ketebalan 4 mm dengan jenis pengelasan busur redam, bentuk alur yang dianjurkan yaitu:
34
200
60
P. sisa
P. Utuh
P.sisa
Gambar 3.3 Geometri dan sambungan las ikat Dari gambar 3.2 diatas adalah sabungan las ikat, sambungan las ikat ini sangat penting untuk menghindari pergeseran 2 material yang akan dilas atau disambungkan sehingga didapat hasil yang lebih baik. Dalam pelaksanaanya, pengelasan ikat tidak dapat dilakukan secara berulang-ulang. Dari gambar dapat ditentukan : 1. Jarak antar las (10) = 200 mm 2. Panjang Las (11)
= 60 mm
3. Jenis Las
= SMAW
4. Elektroda
= E7018
5. Jenis Sambungan
= Concave survace dan last emu bult jointed
3.7.5 Perhitungan sambungan antar shell Karena tangki menggunakan 4 lembar plat berbentuk slinder, maka untuk membentuk 4 buah slinder menjadi tangki harus menyambung keempat plat yang berbentuk slinder tersebut. Jumblah las ikat yang dibutuhkan untuk meyambung 4 buah slinder yaitu : Jumlah las ikat =
.
3.11
a. Pengelasan inti Pengelasan inti dibagi menjadi 2 pengelasan yaitu pengelasan luar dan pengelasan dalam. 1. Pengelasan luar Panjang total lasan = panjang tangki + (π . D) Luas penampang las = Lebar celah las x tebal las Volume pengelasan = panjang total lasan x luas penampang las
35
2. Pengelasan dalam Pengelasan dalam adalah pengelasan inti yang dilakukan dari dalam yang bertujuan untuk menghaluskan permukaan bagian dalam. Panjang total lasan = panjang tangki + (π . D) Luas penampang las = Lebar celah las x tebal las Volume pengelasan = panjang total lasan x luas penampang las 3.7.6 Penyambungan badan dan tutup tangki Untuk proses penyambungan sama dengan proses penyambungan badan tangki, jadi untuk langkah-langkahnya sama dengan proses penyambungan badan tangki. Perhitungan Jumlah las ikat badan dan tutup tangki : Jumlah las ikat =
.
3.12
)
Panjang total lasan = Jumlah las ikat x panjang lasan Luas penampang las = Lebar celah las x tebal las Volume pengelasan = panjang total lasan x luas penampang 3.8 Perhitungan umur pakai tangki Perhitungan umur pakai tangki dapat diasumsikan laju korosi plat/tahun dengan tebal plat minimum tangki yang diperlukan oleh tekanan yang terjadi dalam tangki, dengan pendekatan rumus : =
=
=
−
3.13 .
Tactual = Tebal plat awal (mm) Corrotion rate = Laju korosi
36
3.9 Diagram alir perencanaan Mulai Tinjauan pustaka Perencanaan Tangki Dasar Pemilihan Bahan Tahap Perhitungan Tekanan Keliling Tangki K = π.d Tekanan Dalam Tangki = . .h (N/m2)
Tegangan Izin Pada Tangki = ( /m2)
Volume Badan Tangki V = π.r2.T (m3)
Tegangan circuferensial . . = = ( / )
.
. .
Tegangan Logitudinal . = ( ) 2.
Tahap Perhitungan Teknik Pegerolan Segitiga AEC Cos αo =
.
Panjang pelengkungan (L) =
360
+ 2 . .(
Besar gaya pengerolan (F) . . . =
+ . )
Kekuatan Bahan . = .
Tahap Perhitungan Teknik Pengelasan
Jumlah Las ikat slinder =
Jumlah las ikat shell =
.
Tahap perhitungan umur pakai =
−
Hasil Perhitungan Valid
Tidak
Ya Analisa dan Pembahasan Kesimpulan dan penutup
selesai
Gambar 3.4 Diagram alir perencanaan 37
BAB IV ANALISA DATA PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa data perencanaan 4.1.1 Data Perencanaan Tipe tangki
: Tangki Reservoir
Jenis Fluida
: Air
Bahan Tangki
: ASTM A36
Kapasitas
: 57000 Liter (57 m3)
Tinggi Tangki
: 5000 mm (5 m)
Diameter Tangki : 3800 mm (3,8 m) Ketinggian Letak : 46 meter dari sumber mata air dan 39 meter dari perumahan penduduk desa.
