Pemanas Air

PERENCANAAN SISTEM PEMIPAAN AIR PANAS DENGAN HOT WATER BOILER PADA

BANGUNAN FASHION HOTEL

JALAN GUNUNG SAHARI 12/2 JAKARTA

__________________________________________________ Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh : Nama

: Risman

NIM

: 0130311-065

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

Perencanaan Sistem Pemipaan Air Panas Dengan Hot Water Boiler Pada Bangunan Fashion Hotel Jalan Gunung Sahari 12/2 Jakarata

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh : Nama

: Risman

NIM

: 0130311-065

Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Jakarta 2008

i

Perencanaan Sistem Pemipaan Air Panas Dengan Hot Water Boiler Pada Bangunan Fashion Hotel Jalan Gunung Sahari 12/2 Jakarata

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh : Nama

: Risman

NIM

: 0130311-065

Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Jakarta 2008

i

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA

Menyetujui, Dosen Pembimbing

( Ir. Yuriadi Kusuma, MSc )

Disahkan Oleh, Koordinator Tugas Akhir

( Nanang Ruhyat, ST, MT )

ii

SURAT PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama

: RISMAN

NIM

: 0130311-065

Fakultas

: Teknik Industri

Jurusan

: Teknik Mesin

Universitas

: Mercu Buana

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa hasil Sekripsi / Tugas Akhir ini adalah hasil karya penulisan sendiri, bukan foto copy atau bajakan dari hasil Laporan Kerja Praktek atau Tugas Akhir Orang lain. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya, dan saya bersedia menerima sangsi apapun, baik administrasi maupun akademis apabila hasil Tugas Akhir ini tidak benar adanya atau isinya sama dengan hasil penulisan Tugas Akhir / Laporan Kerja Prakek Orang lain.

Jakarta, Mei 2008

(Risman)

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas rahmat, kasih sayang serta hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Perencanaan Sistem Pemipaan Air Panas Dengan Hot Water Boiler Pada Bangunan Fashion Hotel Jalan Gunung Sahari 12/2 Jakarata”

yang merupakan salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada program studi Teknik Mesin Universitas Mercubuana.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa terselesainya tugas akhir ini juga atas bimbingan bantuan serta saran dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat : 1. Kedua orang tua yang telah mengasuh, mendidik dan memberikan banyak kasih sayangnya kepada penulis. 2. Bapak Dr. Ir. Suharyadi, MS, selaku rektor Universitas Mercu Buana. 3. Bapak Ir. Yenon Orsa, MT, selaku Direktur Program Kuliah Sabtu Minggu Universitas Mercu Buana. 4. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma MSc, selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana dan Dosen pembimbing. 5. Bapak Ir. Rully Nutantra, M Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana.

iv

6. Para Dosen Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu, yang telah melaksankan tugasnya ; menyampaikan ilmu, memberikan bimbingan, dorongan dan motifasi kepada para mahasiswa termasuk penulis. 7. Istri serta anak-anakku tercinta, yang telah memberikan dorongan serta kesabarannya sehingga penulis dapat menyelesaikan belajar pada program studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana. 8. Karyawan / karyawati PT. Adhicipta, yang telah memberikan arahan, masukan serta bantuanya, sehingga penulis dapat belajar lebih mendalam tentang sistem pemipaan air panas. Terimakasih atas kerjasamanya selama ini. 9. Rekan-rekan mahasiswa, yang telah memberikan saran-saran berharga sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Buat Purnomo, Chaerul, Andy terimakasih banyak atas dorongan dan bantuannya selama belajar maupun dalam penyelesaian tugas akhir ini. Semoga Allah SWT selalu membalas serta melipat gandakan budi dan amal baik bapak-bapak serta teman-teman semua. Penulis juga menyadari sepenuhnya bahwa isi dari penulisan ini masih banyak kekurangan, maka saran dan kritik demi kesempurnaan tulisan ini sangat diharapkan. Semoga saja hasil penulisan ini dapat bermanfaat untuk menambah wawasan dan pengetahuan dalam merencanakan sistem air panas.

Jakarta, Mei 2008

Risman

v

ABSTRAK

Perencanaan sistem pemipaan air panas bangunan Fashion Hotel adalah dihitung berdasarkan laju aliran pada jumlah dan jenis alat plambing yang digunakan. Alat pemanas yang direncanakan menggunakan hot water boiler dengan bahan bakar gas LPG. Dengan menggunakan teori-teori dasar tentang mekanika fluida dan perpindahan panas, maka penulis melakukan perhitungan kapasitas alat pemanas (hot water boiler ), menentukan diameter pipa air panas berdasarkan grafik Hazen-Williams serta menentukan kapasitas dan head pompa sirkulasi air panas. Dari perhitungan perencanaan pada tugas akhir ini, maka didapat suatu hasil yatu : •

Laju aliran air panas 5454 kg/jam, sehingga kapasitas hot water boiler adalah 327240 kcal/jam

•

Diameter pipa yang cukup ekonomis dengan menggunakan pipa polypropylene tanpa isolasi dan mempunyai permukaan yang sangat halus sepert pipa PVC

•

Kapasitas pompa sirkulasi sesuai kerugian panas pada pipa utama adalah 40 liter/menit, dengan head total 11 meter.

Kata Kunci : Kapasitas hot water boiler, system pemipaan, pompa sirkulasi

vi

DAFTAR ISI

Halaman Judul.............................................................................................. i Lembar Pengesahan...................................................................................... ii Surat Pernyataan .......................................................................................... iii Kata Pengantar ............................................................................................. iv Abstrak......................................................................................................... vi Dafrar Isi ...................................................................................................... vii Daftar Tabel.................................................................................................. ix Daftar Rumus ............................................................................................... x Daftar Gambag ............................................................................................. xi Daftar Gambar Perencanaan Sistem Air Panas .............................................. xiii Notasi-notasi................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1 1.2 Tujuan Penulisan ......................................................................... 1 1.3 Pembatasan Masalah.................................................................... 2 1.4 Metodology ................................................................................. 3 1.5 Sistematika Penulisan.................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Sistem Penyediaan Air Panas.................................................... 5

2.2

Cara Pemanasan ....................................................................... 7

vii

2.3

Kualitas Air Panas .................................................................... 10

2.4

Laju Aliran Air Panas ............................................................... 13

2.5

Kontruksi dan Kapasitas Alat Pemanas Air............................... 16

2.6

Sistem Pemipaan Air Panas ...................................................... 33

2.7

Pompa Sirkulasi........................................................................ 46

2.8

Head Total Pompa .................................................................... 49

BAB III PENGUMPULAN DATA

3.1

Data Bangunan ......................................................................... 54

3.2

Jumlah Alat Plambing Pada Setiap Pipa Utama ........................ 55

3.3

Panjang Pipa Dan Jumlah Fiting Pada Setiap Pipa Utama ........ 57

BAB IV PERHITUNGAN PERENCANAAN

4.1

Diagram Alur Perencanaan ....................................................... 59

4.2

Laju Aliran Air Panas ............................................................... 61

4.3

Menentukan Ukuran Pipa Air Panas ......................................... 61

4.4

Kapasitas Alat Pemanas............................................................ 68

4.5

Pompa Sirkulasi........................................................................ 70

BAB V PENUTUP

5.1

Kesimpulan .............................................................................. 78

5.2

Saran........................................................................................ 79

