TUGAS
WADUK DAN PLTA
OLEH :
ANGGI E1A1 06 022 PROGRAM STUDI S-1 SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAs HALUOLEO KENDARI 2011
BABI PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam industri banyak digunakan sistem perpipaan untuk membantu proses produksinya. Sebagai contoh adalah sistem perpipaan Pembangkit Listrik Tenaga Air. Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain. Pipa - pipa yang digunakan umumnya sudah dirancang sedemikian rupa sehingga umur kerjanya mencapai jangka waktu tertentu yang diharapkan mencapai 100.000 jam operasi (API Recommended 530). Semua pipa bekerja dalam sOOu tinggi yang tentu saja harus senantiasa berada dalam kondisi arnan. Karena bisa jadi karena suatu keadaan atau masa kerja yang cukup lama terjadi perubahan kekuatan - kekuatan mekanis dari sistem perpipaan yang nantinya akan mengakibatkan terjadinya kerusakan yang fatal. Untuk menjamin keadaan ini diperlukan sistem inspeksi yang optimal. Karena inspeksi yang optimal akan membantu sedini mungkin mendeteksi kerusakan - kerusakan yang terjadi. Baik karena korosi sehingga berlubang , menipis , terjadinya retak, dan juga disebabkan oleh perubahan struktur mikronya.
1.2 Permasalahan
Permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah sabagai berikut: 1. Kejadian yang membahayakan pipa. 2. Jenis-Jenis pipa dan analisis nya. 3. Diameter ekonomis pipa
1.3. Tujuan
Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini adalah sabagai berikut: 1. Mengenal dan mengetahui Jenis-Jenis pipa. 2. Dapat mengetahui kekuatan tiap-tiap jenis pipa.
1.4. Manfaat
Manfaat dari penyusunan makalah ini adalah untuk memberikan pengeta pengetahua huan n kepa kepada da pemb pembaca aca tentang tentang jenisjenis-jeni jeniss pipa pipa dan dan penggun penggunaan aan nya. nya.
BAB II ANALISIS KEKUATAN PIPA
2.1. Kejadian Yang Membahayakan Pipa
Pada pipa yang airnya sedang mengalir dapat timbul bahaya bila katup turbin sekonyong-konyong ditutup, demikian juga bila air diam, pembukaan katup sekonyong-konyong pun mengakibatkan bahaya. Kejadian pertama menimbulkan pukulan air yang mengakibatkan tambahan tekanan, sedangkan kejadian kedua dapat menimbulkan kehampaan (vacum). Kedua kejadian ini dapat mengakibatkan kerusakan pada pipa, pertama oleh tambahan tekanan yang terlalu besar dan, kedua oleh tekanan udara dari luar. Bila air dalam pipa mempupyai kecepatan v dan katup turbin sekonyongkonyong ditutup maka timbul gaya (F) sebesar :
v 2 menjadi nol, sehingga: F =
(arah gaya berlawanan dengan arah
aliran). Gaya F =
(A = luas penampang pipa; p = massa jenis;
1 = panj pa njan angn gn ya kolo ko lom m air ai r yan g terhenti selama waktu wak tu t).
Tambahan tekanan oleh gaya tersebut adalah : p = = h tambahan =
ternyata bahwa makin kecil t, makin besar tambahan tekanan.
2.2. PERHITUNGAN KEKUATAN PIPA BAJA
Kekuatan pipa umumnya dapat ditetapkan berdasarkan pipa tipis, yaitu bahwa bahw a teganga te gangan n tangen ta ngensial sial terbagi terb agi rata r ata pada tebal pipa. Pipa dinamakan tipis bila
2.2.1. Tegangan Tangensial
Perhatikan keseimbangan suatu elemen seluas du . dz N = p . du . dz. dengan p dengan p adalah tekanan air. p = H . . g besarn bes arnya ya H H adalah tinggi hidrostatis ditambah pengaruh pukulan air. Tegangan menimbulkan gaya sebesar dz. Resultan gaya ini adalah 2 2 dz sin
d .