Atap tangki
Dinding tangki
Gambar 4.1 Sketsa tangki rencana 38
4.1.2 Perhitungan tekanan Dalam perhitungan tekanan ini digunakan persamaan yang ada pada bab III, data-data yang akan direncanakan berdasarkan spesifikasi diatas. 1. Volume badan tangki Volume badan tangki meliputi volume yang mengisi tangki yaitu air jadi untuk menghitung volume tersebut digunakan rumus sebagai berikut: V = π. r2.T
(Matematika Sekolah dasar dan menengah John. A, hal 146) Dimana: r = jari-jari tangki (mm) T = tinggi tangki (mm) =
=
1900
Sehingga volume badan tangki adalah: V = 3,14 . 1900 mm . 5000 mm
= 57000000000 mm = 57 m3
57000 Liter
2. Tekanan dalam tangki (p)
Tekanan pada bagian setiap tangki, dalam hal ini tekanan tangki terdiri dari 4 bagian yaitu: H1= 5 m
H2= 3,75 m
H3= 2,50 m
H4= 1,25 m
Jadi tekanan pada setiap bagian tangki adalah: =
. .ℎ
ρ = 1000
/
(Fluid mechanics Frank M. White. Hal 72) Dimana: P1= Tekanan hidrostatis (N/m2) ρ= Masa jenis fluida (kg/m3)
g= Percepatan grafitasi bumi (m/s2) h= Ketinggian fluida (m) = 1000
/
9,81
= 49050 / = 49050
= 5001,70 = 0,005
/
/
/
1 /
1
5
=1
= 0,101972
/
39
=
. .ℎ
= 1000
/
9,81
= 36787,5 / = 36787,5 = 3751,27 = 0,004
=
. .ℎ
= 1000
/
9,81
= 24525 / = 24525
= 2500,85 = 0,0025
=
. .ℎ
= 1000
/
9,81
= 12262,5 / = 12262,5 = 1250,42 = 0,0012
/
/
1 /
/
1 /
=1
= 0,101972
2,50
= 0,101972
1 /
1
1,25
/
/
=1
ρ = 1000 /
/
3,75
ρ = 1000 1
/
/
/
1
/
/
ρ = 1000
/
/
=1
= 0,101972
/
3. Tegangan yang diizinkan pada tangki (σijin) Tegangan dimana bahan dapat menerima beban maksimum pada perencanaan ini, sehingga dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: =
.
(Elemen mesin, Sularso, hal. 8) σy = Yield strength bahan (ASTM A36 = 25,31 kg/mm2) sf1 = Safety factor (6) sf2 = Safety factor (2) Bahan yang dipakai adalah ASTM A36 dimana tegangan luluhnya sebesar 25,31 kg/mm2 sehingga tegangan yang diizinkan adalah:
40
,
=
/
= 2,11
/
4. Perhitungan shell plate Ketebalan minimum shell plate ditentukan menurut persyaratan API std 1988,p3-6) pada tabel 3.1 untuk diameter tangki 3800 mm (12,467192 fit) termasuk dalam range diameter tangki < 50 feet maka tebal minimum shell plate yang diijinkan adalah 3/16 inch (4,76 mm ~ 5 mm). Dari Tabel 3.1 (pada kolom < 50 feet) didapat tb = 3/16 inch (4,7 mm ~ 5 mm) =
ℎ = 4,7 ~ 5 =2
=2
+5
=7
Jadi diperoleh tebal shell plat tangki adalah 7 mm, namun untuk keamanan dalam memperpanjang umur tangki diambil tebal plat yang digunakan oleh tangki rencana adalah 8 mm. 5. Perhitungan ketebalan plat dasar tangki Untuk tebal minimum bottom plate diambil ¼ inch = 6,35 mm, sedangkan untuk tebal annular plate tebal minimum platnya ditentukan menggunakan API Std 650 Tabel 3.2 dengan dua parameter yang harus diketahui yaitu: a.
Tebal shell plat yang diambil adalah t = 8 mm.
b.
Tekanan Hydrostatic pada shell plate pertama = 49050 N/m2 = 7,11 psi
Dari Tabel 3.2 berdasarkan API Std 650 (pada kolom ≤ 27.000 psi) didapat minimum tb = ¼ inch maka: =¼
ℎ = 6,35 =2
=2
+ 6,35
= 8,35 41
Jadi tebal bottom plate yang digunakan adalah 8,35 mm. Untuk keamanan diambil tebal bottom plate sebesar 10 mm. Nilai CA didapat berdasarkan ketentuan dari API yaitu sebesar ¼ inch dari tebal plate. Hal ini bertujuan untuk menghindari kebocoran yang begitu cepat akibat dari korosi, karena korosi adalah salah satu masalah yang tidak pernah lepas dari baja ataupun besi. 6. Perhitungan atap (Roof) Tipe atap yang digunakan adalah Fixed Cone Roof yang terdiri dari beberapa pelat atap. Dengan slope atap α = 22,50 dan corrosion
allowance
yang diberikan untuk plat atap sebesar 2 mm. 7. Menentukan ketebalan roof plate. Untuk menentukan ketebalan dari roof plate dapat diambil nilai dari tabel 3.1 diameter tangki < 50 ft diambil nilai 3/6 inch (4,76 mm) ditambah nilai corrosion allowance 2 mm, maka digunakan persamaan sebagai berikut : Ketebalan roof plate: = 3/6
ℎ = 4,76 =2
=2
+ 4,76
= 6,76
Jadi ketebalan dari roof plate yang diambil dari 6,76 adalah 7 mm, dimana ini dimaksudkan untuk mencegah korosi akibat dari perubahan cuaca maka untuk keamanan tebal atap diambil sebesar 7 mm. Dari hasil perhitungan desain tangki diperoleh perbedaan ketebalan terhadap shell plate, roof plate, bottom plate dapat dilihat dalam tabel 4.1 Tabel 4.1 hasil perhitungan desain tangki No.
Bagian tangki
tmin (mm)
Taktual (mm)
1
Roof
4,76
7
2
Shell
5
8
6
Bottom
6,76
10
42
8. Tegangan circumferensial (σC) Tegangan circumferensial yaitu tegangan melingkar pada tangki, dimana tegangan ini mempengaruhi kekuatan dinding tangki. . .
=
. .
.
=
.
(kekuatan bahan, ferdinand, hal. 24) Dimana: P = Tekanan dalam tangki (kg/mm2) D = Diameter tangki (mm) t = Tebal plat (mm) =
. .ℎ
= 1000
= 49050
/
9,81
/
= 49050 / = 49050
= 5001,71
/
/
/
= 0,50
5
/
= 0,005
1. Tegangan circuferensial pada tangki adalah:
= 9.