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 80 LAMPIRAN ............................................................................................... 81

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Tekanan relative dan temperatur didih air ................................ 11

Tabel 2.2

Standar temperatur air panas menurut jenis pemakaiannya ....... 12

Tabel 2.3

Pemakaian Air Panas Hunian, Komersial dan Industri ...... ....... 14

Tabel 2.4

Pemakaian Air Panas Pada Alat Plambing ............................... 15

Tabel 2.5

Faktor pemakaian (%) dan jumlah alat plambing ..................... 15

Tabel 2.6

Jenis dan nilai kalor bahan bakar atau sumber kalor lainnya,..... 20 efisiensi dan pemakaian udara (teoritis) dari alat pemanas

Tabel 2.7

Pembakaran batu bara dan minyak bakar .................................. 21

Tabel 2.8

Koefisien perpindahan kalor untuk koil pemanas ..................... 28 2

o

(kcal/m /jam/ C) Tabel 2.9

Permukaan dalam pipa koil pemanas ....................................... 29

Tabel 2.10

Unit alat plambing untuk air panas, menurut jeis alat .............. 41 plambing dan jenis penggunaan gedungnya

Tabel 2.11

Faktor kecepatan untuk berbagai jenis pipa .............................. 42

Tabel 2.12

Kecepatan air didalam sistem pipa yang disarankan ................. 42

Tabel 2.13

Tekanan yang dibutuhkan alat plambing .................................. 51

Tabel 2.14

Kerugian Tekanan ................................................................... 52

Tabel 2.15

Panjang ekivalen untuk katup dan perlengkapan lainya ............ 53

ix

DAFTAR RUMUS

Rumus 2.1 Kapasitas pemanasan ........................................ ....................... 19 Rumus 2.2 Sumber kalor dan pemakaian kalor .......................................... 19 Rumus 2.3 Kapasitas ketel pemanas dengan bahan bakar padat ................. 20 Rumus 2.4 Panjang koil/pipa pada pemansan tak langsung dengan ........... 27 uap sebagai sumber kalor Rumus 2.5 Panjang koi pamanas ........................................ ....................... 27 Rumus 2.6 Kapasitas koil/pipa pada pemanasan tak langsung dengan ....... 27 Air panas sebagai sumber kalor Rumus 2.7 Rumus Hazen-Williams ........................................................... 40 Rumus 2.8 Laju aliran pompa sirkulasi ...................................................... 46 Rumus 2.9 Luas rata-rata penampang silinder ........................................... 47 Rumus 2.10 Jumlah panas yang diserap atau dikeluarkan pada silinder ....... 49 berlubang Rumus 2.11 Head total pompa ....................................... ............ .................. 50 Rumus 2.12 Kerugian gesek dalam pipa ..................................................... 50 Rumus 2.13 Bilangan Reynolds ................................................................... 50 Rumus 2.14 Koefisien kerugian gesek pada aliaran laminer ........................ 51 Rumus 2.15 Koefisien kerugian gesek pada aliran turbulen ......................... 51

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Contoh sistem pemanasan langsung ..................................... 8

Gambar 2.2

Ketel pemanas air satu jalan ................................................ 9

Gambar 2.3

Contoh pemanas tidak langsung .......................................... 10

Gambar 2.4

Contoh kontruksi pemanas air sesaat dengan gas, ................ 17

Gambar 2.5

Contoh kontruksi pemanas air sesaat dengan listrik ............. 18

Gambar 2.6

Contoh pemanas air untuk minum ....................................... 21

Gambar 2.7a

Contoh kontruksi ketel pemanas air dengan ........................ 22 bahan bakar gas

Gambar 2.7b

Contoh kontruksi ketel pemanas air dengan ........................ 22 bahan bakar minyak

Gambar 2.8

Contoh pemanas air dengan listrik, kapasitas sedang ........... 23

Gambar 2.9

Contoh pemanas air dengan listrik, kapasitas besar .............. 23

Gambar 2.10

Contoh kontruksi tangki pemanas air ukuran besar .............. 24 horizontal

Gambar 2.11

Contoh kontruksi tangki pemanas air ukuran besar .............. 25 Vertical

Gambar 2.12

Koefisien perpindahan kalor dari koil penukar kalor............. 28

Gambar 2.13

Contoh kontruksi penukar kalor dengan pipa jamak ............. 30

Gambar 2.14

Contoh pemanas air tenaga surya ......................................... 31

Gambar 2.15

Contoh ukuran luar pemanas air energi surya tipe ............... 32 yang bersirkulasi

Gambar 2.16

Contoh kontruksi pemanas air energi surya tipe.................... 32 yang bersirkulasi

xi

DAFTAR GAMBAR PERENCANAAN SISTEM AIR PANAS

Nomor

Judul Gambar

Skala

Gambar PL-101

DIAGRAM SISTEM AIR PANAS

NTS

PL-201

DENAH INSTALASI AIR PANAS LANTAI SEMI

1:200

BASEMENT PL-203

DENAH INSTALASI AIR PANAS LANTAI DASAR

1:200

PL-204

DENAH INSTALASI AIR PANAS LANTAI 2A

1:200

PL-205

DENAH INSTALASI AIR PANAS LANTAI 3

1:200

PL-206


1:200

PL-207


1:200

PL-208


1:200

PL-209


1:200

PL-210


1:200

PL-211


1:200

PL-212


1:200

PL-213


1:200

PL-301

DETIL STANDAR INSTALASI PIPA AIR PANAS

1:50

UNTUK KAMAR HOTEL PL-302

DETIL RUANG BOILER

1:50

xii

NOTASI-NOTASI A

Luas bidang rangka bakar

m²

A

Luas permukaan dalam dari koil pemanas

m²

Ā

Luas rata-rata penampang silinder

m²

Ao

Luas penampang luar

m²

Ai

Luas penampang dalam

m²

C

Koefisien pembakaran per satuan luas bidang bakar

N/m².detik

C1

Koefisien faktor kecepatan pada pipa

tidak ada

d

Diameter dalam pipa

m

E

Efisiensi alat pemanas

tidak ada

FU

Nilai beban setiap unit alat plambing

tidak ada

f

Koefisien perpindahan kalor dari koil pemanas

kcal/jam.m².K

S

Faktor keamanan

tidak ada

g

Percepatan gravitasi

9,8 m/detik²

H

Nilai kalor dari sumber kalor

kcal/kg

H

Head total pompa

m

ha

Head statik

m

∆hp

Perbedaan tekanan yang bekerja

m

pada kedua permukaan air hf

Berbagai kerugian head dalam pipa,

m

belokan, katup, sambungan dll K

Koefisien perpindahan kalor

kcal/jam.m².K

k

Konduktivitas bahan

kcal/jam.m.K)

