SIMULASI DAN PERBANDINGAN DISTRIBUSI ALIRAN AIR BERSIH DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWAREPIPE FLOW EXPERT PADA PERUMAHAN PT. INALUM POWER PLANT PARITOHAN
SKRIPSI Skripsi ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Oleh: AGUSTINUS JUNEDI 110401140 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
1 Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK PT. INALUM Power Plant merupakan perusahaan yang memiliki perumahan karyawan yang setiap harinya membutuhkan banyak pasokan air untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari.Oleh karena itu diperlukan perancangan jaringan yang efisien agar kebutuhan air diperumahan PT. INALUM terpenuhi.Sebelum air digunakan oleh para konsumen, air diambil dan dipompa dari Sungai Simanimbo anak Sungai Asahan menuju water treatment untuk diolah agar air dapat dikonsumsi oleh konsumen.Pendistribusian air dari water treatment ke reservoir menggunakan prinsip gravitasi, yaitu memanfaatkan perbedaan ketinggian water treatment ke reservoir sehingga tidak memerlukan pompa untuk pendistribusiannya.Setelah air sampai di reservoir, maka dengan mudah air tersebut
untuk
didistribusikan
ke
perumahan
PT.
INALUM.
Dengan
menggunakan jaringan pemipaan, maka akan terjadi kerugian head mayor dan juga head minor pada setiap pipa yang diakibatkan oleh kekasaran pipa, elevasi, panjang pipa, kapasitas aliran pipa, dan juga diameter pipa. Didalam penelitian ini, setelah didapatkan perancangan jaringan pipa, kemudian di analisa dengan software Pipe Flow Expert agar ditemukan rancangan jaringan pipa yang lebih efisien.Head mayor dan head minor yang terjadi dihitung menggukan persamaan Darcy Weisbach dimana kapasitas aliran puncak adalah 0.012 m3/s dengan total kerugian head menggunakan software adalah 4.7841 m dan perhitungan manual adalah 4.89 m. setelah didapatkan kerugian head pada masing-masing pipa, diambil 10 titik sampel kerugian head pada pipa agar didapatkan grafik perbedaan hasil perhitungan manual dan software. Berdasarkan grafik kita dapat mengetahui apakah perancangan jaringan yang kita lakukan dapat digunakan atau tidak bisa digunakan dan dibandingkan dengan hasil perhitungan manual menggunakan persamaan Hazzen Williams adalah 2.21 %.
Kata kunci: Pemipaan, Pipe Flow Expert,
Kerugian, Minor, Darcy Weisbach,
kapasitas i Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
PT. INALUM Power Plant is a company that has a housing employees who every day require a lot of water supplies to meet the needs of everyday life. Therefore, it is necessary to design an efficient network that water needs diperumahan PT. INALUM met. Before the water used by consumers, it is being collected and pumped from the river Simanimbo Asahan River tributary to the water treatment to be processed so that the water can be consumed by consumers. The distribution of water from the reservoir to the water treatment using the principle of gravity, ie utilizing a height difference of water treatment to the reservoir so that it does not require a pump for distribution. Once the water reached the reservoir, it is easily the water to be distributed to housing PT. INALUM. By using a piping network, there will be a major head loss and also a minor head on each pipe caused by the pipe roughness, elevation, length of pipe, pipe flow capacity, and also the diameter of the pipe. In this study, having obtained the design of pipelines, then analyzed with Pipe Flow Expert software in order to find the design more efficient pipelines. Head major and minor head are calculated menggukan Darcy Weisbach equation where the peak flow capacity is 0012 m3 / s with a total head loss using the software is 4.7841 m and the manual calculation is 4.89 m. once obtained head loss in each of the pipes, the samples taken 10 points head loss in the pipe in order to obtain the graph difference calculation result of manual and software. Based on the graph we can determine whether the design of the network that we do can be used or can not be used and compared with the results of manual calculations using the equations Hazzen Williams is 2:21%.
Keywords :Piping, Pipe Flow Expert , Losses , Minor , Darcy Weisbach , capacity
ii Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala kasih dan karunia-Nya yang telah memberikan berkat, hikmat serta perlindungan mulai dari melakukan penelitian sampai saat ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Penelitian Tugas Akhir di PT. INALUM Power Plant, Paritohan. Penelitian ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan
untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Simulasi dan Perbandingan Distribusi Aliran Air Bersih dengan Menggunakan Software Pipe Flow Expert pada Perumahan PT. INALUM Power Plant, Paritohan” Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis selama pelaksanaan Penelitian Tugas Akhir maupun dalam penyusunan laporan. Untuk itu, melalui pengantar ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Kasman Tampubolon (+) dan Ibunda Surya N Hutagaol, serta saudara-saudara penulis yaitu Arie Mardjan Tampubolon dan Haris Gustaf Junior yang selalu memberikan doa dan dukungan dan tidak pernah lelah untuk menyemangati penulis. 2. Bapak Ir. A. Halim Nasution, Msc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak
Manurung, bapak Syam dan karyawan terkait yang telah
membimbing penulis di PT. INALUM, Paritohan yang telah membantu dan memberikan data tentang perumahan dan pendistribusian nya.
