BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
BAB
II
PIPA DAN SAMBUNGAN A. JENIS PIPA a.
Jenis menurut proses pembuatannya Menurut proses pembuatannya pipa terdiri dari : - Pipa tanpa sambungan; pipa jenis ini dihasilkan dengan proses pemutaran/roll - Pipa dengan pengelasan; pipa jenis ini dihasilkan dari baja
yang
dibentuk
silinder
kemudian
dilas
mendatar
tersambung oleh tekanan listrik busur pipa pengeluaran b.
Jenis menurut materialnya Bahan/material yang biasa digunakan untuk instalasi
pipa uap, air, minyak, dan lain-lain dikamar mesin tidak hanya
diatur
oleh
pihak
klasifikasi/rules
tetapi
juga
berdasarkan aturan dan standard yang ada. Oleh karena itu tekanan
kerja
maksimum
dan
suhu
patut
dijadikan
dasar
dalam pemilihannya. Jenis pipa menurut material yang biasa digunakan terdiri dari : Temperatur Kerja (OC)
Material Besi Tuang (Cast Steel) Besi Tuang Modular (Composite cast iron) Campuran Tembaga (composite copper) -
Pipa
baja;
pipa
jenis
ini
> 300 ≤ 300 ≤ 225
banyak
Tekanan Kerja (Bar) ∅ Nominal (DN) DN > 32 mm PB x DN > 2500 Atau DN > 250 PB x DN > 2500
digunakan
instalasi yang dialiri oleh fluida air dan minyak.
untuk
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
-
Pipa
yang
tembaga;
pipa
berdiameter
9
jenis
kecil.
ini
Pipa
digunakan
tembaga
untuk
pipa
umumnya
mudah
digunakan
pada
dibengkokkan dan tahan terhadap karat. -
Pipa
kuningan;
pipa
jenis
ini
instalasi atau alat penukar panas (kalor) dan lain-lain. -
Pipa Plastik; pipa jenis ini mengandung bahan Vynil
Chlorida dan biasanya untuk instalasi yang dialiri oleh fluida air bertekanan rendah. Pembagian kelompok kelas pipa menurut rules dapat dilihat pada tabel berikut ini : Tabel 1 :Kelas material Pipa
Sumber : Germanisc her Lloyd, 2000
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
10
Dalam bidang perkapalan untuk pipa baja biasanya berupa baja campuran yang disebut baja carbon dikenal beberapa jenis sesuai dengan fungsinya atau fluida yang dialirkan yaitu : -
Pipa baja carbon untuk instalasi umum yang
dikenal dengan istilah SGP -
Pipa baja carbon untuk instalasi bertekanan
yang dikenal dengan istilah STGP -
Pipa baja carbon untuk instalasi bertekanan
tinggi yang dikenal dengan istilah STP -
Pipa
baja
carbon
untuk
instalasi
bersuhu
tinggi yang dikenal dengan istilah STPT -
Pipa baja carbon dengan pengelasan las busur
listrik yang dikenal dengan istilah STPY Diameter
luar
suatu
pipa
sama
ukurannya
dengan
diameter nominal. Sedangkan tebal dari pipa, untuk pipa baja
carbon
yang
digunakan
untuk
instalasi
umum
(SGP)
hanya memiliki 1 ketebalan untuk tiap diameter nominal, tetapi
untuk
pipa
beberapa
menurut
tembaga,
pipa
yang nomor
tembaga
lainnya schedule
tanpa
kelim
masing-masing (SCH).
memiliki
Mengenai
dengan
tingkat
pipa tahan
korosi yang bagus, penghantar panas yang baik dan memiliki kemampuan Salah
kerja
satu
dioxided
yang
baik
jenisnya
tanpa
adalah
adalah
kelim
dan
pipa
bentuk
yang
umum
tembaga tabung
digunakan.