L

Panjang pipa

m xiii

L

Panjang koil pemanas

m

l

Panjang per m² permukaan koil

m/m²

Q

Debit aliran air

m /detik

q

Pemakaian kalor atau daya pemanasan per jam

kcal/detik

qk

Laju perpindahan kalor konduksi

kcal/detik

q

Kapasitas pemanasan

kcal/detik

Re

Bilangan Reynolds

tidak ada

ro

Jari-jari luar

m

ri

Jari-jari dalam

m

S

Gradien hidrolik

tidak ada

th

Temperatur air panas

K

tc

Temperatur air dingin

K

ts

Temperatur uap

K

ti

Temperatur dalam pipa

K

to

Temperatur luar / temperatur ruangan

K

W

Laju aliran air panas

N/detik

v

Viskositas kinematik zat cair

m /detik

υ

Kecepatan rata-rata dalam pipa

m/detik

λ

Koefisien kerugian gesek

tidak ada

Massa jenis

kg/m

3

2

3

xiv

Bab I Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Perkembangan

teknologi

yang

semakin

maju,

sehingga

perlu

dipertimbangkan dalam merencanakan sesuatu baik dari segi biaya maupun dampak dari sistem yang dipilih. Termasuk dalam merencanakan sistem air panas untuk berbagai keperluan. Dengan banyaknya alat pemanas yang telah tersedia , perencana harus bisa memilih sistem yang tepat sesuai keperluan dan lokasi proyek. Dengan krisis Bahab Bakar Minyak ( BBM ), perlu mencari solusi yang tepat untuk memilih Boiler dengan bahan bakar yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Demikian juga dalam merencanakan sistem pemipaan perlu memilh bahan pipa yang mempunyai kerugian panas kecil, mudah dipasang, tidak mudah korosif serta tahan lama. Tentunya dengan diameter pipa yang sesuai dan hemat pula.

1.1. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut : a. Tujuan umum : •

Menambah wawasan bagi kalangan mahasiswa maupun pembaca yang lain, tentang perencanaan utilitas bangunan khususnya pemipaan air panas.

1

Bab I Pendahuluan

•

Mengaplikasikan sebagian disiplin ilmu yang telah didapat untuk kemaslahatan dalam rangka peran serta mengisi pembangunan, terutama dibidang perencanaan utilitas bangunan.

b.

Tujuan khusus : •

Mepermudah dalam mendalami perencanaan system air panas diantaranya dalam menentukan : -

Kapasitas alat pemanas

-

Merancang system pemipaan

-

Menentukan pompa sirkulasi, baik kapasitas maupun total headnya.

•

Menjadikan hasil penulisan ini sebagai salah satu pedoman dalam perencanaan system air panas yang sistemtis dan cepat.

1.2.

Pembatasan Masalah Perencanaan sistem air panas merupakan sistem yang komplek dari segi

penggunaan dan alat pemanasnya. Pada penulisan sistem air panas ini penulis membatasi hanya pada : •

Menentukan kapasitas hot water boiler ( bukan kontruksi )

•

Menentukan diameter pipa dengan Grafik Hazen-Williams.

•

Kapasitas dan head pompa sirkulasi air panas

pada bangunan FASHION HOTEL di jalan Gunung Sahari 12/2 Jakarta.

2

Bab I Pendahuluan

1.3. Metodology Metode yang digunakan dalam penulisan ini adalah: •

Metode Pustaka, dengan pencarian data dari beberapa buku panduan.

•

Metode persuasif, yaitu pendekatan dengan designer atau engineer dan pengelola hotel ( hotel operator ), cara ini cukup efektif untuk mendapatkan informasi penting, karena kita bisa mendapatkan ilmu dan penjelasan yang mendetail tentang perencanaan s istem air panas.

•

Konsultasi dan diskusi dengan dosen pembimbing serta temanteman mahasiswa.

1.4.

Sistematika Penulisan

BAB I

: PENDAHULUAN Dalam bab ini diuraikan mengenai Latar belakang Penulisan, Tujuan Penulisan,

Pembatasan

Masalah,

Metodelogi

Penulisan

dan

Sistematika Penulisan.

BAB II

: DASAR-DASAR PERENCANAAN Pada bab ini diuraikan teori-teori dari beberapa disiplin ilmu dan dasar referensi yang digunakan dalam perhitunga-perhitungan kapasitas alat pemanas, ukuran diameter pipa air panas dan kapasitas pompa sirkulasi.

3

Bab I Pendahuluan

BAB III

: PENGUMPULAN DATA Pada bab ini diuraikan data-data mengenai jumlah dan jenis alat plambing yang menggunakan air panas, panjang dan jumlah fitingfiting pada pipa utama. Data-data di atas akan digunakan dalam perhitungan-perhitungan kapasitas alat pemanas, ukuran diameter pipa air panas dan kapasitas pompa sirkulasi.

BAB IV

: PERHITUNGAN PERENCANAAN Pada bab ini adalah perhitungan berdasarkan uraian pada BAB II dan data-data bangunan Fashion Hotel yang dikumpulkan pada BAB III.

BAB V

: KESIMPULAN Berisi kesimpulan dari hasil perhitungan dan saran-saran dalam merencanakan system air panas agar lebih efisien sesuai dengan lokasi, jenis dan fungsi bangunannya.

DAFTAR PUSTAKA Pada bab ini terdapat daftar buku yang digunakan sebagai referensi dalam penulisan ini.

LAMPIRAN Lampiran yang terdapat dalam laporan ini digunakan sebagai pelengkap dari isi tiap bab. Lampiran ini berisi gambar-gambar dan table. 4

Bab II Landasan Teori

BAB – II LANDASAN TEORI

2.1.

Sistem Penyediaan Air Panas

Sistem penyediaan air panas adalah instalasi yang menyediakan

air

panas dengan menggunakan sumber air bersih, dipanaskan dengan berbagai cara, baik langsung dari alat pemanas maupun melalui sistem pemipaan. Seperti halnya untuk instalasi air bersih, peralatan air panas juga harus memenuhi syarat sanitasi. Dalam garis besarnya ada dua macam instalasi, yaitu instalasi lokal dan sentral. Instalasi mana yang akan dipilih pada tahap perancangan bergantung pada beberapa faktor, antara lain : •

ukuran dan jenis penggunaan gedung

•

cara pemakaian air panas

•

harga peralatannya.

2.1.1. Instalasi Lokal

Pada jenis pemanasan ini, air panas dapat diperoleh lebih cepat. Hal ini dikarenakan pemasangan alat pemanas berdekatan dengan alat plambing ( plumbing fixture), sehingga kehilangan kalor pada pipa sangat kecil. Pemasangan instalasi dan perawatanya sederhana dan harganya cukup rendah. Cara ini banyak digunakan pada rumah tinggal dan gedung-gedung kecil.

5


Instalasi jenis lokal dapat dibagi menjadi 3 kelompok yaitu : a. Pemanasan sesaat Pada jenis ini air dipanaskan dalam pipa-pipa yang dipasang didalamnya dengan sumber kalor dari listrik atau gas. Air yang telah dipanaskan melalui pipa-pipa didalamnya kemudian disalurkan langsung kedalam alat plambing. b. Pemanasan simpan Air bersih dipanaskan dalam suatu tangki yang dapat menyimpan air panas. Dalam jumlah yang tidak terlalu banyak. Volume tangki biasanya tidak lebih dari 100 ltr. Sumber kalor yang digunakan dari listrik, gas a tau uap panas. c. Pencampuran uap panas dengan air Cara ini dapat dilakukan apabila didalam gedung telah tersedia sumber uap panas. Uap panas tersebut dicampurkan langsung dengan air dalam suatu tangki atau melalui katup ke dalam pipa air.