.
= 1,18
/
/
/
Tegangan longitudinal (σt)
=
.
=
.
.
(kekuatan bahan, ferdinand, hal. 24)
= 0,59
/
/
4.1.3 Proses pengerolan
Proses pengerolan seperti pada gambar 4.2 adalah proses lanjutan setelah plat dipotong sesuai dengan ukuran yang telah direncanakan, jadi proses ini memproses dimana plat yang datar dirubah menjadi lengkung. Plat dengan panjang (m) ditumpu oleh dua buah roll dan mendapat gaya tekan dari roll bagian atas maka plat akan mengalami tegangan, bila roll atas
43
ditekan maka plat akan mengalami perubahan dari tegangan elastis menjadi tegangan plastis. Karena roll berputar maka seluruh luasan plat mendapat gaya tekan secara merata dan sama besarnya sehingga didapatkan bentuk dan diameter yang sama. Gaya tekan diberikan sedikit demi sedikit agar hasilnya halus dan tidak merusak plat selain itu juga memperpanjang umur roll. Pada proses pengerolan diperoleh data, sebagai berikut: Diameter roll
= 350 mm
Jarak roll tetap
= 600 mm
Jari-jari tangki
= 1900 mm E
B B B F A
D
C
Gambar 4.2 Proses rolling =√
+
= √300 + 1900 = √2700000 1.
= 1923,53
Dari segitiga ADE dapat dicari nilai sudutnya, yaitu: =
=
Sehingga nilai
,
= 0,1559633
= 81,02
44
Untuk mencari
dapat diketahui nilainya:
= 2. (90 − 81,02 )
2.
=2
8,98 = 17,96
Panjang kelengkungan (L) =
. 2. . (
+ . )
(Padoha aritonang, 2010) Dimana: IR = Jari-jari dalam tangki (Rluat tangki – t) = (1900 mm – 8 mm) = 1892 mm k = konstanta; 0,5 bila IR > 2.t 0,3 bila IR < 2.t (Padoha aritonang, 2010 /modern manufacturing process, hal 578) t = tebal plat (mm) Sehingga panjang kelengkungan pada proses ini dapat diketahui, yaitu: ,
=
. 2 . 3,14 (1892
(Padoha arotonang, 2010) = 0,3133023 3.
= 594
+ 0,5 . 8 )
1896
Besar gaya pengerolan (F) Besar gaya pengerolan yaitu besarnya gaya yang diberikan kepada plat yang di roll. F=
.
.
.
(Padoha aritonang, 2010) Dimana : k = Konstanta pengerolan (0,5) L = Panjang kelengkungan (mm) 45
S = Kekuatan tarik (41 kg/mm) t = Tebal plat (mm) I = Lebar daerah deformasi (panjang pelengkungan awal (600 mm) Sehingga besar gaya pengerolan adalah , .
=
.
/
.
= 1298,88 kg
4.
Kekuatan plat roll Kekuatan bahan yaitu kemampuan bahan untuk menahan tegangan tanpa terjadinya kerusakan. =
.
.
(Padoha aritonang, 2010) Dimana: σ = Tegangan yang dialami plat ( Kg/mm2) F = Gaya pengerolan (Kg) L = Panjang kelengkungan sebelumnya (mm) B = Panjang awal plat yang akan di roll (mm) t = Tebal plat (8 mm) Sehingga kekuatan dari bahan adalah : σ=
,
.
. (
= 20,09 Kg/mm2
)
,
=
Tabel 4.2 hasil dari perhitungan pengerolan Tahap Roll
IR (mm) 1892
R (mm) 1900
Cos α (0) 81,02
α1 17,96
L (mm) 594
F (kg) 1298,88
σ (kg/mm2) 20.09
46
4.1.4 Perhitungan pengelasan Berdasarkan welding hand book, hal 268, untuk plat dengan ketebalan 8 mm dengan jenis pengelasan busur redam, bentuk alur yang dianjurkan adalah 1 dengan goemetri sebagai berikut: 200
60
P.sisa
P.sisa
Gambar 4.3 Geometri dan sambungan las ikat Dari gambar dapat ditentukan: Jarak antar las (l0)
= 200 mm
Panjang lasan (l1)
= 60 mm
Jenis las
= SMAW
Elektroda
= E 7018
Jenis sambungan
= Las sudut concave surface dan last temu Butt Jointed
1.
Perhitungan las ikat sambungan longitudinal pada shell Perhitungan las ikat sambungan longitudinal pada shell untuk panjang shell I dan shell II adalah 1250 mm ℎ ℎ
=
=
=
=
(
= 5,95 ≈ 6 titik ,
)
= 4,465 ≈ 4 titik
Jumlah las ikat untuk shell I dan II adalah 6 x 2 = 12 titik sehingga membentuk slinder dan untuk membentuk 4 buah slinder jumlah las ikat 12 x 4 = 48 titik las ikat. Begitu juga dengan jarak lasnya 4 x 2 x 4 = 32 titik.
47
2.
Perhitungan las ikat sambungan antar slinder Karena tangki menggunakan 8 lembar plat berbentuk ½ belahan slinder yang dibentuk menjadi 4 slinder. Maka untuk menyambungkan slinder tersebut yaitu dengan rumus sebagai berikut: ℎ ℎ
3.
.