Phosphorous(C1221T)
yang
digunakan untuk alat pemindah kalor (Heat Exchanger) dan pipa
tembaga
tanpa
kelim
TCUT
yang
digunakan
untuk
instalasi pipa control. Material
pipa
lainnya
seperti
tembaga
campuran
(copper alloy), seperti Zinc dengan bahan dasar aluminiumbrass (istilah pabriknya albrac atau Yorcalbro, kualitas
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
11
keduanya sama) dan pipa nickel dengan bahan utama nickel tembaga. Kedua material tersebut memiliki kemampuan kerja yang
bagus
dan
tahan
korosi
khususnya
nickel
mempunyai
kualitas yang sangat bagus pada kondisi kerja dengan suhu dan tekanan tinggi. Pipa aluminium-brass dan cuppronickel utamanya
digunakan
pendingin. polyvinyl
Pipa
untuk
plastik
chloride
instalasi
secara
(PVC)
air
umum
yang
laut
dibuat
biasa
sistem
dari
bahan
digunakan
untuk
instalasi sanitary pada deck akomodasi. Beberapa
pengelompokan
material
pipa
dan
komponen
lain
instalasi dapat dilihat pada tabel berikut (lihat tabel 11.2 GL hal. 11-4) B. PEMILIHAN UKURAN PIPA Ukuran diameter dalam sebuah pipa ditentukan berdasarkan : -
Jenis fluida yang mengalir di dalam pipa.
-
Jumlah volume fluida yang akan dipindahkan.
-
Kecepatan
dipindahkan,
dimana
aliran perlu
dari juga
fluida
yang
memperhatikan
akan adanya
tekanan akibat gesekan. -
Harga
pipa,
dimana
semakin
berat
pipa
harganya makin mahal. Dengan demikian dapatlah disimpulkan bahwa ; -
makin
besar
penampang
pipa
makin
tinggi
harganya yang
makin kecil penampang pipa, makin banyak pipa dibutuhkan,
makin
banyak
pula
tempat
yang
dibutuhkan, tetapi hal ini memberikan keuntungan karena pada
penginstalasian
pipa
tempat yang tidak terpakai
mudah
diselipkan
di
tempat-
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
-
12
makin kecil kec. Aliran fluida dalam pipa,
makin kecil tahanannya. Dan dapat memberikan aliran yang laminer Besarnya diameter dari pipa dapat dihitung dengan formula sebagai berikut : =
Q.4 π.v
=
354 .Q v
d
(m)
(1.1)
atau d
dimana; d
(mm)
(1.2)
= diameter pipa
Q
= debit fluida yang mengalir (m3/s)
v
= kecepatan aliran di dalam pipa (m/s)
kecepatan aliran biasanya diasumsikan sebagai berikut : • 0,5 •1
-
1 m/s; untuk suction line 2 m/s; untuk normal pressure
• 3 m/s atau lebih; untuk tekanan tinggi (higher pressure) Sedangkan di kapal umumnya kecepatan aliran 122 m/menit. Tekanan yang hilang akibat gesekan disebabkan oleh panjang bentangan
pipa,
getaran
di
dalam
pipa,
percabangan
pipa,
katup (valve), dan sambungan akibat pengelasan dan sifatsifat
aliran.