2.1.2. Instalasi Sentral

Pada jenis ini, air panas dibangkitkan disuatu tempat dalam gedung, kemudian dialirkan melalui pipa keseluruh alat plambing yang membutuhkan air panas. Bahan bakar yang digunakan biasanya dari bahan bakar minyak atau gas. Dengan tenaga listrik jarang digunakan karena harga listrik cukup mahal. Dari alat pemanas air panas disimpan dalam tangki yang besar, kemudian dialihkan ke alat-alat plambing melalui pipa distribusi. Distribusi air

6


panas dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu sistem langsung dan sistem sirkulasi. Sistem langsung atau sistem terbuka, pipa hanya mengalirkan air panas dari tangki penyimpanan ke alat plambing, sehingga apabila air lama tidak digunakan, air didalam pipa menjadi dingin, apalagi jika instalasi pipanya panjang. Sistem sirkulasi atau sistem tertutup, jaringan pipa tertutup jika kerankeran tidak ada yang dibuka, air panas didalam pipa utama akan disirkulasikan oleh pompa menuju alat pemanas kembali. Dengan demikian air panas didalam pipa akan selalu terjaga panasnya meskipun alat plambing yang dilayani cukup jauh.

2.2.

Cara Pemanasan

Cara pemanasan air dapat dilakukan dengan cara pemanasan langsung dan pemanasan tidak langsung. 2.2.1. Cara Pemanasan Langsung

a. Ketel pemanas air ( storage hot water boiler ) Seperti terlihat pada Gambar. 2.1 (a), air dipanaskan oleh dinding ruang bakar ketel dan kemudian didistribusikan. Proses pemanasan air terjadi secara konveksi. Cara ini mempunyai efisiensi yang tinggi, tetapi mempunyai beberapa kelemahan, diantaranya : •

Pada waktu air panas digunakan, maka air dingin akan masuk ke dalam ketel. Dinding ketel akan mengalami perubahan temperatur

7


yang cukup besar sepanjang waktu pemakaian air panas, sehingga akan menimbulkan perubahan tegangan pada dinding ketel yang pada akhirnya akan memperpendek umur ketel. •

Kalau air dingin yang masuk ke dalam ketel mempunyai kualitas yang kurang baik, dapat menimbulkan kerak pada dinding, sehingga lama kelamaan akan mengurangi efisiensi pemanasan.

•

Tekanan air masuk ketel berpengaruh langsung pada kekuatan dinding ketel, sehingga tekanan kerja dinding ketel harus lebih besar dari tekanan air dingin masuk.

Gambar. 2.1 Contoh sistem pemanasan langsung.

b. Kombinasi ketel pemanas air dan tangki penyimpan Dalam cara ini, seperti terlihat pada Gambar 2.1 (b), air panas keluar dari ketel dimasukan lebih dahulu ke tangki penyimpan sebelum didistribusikan. Sehingga menmpunyai efisiensi yang kurang baik. c. Pemanas satu jalan ( once through )

8


Cara pemanasn ini termasuk sistem pemanasan sesaat, seperti terlihat pada Gambar. 2.2

Gambar. 2.2 Ketel pemanas air satu jalan.

2.2.2. Cara Pemanasan Tidak Langsung

Dalam cara ini uap panas atau air sangat panas (tekanan tinggi) dialirkan ke dalam suatu jaringan pipa di dalam tangki penyimpan air panas, sehinggga terjadi pertukaran panas di dalam tangki tersebut. Pemanasan tidak langsung menghasilkan efisiensi yang lebih rendah apabila dibandingkan dengan cara pemanasan langsung. Pemanasan tidak langsung yang terjadi pada tangki penyimpan bekerja berdasarkan pertukaran kalor ( Heat Exchanger ). Untuk mencegah air air dingin yang masuk ke dalam tangki terlalu panas, maka pipa air dingin disambungkan pada pipa balik air panas pada sistem pipa sirkulasi.

9


Gambar. 2.3

2.3.

Contoh system pemanas tidak langsung.

Kualitas Air Panas

2.3.1. Sifat-sifat Air

Air mempunyai sifat anomaly, yaitu mempunyai volume tetap pada temperatur 4°C (241 K), dan akan bertambah pada temperatur yang lebih rendah maupun lebih tinggi. Apabila dipanaskan terus dari 4 sampai 100°C (373 K), volumenya akan bertambah sekitar 4,3%. Sehingga dalam perencanaan, faktor ini juga harus dipertimbangkan. Pada bejana tertutup harus dipasang pipa atau katup ekspansi untuk melepaskan tekanan yang tim bul akibat pertambahan volume. Sedangkan air apabila dipanaskan terus, pada suatu temperatur tertentu akan mulai mendidih, dan titik didihnya berubah tergantung pada tekanan dalam air tersebut. Hubungan tekanan dan titik didih air dapat dilihat pada Tabel 2.1

10


Tabel 2.1

Tekanan relatif dan temperatur didih air.

Tekanan

Temperatur

Tekanan

Temperatur

N/m2

K ( oC )

N/m2

K ( oC )

0

373 (100)

2,94 x 10 -3

416 (143)

0,49 x 10-4

384 (111)

3,43 x 10 -3

420 (147)

393 (120)

3,90 x 10

-3

424 (151)

1,47 x 10-3

400 (127)

4,41 x 10 -3

429 (156)

1,98 x 10-3

406 (133)

4,9 x 10 -3

431 (158)

-3

411 (138)

5,39 x 10

9,8 x 10

-4

2,45 x 10

-3

1

434 (161)

2.3.2. Temperatur Air Panas

Air panas di dalam alat plambing biasanya digunakan untuk mencuci muka dan tangan, mandi, mencuci pakaian dan alat-alat dapur dan sebagainya. Air panas yang digunakan untuk berbagai keperluan mempunyai temperatur berbedabeda, seperti tercantum pada tabel 2.2.

1

Tabel 2.1 : S oufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 104

11


Tabel 2.2

Standar temperatur air panas menurut jenis 2 pemakaiannya. Temperatur (oC)

Jenis Pemakaian 1

Minum

50-55

2

Mandi : dewasa anak-anak

42-45 40-42

3

Pancuran mandi

40-43

4

Cuci muka dan cuci tangan

40-42

5

Cuci tangan untuk keperluan pengobatan

43

6

Bercukur

46-52

7

Dapur: * macam-macam keperluan * untuk mesin cuci proses pencucian proses pembilasan

45-60 70-80

Cuci pakaian * macam-macam pakaian * bahan sutra dan wol * bahan linen dan katun

60 33-49 49-60

9

Kolam renang

21-27

10

Cuci mobil (di bengkel)

24-30

8

45

2.3.3. Pengaruh Kualitas dan Temperatur Air Panas

Selain oksigen, air biasanya juga mengandung garam-garaman dan zatzat yang dapat menimbulkan karat atau kerak pada logam ketel, tangki penyimpan dan pipa. Kualitas bisa dikatakan baik jika j ika kandungan zat-zat perusaknya sedikit. Disamping zat perusak, temperatur juga berpangaruh terhadap proses pengkaratan, makin tinggi temperaturnya, makin cepat prosesnya. Secara umum dapat dikatakan bahwa dengan peningkatan temperatur setiap 10°C, kecepatan pengkaratan berlipat dua kali. Oleh karena itu pemanasan air secara berlebihan tidak dianjurkan. Berdasarkan percobaan-percobaan telah ditemukan bahwa pipa baja mempunyai proses pengkaratan maksimum pada temperatur 70°C. Oleh

2

Tabel 2.2 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 109

12


karena itu harus dihindarkan pemanasan air lebih tinggi dari temperatur yang diperlukan.

2.4.

Laju Aliran Air Panas.