=
=
(
=
= 59,36 ≈ 59
=
,
Perhitungan total pengelasan Total las ikat shell
,
)
= 41,852 ≈ 41
= 12 + 12 + 12 + 12 = 48 titik
Total las ikat slinder = 59 + 59 + 59 = 177 titik Panjang total las
= (177 x 60) + (48 x 200) = 20220 mm
Luas penampang las = I . t = 1,5 mm x 4 mm = 6 mm2 Volume pengelasan = 6 mm2 x 20220 mm = 121320 mm3 a. Pengelasan inti Pengelasan inti dibagi menjadi dua pengelasan yaitu pengelasan luar dan pengelasan dalam. 1. Pengelasan luar =(
2) + (
= (5000
= 45796
3)
2) + (3,14 3800
3)
48
= .
= 1,5 4 =6
= 45796
6
= 274776
2. Pengelasan dalam
Pengelasan dalam adalah pengelasan yang dilakukan dari dalam yang bertujuan untuk menghaluskan permukaan bagian dalam. =(
2) + (
= (5000
= 45796 = .
= 1,5
3)
2) + (3,14 3800
3)
4
=6
= 45796
= 274776
6
4. Penyambungan badan dan tutup tangki
Untuk proses penyambungan badan dan kedua tutup tangki alas dan atap sama dengan proses penyambungan badan tangki. ℎ ℎ
=
=
=
.
(
=
= 59,36 ≈ 59 ,
,
)
= 41,852 ≈ 41
Jumlah las ikat untuk penyambungan badan tangki dengan tutup tangki adalah: 59 x 2 =118 titk, begitu juga sebaliknya jumlah jarak las adalah 41 x 2 = 82 titik. 5. Perhitungan pengelasan badan dan tutup tangki. Panjang total las = (118 x 60 mm) + (82 x 200 mm) = 23600 mm
49
Luas penampang las = I . t = 1,5 mm x 4 mm = 6 mm2 Volume pengelasan = 6 mm2 x 23600 mm = 141600 mm3 6. Pengelasan inti Pengelasan inti dibagi menjadi dua pengelasan yaitu pengelasan luar dan pengelasan dalam. a. Pengelasan luar =(
2)
= (3,14 3800
2)
= 23864 = .
= 1,5
4
=6
= 23864 b. Pengelasan dalam
6
= 143184
Pengelasan dalam adalah pengelasan yang dilakukan dari dalam yang bertujuan untuk menghaluskan permukaan bagian dalam. =(
= (3,14
= 23864
3800
= .
= 1,5 =6
= 23864
2)
= 143184
2)
4 6
50
4.1.5 Perhitungan perkiraan umur pakai tangki Untuk skala perhitungan umur pakai tangki dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: =
–
=
=
/
.
Dimana tebal akhir yang dipengaruhi oleh laju korosi diasumsi mencapai nilai yang sama dengan tebal minimal yang diperlukan oleh tangki untuk plat 8 mm pada dinding tangki tersebut yaitu: 5 mm. Berdasarkan penelitian Priyantoro dkk, (2012) meneliti tentang “Analisa Pengaruh Luasan Scratch Permukaan Terhadap Laju Korosi Pada Pelat Baja A36 Dengan Variasi Sistem Pengelasan” Bahwasannya laju korosi rata-rata plat baja A36 dengan kualitas baik adalah 0,02 - 0,1/yr, untuk keamanan diambil nilai tertinggi 0,1/yr. Sehingga untuk mencapai Takhir = Tminimal yang di perlukan oleh plat dinding tangki adalah 0,1 mm/yr x 30 yr = 3 mm/30yr dimana tebal plat 8 mm – 3 mm/30 yr = 5 mm. Jadi: 5
=8 =
.
−3
/30
.
5
Sehingga disimpulkan bahwa perkiraan umur pakai tangki reservoir distribusi air bersih berkapasitas 57000 liter dengan material ASTM A36 adalah kurang lebih 30 tahun. 4.1.6 Efisiensi penggunaan tangki pada PAM Desa Laburunci Tangki Reservoir rencana kapasitas 57000 liter dapat diisi dengan 2 unit pompa milik PAM Desa Laburunci dengan kapasitas Debit (Q) 25 m 3/jam dengan waktu 2 jam 28 menit atau 2,28 x 25 m 3 = 57 m3 jika diisi 7 x pengisian/hari hanya membutuhkan 17 jam 16 menit/hari telah mencapai volume 399000 liter/hari/7 kali pengisian/17 jam 16 menit. Volume air 399000 liter/hari/17 jam 16 menit telah dapat melayani lebih dari 3332 jiwa, 1 kantor desa dan 1 Masjid di Desa Laburunci dengan berdasarkan acuan Badan Standarisasi Nasional kebutuhan air pedesaan rata-rata 51
100 liter/jiwa/hari, kantor 10 liter/jiwa/hari, rumah ibadah 2 liter/jiwa/hari. dan hasil survey kantor desa laburunci kurang lebih 20 orang penghuni/hari dan masjid berkapasitas kurang lebih 500 orang. Total pengguna air PAM Desa Laburunci saat ini 332 kk atau 48,25 % dari jumblah total 688 kk penduduk Desa Laburunci dengan asumsi 48,25 % jumlah jiwa dari 3332 jiwa penduduk Desa Laburunci yaitu 1608 jiwa x 100 liter/hari = 160800 liter/hari + 1 kantor desa 20 orang/hari x 10 liter = 200 liter/hari + Masjid 500 orang x 2 liter/hari = 10000 liter/hari. Sehingga total kebutuhan air = 160800 liter/hari + 200 liter/hari + 10000 liter/hari = 171000 liter/hari dari 399000 Volume Air yang di tampung tangki reservoir rencana/7 kali pengisian/17 jam 16 menit. Selain itu berdasarkan resolusi pertumbuhan penduduk hingga 10 tahun mendatang tangki rencana tersebut masih dapat melayani masyarakat Desa Laburunci, dapat diketahui dengan persamaan metode Geometri. Perkiraan jumblah penduduk Desa Laburunci 10 tahun mendatang (tahun 2027) Diketahui: Tahun Dasar = 2015 Tahun Awal = 2017 Tahun Proyeksi = 2027 Periode Waktu = 2015 – 2027 = 13 Tabel 4.3 Data jumlah pertambahan penduduk (Desa Laburunci 2017) No.