iii Universitas Sumatera Utara
6. Seluruh teman-teman penulis, baik Teknik Mesin 2011 juga teman- teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis. 7. Kepada teman spesial penulis, Lia Pontina Marpaung yang selalu memberikan doa dan motivasi yang luar biasa. Penulis menyadari bahwa laporan ini belum sempurna, baik segi teknik maupun segi materi. Oleh sebab itu, penulis juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi terciptanya laporan yang lebih baik di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat memberikan manfaat bagi pembacanya.
Medan,
Juni 2016
Agustinus Junedi NIM.110401140
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK................................................................................................... i ABSTRACT ................................................................................................ ii KATA PENGANTAR .................................................................................. iii DAFTAR ISI ............................................................................................... v DAFTAR TABEL ........................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... ix DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1 1.1 LatarBelakang ............................................................................. 1 1.2 TujuanPenelitian .......................................................................... 3 1.3 BatasanMasalah ........................................................................... 3 1.4 ManfaatPenelitian ........................................................................ 3 1.5 Metodologi Penulisan .................................................................. 4 1.6 SistematikaPenulisan ................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 6 2.1 Definisi Fluida ............................................................................ 6 2.2Sifat-Sifat Fluida ......................................................................... 6 2.2.1 Massa Jenis (Density)...........................................................6 2.2.2 Volume Jenis (Spesific Volume)...........................................7 2.2.3 Berat Jenis (Spesific Weight)................................................7 2.2.4 Gravitasi Jenis (Gravitasi Jenis)..........................................8 2.2.5 Kekentalan (Viscosity).........................................................8 2.3Kecepatan dan Aliran Kapasitas Fluida ......................................... 9
v Universitas Sumatera Utara
2.4Energi dan Head ........................................................................... 11 2.5 Persamaan Kontinuitas ................................................................ 11 2.6Aliran Laminar atau Turbulen ....................................................... 12 2.7Head Loss .................................................................................... 13 2.7.1 Head Loss Mayor............................................................... 14 2.7.2 Head Loss Minor................................................................ 16 2.8 Metode Hardy Cross .................................................................... 21 2.9 Pipe Flow Expert Software........................................................... 23 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 25 3.1Tempat dan Waktu Penelitian........................................................ 25 3.1.1 Tempat Penelitian .......................................................... 25 3.1.2Waktu Penelitian............................................................. 25 3.2 Prosedur Penelitian ...................................................................... 25 3.3Metode Analisa dengan Menggunakan Pipe Flow Expert ............... 25 3.4 Perumahan........................................................................................ 29 BAB IV ANALISA DATA ........................................................................... 31 4.1 Jumlah Pemakaian Air ................................................................. 31 4.1.1 Kebutuhan Air Bersih pada Perumahan............................. 32 4.1.2 Kebutuhan Air Bersih untuk Asrama Karyawan............... 33 4.1.3 Kebutuhan Air Bersih untuk Kantor.................................. 33 4.1.4 Kebutuhan Air Bersih untuk Klinik................................... 33 4.1.5 Kebutuhan Air Bersih untuk Club House.......................... 33 4.1.6 Kebutuhan Air Bersih untuk Workshop............................ 34 4.1.7 Kebutuhan Air Bersih untuk Shop dan Barber Shop........ 34 4.1.8 Kebutuhan Air Bersih untuk Taman Bermain................... 34 4.1.9 Kebutuhan Air Bersih untuk Car Washing........................ 35 4.2Kapasitas Aliran Pipa.................................................................... 35 4.3 Estimasi Beban Puncak.......................................................................36 4.4 Analisa Kapasitas Aliran Fluida ................................................... 41
4.5 Perhitungan Head Loss Minor ...................................................... 56
vi Universitas Sumatera Utara
4.6 Perhitungan Head Loss dengan Menggunakan Program Pipe Flow Expert software .................................................................. 60 4.6.1 Hasil Perhitungan Software Pipe Flow Expert .................. 62 4.7 Pembahasan Hasil Perhitungan ..................................................... 64 4.7.1 Perhitungan Head Loss Menggunakan Simulasi................ 64 4.7.2 Perbandingan Head Loss Manual dengan Simulasi .......... 64 4.7.3 Perbandingan Total Head Loss Manual dengan Simulasi 65 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 66 5.1 Kesimpulan ................................................................................ 66 5.2 Saran .......................................................................................... 66 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. xiii LAMPIRAN