Banyaknya air panas yang digunakan bergantung pada jenis pemakaian gedung, jumlah orang, banyaknya alat plambing dan lain-lain. Ada dua cara yang dapat digunakan untuk menghitung kebutuhan air panas, yaitu : d. Berdasarkan jumlah orang atau penghuni e. Berdasarkan jumlah dan jenis alat plambing. 2.4.1. Perhitungan Berdasarkan Jumlah Orang ( Penghuni )

Untuk setiap jenis pemakaian gedung, jumlah kebutuhan air panas dapat dihitung berdasarkan jumlah orang dan kebutuhan air panas setiap orang setiap harinya. Jumlah pemakaian air panas setiap orang setiap hari dapat dilihat pada Tabel 2.3.

2.4.2. Perhitungan Berdasarkan Jenis dan Jumlah Alat Plambing

Metode ini digunakan apabila kondisi pemakaian alat plambing dapat diketahui penggunaan gedung dan jumlah dari setiap alat plambing. Laju aliran air panas maksimum pada jenis alat plambing yang diperlukan dapat dihitung berdasarkan Tabel 2.4 dan faktor keserempakan pemakaian pada Tabel 2.5.

13


Tabel 2.3.

Pemakaian Air Panas Hunian, Komersial dan Industri

Jenis bangunan

Maksimum dalam sejam

3

Maksimum dalam sehari

Rata-rata dalam sehari

Asrama pria Asrama wanita

3.8 gal (14.4 L)/siswa 5.0 gal (19 L)/siswa

22.0 gal (83.4 L)/siswa 26.5 gal (100.4 L)/siswa

13.1 gal (49.7 L)/siswa 12.3 gal (46.6 L)/siswa

Motel : jumlah unit Kurang dari 20 60 Lebih dari100

6.0 gal (22.7 L)/unit 5.0 gal (19.7 L)/unit 4.0 gal (15.2 L)/unit



Kamar perawat

4.5 gal (17.1 L)/tempat tidur



Gedung Kantor

0.4 gal (1.52 L)/Orang



11.0 gal (41.7 L)/Orang/jam 6.0 gal (22.7 L)/Orang/jam

2.4 gal (9.1 L)/Orang/jam/hari 0.7 gal (2.6 L)/Orang/jam/hari

Restauran -Type A- restaurant 3x makan 1.5 gal (5.7 L)/Orang/jam -Type B-dengan palayanan antar, 0.7 gal (2.6 L)/Orang/jam dengan pembatas ruangan,tempat makan siang, toko makanan ringan dan minuman Apartmen : jumlah unit Kurang dari 20 50 75 100 Lebih dari 200

12.0 gal (45.5 L)/unit 10.0 gal (37.9 L)/unit 8.5 gal (32.2 L)/unit 7.0 gal (26.5 L)/unit 5.0 gal (19 L)/unit

80.0 gal (303.2 L)/unit 73.0 gal (276.7 L)/unit 66.0 gal (250 L)/unit 60.0 gal (227.4 L)/unit 50.0 gal (195 L)/unit

42.0 gal (159.2 L)/unit 40.0 gal (151.6 L)/unit 38.0 gal (144 L)/unit 37.0 gal (140.2 L)/unit 35.0 gal (132.7 L)/unit

Elemntary schools

0.6 gal (2.3 L)/siswa



Junior and senior schools



1.8 gal (6. L)/siswa

3

Tabel 2.3. : Stein / Reynolds / Mc Guinness, Mechanical And Electrical Eguipment for Building 7th Editioan, hal. 529

14


Tabel 2.4.

Alat Plambing

Pemakaian Air Panas Pada Alat Plambing

Jumlah air panas sekali pakai

Jumlah pemakaian per jam

Pemakaian air panas per jam

(liter)

(/jam)

(liter/jam)

Bak cuci tangan (pribadi)

7,5

1

7,5

Bak cuci tangan (untuk umum)

4

2-8

10 - 40

Bak mandi rendam (bath tub)

100

1,3

100 - 300

Pancuran mandi (Shower )

50

1-6

50 - 300

Bak cuci dapur ( kitchen sink )

15

3–5

45 - 75

Bak cuci kecil,

10

2–4

20 - 40

4

Keterangan

Untuk rumah pribadi dan rumah susun saja


Tabel 2.4.

Alat Plambing

Pemakaian Air Panas Pada Alat Plambing

Jumlah air panas sekali pakai

Jumlah pemakaian per jam

Pemakaian air panas per jam

(liter)

(/jam)

(liter/jam)

Bak cuci tangan (pribadi)

7,5

1

7,5

Bak cuci tangan (untuk umum)

4

2-8

10 - 40


100

1,3

100 - 300

Pancuran mandi (Shower )

50

1-6

50 - 300


15

3–5

45 - 75

Bak cuci kecil, dapur ( Pantry sink )

10

2–4

20 - 40

Bak cuci pakaian (laundry sink )

15

4–6

60 - 90

Bak cuci pel (slop sink )

15

3–5

45 - 75

4

Keterangan

Untuk rumah pribadi dan rumah susun saja

Kalau mesin cuci, tergantung kebutuhan mesin cuci

Catatan :. Faktor pemakaian alat plambing untuk Rumah sakit, hotel 25% Rumah pribadi, rumah susun dan kantor 30% Abrik, sekolah : 40%

Tabel 2.5

Faktor pemakaian (%) dan jumlah alat plambing

5

1

2

4

8

12

16

24

32

40

50

70

100

Kloset, degelontor ngan katup

1

50

50

40

30

27

23

19

17

15

129

10

satu

2

3

4

5

6

7

7

8

Alat biasa

1

100

75

55

48

45

42

40

39

38

35

33

dua

3

5

6

7

10

13

16

19

25

33

plambing

10

4

Tabel 2.4 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 113

5


15


2.5.

Kontruksi dan Kapasitas Alat Pemanas Air

2.5.1. Alat Pemanas Sesaat (

instantaneous water heater )

Alat pemanas jenis ini tidak menyimpan air panas dan biasanya menggunakan gas atau listrik sebagai sumber kalornya. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk jenis pemanas gas sesaat, yaitu : •

2

Tekanan air dingin yang masuk 0,7 – 4 kg/cm , atau dinyatakan oleh pabrik pembuatnya.

•

Katup gas akan terbuka jika aliran air cukup, apabila aliran air terlalu kecil atau alat plambing dilayani mempunyai tekanan aliran cukup besar, katub gas kadang-kadang tidak mau membuka.

•

Penyediaan udara harus cukup, penyediaan udara mempengaruhi syarat mutlak untuk jenis pemanas ini. Biasanya disediakan lubang pada dinding untuk memasukan udara luar, dan pipa pembuangan dari hasul pembakaran.

Sedangkan untuk alat pemanas listrik sesaat biasanya dipasang apabila daya listrik relative murah atau apabila tidak memungkinkan jika dipasang alat pemanas air gas. Pada pemanas air jenis ini, daya listrik hanya akan mengalir ke dalam elemen pemanas apabila keran air panas dibuka. Alat pemanas ini dilengkapi dengan yang akan mengurangi arus listrik untuk mengatur temperatur air apabila laju aliran airnya kecil, serta alat pengaman pemutus arus pada waktu temperaturnya telah berada pada batas panas maksimum yang direncanakan.

