RISET APLIKATIF BIDANG TEKNIK MESIN DAN INDUSTRI

PROSIDING

ISBN : 978-979-95752-7-29-

99767-0-7

SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007 Auditorium Gedung Utama Universitas Tarumanagara 11 September 2007

RISET APLIKATIF BIDANG TEKNIK MESIN DAN INDUSTRI

Diselenggarakan oleh : Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Bekerja sama dengan :

Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI3) 2007 “Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan Industri”

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara

PROSIDING SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007 IISBN : 978-979-95752-7-2

RISET APLIKATIF BIDANG TEKNIK MESIN DAN INDUSTRI

Auditorium Gedung Utama Lantai 3 Kampus I Universitas Tarumanagara 11 September 2007

Diselenggarakan oleh : Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta Telp. (021) 5672548, 5638358, 5663124 Fax. (021) 5663277 e-mail : [email protected]



KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena rahmat dan kasih-Nya, Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI3) 2007 dapat berlangsung dengan baik. SNMI3 2007 diselenggarakan oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara dalam rangka Dies Natalis ke-26 Program Studi Teknik Mesin dan Dies Natalis ke-2 Program Studi Teknik Industri di Universitas Tarumanagara. Seminar Nasional ini mengambil tema: “Riset Aplikatif Bidang Teknik Mesin dan Industri” Tujuan penyelenggaraan SNMI3 2007 adalah sebagai berikut: 1. Menumbuhkan sikap inovatif, kreatif serta tanggap terhadap perkembangan IPTEK. 2. Menjadi forum komunikasi hasil penelitian terbaru antar Peneliti, Praktisi, Industri, Akademisi, dan Mahasiswa. 3. Menjadi wadah presentasi ilmiah sehingga memacu pengembangan program penelitian lebih lanjut SNMI3 2007 menampilkan 2 (dua) pembicara kunci yang sangat berkompeten di bidangnya, yaitu: 1. Prof. Dr. Ir. Abdul Hakim Halim, Guru Besar Teknik Industri Institut Teknologi Bandung. 2. Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE., M.Si, Guru Besar Teknik Mesin Universitas Indonesia Selain pembicara kunci, dalam SNMI3 2007 juga dipresentasikan 70 makalah yang berasal dari berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia. Pada kesempatan ini Panitia SNMI3 2007 mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah mendukung terselenggaranya seminar ini dengan baik. Akhirnya, panitia mengucapkan selamat berseminar kepada seluruh pemakalah dan peserta, semoga melalui SNMI3 2007 ini peserta dapat membagikan dan memperoleh berbagai pengalaman dan pengetahuan baru di Bidang Teknik Mesin dan Industri. Jakarta, 11 September 2007 Ketua Panitia SNMI3 2007

I Wayan Sukania, ST., MT



UCAPAN TERIMA KASIH Panitia SNMI3 Tahun 2007 mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung terselenggarakannya SNMI3 Tahun 2007 dengan baik. Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada : 1. Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara. 2. Program Studi Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara. 3. PT. Optima Solusindo Informatika (Autodesk Indonesia) 4. TOP 1 5. CASIO 6. PT. Astra Honda Motor



57. Pengujian prototipe kursi untuk penjahit yang menggunakan mesin jahit merk brother ditinjau dari aspek ergonomis dan produktivitas kerja penjahit (studi kasus di perusahaan konveksi pt. Gen hut jakarta timur), Ahmad.

474

58. Kaji teoritis optimasi sistem perpipaan pabrik mini biodiesel, Hasan Basri Dan Jimmy Willianto.

485

59. Studi pengaruh tinggi ruang bakar terhadap unjuk kerja tungku briket batubara, Hasan Basri.

496

60. Sistem kontrol pada modul aliran distribusi bahan baku dengan menggunakan progammable logic controller, Didi Widya Utama.

508

61. Analisis resiko kegagalan sistem dan disain pada produk multi purpose stretcher (mps) di pt. Mega andalan kalasan dengan pendekatan acceptance criteria of risk, Jimmy Wijaya.

516

62. The effect of temperature on corrosion rate of low carbon alloy scm 440, Erwin Siahaan, Hendra Gunawan.

524

63. Analisis fenomena oil whirl pada sistem poros rotor ganda, Noor Eddy, R. Wibawa Purabaya, Msae, Rahindradi Puntho Ds.

532

64. Perancangan mesin pengolah minyak kelapa murni dengan menggunakan metode vdi 2221, Noor Eddy, Dani Prasetyo Dan Baron Noviyanto.

545

65. Penentuan jumlah tenaga kerja dan standard penugasan bagian pengepakan pada pt x dengan metoda lini keseimbangan kilbridge dan wester, Lina Gozali, I Wayan Sukania Dan Lamto Widodo

.553

66. Pengukuran tingkat produktivitas pada proses produksi hydraulic excavator, bulldozer, motor grader, dan dump truck di pt. X, Viriya Madya Ariawan.