Bila p diketahui dan w sebesar tegangan yang diperbolehkan maka =
(untuk pipa utuh). S a a t
digunakan
pipa
dilas
s e k a r a n g i n i , u m u m n ya
sehingga
=
dengan ditetapkan berdasarkan kekuatan las yaitu = 0,85 — 0,85 — 0,95. 0,95. Dengan kemajuan teknik las, cp juga diambil sebesar satu. Bila pipa dibuat dengan memakai paku keling maka =
( = diameter
paku pa ku;; e = ja rak ra k pa ku). ku ). Pada waktu sekarang ini, dapat dikatakan bahwa semua pipa pesat dibuat dengan cara las. Besarnya tegangan tegan gan yang diperbolehk diperb olehkan an didasarkan atas kekuatan baja yang hendak dipakai. Ada beberapa macam baja yang terdapat di pasaran:
Umumnya baja konstruksi adalah Fe 360. Bagaimanapun baiknya baik nya kualitas kual itas suatu pipa baja, baja , pasti timbul timbu l karat kara t (korosi). (koro si). Oleh karena itu pada tebal yang diperhitungkan selalu ditambahkan tebal untuk karat. Tambahan tebal untuk karat ini diambil (1 — 3) mm, sehingga: =
+ (1 — 3) 3) mm.
Tambahan tebal untuk karat akan menambah kekakuan pipa. Suatu pipa tipis, terlebih pada pipa berdiameter besar tidak kaku. Dengan demikian, perhitungan angkutan dan montase diambil berdasarkan tebal minimu minimum. m. Tebal minimum untuk pipa adalah : sampai dengan diameter hingga 0,80 m
5 mm
sampai sampai dengan diameter diameter hingga hingga 1,50 m
6 mm
sampai dengan diameter hingga 2,00 m
7 mm
Pada pipa dengan diameter yang lebih besar diberikan perkuatan, agar pipa pada angkutan dan montase tetap kaku. Perlu diperhatikan juga bahwa bah wa pada pad a pipa tipis tipi s berdiam berd iameter eter besar bes ar bahaya bah aya dapat dap at timbul timb ul pad a kea daan daa n pip a ber isi seb agian agi an den gan air, ai r, yaitu yai tu pada pa da kej adi an pip a seda s eda ng diisi/ dii si/dik dik osongk oso ngkan. an.
2.2.2. Tegangan searah as pipa
Beberapa keadaan dapat menimbulkan tegangan searah as pipa.
Skema pipa pesat dari baja
a. Momen akibat perletakan pipa
Momen maksimum di sini dapat diambil sebesar :
M =
( cos cos
Dengan : b
= j jaa r a k p e r l e t a k a n
G S
= be ra ratt pi pipa pa se sepa panj njan ang g
= b bee r a t a i r s e p a n j a n g
= sudut kemiringan
b. Perubahan temperatur
Tegangan akibat perubahan temperatur timbul bila pipa terikat pada 2 blok angker, dan d an tidak mempunyai mempun yai sambungan muai :
=
. .t .t
( = koefisien muai, t = kenaikan temperatur)
-5 °
= E t t dengan = 1,2 x 10 / C dan E = 210 GPa maka = 2,5 t MPa. (t dengan derajat celcius).
c. Tegangan tangensial
Tegangan tangensial mengakibatkan diameter pipa menjadi lebih besar. Hal ini akan akan menimbul menimbulkan kan tegangan searah as pipa, bila pipa ini terikat pada 2 blok angker. angke r. Telah diketahui bahwa
= µe dengan µ = angka Poisson, dan
untuk pipa baja µ = 0,3
Maka = 0,3 d. Berat kosong pipa
Berat pipa miring ini menekan pada blok angker, sehingga penampang
sin (
pipa di tempat tempat ini mendapat mendapat tegangan tekan. tekan. Gaya tekan tekan F0 =
= berat pipa antara dua perletakan) = berat pipa dari blok angker sampai sambungan pemuaian. =
Bila pipa di antara kedua blok angker tidak mempunyai sambungan pemuaian, maka
)
dipikul oleh masing-masing blok angker,
sehingga pada bagian atas timbul tegangan tarik dan pada bagian bawah tegangan tekan.