16

1 7

L a n d a s a n B T a e b o r I i I

Gambar. 2.4. Contoh kontruksi pemanas air sesaat dengan gas, kapasitas besar

1 8

1 8


Gambar. 2.5. Contoh kontruksi pemanas air sesaat, dengan listrik


2.5.2. Ketel Pemanas Satu Jalan ( Once Through )

Air masuk ke dalam rangkaian pipa dalam ruangan api ketel dan keluar sebagai air panas. Hanya sebagian kecil air yang tersimpan dalam rangkaian pipa. Sumber kalor yang digunkan adalah gas atau minyak bakar. a. Kapasitas pemanasan (kcal/jam) q = W (T h − T c )

di mana : q : Kapasitas pemanasan (kcal/detik)

6

(2.1)


2.5.2. Ketel Pemanas Satu Jalan ( Once Through )

Air masuk ke dalam rangkaian pipa dalam ruangan api ketel dan keluar sebagai air panas. Hanya sebagian kecil air yang tersimpan dalam rangkaian pipa. Sumber kalor yang digunkan adalah gas atau minyak bakar. a. Kapasitas pemanasan (kcal/jam) 6

q = W (T h − T c )

(2.1)

di mana : q : Kapasitas pemanasan (kcal/detik) W : Laju aliran air panas (kg/detik) Th : Temperatu air panas (338 K) Tc : Temperatur air dingin (278 – 288 K)

b. Sumber kalor dan pemakain kalor. Sumber-sumber kalor yang umum digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.6, sedangkan pemakaian kalor atau dayanya dapat dihitung dengan Rumus :

q=

W (T h − T c )

( H )( E )

7

(2.2)

di mana : q : Pemakaian kalor atau daya pemanas per detik H : Nilai kalor dari sumber kalor (Tabel 2.6) E : Efisiensi alat pemanas (Tabel 2.6)

6

Rumus 2.1 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 104

7

Rumus 2.2 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal 163

19


c. Kapasitas ketel pemanas dengan bahan bakar padat yang sering dinyatakan dengan luas bidang rangka bakar yaitu :

A =

W (T h − T c )

(C )( H )( E )

8

(2.3)

di mana : 2

A : Luas bidang rangka bakar (m ) 2

C : Koefisien pembakaran bidang rangka bakar (N/m /detik), lihat Tabel 2.7. W, H, T h , T c dan E sama seperti Rumus 2.1 dan 2.2. Tabel 2.6 Jenis dan nilai kalor bahan bakar atau sumber kalor lainnya, efisiensi dan pemakaian udara (teoretis) dari alat pemanas. Bahan bakar atau sumber kalor

9

Satuan pemakaian

Nilai kalor H

Efisiensi E (%)

Pemakaian udara teoritis

Batu bara

kg/jam

4000 – 7500 kcal/kg

35 – 65

4,5 – 9,0 Nm3 /kg

Kokas

kg/jam

5000 – 7000 kcal/kg

Minyak bakar

kg/jam

10000 kcal/kg

50 – 70

10,0 – 11,5 Nm3 /kg

Minyak solar

kg/jam

10000 kcal/kg

50 – 70

10,0 – 11,5 Nm3 /kg

Minyak tanah

kg/jam

11000 kcal/kg

50 – 70

12,0 Nm3 /kg

Gas kota

m3/jam

3600 - 11000 kcal/m3 1)

65 – 75

4,6 Nm3 /kg 1)

Gas alam

m3/jam

8000 - 11000 kcal/m3 1)

65 – 75

(tergantung komposisinya)

LPG

kg/jam

11000 - 12000 kcal/kg

65 – 75

1,3 Nm3 /kg

Listrik

kW/jam

860 kcal/kW

8,9 – 9,0 Nm3 /kg

98 2)

Uap panas (dalam pipa)

kg/jam

Kalor laten uap, kcal/kg

Uap panas (disemprotkan)

kg/jam

Kalor total uap, kcal/kg, sampai temperatur air panas.

97 100

Catatan :

8

9

2

Tergantung kualitas gas yang disediakan untuk sesuatu kota.

3

Kalau uap panas direncanakan akan mencair dalam pipa.

4

Untuk gas kota yang nilai kalornya 5000 kcal/kg

Rumus 2.3 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 164 Tabel 2.6 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 163

20


Tabel 2.7 Pembakaran batu bara dan minyak bakar Bahan bakar

10

Ukuran ketel

Kecil

Sedang

Besar

Minyak bakar

Nilai “C” (kg/m²/jam)

1,2

1,4

1,7 – 2,2

Batu bara

Luas rangka bakar (m²) Nilai “C” (kg/m²/jam)

< 0,5 23

< 1,0 27

2,0 atau lebih 32

2.5.3. Tangki Pemanas Untuk Minum

Jenis pemanas ini biasanya dipasang dalam kantor untuk menyediakan o

air panas untuk membuat minuman, pada temperatur 80 – 90 C. Sumber kalor yang digunakan listrik, gas, atau uap panas ( steam ). Bahan tangki biasanya dari plat tembaga atau baja tahan karat.

Gambar. 2.6 Contoh pemanas air untuk minum.

10


21


2.5.4. Tangki Pemanas Air

Pemanas jenis ini berfungsi juga sebagai penyimpan air panas, dan sumber kalor yang digunakan gas, minyak bakar, atau listrik.

Gambar 2.7a Contoh konstruksi ketel tangki pemanas air, dengan bahan bakar gas

22

Gambar 2.7b Contoh konstruksi ketel tangki pemanas air, dengan bahan bakar minyak


Gambar. 2.8 Contoh tangki pemanas air dengan listrik kapasitas sedang.

Gambar. 2.9 Contoh tangki pemanas air dengan listrik kapasitas besar.

23

2 4


Gambar. 2.10. Contoh kontruksi tangki pemanas air ukuran besar, horizontal



25


2.5.5. Tangki Penyimpan Air Panas.

Dilihat dari konstruksinya tangki penyimpan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu tangki penyimpan mendatar dan tegak. Ditinjau dari segi pemanasannya, tangki mendatar lebih baik dari tangki tegak. Oleh karena itu tangki tegak biasanya digunakan apabila tempatnya tidak memungkinkan untuk dipasang tangki mendatar. Dinding tangki biasanya terbuat dari pelat baja, baja tahan karat, atau pelat baja dilapis baja tahan karat. Walaupun demikian bahan-bahan tersebut akan tetap berkarat, tergantung pada kuwalitas dan temperature airnya ( makin tunggi temperatur air, makin cepat tingkat pengkaratannya). Sedangkan koil pemanas dalam tangki biasanya terbuat dari tembaga. Koil pemanas ini harus dapat dicabut dari tangki untuk pemeriksaan, pembersihan, dan perawatan. Oleh arena itu harus tersedia ruang yang cukup untuk mencabut koil dari tangki.

2.5.6. Penukar Kalor

Alat penukar kalor yang sering digunakan adalah penukar kalor jenis pipa jamak ( multitubular ) untuk mamanaskan air dengan uap panas ( steam). Kapasitas koil/pipa pada pemanasan tak langsung dengan uap panas sebagai sumber kalor dapat dihitung dengan rumus dibawah ini. a. Kapasitas koil / pipa pada pemanasan tak langsung dengan uap panas sebagai sumber kalor.