559

67. Pengaruh low frequency noise dan vertical whole body vibration terhadap kemampuan kognitif dan persepsi perasaan mengganggu, Brilianta Budi Nugraha, Subagyo Dan Andi Rahadiyan W.

572

68. Perancangan peralatan press untuk proses stamping atau deep drawing dengan memanfaatkan universal testing machine, Susila Candra.

578

69. Pengaruh kecepatan potong tinggi terhadap kualitas permukaan benda kerja pada proses milling, Rosehan Dan Delvis Agusman, Nehemia Indrajaya.

586

70. Perbandingan sifat mekanik komposit berpenguat serat alam dengan orientasi arah serat sejajar dan perlakukan Alkali (NaOH), Hendri Chandra.

595



PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007 Pelindung Penasehat Penanggung jawab

: Rektor Universitas Tarumanagara Prof. DR. Ir. Dali S. Naga, MMSI. : Dekan Fakultas Teknik, Ir. Ignatius Haryanto, MM. : Ketua Jurusan Teknik Mesin, Ir. Sofyan Djamil, MSi.

Panitia Pengarah dan Editor Ketua Anggota

: : Prof. DR. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing : 1. DR. Ir. Leksmono S. Putranto, MT 2. Dr. Ir. Erry Y.T. Adesta, M.Sc 3. Dr. Abrar Riza, ST., MT 4. Ir. Sofyan Djamil, M.Si 5. Ir. Erwin Siahaan, M.Si

Panitia Pelaksana Ketua Sekretaris Bendahara

: : I Wayan Sukania, ST, MT : Agustinus Purna Irawan, ST., MT : Harto Tanujaya, ST., MT

Seksi Publikasi & dokumentasi

: 1. Wilson Kosasih, ST (Koordinator) 2. Didi Widya Utama, ST 3. Lina Gozali, ST., MM 4. Mariswan 5. Mahasiswa 2 orang

Seksi Makalah

: 1. DR. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator) 2. Ir. Rosehan, M.T. 3. Lamto Widodo, ST., MT 4. K. Gita Tarinta Ayu, M.Sc 5. Endro Wahyono 6. Kusno Aminoto

Seksi Acara

: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si. (Koordinator) 2. Delvis Agusman, ST., M.Sc 3. Khomeni Suntoso, ST 4. Litrone Laricha, ST (Pembawa acara) 5. Pujo Yuono, ST 6. Mahasiswa 2 orang

Seksi Perlengkapan

: 1. Drs. Totok Sugiarto (Koordinator) 2. Suryo Djatono 3. Pramono 4. Darwanto 5. Marsudi 6. Heriyanto 7. Mahasiswa 2 orang

Seksi Konsumsi

: 1. Suparti ( Koordinator) 2. Sulastini

Seksi Penerima Tamu

: 1. Beatric (Koordinator) 2. Stefi Haryono 3. Henny



Seksi Keamanan

: 1. Desnata Hambali, S.T. (Koordinator) 2. Mahasiswa 5 orang

Sekretariat

: 1. Agustinus Purna Irawan, ST., MT (Koordinator) 2. Sulastini 3. Herman

Seksi Sponsor

: 1. Harto Tanujaya, ST., MT (Koordinator) 2. Agus Halim, ST., MT 3. Mahasiswa 5 orang



SUSUNAN ACARA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI3) 2007 11 September 2007 No.

Waktu

1. 2. 3.

07.30 - 08.45 08.45 - 09.00 09.00 - 09.10

4.

09.10 -09.15

5.

09.15 - 09.30

6. 7.

09.30 - 10.00 10.00 - 11.00

8.

11.00 - 12.00

9. 10. 11. 12. 13.

12.00 - 13.00 13.00 - 15.00 15.00 - 15.15 15.15 - 16.30 16.30 - 17.00

Acara Registrasi Peserta Persiapan Pembukaan Salam Pembuka Oleh MC, Doa dan dilanjutkan dengan Tarian Lenggang Nyai Betawi dari Queendiva Laporan Ketua Panitia (I Wayan Sukania, ST., MT) Sambutan dan Pembukaan Oleh Rektor Universitas Tarumanagara Prof. Dr. Ir. Dali Santun Naga, MMSI Coffe Break I Keynote Speaker I: Prof. DR. Ir. Abdul Hakim Halim (ITB) Moderator: Agustinus Purna Irawan, ST., MT Keynote Speaker II: Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE., M.Si (UI) Moderator: Agustinus Purna Irawan, ST., MT ISOMA Presentasi Paralel I Coffe Break II Presentasi Paralel II Penutupan SNMI3 2007 oleh Dekan Fakultas Teknik Untar (Ir. Ignatius Haryanto, MM)



Ruang IV No

Pembicara

36.

Ir. Mawardi Silaban, M.Si

37.

Ir. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc

38.

Yanuar dan Tengku Syahdilan

39.

Suroso

40.

Dr. M. Sumarsono

41.