Dalam
perencanaan
sedapat
mungkin
membuat
sedemikian rupa sehingga aliran fluida di dalam pipa adalah laminer (arus dimana garis arus sejajar dengan dinding pipa). Kecepatan aliran fluida untuk setiap sistem instalasi tidak sama, hal ini dapat kita lihat pada tabel
berikut ini :
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
13
Tabel 2: Disain kec. Fluida pada sistem perpipaan Kec. Fluida (fps) Nominala) Limit 3 d 8 3 d 1 0,3 d 3 d 8 3 d 4 1,3 d 10 4 d 15 3 d 20 5 d 4 d 6 2 d 4 d 6 1,5 d 6 d 15 2 d 7 2 d 12 5 d 8 1,5 d 20 8 d 12 b,c 3 d 12 b,c 5 d 200 50 d
Instalasi Condensate pump suction Condensate pump discharge Condensate drains Hot-water suction Hot-water discharge Feedwater suction Feedwater discharge Cold freshwater suction Cold freshwater discharge Lube-oil service pump suction Lube-oil discharge Heavy-fuel service suction Heavy-fuel service discharge Heavy-fuel transfer suction Heavy-fuel transfer discharge Distillate-fuel suction Distillate-fuel discharge Hydraulic-oil suction Hydraulic-oil discharge Seawater suction Seawater discharge Steam, high pressure
Steam exhaust, 215 Psig Steam exhaust, haigh vacuum a)
75 75
d d
250 330
d adalah diameter dalam pipa dalam satuan
inci b)
9 fps untuk pipa baja galvanis
c)
kec. Air laut pada pipa titanium dan GRP
sumber : Marine Engineering, Books II
C.PEMUAIAN PIPA Pengaruh panas baik yang berasal dari dalam pipa ataupun pengaruh
lingkungan
sekitar
pipa
dapat
menyebabkan
pipa
mengalami pemuaian. Pemuaian ini dapat menyebabkan diameter pipa bertambah besar dan ataupun pertambahan panjang pipa.
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
14
D.SAMBUNGAN PIPA Dalam
suatu
sambungan,
baik
sambungan seperti
instalasi
pipa
katup
pipa,
sambungan dengan
(valve),
banyak
antara
ditemukan
pipa
dengan
peralatan/komponen alat
sambunganpipa
yang
instrumentasi,
maupun
diperlukan
nozel
(nozzle)
peralatan ataupun sambungan untuk merubah arah aliran. Sistem instalasi diatas kapal harus mampu mempertahankan terhadap getaran dan kelenturan. Sehingga sambungan yang memiliki daya tahan
yang
sambungan
tinggilah
tidak
yang
memiliki
dipersyaratkan.
kekuatan
dan
daya
Beberapa tahan
type untuk
digunakan pada lingkungan diatas kapal untuk waktu yang lama tanpa mengalami kerusakan/kebocoran. Beberapa sambungan yang sangat
bagus
meliputi
:
bolted
flens,
buttwelded,
socket
weld, brazed socket, reinforced branch connection, threaded, union, coupling, mechanically attached fitting dan bounded socket
untuk
bahan
jenis
sambungan
plastik
yang
akan
dan
bahan
komposit.
digunakan
pada
Pemilihan
sistem
pipa
didasarkan pada beberapa faktor meliputi : Tekanan Suhu Harga Keselamatan/keamanan Kondisi lingkungan sekitar Ukuran pipa Bahan pipa Kemudahan dalam pemeriksaaan Jaminan kualitas Ketersediaan komponen tersebut dipasar dan kecocokan pada ujung pipa Tingkat kemahiran dari instaler Batasan yang diberikan oleh badan regulasi, pihak klasifikasi dan persyaratan pemilik kapal sendiri.
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
15
Sebagian besar sistem menggunakan beberapa jenis sambungan yang
berbeda.
Penyambungan
pipa
dapat
dilakukan
dengan
beberapa cara antara lain : • dengan
las
disambung
Pengelasan
(Welded);
dipengaruhi
oleh
dan
penggunaannya,
jenis
material misalnya
penyambungan
pipa
yang
pengelasan
akan untuk
bahan stainless steel menggunakan las busur gas wolfram, dan
untuk
instalasi
pipa
baja
bersuhu
carbon
dan
digunakan
bertekanan
las
tinggi
metal.
Pada
seperti
pada
instalasi uap utama pada kapal turbin, instalasi tanpa flens adalah lazim digunakan tetapi saat ini instalasi tanpa
flens
selalu
digunakan
pada
instalasi
tekanan
rendah dengan maksud untuk mendapatkan instalasi tanpa flens
yang
layak
atau
pantas.