e. Pergeseran antara pipa dan perletakan
Karena perubahan temperatur, maka pipa akan berubah panjangnya. Menjadi lebih panjang atau pendek menimbulkan kejadian pipa yang hendak bergerak (bergeser) (bergeser) melalui perletakan. perletakan. Dengan demikian akan timbul gaya pergeseran yang besarnya maksimum adalah f adalah f . N (N = gaya normal). Gaya geser maksimum ini terjadi bila benda berada pada keadaan hendak bergerak, dan selama benda bergerak. Bila jarak antara 2 perletakan = b, maka berat yang diperhitungkan adalah berat pipa = GS ditambah air = Gw. . Gaya geser pada perletakan perleta kan Fl = f l (GS + Gw ) cos • Besarnya gaya geser pada seluruh perletakan = ~F l = f l (G ( G s + Gw ) cos ialah gaya geser pada bagian bag ian pip a dari da ri blo k angke ang kerr hin gga sambungan sambun gan pemuaian. pemuaia n. Gaya geser ini adalah gaya eksentris oleh karena titik tangkapnya tidak terletak pada pusatnya lingkaran, tetapi pada titik berat busur perletakan. perletaka n.
Titik tangkap gaya geser
= r x ( sudut busur perletakan )
a = OC = r x =rx
=
= =
Besarnya koefisien pergeseran f pergeseran f 1 antara pipa dan perletakan, adalah:
f. Pergeseran pada sambungan pemuaian (balutan)
Tekanan air mengakibatkan gaya tekan pada balutan sebesar p sebesar p . d. e. (Gaya geser yang terjadi adalah F 2 = f 2 . p . . d . e dengan f 2 diambil sebesar 0,25. Gaya ini adalah gaya sentris, dengan demikian : =
Gaya pergeseran pada pipa di bangunan muai gaya tekan air pada bagian mulai Gaya tekan pada pipa di sambungan pemuaian) Gaya tekan air adalah sebesar F 3 =p . . merupakan juga gaya sentris. = =
(= tebal bruto)
h. Perkecilan pipa
Gaya tekan akibat perkecilan pipa adalah F4 = A . p dengan A = perubahan luas . Umumnya perkecilan pipa ini terdapat pada blok angker sehingga gaya P4 tidak perlu diperhitungkan pada kekuatan pipa.,
i. Gaya menyeret pipa akibat aliran air
Gaya ini adalah sebesar F5 =p . g . A . l . S dengan A = luas pipa = L
d2.
= panjangnya bagian pipa tanpa sambungan (dari sambungan
pemuaian sampai sambungan pemuaian berikutnya). S=
( h = kehilangan tinggi pada bagian pipa ini)
Umumnya gaya ini kecil sehingga dapat diabaikan. Besarnya tegangan searah as
6a
ekstrim (maks — min) perlu diselidiki
(superposisi) pada beberapa kejadian yang dapat timbul bersamaan waktu.
2.2.3. Tegangan searah searah jari-jari jari-jari pipa
Di samping tegangan tangensial dan tegangan searah as pipa terdapat juga tegangan tega ngan searah seara h radius, radi us, yang yan g besar be sarny nyaa adala ad alah h maksim mak simum um pad a sebelah dalam pipa dan merupakan tegangan tekanan r = P (tekanan (tekanan air) 2.2.4. Tegangan Resultan
: :
Searah tangensial : Searah as Searah Radius
dengan µ adalah angka Poisson untuk baja dan bernilai 0,3. Dalam ketiga rumus ini harus diperhatikan tandanya, yaitu untuk tegangan tekanan minus (negatif) dan untuk tegangan tarik plus (positif). Pada umumnya, kekuatan pipa baja ditentukan oleh tegangan tangensial.