Drs. Mulyanef, ST., M.Eng dan M. Andi Tesar

42.

Nandy Putra

43.

44.

Hasan Basri dan Jimmy Willianto Rehat Ir. Mawardi Silaban, M.Si dan Maradu Sibarani

45.

Ir. Atok Setiyawan, M.Eng.Sc

46.

Yanuar

47.

Dr. M. Sumarsono

Moderator: Harto Tanujaya, ST., MT Judul Makalah Analisa Kinerja Mesin Bensin Berdasarkan Pada Pengujian Pemakaian Jenis Pelumas Yang Digunakan Uji Ujuk Kerja Dan Emisi Gas Buang Motor Bensin Berbahan Bakar Campuran Etanol 85% Dan Premium 15% (E-85) Dengan Variasi Diameter Mainjet Pipa Kasar Dan Halus Diameter 18 Mm Dengan Pemberian Larutan Getah Karet Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Refrigerator Kapasitas 2 PK Dengan Refrigeran R134a Dan MC 134 Analisa Pengaruh Campuran Bahan Bakar Solar – Minyak Jarak Pagar Pada Prestasi Mesin Diesel Unjuk Kerja Kompor Tenaga Surya Menggunakan Kolektor Plat Datar Tipe Box Penerapan Sel Surya Sebagai Sumber Energi Alternatif Pada Kotak Vaksin Untuk Daerah Pedalaman Kaji Teoritis Optimasi Sistem Perpipaan Pabrik Mini Biodiesel

Waktu 13.00-13.15

13.15-13.30 13.30-13.45 13.45-14.00 14.00-14.15 14.15-14.30 14.30-14.45 14.45-15.00 15.00-15.30

Uji Pengaruh Penambahan Turbojet Accelerator Terhadap Kinerja Motor Bakar Bensin Pengaruh Oversize Piston dengan Variasi Kekasaran Permukaan Silinder Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin 2 Langkah Kurva Aliran Dengan Silinder Berputar Pengembangan Kolektor Surya Pemanas Udara Untuk Aplikasi Industri Pengeringan Kayu Dan Komoditi Pertanian

15.30-15.45 15.45-16.00 16.00-16.15 16.15-16.30


Jurusan Teknik Tarumanagara

Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

KAJI TEORITIS OPTIMASI SISTEM PERPIPAAN PABRIK MINI BIODIESEL Hasan Basri dan Jimmy Willianto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jl. Raya Palembang Prabumulih Km 32, Inderalaya Telp. (0711) 580739 e-mail: [email protected] Abstrak Makalah ini bertujuan untuk menentukan diameter optimum pipa berdasarkan aspek ekonomis dan menganalisa sistem perpipaan yang optimal. Pipa adalah alat transportasi berbagai jenis fluida seperti gas, cairan dan partikelpartikel halus. Peranannya sebagai alat transportasi fluida untuk berbagai proses dalam berbagai jenis industri mutlak dibutuhkan. Sebuah sistem instalasi perpipaan merupakan suatu koneksi dari pipa-pipa termasuk komponen instalasi dan peralatan instalasi. Instalasi sistem perpipaan memerlukan insvestasi yang mahal. Mengingat besarnya investasi yang diperlukan untuk mendapatkan instalasi yang baik dan aman, maka diperlukan suatu perencanaan optimum. Tetapi dalam kajian ini yang direncanakan adalah diameter pipa, material pipa dan sistem penyangganya. Metode yang digunakan adalah Least Annual Cost (LAC) untuk mendapatkan diameter optimum pipa, material dan sistem penyangga yang cocok. Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan diameter optimum sebesar ½ in, materialnya adalah baja karbon ASTM A-53 Grade B, dengan jenis penyangga duck foot. Kata kunci: Least annual cost, pipa, diameter, penyangga.

Pendahuluan Kamus mendefinisikan pipa sebagai tabung panjang dari tanah liat, konkret, metal, kayu dan seterusnya, untuk mengalirkan air, gas, minyak, dan cairan-cairan lain. Fluida didefinisikan sebagai substansi yang dapat mengalir (cairan atau gas). Pada dasarnya, pabrik biodiesel adalah pabrik untuk mengonversi minyak nabati menjadi biodiesel. Proses konversi tersebut sesungguhnya tidak lebih dari suatu tindakan mencampur minyak nabati dengan alkohol, mengaduk, dan merebusnya. Selain itu, pabrik biodiesel sebenarnya hanya terdiri dari bejanabejana atau tangki-tangki perebus dengan alat pengaduk minyak nabati dan alkohol. Instalasi sistem perpipaan pada pabrik biodiesel memerlukan investasi yang cukup besar dan mahal. Mengingat besarnya investasi yang diperlukan untuk mendapatkan instalasi yang baik dan aman, maka diperlukan suatu perancangan yang optimum. Untuk itu perlu dipertimbangkan aspek ekonomis yang berhubungan dengan efisiensi dalam investasi modal dan operasional dengan tidak mengabaikan persyaratan-persyaratan teknis. Salah satunya adalah pemilihan jenis-jenis pipa, komponen dan perlengkapannya yang didasarkan pada spesifikasi dan standarisasi yang terdaftar dalam bentuk kode dan simbol yang telah umum dipakai secara intenasional. Dalam perancangan sistem perpipaan, standar yang umum dipakai berdasarkan ANSI/ASME B.31, dimana standar ini dikelompokkan berdasarkan jenis fluida yang mengalir (Grinnel, 1978). Tulisan ini hanya membahas perencanaan jalur (Routing) dari tranportasi fluida, penentuan diameter optimum, pemeriksaan penurunan tekanan, kecepatan izin dan perhitungan konstruksi dari jalur sistem perpipaan yang direncanakan. Tinjauan Pustaka Perkebunan di daerah Sumatera Selatan memiliki jenis komoditi yang sangat beragam. Beberapa jenis komoditas yang ada di Sumatera Selatan adalah karet, kelapa sawit, kopi, kelapa, teh, lada, vanili, kakao, gambir, kemiri, cengkeh, tembakau, aren, kapuk, kayu manis, tebu,