26


A =

W (T h − T c ) T h − T c f (T s − ) 2

11

(2.4)

Dan L = ( A)(l )( S )

12

(2.5)

di mana : 2

A :

Luas permukaan dalam dari koil pemanas (m )

L :

Panjang koil pemanas

f :

Koefisien

perpindahan

(kcal/detik.m2.K), lihat

kalor

dari

koil

pemanas

Tabel 2.8 untuk uap

T s :

Temperatur uap (K)

l:

Panjang per m permukaan koil (m/m ), lihat Tabel 2.9

S:

Faktor kamanan ( 1,2 – 1,3 )

2

2

b. Kapasitas koil/pipa pada pemanasan tak langsung dengan air panas sebagai sumber kalor

A =

W (T h − T c ) T h − T c k (T s − ) 2

13

(2.6)

di mana : k :

2

o

Koefisien perpindahan kalor (kcal/(m .Jam. C), lihat Gambar 2.12. A, W, T h , T c dan T s sama seperti Rumus 2.1 sampa 2.3.

11


12


13


27


Gambar 2.12 Koefisien perpindahan kalor dari koil penukar kalor.

14

Catatan : Kalau pipa koil diisi air diluarnya uanp panas, maka :

t m = t s

(t h − t c ) 2

Kalau diluarnya pipa adalah air panas bertemperatur tinggi, maka koefisien perpindahan kalor menjadi kurang dari setengahnya nilai yang diperoleh dari grafik diatas

Tabel 2.8

Koefisien perpindahan kalor untuk koil pemanas 2

o

(kcal/m /jam/ C).

15

Uap

Air panas 80oC

Pipa tembaga dan pipa kuningan

1170 (1100)

490 (750)

Pipa baja

780 (750)

330 (480)

Bahan koil pemanas

Catatan : Angak-angka dalam tanda kurung menyatakan contoh pada alat pamanas yang dibuat sesuatu pabrik

14

15

Gambar 2.12 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 167 Tabel 2.8 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 165

28


Tabel 2.9 Permukaan dalam pipa koil pemanas.

16

Pipa tembaga dan campuran tembaga (JIS H 3300-1977 Copper and copper alloy seamless pipes and tubes) Diameter luar (mm)

Tebal pipa (mm)

Diameter dalam (mm)

Luas tiap panjang 1 m (m²/m)

Panjang tiap luas 1 m² (m²/m)

19

1,5

16

0,050

20

25

1,5

22

0,069

14,5

32

2,0

28

0,088

11,4

Pipa baja (JIS 6 3461-1978 Pipa baja karbon untuk ketel dan penukar kalor) Diameter luar (A) (mm)

16

Tebal pipa (mm)

Diameter dalam (mm)

Luas tiap panjang 1 m (m²/m)

Panjang tiap luas 1 m² (m²/m)

19

2,0

15

0,047

21,3

25,4

2,0

2,14

0,067

14,9

31,8

2,9

26

0,082

12,2


29

3 0


Gambar. 2.13. Contoh kontruksi penukar kalor, dengan pipa jamak.


2.5.7. Pemanas Air Tenaga Surya

Pada alat pemanas ini, air dalam pipa-pipa pengumpul dipanaskan oleh radiasi surya. Pelat yang menutup pengumpul tenaga surya harus sangat bening dan tahan cuaca, biasanya terbuat dari plastik temper atau jenis plastik tertentu. Alat pemanas surya biasanya dikombinasikan dengan pemanas listrik atau gas. Pemanas listrik atau gas bekerja secara otomatis pada saat cuaca mendung atau hujan, sehingga air panas tetap tersedia.


2.5.7. Pemanas Air Tenaga Surya

Pada alat pemanas ini, air dalam pipa-pipa pengumpul dipanaskan oleh radiasi surya. Pelat yang menutup pengumpul tenaga surya harus sangat bening dan tahan cuaca, biasanya terbuat dari plastik temper atau jenis plastik tertentu. Alat pemanas surya biasanya dikombinasikan dengan pemanas listrik atau gas. Pemanas listrik atau gas bekerja secara otomatis pada saat cuaca mendung atau hujan, sehingga air panas tetap tersedia.

Gambar. 2.14 Contoh pemanas air energy surya.

31


Gambar. 2.15 Contoh ukuran luar pemanas air energy surya tipe yang bersirkulasi.

Gambar. 2.16 Contoh konstruksi pemanas air energy surya tipe yang bersirkulasi.

32


2.6.

Sistem Pemipaan Air Panas

2.6.1. Sistem Penyedian Air Panas

Sistem penyediaan air panas dapat dibagi menjadi beberapa klasifikasi berdasarkan sistem pemipaan dan cara penyediaannya : c. Menurut sistem penyediaannya ada dua macam, yaitu : •

Sistem aliran ke atas ( up feed ) : air panas dialirkan ke alat-alat plambing melalui pipa cabang dari pipa utama yang dipasangkan pada lantai terbawah gedung.

•

Sistem aliran ke bawah ( down feed ) : air panas dialirkan ke alat-alat plambing melalui pipa cabang, dari pipa utama yang ditempatkan pada lantai paling atas gedung.

d. Menurut cara penyediaannya ada dua macam, yaitu : •

Sistem pipa tunggal

•

Sistem sirkulasi atau sistem dua pipa

e. Menurut cara sirkulasinya ada dua macam, yaitu : •

Sirkulasi secara alami

•

Sirkulasi paksaan, dengan menggunakan pompa.

Perbandingan antara sistem pipa tunggal dan sistem sirkulasi : Pada sistem pipa tunggal, dimana pipa hanya menghantarkan air panas dari tangki penyimpan atau dari pemanas tanpa pipa balik. Sehingga apabila tidak ada pemakaian, air akan diam di dalam pipa dan mengalami kerugian panas melalui dinding pipa, kemudian air panas akan mengalami penurunan temperatur.

33


Dengan demikian sistem pipa tunggal cocok untuk gedung dengan pipa hantar yang cukup pendek, misalnya : untuk rumah tinggal dan juga pada gedunggedung yang pemakaian air panasnya cukup tinggi, sehingga air panas tidak diam di dalam pipa. Pada sistem sirkulasi ada dua pipa, yaitu pipa hantar dan pipa balik. Dalam keadaan dimana tidak terdapat pemakaian, air akan tetap mengalir (disirkulasikan) dari pipa hantar ke tangki penyimpan atau pemanas air. Laju aliran air yang disirkulasikan adalah sedemikian agar penurunan temperatur air dalam pipa hantar akibat kehilangan panas melalui dinding-dinding pipa masih dalam batas yang direncanakan. Sehingga setiap saat keran dibuka air tetap pada keadaan temperatur minimum yang direncanakan. Untuk menjaga agar air panas mempunyai keseragaman temperatur atau perbedaan yang tidak terlalu besar disetiap pipa cabang, perlu dipasang katupkatup pembalans dan merancang pipa balik yang dibalik ( reverse return), seperti terlihat pada Gambar 2.7 dan 2.8.

34

3 5

Gambar. 2.17. Contoh sistem pipa pengisi ke atas (tangki air panas di l anatai bawah) Sumber : Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 118 (Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura )

3 6


3 6

Gambar. 2.18. Contoh sistem pipa pengisi ke atas (tangki air panas di lanatai atap) Sumber : Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 119 (Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura )

3 7


3 7


Gambar. 2.19. Contoh sistem pipa pengisi ke bawah Sumber : Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 121 (Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura )



Gambar. 2.20 Contoh sistem ‘ reverse return’.