2.3. Pipa Tebal
Rumus =
hanya berlaku pada pipa tipis
dengan diambil
angg apan bah wa tegan tegangan gan terbagi terbagi rata rata pada tebal tebal pipa. pipa. Hal ini tidak berlaku pada pipa tebal
sehingga perlu digunakan
cara lain. Pada setiap konstruksi bangunan berlaku: a. Syarat keseimbangan b. Syarat perubahan bentuk. Kedua syarat ini pun digunakan pada pipa pesat
Pipa tebal
r i = ja ri ja ri da la m p ip a r = jari jari luas pipa o
p i = tekanan pada sebelah dalam pipa p = tekanan pada sebelah luar o
pi pa
2.4. Pipa Beton
harus sebesar
Pipa pesat beton merupakan pipa tebal, jadi maks
tegangan tarik yang memperbolehkan, dan umumnya, besar tegangan ini diambil sebesar kekuatan tarik beton dibagi faktor iramanan. Dalam PBI 1971 2
terdapat beton kelas II dengan mutu K.125 (kekuatan tekan = 125 kg/cm ). K 175 dan K.225 dan beton kelas III yang bermutu > K.225, dengan syarat bahwa harus ada pengawasan sYat terhadap agregat dan pengawasan kontinu terhadap kekuatan tekan. Tentang kekuatan tarik beton, bahwa untuk mutu beton K.225,
PBI 1971 memberitahukan
tarik yang diperbolehkan adalah sebesar
2
2
0.55 N/mm atau juga dapat diambil W tarik (kg/cm ) = 0,36 kekuatan tekanan beton dengan kg/cm2).
√ bk. bk =
Menurut Beton Kalender 1978 data-data tentang kekuatan beton adalah sebagai berikut
Menurut Mossonyi W tank pada beton yang bermutu tinggi (kekuatan tekan > 2
z
50 N/mm ) dapat diambil sebesar 2,5 — 3,0 N/mm . Sedangkan untuk beton z
yang dipadatkan dengan tangan w tarik = 1,0 — 1,0 — 1,5 1,5 mm .
2.5. PIPA
PROF.
IR. SEDIJATMO
Pipa ini yang telah mendapat hak patent di luar negeri terdiri dari a. Pipa baja corten pada sebelah dalam dengan fungsi terutama membuat seluruhnya kedap air. b. Beton yang hanya berfungsi meneruskan gaya tekan ,air pada pipa corten ke besi beton. c. Besi beton dengan fungsi memikul gaya tekan air dari dalam.
Skema pipa pesat Prof. Sedijatmo
Keuntungan:
a. Pipa baja corten, yang hanya berfungsi mencegah kebocoran, dapat dibuat setipis mungkin, oleh karena pipa ini tidak memikul gaya tekan air. Tebalnya hanya dipengaruhi pengangkutan dan pemasangan. Pengangkutan dapat dilakukan ketika masih dalam bentuk pelat, dan karena tipis, pelat dapat dibentuk menjadi pipa dan dilas di tempat pek erjaan erj aan . b. Beton mempunyai fungsi meneruskan gaya tekan air pada pipa baja corten ke besi beton. Dengan demikian tebal beton tidak dipengaruhi gaya tekan air sehingga dapat dibuat kecil (8 — (8 — 20 20 cm) sesuai dengan kebutuhan (penutup besi 3,0 cm, jarak antara 2 lapisan besi beton 2,5 cm). Beton dapat retak, tetapi kedap air tetap terjamin oleh pipa baja corten. c. Gaya tekan air dipikul oleh besi beton. Oleh karena harga besi beton lebih murah dari besi pelat, maka pipa
Sedijatmo untuk PLTA-PLTA
yang dibangun sesudah perang dunia II seperti Golang, Cikalong, Timo, Ngebe Nge bel, l, adalah ada lah lebih leb ih murah mur ah diband dib anding ingkan kan dengan den gan pipa pip a -pipa -pi pa yang lain lai n (Gambar 9.20). Dibandingkan dengan pipa beton biasa, pipa Sedijatmo ini dapat dipakai untuk tekanan melebihi 100 m.
Kelemahan: Bila rusak karena karat atau sebab-sebab yang lain, maka seluruh pipa baja corten harus dibongkar. Sehingga pipa dengan fungsi kedap air, dibuat dari baja corte corten n yang yan g lebih le bih kuat terh terhadap adap karat darip daripada ada baja biasa biasa..