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

jambu mete, pinang, nilam, dan beberapa komoditi lainnya. Perkebunannya tersebar di berbagai daerah Kabupaten dan Kecamatan di Wilayah Sumatera Selatan. Wilayah Sumatera Selatan sendiri, memiliki lahan yang sangat luas berkisar 1.952.940,04 ha. Perkebunan kelapa sawit di Sumatera Selatan, yang luas arealnya mencapai 618.752,40 ha, saat ini sudah menghasilkan sekitar 1.593.241,73 ton TBS tandan buah segar (Data Luas Areal dan Produksi Perkebunan Provinsi Sumatera Selatan, 2006). Dari luas areal sebesar itu, realisasi tanaman yang dilakukan perusahaan pengembang kelapa sawit sebesar 499.983,61 ha. Hasil Tandan Buah Segar (TBS) yang diperoleh untuk jenis inti sawit sebesar 2.880.044,00 ton dan jenis plasma sawit sebesar 2.336.236,40 ton (Rekapitulasi Data Perkembangan Perizinan Luas Areal, Produksi dan Pabrik Perusahaan Perkebunan Di Sumatera Selatan, 2006) . Hal lain yang juga mendukung dikembangkannya biodiesel dari CPO kelapa sawit di daerah Sumatera Selatan adalah jumlah produksi dari komoditi lain yang ada di daerah Sumatera Selatan (lihat Tabel 1 dan Gambar 1). Tabel 1. Komoditi terbesar di Sumatera Selatan. KOMODITI Karet Kelapa Sawit Kopi Kelapa Tebu

Luas Areal (ha) 959.678,00 618.752,42 276.864,00 58.353,20 12.363,00

Jumlah Produksi (ton) 694.886,00 1.593,962,00 150.167,00 72.279,00 55.755,00

1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 Karet

Kelapa Sawit Luas Areal

Kopi

Kelapa

Tebu

Jumlah Produksi

Gambar 1. Komoditi Terbesar di Sumatera Selatan Langkah pertama dalam perancangan sistem jaringan perpipaan adalah menentukan tahap-tahap perancangan instalasi. Tahap awal perancangan adalah mengetahui luas areal yang tersedia, mengetahui tata letak antara masing-masing peralatan serta arah aliran proses. Ketiga hal tersebut di atas dijelaskan dalam gambar susunan tata letak pabrik (pilot plan). 1. Teori Dasar Perhitungan Diameter 1.1. Diameter Dalam Pipa Diameter pipa yang direncanakan dalam perancangan ini adalah diameter pipa yang optimum, yaitu ekonomis dan memenuhi persyaratan keamanan secara teknis. Persamaan yang digunakan (Cloude B. Nolte, 1978):



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

0 ,169

W 0, 479 . μ 0, 027 ⎡ 0,0657 .Y . K ⎤ di = ⎢ (a + b )(F + 1) η . X ⎥ ρ 0,337 ⎣ ⎦ (1) dimana: di = diameter dalam pipa optimum (in) W = laju aliran (1000 lb/hour) Y = jam operasi pertahun (hour) K = biaya tenaga listrik, kwh a = laju amortasi/umur pabrik. b = persentase biaya perawatan (%) F = faktor perbandingan harga sambungan, katup, biaya pemasangan pada harga pipa. η = faktor efisiensi pompa. X = harga pipa dua inchi, $/feet. μ = viskositas fluida (cp) ρ = massa jenis fluida (lb/ft3) 1.2. Schedulle dan Tebal Minimum Pipa Untuk mengetahui diameter nominal pipa, terlebih dahulu dicari schedulle pipa tersebut dengan persamaan: 1000.P Schedule = S (2) dimana: P = tekanan kerja fluida (kg/cm2) S = tekanan kerja izin (kg/cm2) Menurut ASME/ANSI B.31.1, tebal pipa tersebut diperiksa keamanannya dengan persamaan, (Sam Kannapan, 1986): tm =