Tahun
Jumlah Penduduk
3
2015
3209
4
2016
3268
5
2017
3332
Metode Geometri =( ) =
(1 + )
(La Ode Abdulrrahman, 2013) 52
Dimana: pn = Jumblah penduduk pada tahun ke-n Pt = Jumblah penduduk tahun dasar po = Jumblah penduduk Tahun awal r = Laju pertumbuhan penduduk n = Periode waktu antara tahun dasar dan tahun proyeksi =( ) −1 =(
) − 1
= (1,03) − 1 = 0,009 =
(1 + )
= 3332 (1 + 0,009)
= 3744
Berdasarkan hasil proyeksi perkiraan pertumbuhan penduduk Desa Laburunci hingga 10 tahun mendatang yaitu 3744 jiwa ditahun 2027 sehingga kebutuhan air desa laburunci hingga 10 tahun mendatang yaitu 3744 x 100 = 374400 + 200 kebutuhan kantor desa + 10000 kebutuhan masjid = 384600 liter/hari Tangki rencana kapasitas 57000 liter jika diisi oleh pompa air PAM Desa Laburunci berkapasitas 25 m3/jam hanya membutuhkan waktu 2 jam 28 menit, jika dilakukan 7 kali pengisian dalam sehari hanya memerlukan 17 jam 16 menit telah mencapai 399000 liter/ 7 kali pengisian/17 jam 16 menit. Volume air 399000 liter/ hari dapat memenuhi kebutuhan air masyarakat Desa Laburunci pada 10 tahun mendatang yaitu 374948 liter/hari. 4.2
Pembahasan Dalam penelitian ini penulis merencanakan tangki reservoir distribusi air
bersih pada perusahaan air minum dengan kapasitas 57000 liter menggunakan material ASTM A36 yang bertempat di Desa Laburunci, Kecamatan Pasarwajo, Kabupaten Buton. Penelitian ini bertujuan untuk mencega kerugian yang terjadi pada PAM Desa Laburunci karena PAM Desa Laburunci saat ini masih
53
menggunakan pemompaan langsung yang telah kita ketahui bersama bahwa pemompaan langsung dapat memiliki beberapa kerugian yaitu; Pemborosan listrik akibat mesin terus bekerja, kebocoran pipa akibat tekanan tinggi sebab mesin sedang bekerja namun konsumen tidak sedang membuka keran dan mengurangi umur performa kerja mesin yang berkerja terus menerus. Dalam penelitian ini penulis menggunakan bahan ASTM A36 karena beberapa pertimbangan dimana ASTM A36 adalah termaksud material baja karbon rendah (Low Karbon) yang karakteristik mudah dijadikan untuk bahan fabrikasi atau konstruksi meskipun mempunyai kekerasan yang cukup kuat plat ASTM A36 termasuk muda untuk pengelasan (Welding) dan sangat bagus untuk dijadikan bahan dasar proses galvanized, aplikasi plat ASTM A36 diantaranya, konstruksi, tangki bertekanan, plat kapal, pipe dan tubing. Selain itu ASTM A36 mempunyai mampu keras yang baik meskipun berukuran besar dapat dikeraskan sampai diperoleh struktur yang lebih uniform, kekuatan yang lebih tinggi, keuletan yang lebih baik dapat diperoleh karena mempuyai mampu keras yang baik dan tidak perlu pendinginan yang cepat pada pengerasannya, hal ini menyebapkan rendahnya tegangan sisa. Berdasarkan data lapangan bahwasannya di Kecamatan Pasarwajo memiliki PDAM yang mencakup pengaliran beberapa desa di Kecamatan Pasarwajo termaksud telah dikonsumsi sebagian masyarakat Desa Laburunci. Selain itu Desa Laburunci yang berpenduduk 3332 jiwa dan 688 kk juga memiliki Perusahaan Air Minum (PAM) tersendiri yang dikelolah oleh desa dan telah dikonsumsi 332 kk, 1 Kantor Desa dan 1 Masjid, selebihnya penduduk Desa Laburunci dan fasilitas umum seperti Sekolah, Rumah Sakit dan Polres telah mengkonsumsi air dari PDAM di Pasarwajo. PAM Desa Laburunci memiliki 2 unit pompa air dengan kapasitas pompa unit I 15 m3/jam, konsumsi listrik 5,5 kw = 5500 watt = 5500 J/detik = 19800000 J/jam = 475200000 J/hari/24 jam dan kapasitas pompa unit II 10 m3/Jam, konsumsi listrik 2,20 kw = 2200 watt = 2200 J/detik = 7920000 J/jam = 190080000 J/hari/24 jam.
54
Untuk mencapai faktor keamanan dan efisiensi penggunaan tangki rencana tersebut ada beberapa analisis perhitungan yang perlu diketahui dan telah menjadi pertimbangan bersama yaitu: 1.