Sambungan
yang
umum
digunakan untuk instalasi tanpa flens antara lain : a.
Sambungan Buttwelding (fig. 1.4); buttwelding
joint adalah salah satu metode yang digunakan pada sambungan tanpa flens. Bagian yang disambung dari pipa yaitu pada masing-masing ujungnya dilas sebagai ganti dari flens. Tapi metode ini sama sekali tidak dipakai/diterapkan
karena
dapat
merusak
pipa
galvanis, instalasi pipa yang dilapisi. Kemiringan bagian
pipa
yang
akan
dilas
gambar dibawah ini (Fig. 1.4)
dapat
dilihat
pada
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
16
(a)
(b) Gambar 1: Sambungan dengan cara pengelasan Sumber : Machinery outfitting design manual Vol. 1 Piping System For Diesel Ships. b.
Sleeve
Joint
sleeve
dapat
dilihat
(sambungan pada
sleeve);
gambar
1.5,
sambungan cara
ini
digunakan pada bagian dimana flens yang digunakan adalah
bentuk
bervariasi
konvensional.
seperti
Ketebalan
berikut;
setara
sleeve
dengan
T
SGP,
SCH#40,SCH#80, dan lain lain sesuai dengan ketebalan pipa . SCH#80 padanan ketebalan [menyangkut] lengan baju
biasanya
digunakan
dalam
rangka
memperkecil
macam lengan baju
Gambar 2 : Sambungan Sleeve c. Ada
Coupling Joint banyak
macam
sambungan
coupling,
kebanyakan
kekedapan terhadap fluida dengan mengencangkan suatu
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
17
packing karet elastis dengan suatu “nut” dan di sana adalah
beberapa
tindakan
balasan
melawan
terhadap
pipa [yang] jatuh
Gambar 3 : sambungan coupling Sumber : Marine Engineering d.
Union Joint
sambungan ukuran
union
pipa
sebagian
yang
kecil.
besar Ada
digunakan
dua
jenis
untuk
sambungan
jenis ini sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 1.6 dan gambar 1.7. Salah satu dari jenis ini, untuk menjamin
kekencangan
sambungan
dengan
memasukkan
packing antara badan sambungan dan ujungnya ( gambar 1.6).
Sedangkan
jenis
yang
lain
untuk
menjamin
kekencangan tanpa menggunakan packings antara badan sambungan kerucut
dan
ujungnya
dengan
sudut
yang
berhubungan
masing-masing
37
berbentuk o
atau
90
derajat ( gambar 1,7). [satu/ orang] yang terdahulu biasanya
digunakan
penilaian/beban
untuk
maksimum.
10
kg/cm2
Bahan
dan
sambungan
di
atas
Union,
baja digunakan untuk pipa baja dan campuran logam tembaga untuk pengikatan ke pipa, pengelasan dibuat untuk pipa baja, tembaga dibuat untuk pipa tembaga.
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
18
Material sambungan union ditetapkan di (dalam) JIS F7436, 7455
Gambar 4 : sambungan union sumber :Machinery outfitting design manual) Sambungan las seperti gambar 8a dan 8b (Mar. Eng.) adalah yang cocok untuk semua tekanan dan suhu diatas kapal. Sambungan braze seperti gambar 8c mempunyai batas suhu yang
tertinggi tergantung pada meterial pipa dan
brazing metal yang digunakan. Hubungan reinforced branch seperti
gambar
8d
perlu
ada
cabang
tanpa
menggunakan
metode
komponen
dalam lain,
pemasangan sehingga
pengurangan jumlah sambungan tiap cabang dari menjadi 3 menjadi 2, dan memudahkan dalam penginstalasian cabang baru pada pipa yang ada. Sambungan ini didisain untuk mengurangi konsentrasi tegangan yang ada pada cabang dari kedua
pipa
untuk
hubungan
(unreinforced connection).
yang
tidak
diperkuat
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
19
Gambar 5 : Jenis-senis sambungan Sumber : Marine Engineering Sambungan
pipa
dengan
cara
pengelasan
dapat
dilakukan dengan : a.