P.D o +A 2( S .Eq + P.Y )

(3 ) dimana: tm = tebal minimum pipa (in) P = tekanan kerja fluida (psig) Do = diameter luar pipa (in) S = tekanan kerja izin (psi) Eq = faktor kualitas Y = koefisien yang ditentukan berdasarkan sifat meterial dan temperatur perencanaan A = faktor tambahan 1.3. Pemeriksaan Keamanan Diameter Instalasi Kecepatan aliran fluida yang terjadi : Untuk instalasi perpipaan fluida batas kecepatan maksimum adalah V = 15 – 70 ft/s. Besarnya kecepatan yang terjadi pada diameter optimum dihitung dengan persamaan, (Grinnel, 1978):



V = 144

Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

Q AI

(4 ) dimana: Q = debit aliran (m3/det), AI = luas dalam pipa (m2)



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

1.4. Pemeriksaan Penurunan Tekanan Untuk memeriksa penurunan tekanannya dapat diketahui dengan menggunakan persamaan: f . L .V 2 h p = 0,001295 d i .υ dimana: V = kecepatan (ft/s) f = faktor gesekan hp = penurunan tekanan (psi) L = panjang efektif pipa (ft) di = diameter dalam pipa (in) υ = spesifik volume fluida (ft3/lb)

(5)

2. Teori Dasar Perhitungan Konstruksi 2.1. Penentuan Material Pipa Dalam pemilihan material pipa didasarkan atas pertimbangan: jenis fluida yang dilayani, temperatur disain, tekanan disain, ketahanan korosi. 2.2. Tegangan-tegangan pada Dinding Pipa Terdapat empat jenis tegangan yang terjadi pada dinding pipa, yaitu tegangan longitudinal (sL), tegangan circumferensial atau keliling (sC), tegangan radial (sR), dan tegangan puntir atau torsi (sT). Posisi dari tegangan-tegangan ini dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Tegangan-tegangan pada Dinding Pipa Adapun tegangan-tegangan tersebut (Grinnel, 1978) adalah: • Tegangan Longitudinal (sL) Tegangan longitudinal yang terjadi merupakan gabungan dari tiga komponen yaitu: 1. Tegangan lengkung yang disebabkan oleh ekspansi termal Untuk pipa lurus: sB =

M Sm

Untuk pipa lengkung: M sB = .i Sm dimana: SB = tegangan lengkung (psi) M = momen lengkung (lb.in) Sm = modulus penampang (in3) i = faktor intensitas tegangan 2.

Tegangan lengkung akibat berat pipa Hal ini diperhitungkan untuk menentukan beban penyangga.

(6)

(7)



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

3. Tegangan longitudinal yang disebabkan oleh tekanan dalam fluida Dinyatakan dalam persamaan: A sP = P I AM dimana: P = tekanan dalam fluida (psi) AI = luas penampang pipa sebelah dalam (in2) AM = luas penampang logam pipa (in2)

(8)

• Tegangan Circumferensial (sC) Tegangan circumferensial adalah tegangan yang terjadi karena internal pressure pada dinding silender (tebal pipa). Persamaan untuk tegangan ini adalah:

sC = P .

di − t 2t

(9)

di mana: di = diameter dalam pipa (in) t = tebal pipa (in) • Tegangan Radial (sR) Tegangan radial adalah tegangan yang terjadi akibat eksternal pressure terhadap tegangan lurus panjang pipa. • Tegangan Puntir (sT) Tegangan puntir merupakan penjumlahan dari dua komponen tegangan, yaitu: - Tegangan puntir akibat ekspansi termal dinyatakan dengan persamaan: T sT = 2. Sm di mana: T = momen puntir(lb.in) Sm = modulus penampang (in3) 3. Konsep Tegangan Akibat Ekspansi Termal Batas tegangan termal yang diizinkan pada instalasi perpipaan dirumuskan pada persamaan berikut (Grinnel, 1978): SA = f (1,25 SC + 0,25 Sh) dimana: SA = batas tegangan izin f = faktor pengurangan tekanan pada kondisi siklus (lihat Tabel 2) SC = tegangan bahan untuk kondisi dingin Sh = tegangan bahan untuk kondisi panas

(10)

(11)



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

Tabel 2. Faktor Pengurangan Tegangan Jumlah Siklus Temperatur Kurang dari 7000 7000 – 14000 14000 – 22000 22000 – 45000 45000 – 100000 100000 atau lebih