Tekanan Dalam perencanaan ini tekanan tangki terbagi atas 4 bagian yaitu: tekanan pada ketinggian 5 meter, ketinggian 3,75 meter, ketinggian 2,50 meter, ketinggian 1,25 meter. Tekanan tersebut dihitung dengan rumus = . . ℎ dan diperoleh tekanan terbesar pada ketinggian 5 meter yaitu
0,005 kg/mm2 dan tekanan terkecil pada ketinggian 1,25 meter yaitu 0,0012 kg/mm. 2.
Tegangan yang diizinkan pada tangki Tegangan yang diizinkan yaitu tegangan dimana bahan dapat menerima beban maksimum, dihitung dengan rumus
=
/
sehingga di
peroleh tegangan yang diizinkan yaitu adalah 2,11 kg/mm2 > dari tekanan maksimal pada plat yaitu: 0,005 kg/mm2, sehingga tangki rencana aman. 3.
Shell plat, bottom plat, roof plat Untuk tebal minimum shell plat ditentukan menurut API std untuk diameter 3800 mm (12,467192 ft) termaksud dalam range diameter tangki < 50 ft dari tabel 3.1 sehingga diambil tebal minimum plat yang diizinkan yaitu 3/16 inch (4,76 mm ~ 5 mm). ditambahkan dengan nilai corrosion allowance 2 mm, sehingga diperoleh tebal shell plat yaitu 7 mm. namun untuk keamanan memperpanjang umur tangki yang disebabkan oleh korosi diambil tebal 8 mm. Untuk tebal minimum bottom plat ditentukan menurut API std. Diambil ¼ inch = 6,35 mm, sedangkan untuk amnnular plat tebal minimum ditentukan menggunakan API std, dengan 2 parameter yang harus diketahui yaitu: 1.
Tebal shell plat yang diambil adalah 8 mm.
2.
Tekanan Hydrostatic pada shell plat pertama 59050 N/m2 = 7,11 psi. Berdasarkan Api std Dari tabel 3.2 pada kolom < 27.000 psi di dapat tebal minimum ¼ inch (6,35 mm) ditambah nilai corrosion allowance 2 mm, sehingga di peroleh tebal bottom plat 8,35 mm. Namun 55
karena bottom plat merupakan plat yang menerima beban terbesar maka untuk keamanan memperpanjang umur tangki diambil tebal bottom plat yaitu 10 mm. Untuk tebal minimum roof plat diambil dari tabel 3.1 API std. untuk diameter < 50 mm diambil 3/16 inch (4,76 mm ~ 5 mm) ditambah dengan nilai corrosion allowance 2 mm maka di peroleh nilai 7 mm. Berdasarkan perhitungan ketebalan plat pada tangki rencana maka diperoleh tebal plat rencana reservoir yaitu tebal shell plat 8 mm, bottom plat 10 mm dan roof plat 7 mm. 4.
Tegangan circumferensial Tegangan circumferensial yaitu tegangan melingkar pada tangki yang mempengaruhi kekuatan dinding tangki. Dihitung dengan rumus 2
=
.
.
sehingga diperoleh nilai 1,18 kg/mm < dari tegangan yang diizinkan 2,11 kg/mm2 sehingga tangki rencana aman. 5.
Tegangan longitudinal Tegangan longitudinal yaitu tegangan menekan pada dasar tangki yang mempengaruhi kekuatan dasar tangki. Dihitung dengan rumus 2
=
.
.
sehingga diperoleh nilai 0,53 kg/mm < dari tegangan yang diizinkan 2,11 kg/mm2 sehingga tangki rencana aman. 6.
Pengerolan plat Dalam perencanaan ini pengerolan menggunakan mesin roll Tipe MRP 16-2000 dengan diameter roll 350 mm. sehingga untuk mengetahui nilai-nilai dalam pengerolan menggunakan rumus-rumus sebagai berikut: =
1. Panjang kelengkungan
. 2. . (
+ . ) sehingga diperoleh nilai
panjang kelengkungan 595 mm/600 mm pengerolan. =
2. Besar gaya pengerolan untuk dapat meroll plat. 3. Kekuatan plat roll
=
.
.
. . .
sehingga diperoleh nilai 1298,88 kg
sehingga di peroleh nilai 20,09 kg/mm2 > dari
tegangan yang diizinkan 2,11 kg/mm2 sehingga tangki aman.
56
7.
Pengelasan Untuk pengelasan tangki digunakan jenis las SMAW dengan elektroda E7018 tipe sambungan las temu tumpul dan las sudut convace surface Dimana dalam pengelasan akan dilakukan las ikat terdahulu dengan panjang 60 mm dan jarak antar las ikat 200 mm. pengelasan tangki rencana dilakukan tiga tahap pengelasan yaitu pengelasan sambungan antar shell dengan hasil perhitungan diperoleh total las ikat 48 titik, pengelasan sambung antar slinder diperoleh total las ikat 177 titik dan sambungan bottom plat juga roof plat diperoleh las ikat 118 titik. Selanjutnya untuk pengelasan inti 2 langkah pengelasan yaitu luar dan dalam. Untuk pengelasan luar antar shell dan antar slinder diperoleh panjang total las 45796 mm, luas penampang las 6 mm dan volume total las 274776 mm3 begitu juga dengan pengelasan dalam. Untuk pengelasan inti sambungan antar roof, slinder dan bottom juga dilakukan pengelasan luar dan dalam dan diperoleh panjang total las 23864 mm, luas penampang las 6 mm dan volume total las 143184 mm3.
8.
Perkiraan umur pakai tangki Perkiraan umur pakai tangki dihitung dengan rumus /
=
−
hingga mencapai tebal akhir plat = tebal minimal yang
di perlukan oleh tangki. Sehingga diperoleh umur tangki rencana kurang lebih 30 tahun. 9.