Perhitungan kekuatan Tebal pipa corten umumnya diambil sebesar 3 mm. Dari tebal ini, 1 mm dipakai untuk ikut menahan gaya tekan air. Bila tekanan air adalah sebesar
p ( gh + pen pengaruh garuh puku pukulan lan air), maka gaya tarik pada bagian pipa sepanj sepanjang ang 1 m, adalah
= p . Dari gaya tarik ini bagian yang dipikul oleh pipa baja
corten adalah sebesar P1 = s x 0,001. Jadi gaya tarik yang dipikul oleh besi be si bet beton on::
P2 = P 0 — P P 1.
Luas besi beton A = s
.
2.6. Diameter ekonomis pipa
Menghantarkan air dari reservoar harian atau surge tank ke turbin dapat dilakukan melalui pipa dengan bermacam-macam diameter. diameter. Pipa dengan diameter besar mengakibatkan: a. tebalnya lebih besar b. ber beratn atnya ya leb lebih ih bes besar, ar, jad jadii lebi l ebih h mah mahal al Tetapi kecepatan v =
menjadi
lebih kecil, sehingga dengan demikian
kehilangan tinggi oleh karena p per er g es ek an
( )
tikungan dan lain sebagainya
( ) ju ga
ak ib at
menja di kecil pula pula..
Pipa dengan diameter kecil mengakibatkan: a. tebalnya lebih kecil b. be ra ratn tn ya le bi bih h ke ci cil, l, ja jadi di le lebi bih h mu ra rah h Tetapi v menjadi besar sehingga kehilangan energi juga menjadi lebih besar. Diameter Diame ter yang lebih lebih ekonomis ekonomis ditetapkan ditetapka n sebagai seba gai berikut: berikut : Misalnya biaya pipa (modal investasi) adalah sebesar Rp. A. Dari besarr moda besa modall ini dap dapat at ditet ditetap apkan kan biaya set setahun ahun yait yaitu u capi capital tal reco recover very y fact factor or kali A ditambah biaya eksploitasi pipa ger tahun. Misalnya biaya ini adalah sebesar Rp. M per tahun. Bila kehilangan tinggi pada debit rata-rata setahun sebesar Q m3/detik adalah Ah, maka kehilangan daya adalah 9,8 . Q Qhk . W. Kehilangan energi dalam 1 tahun (365
hari) adalah 9,8 . Q h x 365 x 24 kWh. Dengan harga penjualan rata-rata tertentu sebesar Rp. B/k per tahun. Diameter ekonomis adalah diameter yang menimbulkan jumlah (Rp. M + Rp. N) yang minimum. Jadi Rp M + Rp. N ditetapkan pada beberapa diameter dengan memperlihatkannya dalam suatu grafik. Dari grafik ini dengan mudah dapat ditetapkan pipa dengan diameter ekonomis. Kecepatan dalam pipa pesat diambil 2 — 3 m/detik. Untuk pipa yang tidak begitu panja panjang, ng, dan untuk pip pipaa den dengan gan H yan yang g be besar sar,, ke kecep cepata atan n da dapat pat diambil hingga maksimum 5 m/detik.
BAB III PENUTUP
Pipa baja corten, yang hanya berfungsi mencegah kebocoran, dapat dibuat setipis mungkin, oleh karena pipa ini tidak memikul gaya tekan air. Tebalnya hanya dipengaruhi pengangkutan dan pemasangan. Pengangkutan dapat dilakukan ketika masih dalam bentuk pelat, dan karena tipis, pelat dapat dibentuk menjadi pipa dan dilas di tempat pekerjaan. Bila rusak karena karat atau sebab-sebab yang lain, maka seluruh pipa baja corten harus dibongkar. Sehingga pipa dengan fungsi kedap air, dibuat dari baja corten yang lebih kuat terhadap karat daripada baja biasa. Beton mempunyai fungsi meneruskan gaya tekan air pada pipa baja corten ke besi beton. Dengan demikian tebal beton tidak dipengaruhi gaya tekan air sehingga dapat dibuat kecil (8 — (8 — 20 20 cm) sesuai dengan kebutuhan (penutup besi 3,0 cm, jarak antara 2 lapisan besi beton 2,5 cm). Beton dapat retak, tetapi kedap air tetap terjamin oleh pipa baja corten.
DAFTAR PUSTAKA
PATTY, O.F. 1995. Tenaga Air. Erlangga. Jakarta