F 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Persamaan untuk menghitung tegangan termal yang terjadi (Grinnel, 1978), yaitu:

s E = s B2 + 4 . sT2

(12)

dimana: sE = tegangan lengkung (psi) sT = tegangan torsi (psi) Untuk tegangan yang terjadi (sE) harus dibawah batas tegangan izin (sA). 4. Sistem Penyanggaan Pipa 4.1. Berat Instalasi Perpipaan Dalam suatu instalasi perpipaan yang direncanakan, beban utama yang ditahan oleh penyangga pipa adalah berat pipa (WP), berat isolasi (WI), dan berat fluida yang dialirkan (WF). a. Berat Isolasi (WI) Berat isolasi dari pipa dapat ditentukan dari suhu operasi dan diameter nominal tersebut, maka dapat ditentukan material isolasi, tebal isolasi, dan berat isolasi itu sendiri. b. Berat Pipa (WP) Berat pipa dapat ditentukan dari suhu operasi, diameter nominal pipa, nilai toleransi berat pipa. c. Berat Fluida (WF) Berat fluida dapat dihitung dengan persamaan : WF = 0,3405 x G x (D0 – 2T)2 di mana: G = Gravitasi jenis fluida. D0 = diameter luar pipa (in) T = tebal pipa (in)

(13)

d. Berat Total (W) Maka berat total instalasi per satuan panjang pipa adalah: W = WP + WF + WI (14) Dengan demikian batas maksimum panjang pipa yang harus disangga dihitung dengan persamaan berikut (Sam Kannapan, 1986): 0,4 × S m × S L= (15) W dimana: Sm = modulus penampang pipa (in3)



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

S = tegangan material pipa yang dizinkan (psi) W = berat total pipa (lb/ft) Hasil Dan Diskusi Jaringan pipa untuk pabrik mini biodiesel yang akan dihitung dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.

Gambar 3: Skema Pabrik Mini Biodiesel

Gambar 4: Isometrik jaringan perpipaan yang direncanakan 1. Penentuan Diameter Optimum dan Pemeriksaan Keamanan Untuk perhitungan diameter, dibutuhkan data-data sebagai berikut, yaitu:



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

Y = jam operasi pertahun = 3600 jam. K = biaya tenaga listrik ($/kWh) = 1,17 $/ kWh. a = 0,143, amortasi dalam 7 tahun b = persentase biaya perawatan = 0,01 F = faktor perbandingan harga komponen pemasangan terhadap harga pipa = 6,75 η = faktor efisiensi pompa = 0,85 X = harga pipa baja karbon dua inch schedulle 40 ($ / feet) = 3,28 $ /ft (data) dimana untuk setiap aliran memiliki data seperti ditunjukkan pada Tabel 3 berikut: Tabel 3. Data-Data Perhitungan Diameter Optimum No Aliran 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Q (l/jam) 192,76 192,76 192,76 192,76 48,19 10,467 10,467 192,76 192,76 48,19 48,19 48,19 48,19

Nama Fluida Methanol NaOH FAT Methanol FAME FAME Gliserol FAME Gliserol Methanol FAME Methanol FAME

Spg 0,792 1,224 0,890 0,792 0,926 0,926 1,26 0,926 1,26 0,792 0,926 0,792 0,926

W (lb/jam) 0,337 0,521 0,379 0,337 0,099 0,021 0,029 0,394 0,536 0,084 0,099 0,084 0,099

μ (cp) 0,594 0,802 7,14 0,594 7,14 7,14 14,95 0,594 14,95 7,14 0,594 7,14 7,14

ρ (lb/ft3) 49,675 111,266 54,937 49,675 10,156 10,156 54,568 49,675 54,568 10,156 49,675 10,156 10,156

Perhitungan diameter optimum dapat menggunakan persamaan (1). Diameter optimum yang didapat dari hasil perhitungan dengan metode Least Annual Cost tersebut perlu dikoreksi. Nilai masing-masing faktor koreksi tersebut adalah: • Faktor koreksi untuk jumlah jam operasi (Fd1) = 1,0033 • Faktor koreksi untuk jumlah biaya tenaga listrik (Fd2) = 1,06 • Faktor koreksi untuk jumlah harga pipa (Fd3) = 0,868 Sehingga didapat persamaan untuk diameter dalam pipa optimum adalah: d = di x Fd1 x Fd2 x Fd3 (16) Dimana untuk perhitungan keduanya dibutuhkan data-data seperti pada Tabel 4 berikut: Tabel 4. Data-Data Perhitungan Pemeriksaan Keamanan Kecepatan Aliran Fluida dan Penurunan Tekanan pada Setiap Aliran No Aliran 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Q (ft3/s) 0,11345 0,11345 0,11345 0,11345 0,02836 0,00616 0,00616 0,11345 0,11345 0,02836 0,02836

ρ (kg/m3) 795,719 1782,311 880,00 795,719 276,486 276,486 874,095 276,486 874,095 795,719 276,486