Efisiensi penggunaan tangki pada PAM Desa Laburunci Tangki Reservoir rencana kapasitas 57000 liter dapat diisi dengan 2 unit pompa milik PAM Desa Laburunci dengan kapasitas Debit (Q) 25 m3/jam dengan waktu 2 jam 28 menit atau 2,28 x 25 m 3 = 57 m3 jika diisi 7 x pengisian/hari hanya membutuhkan 17 jam 16 menit/hari telah mencapai volume 399000 liter/hari/7 kali pengisian/17 jam 16 menit. Volume air 399000 liter/hari/17 jam 16 menit telah dapat melayani lebih dari 3332 jiwa, 1 kantor desa dan 1 Masjid di Desa Laburunci dengan berdasarkan acuan Badan Standarisasi Nasional kebutuhan air pedesaan ratarata 100 liter/jiwa/hari, kantor 10 liter/jiwa/hari, rumah ibadah 2 57
liter/jiwa/hari. Dan hasil survey kapasitas penghuni kantor desa laburunci kurang lebih 20 orang penghuni/hari dan masjid berkapasitas kurang lebih 500 orang. Total pengguna air PAM Desa Laburunci saat ini 332 kk atau 48,25 % dari jumblah total 688 kk penduduk Desa Laburunci dengan asumsi 48,25 % jumblah jiwa dari 3332 jiwa penduduk Desa Laburunci yaitu 1608 jiwa x 100 liter/hari = 160800 liter/hari + 1 kantor desa 20 orang/hari x 10 liter = 200 liter/hari + Masjid 500 orang x 2 liter/hari = 10000 liter/hari. Sehingga total kebutuhan air = 160800 liter/hari + 200 liter/hari + 10000 liter/hari = 171000 liter/hari dari 399000 Volume Air yang di tampung tangki reservoir rencana/7 kali pengisian/17 jam 16 menit. Berdasarkan hasil proyeksi perkiraan pertumbuhan penduduk Desa Laburunci pada 10 tahun mendatang yaitu 3744 jiwa ditahun 2027 sehingga kebutuhan air desa laburunci pada 10 tahun mendatang yaitu 3744 x 100 = 374400 + 200 kebutuhan kantor desa + 10000 kebutuhan masjid = 384600 liter/hari Tangki rencana kapasitas 57000 liter jika diisi oleh pompa air PAM Desa Laburunci berkapasitas 25 m3/jam hanya membutuhkan waktu 2 jam 28 menit, jika dilakukan 7 kali pengisian dalam sehari hanya memerlukan 17 jam 16 menit telah mencapai 399000 liter/ 7 kali pengisian/17 jam 16 menit. Volume air 399000 liter/ hari dapat memenuhi kebutuhan air masyarakat Desa Laburunci pada 10 tahun mendatang yaitu 384600 liter/hari.
58
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan perencanaan, tangki rencana berkapasitas 57000 liter di Desa Laburunci dengan material ASTM A36 maka dapat disimpulkan antara lain: 1. Dalam perencanaan ini tekanan tangki diperoleh 0,005 kg/mm2, tegangan yang diizinkan 2,11kg/mm2, ketebalan sehell plat 8mm, bottom plat 10 mm, roof plat 7 mm, tegangan circuferensial 1,18 kg/mm2, tegangan logitudinal 0,53 kg/mm2. 2. Pengerolan plat diperoleh panjang kelengkungan 595 mm/600 mm pengerolan, besar gaya pengerolan 1298,88 kg, kekuatan plat roll 20,09 kg/mm2. 3. Pengelasan menggunakan jenis las SMAW elektroda E7018 dengan tipe sambungan las temu tumpul dan las sudut convace surface, dalam pengelasan akan dilakukan las ikat terdahulu dengan panjang 60 mm dan jarak antar las 200 mm. 4. Perkiraan umur tangki diperoleh umur penggunaan tangki kurang lebih 30 tahun. 5. Efesiensi penggunaan tangki rencana yaitu volume air 3990000 liter/hari dapat memenuhi kebutuhan masyarakat Desa Laburunci pada 20 tahun mendatang yaitu 374948 liter/hari. 6.2 Saran Penulis menyarankan bagi penelitian yang serupa nantinya untuk membuat perencanaan dengan lebih spesifik lagi dan menggunakan sofware untuk membantu dalam menganalisa data dan menghitung hasil agar dapat diperoleh hasil yang lebih baik dan dapat diaplikasikan secara nyata tanpa adanya kesalahan.