Sambungan langsung (tanpa penguat)
b.
Sambungan dengan penguatan
c.
Sambungan menggunakan alat penyambung
d.
Sambungan pipa cabang dengan menggunakan
o’let.
Sambungan langsung (stub in) Sistem sambungan ini dimana hubungan pipa dengan pipa dilas
secara
langsung.
Untuk
lebih
jelasnya
dapat
dilihat pada gambar dibawah ini (buku buku raswari Gb. 1.1 & 1.2 hlm. 2).
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
20
Sambungan dengan penguatan Pada sambungan ini, antara pipa dengan yang menggunakan penguatan yang berupa pelana kuda (saddle). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini (buku buku raswari Gb. 1.3 & 1.4 hlm. 2) Sambungan menggunakan alat penyambung (fitting) Yang
dimaksud
penyambungan
dengan
pipa
penyambungan
dengan
pipa
ini
menggunakan
adalah alat
penyambung, untuk mengubah arah aliran atau memperkecil jalur pipa seperti : siku (ellbow), Te (tee), pemerkecil (reducer), kap (cap) dan silang (cross). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gamba dibawah ini (buku buku raswari Gb. 1.5 s/d 1.12 hlm. 3-5) Sambungan pipa cabang dengan menggunakan o’let Dari segi kekuatan dan teknis, sambungan pipa cabang yang menggunakan o’let lebih kuat dan lebih baik dari sambungan
yang
menggunakan
penguat
seperti
pelana
(saddle), dan reinforcement, tetapi dari segi ekonomi sambungan o’let lebih mahal. Untuk lebih jelasnya model dari sambungan ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini (buku buku raswari Gb. 1.13 & 1.17 hlm. 6-7) • digunakan
Ulir (threaded); penyambungan ini pada
pipa
yang
bertekanan
tidak
terlalu
tinggi. Sambungan pipa secara ulir terdiri dari type straight (ulir rata) dan tapered (ulir tirus/meruncing) seperti pada gambar 5 (Fig. 8e dan 8f) sangat bagus karena dapat dipasang dan dilepas.
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
21
Bagaimanapun dibandingkan dengan jenis sambungan lain, sambungan pada
ulir
celah
cenderung
ulir
dan
lebih
mudah
kebocoran
mengalami
pada
daerah
karat
ulir
dan
berkurangnya kekuatan mekaniknya. Sehingga AL AS untuk sambungan type ini hanya digunakan untuk ukuran pipa yang
kecil
berbahaya.
dan
tidak
Umumnya
vital
serta
bukan
penyambungan pipa
fluida
yang
dengan sambungan
ulir digunakan pada pipa dengan diameter dibawah 2 inci. Hal ini juga berlaku untuk kapal-kapal niaga. Kebocoran pada
sambungan
ini
dapat
dicegah
dengan
menggunakan
gasket tape pipe. Selain itu, sambungan union (union joint) seperti pada gambar 8g didisain untuk mengatasi kelemahan pada sambungan ulir dengan memberikan kekuatan mekanik yang lebih besar dan membuatkan cincin O ring, jika
diperlukan
fluida,
yang
untuk
mana
mengisolasi
tetap
ulir
memberikan
dari
sistem
kemudahan
dalam
pemasangannya dan pelepasannya. Sambungan yang lainnya adalah
dengan
sambungan kopling
(coupling). Sambungan
kopling dibuat dalam banyak macam dan gambar 8h adalah salah
satu
mudah
contohnya,
dalam
pengerjaan
harganya
tidak
pemasangan/perakitan
panas
terlebih
terlalu
tanpa
dahulu.
mahal,
dilakukan
Beberapa
bentuk
kopling yang tidak dipasang secara langsung kepada pipa tidak
mempertimbangkan
perlindungan
terhadap
separasi
dalam kaitan dengan getaran, pergerakan yang berkenaan dengan
panas,
dan
lenturan
kapal.