μ (cp) 0,594 0,802 7,14 0,594 7,14 7,14 14,95 0,594 14,95 7,14 0,594

Re 35108.08679 58242.90111 3230.117647 35108.08679 253.4067765 55.14230588 83.2582796 35108.08679 1532.326539 253.4067765 8766.304943

f 0.045 0.038 0.02 0.045 0.253 1.161 0.768 0.045 0.041 0.253 0.038

L (ft) 5,71 5,71 19,42 1,03 11,00 2,15 2,15 5,9 5,9 1,28 1,28


Jurusan Teknik Tarumanagara No Aliran 12 13

Q (ft3/s) 0,02836 0,02836

ρ (kg/m3) 795,719 276,486

μ (cp) 7,14 7,14

Mesin

Fakultas

Re 253.4067765 253.4067765

Teknik

Universitas

f 0.253 0.253

L (ft) 1,28 1,28

Maka hasil perhitungan untuk diameter optimum, pemeriksaan keamanan kecepatan aliran fluida dan penurunan tekanan pada setiap aliran, harganya ditabelkan pada Tabel 5. Tabel 5. Diameter Optimum, Pemeriksaan Keamanan Kecepatan dan Penurunan Tekanan pada masing-masing Aliran No Aliran 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

di (in) 0,331 0,314 0,385 0,331 0,356 0,169 0,122 0,691 0,495 0,170 0,356 0,170 0,356

d (in) 0,306 0,289 0,356 0,306 0,329 0,156 0,113 0,638 0,457 0,157 0,329 0,157 0,329

V (ft /s) 53,74 53,74 53,74 53,74 13,43 2,92 2,92 53,74 53,74 13,43 13,43 13,43 13,43

hp (psi) 1.8295 3.4605 3.0584 0.33 0.4293 0.0182 0.0381 1.8904 1.892 0.05 0.0216 0.05 0.05

Dari tabel di atas dapat penurunan tekanan terbesar pada aliran 2 yaitu sebesar 3,4605 psi. Sedangkan penurunan tekanan terkecil terdapat pada aliran 4 yaitu sebesar 0,33 psi. Besarnya penurunan tekanan pada aliran dipengaruhi oleh banyak faktor diantaranya ukuran dan dimensi pipa yang digunakan, faktor gesekan pada pipa, dan kecepatan aliran pada pipa. Pada aliran yang memiliki kecepatan yang tinggi maka penurunan tekanan cenderung menurun, sedangkan semakin besar faktor gesekan maka akan semakin besar penurunan tekanan pada sistem perpipaan. Untuk memeriksa ketebalan yang diizinkan, maka ketebalan minimum diizinkan berdasarkan ANSI B31.1 ditentukan menurut persamaan (3), sehingga ketebalan minimum 0,0654 in. 2. Analisa Fleksibilitas dan Tegangan Termal Maksimum Analisa Fleksibilitas pipa dapat dianalisa setelah melakukan perhitungan yang ada di atas, maka analisa fleksibilitas instalasi pipa ditunjukan pada Tabel 6 di bawah, dimana diameter nominal untuk setiap pipa adalah ½ in:



Mesin

Fakultas

Teknik

Universitas

Tabel 6. Nilai y, U, L dan Fleksibilitas Instalasi Pipa untuk Tiap Sistem Pipa D× y

No.

Nama Pipa

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Metanol ke Mixer Katalis ke Mixer CPO ke Reaktor Reaktor ke Washer Washer ke Decanter Decanter ke St 1 & St 2 St 1 & St 2 ke Evaporator Evaporator ke Reboiler Evaporator ke St Methanol Reboiler ke Drier Drier ke St 2 Absorber ke St 4 St Methanol ke Methanol Cooler ke St 3 Reboiler ke Absorber Boiler ke Reaktor & HE Kompresor ke Washer HE ke Drier

y (in)

U (ft)

L (ft)

0.00472 0.00472 0.06295 0.03844 0.00253 0.00493 0.01252 0.01367 0.03294 0.03894 0.04381 0.00472 0.01492 0.01517 0.01629 0.05423 0.00849 0.09597

3.93191 3.93191 10.86243 7.25255 2.10769 3.63539 10.36763 2.57913 6.21576 6.58125 7.88039 3.93248 12.42983 4.38181 3.07406 7.83295 7.07986 18.07871

5.71129 5.71129 19.41962 11.0099 2.3248 5.94948 14.63255 3.3855 8.66109 11.82546 10.48885 4.7582 15.18176 6.57251 3.78543 16.68077 9.87697 26.28281

( L − U )2

0.00075 0.00075 0.00043 0.00137 0.02683 0.00046 0.00034 0.01051 0.00276 0.00071 0.00322 0.00346 0.00099 0.00158 0.01609 0.00035 0.00054 0.00071