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Koefisien kekasaran pipa Hazen- William ...................................... 15 Tabel 2.2 Nilai K Entrance ........................................................................... 18 Tabel 3.1 Nilai K Exit ................................................................................... 19 Tabel 3.1 Total Perumahan PT. INALUM Paritohan ..................................... 29 Tabel 4.1 Pemakaian Air Rata-Rata Perhari ................................................... 31 Tabel 4.2 Kebutuhan Total Perumahan PT. INALUM Power Plant…………. 35 Tabel 4.3 Estimasi Pemakaian Per Hari ............................................................ 36 Tabel 4.4 Kapasitas Aliran Air Pada Beban Puncak.......................................... 59 Tabel 4.5 Kebutuhan Total Air Per Loop........................................................... 60 Tabel4.6Perhitungan TotalHead LossManualdan Simulasi.......................... 64
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik Kerapatan Air Sebagai Fungsi Temperatur ....................... 7 Gambar 2.2Perilaku dari sebuah fluida yang ditempatkan antara dua plat paralel ........................................................................................ 10 Gambar 2.3 Profil Kecepatan pada Saluran Tertutup ...................................... 10 Gambar 2.4 Profil Kecepatan pada Saluran Terbuka ...................................... 16 Gambar 2.5 a. Percobaan untuk Mengetahui Jenis Aliran b. Jenis Jenis Aliran dilihat dari Guratan Warna ........................... 13 Gambar 2.6 Flanged Elbow 90o ..................................................................... 16 Gambar 2.7Threaded tee............................................................................... 17 Gambar 2.8Macam-macam entrance ............................................................. 17 Gambar 2.9Macam-macam exit ..................................................................... 18 Gambar 2.10 Sudden Expansion......................................................................... 19 Gambar 2.11 Gradual Expansion....................................................................... 19 Gambar 2.12 Sudden Contraction...................................................................... 20 Gambar 2.13 Gradual Contraction.................................................................... 20 Gambar 2.14 Faktor gesekan untuk pipa (Diagram Moody)............................. 21 Gambar 2.15Jaringan pipa................................................................................ 22 Gambar 3.1 Proses Input Data ....................................................................... 26 Gambar 3.2 Proses Kalkulasi Data ................................................................ 27 Gambar 3.3 Proses Penampilan Data.................................................................. 27 Gambar 3.4 Alur Pengerjaan Skripsi.................................................................. 28 Gambar 3.5 Peta perumahan PT INALUM Paritohan........................................ 30
ix Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1Grafik estimasi beban puncak ...................................................... 37 Gambar 4.2 Peta Aliran Distribusi Air Bersih ................................................ 38 Gambar 4.3 Kontur Wilayah Perumahan INALUM………………………….. 40 Gambar 4.4 Loop I iterasi 1 .......................................................................... 40 Gambar 4.5 Loop II iterasi 1 ......................................................................... 41 Gambar 4.6 Loop III iterasi 1 ........................................................................ 42 Gambar 4.7 LoopVI iterasi 1 ......................................................................... 43 Gambar 4.8 Loop V iterasi 1 ......................................................................... 44 Gambar 4.9 Loop VI iterasi 1 ........................................................................ 45 Gambar 4.10 Loop VII iterasi 1..................................................................... 46 Gambar 4.11 LoopVIII iterasi 1 .................................................................... 47 Gambar 4.12 Jaringan Distribusi pada Pipe Flow Expert ................................. 60 Gambar 4.13 Hasil Simulasi Menggunakan Pipe Flow Expert.......................... 61 Gambar 4.14 Grafik Perhitungan Head Loss dengan Simulasi.......................... 63 Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Head Loss Manual dengan Simulasi.......... 64
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
ρ
massa jenis
kg/m3
m
massa
kg
V
volume
m³
υ
volume jenis
m3/kg
𝛾𝛾
berat jenis fluida
N/m3
𝑔𝑔
percepatan gravitasi
m/s2
P
Tekanan
N/m2
T
Temperatur
K
ν
Viskositas kinematik
m2/s
μ
Viskositas dinamik
Q
laju aliran fluida
A
luas penampang aliran
v
kecepatan rata-rata aliran fluida
m/s
W
laju aliran berat fluida
N/s
ṁ
laju aliran massa fluida
kg/s
W
berat fluida
N
z
beda ketinggian
m
L
panjang pipa
m
D
diameter
m
Ht
head loss total
m.hd
Hlf
head loss mayor
m.hd
kg/m.s m³/s m²
xi Universitas Sumatera Utara
Hlm
head loss minor
m.hd
f
faktor gesekan
Hf
kerugian gesekan dalam pipa
C
koefisien kekasaran pipa Hazen – Williams
K
koefisien minor losses
m.hd
L/D
panjang ekivalen
m
Re
Reynolds
EF
energi tekanan
Joule
Ek
Energi kinetic
Joule
Ep
Energi potensial
Joule
m.hd
xii Universitas Sumatera Utara