Beberapa
bentuk
memerlukan suatu gland packing atau segel lain untuk mencegah kapal kepada
kebocoran.
komersil
untuk
prosedur
Sambungan
Kopling
penggunaan
instalasi
yang
khusus
diijinkan spesifik
untuk
pada
tunduk
memastikan
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
sambungan
tersebut
22
tidak
akan
lepas.
Sambungan
ini
biasanya tidak diijinkan pada kapal angkatan laut AS. •
Flens
(flange);
dengan panjangnya dihubungkan dengan
Pipa
sesuai
flens untuk pipa
baja. Flens baja dibentuk dengan las bubut, ulir atau menambah
pipa.
disambung (bolt).
Dimana
dipasang Flens
kedua
flens
pipa
ujung
kemudian
pipa
diikat
dikelompokkan
yang
akan
dengan
baut
menurut
besarnya
tekanan yang disesuaikan dengan tekanan kerja maksimum ataupun diatasnya. Tetapi tekanan kerja maksimum pada uap, udara kompresi, udara/gas, air, minyak dan lainlain, instalasi pipa disesuaikan dengan besarnya tekanan dan kondisi fluida. Batas maksimum tekanan kerja untuk material flens, kondisi dari fluida secara khusus dapat dilihat pada JIS B 2201 atau juga BS 10. Flens pipa secara umum dikelompok menjadi beberapa macam menurut cara penyambungan dan type dari permukaan flens. Berikut ini diperlihatkan flens yang umum digunakan
:
a. Welded neck flange Welded neck flange adalah flens yang ujungnya dilas pada
pipa
dan
berbentuk
kerucut
tipis
untuk
penguatan. Type flens seperti ini memiliki keamanan konstruksi yang lebih baik dan cocok untuk tekanan tinggi,
suhu
tinggi
dan
suhu
yang
rendah.
Adapun
gambar flens ini sebagai berikut : (see Fig. 1.1).
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
23
Gambar : Jenis-jenis sambungan Flens b. Slip-on welded flanges Pada slip-on welded flens, pipa dimasukkan ke plate flens dan dilas tipis pada kedua sisi dari flens dan cocok
untuk
instalasi
dengan
tekanan
dari
rendah
sampai dengan tekanan sedang. (see Fig. 1.2) c. Composite Flens Flens composite yang digunakan pada instalasi pipa copper atau paduan copper dengan diameter ≤ 50 mm atau lebih sesuai ketentuan yang ada. (see fig. 1.3). Sebagai
contoh
misalnya
bagian
dalam
flens
menggunakan cast branze sedangkan bagian luar flens menggunakan baja lunak.
Gambar : Sambungan Flange material campuran.
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
24
Untuk sambungan pipa dengan menggunakan flens, menurut pihak klasifikasi sambungan flens ini terbagi menjadi beberapa type sebagaimana pada gambar dibawah ini :
Gambar : Type-type flens Sumber : Germanischers Lloyd
BUKU AJAR SISTEM DALAM KAPAL
25
DAFTAR PUSTAKA : 1. Germanischers Lloyd; [1998]; “Rules for Classification and Construction Ship Technology”; Germanischer Lloyd; Hamburg. 2. Harrington, Roy L.; [1992]; “Marine Engineering”; SNAME; New York. 3. Raswari; [1987]; “Perencanaan dan Penggambaran Perpipaan”; Universitas Indonesia Press; Jakarta
Sistem
4. The Marine Engineering Society In Japan; [1982]; “Machinery Outfitting Design Manual, Vol. 1. Piping System for Diesel Ships”; The Marine Engineering Society In Japan; Jepang