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa nilai fleksibilitas yang diperlukan oleh pipa 6 (washer ke decanter) paling tinggi yaitu sebesar 0,02683. Sedangkan nilai fleksibilitas paling rendah terdapat pada pipa 4 (mixer ke reaktor) dan pipa 10 (reboiler ke evaporator) yaitu sebesar nol. Besarnya fleksibilitas sangat dipengaruhi dari bentuk konstruksi perpipaan. Semakin sederhana bentuk konstruksi maka fleksibilitas semakin rendah, namun hal ini tidak mutlak karena fleksibilitas dapat juga dipengaruhi faktor-faktor lain, misalnya tegangan, regangan, berat pipa, dan lain-lain. Perhitungan tegangan yang dilakukan pada tiap titik diperoleh tegangan termal maksimum seperti pada Tabel 7 berikut ini: Tabel 7. Tegangan maksimum yang terjadi pada titik di tiap pipa jaringan No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Nama Sistem Pipa Methanol menuju Mixer Katalis menuju Mixer CPO menuju Reaktor Reaktor menuju Washer Washer menuju Decanter Decanter ke St 1 & St 2 St 1 & St 2 ke Evaporator Evaporator ke Reboiler Evaporator ke St Methanol Reboiler ke Drier Drier ke St 2 Absorber ke St 4 St Methanol ke Methanol Cooler ke St 3 Reboiler ke Absorber Boiler ke Reaktor & HE Kompresor ke Washer

Titik 4 4 12 6 4 5 8 3 6 11 3 6 1 3 1 5 1

SE (psi) 210.236 198.829 306.145 1109.33 11823.04 222.11 205.717 1149.837 851.354 588.013 1221.237 381.9402 25.526 483.957 11448.658 275.98 672.021


Jurusan Teknik Tarumanagara No. 18

Nama Sistem Pipa HE ke Drier

Mesin

Fakultas

Titik 6

Teknik

Universitas

SE (psi) 604.942

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa tegangan terbesar terjadi pada pipa 12 (Reboiler menuju Absorber) yaitu sebesar 11823,04 psi. Sedangkan tegangan terkecil terjadi pada pipa 16 (St. Methanol menuju Methanol) yaitu sebesar 25,526 psi. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi tegangan termal maksimum yang terjadi pada pipa, antara lain suhu, laju aliran, dan bentuk rancangan sistem perpipaan. Semakin besar suhu maka akan semakin besar juga tegangan termal maksimum yang terjadi. Dengan demikian dapat dihitung batas maksimum panjang pipa yang harus disangga dihitung dengan persamaan 17 sehingga didapat panjangnya sebesar 15,35 ft. Batas maksimum pipa harus disangga dipengaruhi faktor berat fluida, berat pipa, dan tegangan maksimum yang terjadi. Perhitungan ini dimaksudkan agar tidak terjadi rancangan konstruksi pipa memiliki keamanan. Kesimpulan Berdasarkan pembahasan terdahulu, dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain: 1. Pada instalasi perpipaan fluida pabrik mini biodiesel ukuran pipa dan material yang ekonomis, dipilih dengan mengunakan metode Least Annual Cost adalah: - Material : Baja Karbon Seamless, ASTM A-53 Grade B. - Schedule : 40 - Diameter nominal : ½ in - Diameter dalam : 0,622 in - Diameter luar : 0,840 in - Tebal dinding : 0,109 in 2. Pemeriksaan keamanan pipa yang dilihat dari segi kecepatan aliran fluida, ketebalan minimum, dan penurunan tekanan, pipa dengan spesifikasi diatas sudah aman. 3. Pada perhitungan tegangan termal maksimum terlihat bahwa tegangan yang terjadi berada dibawah tegangan izin(SA = 20250 psi), sedangkan instalasi pipa dikatakan fleksibel, karena fleksibilitas pipa keseluruhan ≤ 0,03, sehingga instalasi pipa aman untuk digunakan. 4. Instalasi pipa perlu dilengkapi penyangga. Jarak maksimum antar penyangga yang direncanakan adalah 15,35 ft. Daftar Pustaka 1. Cloude B. Nolte, (1978), Optimum Pipe Size Selection, Gulf Publishing Company. 2. Grinnel, (1978), Piping Design and Engineering, Second Edition, Grinnel Company Inc. 3. Sam Kannapan, (1986), Introduction to Pipe Stress Analysis, John Wiley and Son Inc., Tennesse. 4. Louis Garry Lamit, Piping System, Drafting and Design, Prentice Hall Inc, Engle Wood Cliffs, New York. 5. Peters, Max S, (1987), Plant Design and Economics for Chemical Engineers, McGrawHill, Inc., New York. 6. P.Cm, (2005), The Biodiesel Handbook, AOCS Press, United States of America. 7. An American National Standard, (2002), Process Piping, ASME Code for Pressure Piping B.31.3 – 2002 Edition, The American Society of Mechanical Engineers, New York. 8. Smith, Paul R., (1987), Piping and Pipe Support Systems, McGraw-Hill, Inc, United States of America. 9. Direktorat Jendral Perkebunan, (2006), Pembakuan Statistik Perkebunan (PSP), Direktorat Jendral Perkebunan, Jakarta.



Mesin

Fakultas

Teknik

10. Streeter, Victor L, (1990), Mekanika Fluida, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Universitas

RISET APLIKATIF BIDANG TEKNIK MESIN DAN INDUSTRI

Recommend Documents