59
DAFTAR PUSTAKA Achmad R.H., 2009, Tugas Perencanaan Elemen Mesin 1. Aditya P., 2012, Studi Pengukuran Umur Sisa (Remaining Life Assessment) Mesin Pada Industry. Asyari D.Y., 2010, Mekanika Kekuatan Material. Badan standarisasi nasional (SNI) 12-6728.1-2002) Badriana dan Kasmudin, 2003, Desain Tangki Reaktor Temperatur Tinggi Menggunakan Sofware Ansys. Benny Y.S.,2012. Prediksi Tegangan Sisa Pada Pengelasan Beda Logam Dengan Menggunakan Analisa Metode Elemen Hingga. Dewin P dan Yorgie., 2014, Inspeksi Sambungan Las Pada H Beam Roof Structure Tangki Amoniak Menggunakan Metode Magnetic Particle Inpection (MPC). Djoko S., 2014, Analisis Kerusakan Dan Kekuatan Tangki GFRP Sludge Tank Pada Kilang Minyak Sawit. Cambridge University Engineering Departement., 2003, Materials Data Book. G. Nieman, 1982, Elemen Mesin Jilid I. Jakarta: Erlangga. Google Earth Geobasis 2016. Indar N.F., 2011, Studi Perilaku Tangki Minyak Pelat Baja Terhadap Beban Internal dan Beban Sismik. Inyoman S., 2012, Ketahanan Korosi Sambungan Las Dissimilar SS304 dan CS A36 Yang Dipengaruhi Oleh Posisi Pengelasan dan Ketebalan Plat. Ismoyo., dkk, 2014 Analisi Pengaruh Pengerolan dan Penempaan Panas Pada Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Paduan ZrNbMoGe. James M.G., dan Stephen P.T., 1972, Mekanika Bahan Jilid I. Jakarta: Erlangga. John A., Matematika Sekolah Dasar dan Menengah Jilid 2, Erlangga ciracas Jakarta, 2008. Kantor Desa Laburunci. La Ode Abdurrahman., 2013, Perencanaan Sistem Distribusi Air Bersih PDAM Kota Kendari Untuk 10 Tahun Mendatang (Kecamatan Kadia Sebagai Studi Kasus). 60
Maman S., 2001, Teknik Mengelas Asitelin, Brazing, Dan Las Busur Listrik. Bandung: Pustaka Grafika. Mikel P., 2002, Fundamentals Of Modern Manufacturing Material, Proses and Sistem. Munson dkk, 2009, Fundamental Of Fluid Mechanics. Naharuddin dkk, 2015, Kekuatan Tarik dan Bending Sambungan Las Pada Material Baja SM 490 Dengan Metode Pengelasan SMAW dan SAW. Padoha A., 2010, Perencanaan Tangki Minyak Mentah Dengan Kapasitas 350 Barrel Di Bakau Field, Selat Panjang. Parikin A.H dkk., 2010, Pengaruh Proses Rol Pada Kekuatan Tarik Plat Padu an ZrNbMoGe. Perusahaan Air Minum (PAM) Desa Laburunci. Phytra A., dkk, Studi Laju Korosi Weld Joint Material A36 Pada Underwater Welding. Priyantoro dkk, 2012, Analisa Pengaruh Luasan Scratch Permukaan Terhadap Laju Korosi Pada Pelat Baja A36 Dengan Variasi Sistem Pengelasan. George T., 2005, Roll Forming Handbook. Setyo A., 2012, Perancangan Tangki Penyedia Air Kapasitas 1000 Liter. Sumarji., 2012, Evaluasi Korosi Baja Karbon Rendah ASTM A36 Pada Ligkungan Atmosferik di Kabupaten Jember. Syerli dan Baharudin., 2012, Perencanaan Isolasi Tangki Selting Dan Tangki Harian Bahan Bakar Marine Fuel Oil (MFO) PLTD Lopana Sektor Minahasa. Tomi S., Desain Tangki Dan Tinjauan Kekuatannya Pada Kapal Pengangkut Compressed Natural Gas (CNG) Tumpal O.R dan Jefri W., 2013, Perhitungan Laju Korosi Pada Material Baja A36 Akibat Proses Pengelasan SMAW (SHIELDED METAL ARC WELDING) Yanek F.R., dkk, 2013, analisa perbandingan laju korosi plat ASTM A36 antara pengelasan di udara terbuka dan pengelasan basah bawah air dengan variasi tebal plat. Zainun A.,2006 Eelemen Mesin I. Bandung: PT Rafika Aditama.
61
Lampiran 1 Pernyataan pengesahan data-data Desa Laburunci
62
Lampiran 2 Data Ruang Lingkup PAM Desa Laburunci
63
Lampiran 3 Contoh masalah PAM Desa Laburunci
64
Lampiran 4 Diskusi perencanaan tangki dan pengambilan data
65
Lampiran 5 Spesifikasi pompa air PAM Desa Laburunci
66
Lampiran 6 Nama-nama KK pengguna air Dusun 1
67
Lampiran 7 Nama-nama KK penguna air PAM Dusun 2
68
Lampiran 8 Nama-nama pengguna air PAM Dusun 3
69
Lampiran 9 Nama-nama pengguna air PAM Dusun 4
70
Lampiran 10 Jumblah KK dan Jiwa Desa Laburunci
71
Lampiran 11 Standarisasi penggunaan air berbagai sektor (BSN)
72
Lampiran 12 Bagian-bagian tangki
Plat ASTAM A36 Tebal 8 mm
Gambar plat awal sebelum diroll
Plat ASTAM A36 Tebal 8 mm
Gambar plat setelah dilakukan pengerolan dan berbentuk ½ belahan slinder pendek 73
D 3800 mm
Plat ASTAM A36 Tebal 8 mm
Gambar plat setelah dilakukan penyambungan las 2 plat yang berbentuk 1/2 belahan slinder dan berbentuk sebuah slinder pendek
Plat ASTAM A36 Tebal 10 mm
Gambar plat dasar tangki
74
D 3800 mm
Plat ASTAM A36 Tebal 8 mm
Gambar tangki berbentuk slinder panjang 5 meter setelah dilakukan penyambungan las dari 4 slinder pendek
75
Plat ASTAM A36 Tebal 7 mm
Gambar atap tangki
Plastik
Penutup tangkli
76
D 400 mm Plat ASTAM A36
D 3800 mm Gambar tangki setelah dilas atap
77
D 500 mm
D 3800 mm Gambar tangki setelah dilas atap dan dipasang penutup
78