Gambar. 2.21 Contoh sistem ‘ reverse return’ dengan pompa sirkulasi.

Sumber : Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 123 (Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura )

38


2.6.2. Pemasangan Katup

Dari pipa utama ( tegak maupun mendatar) menuju pipa cabang, hendaklah dipasang katup-katup pemisah untuk mempermudah perawatan

/

perbaikan serta untuk pembalans. Untuk mempermudah perbaikan, maka jemis sambungan pada katup menggunakan jenis flens, bukan jenis sambungan ulir. Apabila katup yang dipasang berfungsi sebagai pemisah pipa cabang dan juga merangkap untuk mengatur laju aliran / pembalans maka jenis katup yang dipasang hendaknya katup bola ( Globe Valve ). Katup-katup pemisah ini hendaknya dipasang pada tempat yang mudah dalam mengoperasikannya. Kalau pipa dipasang dalam suatu cerobong ( Shaft ), maka ukuran cerobong harus cukup luas, untuk mempermudah dalam pengoperasian, perawatan atau penggantian katup apabila diperlukan.

2.6.3. Penentuan Ukuran Pipa

Ukuran pipa air panas dapat dilakukan dengan menentukan laju aliran a ir dalam setiap bagian pipa yang biasanya digunakan dengan dua cara yaitu: .1 Dengan mengalikan laju aliran pada beban puncak sebesar 1,5 s/d 2 kalinya. .2 Dengan menghitung jumlah unit beban alat plambing ( fixture unit / FU ) seperti yang terdapat pada Tabel 3.5, kemudian dihubungkan dengan Gambar 3.1, sehingga didapat laju aliran air panas. Pada umumnya cara yang kedua sering digunakan dalam perencanaan menentukan laju aliran air panas.

39


Cara yang sederhana dalam mencari diameter dalam pipa adalah dengan menggunakan Rumus Hazzen-Williams yang sudah dituangkan ke diagramdiagram pada Gambar 2.23, 2.24 atau 2.25, sesuai dengan jenis pipa yang akan digunakan. Kecepatan rata-rata didalam pipa yang dijinkan sesuai pada Tabel 2.12. Adapun rumus Hazzen-Williams yang digunakan adalah : 2.63

Q = 0,2785C1d

0.54

17

. S

( 2.7)

dimana : Q : Debit aliran air (m3/detik) C1 : Koefisien faktor kecepatan pada pipa (Tabel 3.5 ) S : Gradien hidrolik ( S =

h f L

)

d : Diameter dalam pipa ( m ) L : Panjang pipa ( m )

17

Rumus 2.7 Ranald V. Giles / Ir. Herman Widodo Soemitro, Mekanika Fluida & Hidraulika Edisi Kedua, hal 121

40


Tabel 2.10 Unit alat plambing untuk air panas, menurut jenis alat 18 plambing dan jenis penggunaan gedungnya O

Temperatur air panas 60 C. Rumah susun 0,75

Bak cuci tangan (pribadi) Bak cuci tangan (untuk umum)

-

Klub

Olah raga

Rumah sakit

Hotel dan asrama

0,75

0,75

0,75

0,75

1

1

1

1

1,5

-

1,5

1,5

Pabrik

Kantor

Sekolah

Penginapan pemuda

0,75

0,75

0,75

1

1

1

1

-

-

-

-


1,5

Mesin cuci piring

1,5


0,75

1,5

-

3

1,5

3

-

0,75

3

-

2,5

-

2,5

2,5

-

2)

2,5

2,5

Bak cuci pel

1,5

2,5

-

2 ,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

Pancuran mandi1)

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

3

-

1,5

1,5

Bak cuci rendam

-

-

-

5

-

-

-

-

-

Bak cuci bulat

-

2,5

2,5

2,5

-

4

-

2,5

2,5

Bak cuci setengah bulat

-

1,5

1,5

2,5

-

3

-

1,5

1,5

Bak cuci kecil, dapur ( Pantry sink )

5 (untuk setiap 250 tempat duduk ruang makan)

Untuk terapi Pengobatan :

Catatan :. Kalau pemakaian utama air panas adalah untuk pancuran mandi, misalnya dalam klub atau pabrik ( waktu pergantian giliran pekerja ), maka faktor pemakaian dianggap 1. . Dalam gedung kantor yang dilengkapi dengan “dapur kecil “ ( pantry ), dapat digunakan angka untuk klub.

Gambar 2.22 Pengaliran serentak, berdasarkan unit alat plambing air 19 panas 18

19

Tabel 2.10 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 124 Gambar 3.1 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 125

41


Berdasarkan Rumus 2.9 diatas dibuatlah diagram-diagram aliran untuk beberapa jenis pipa, seperti baja karbon, PVC, Baja dengan lapisan PVC, dan tembaga, dapat dilihat pada Gambar 2.23, 2.24 dan 2.25.

20

Tabel 2.11 Faktor kecepatan untuk berbagai jenis pipa .

Jenis Pipa

C 140

Pipa baru: kuningan, tembaga, timah, besi tuang, baja (dilas atau ditarik ), baja atau besi dilapis semen. Pipa asbes-semen ( selalu “licin” dan sangat lurus )

130

Pipa baja baru ( lurus tanpa perlengkapan, dilas atau ditarik), pipa besi tuang baru ( biasanya angka ini yang dipakai ), pipa tua : kuningan, tembaga, timah hitam. Pipa PVC- keras.

110

Pipa dengan lapisan semen yang sudah tua, pipa keramik yang masih baik.

100

Pipa besi tuang atau pipa baja yang sudah tua.

Tabel 2.12 Kecepatan air di dalam sistem pipa yang disarankan. Jenis pelayanan

20

21

21

Kecepatan air ( m/detik)

Pipa keluar pompa

2,4 – 3,6

Pipa isap pompa

1,2 – 2,1

Pipa kumpul ( header )

1,2 – 4,5

Pipa naik

0,9 – 3,0

Pelayanan umum

1,5 – 3,0

Pipa buang

1,2 – 2,1

Air kota

0,9 – 2,1

Tabel 2.11 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing hal. 71, Tabel 2.12 : Wiranto Arismunandar & Heizo Saito, Penyegaran Udara, hal 207

42


Gambar 2.23 Kerugian gesek dalam pipa baja karbon.

22

22

Gambar 2.23 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 72

43


Gambar 2.24 Kerugian gesek dalam pipa PVC kaku.

23

23

Gambar 2.24 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, ,hal. 73

44


Gambar 2.25 Kerugian gesek dalam pipa tembaga.

24

24

Gambar 2.25 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 75

45


2.7.

Pompa Sirkulasi

Pompa sirkulasi digunakan pada sistem sirkulasi atau dua pipa dengan cara sirkulasi paksaan. Dalam sistem sirkulasi dipasang sebuah pompa pada sisi pipa balik, sehingga laju aliran air panas dalam pipa balik relatif konstan walaupun laju aliran dalam pipa hantar berubah-rubah sesuai pamakaian. Karena laju aliran air sirkulasi hanya untuk mengatasi kerugian panas dalam pipa utama, maka tekanan pompa ditentukan untuk mengatasi kerugian gesek pada pipa utama yaitu berkisar 3 – 5 m kolom air. Kerugian pada pipa cabang tidak dihitung karena air sirkulasi tidak masuk ke dalam pipa cabang. Pada pipa balik perlu dipasang termostat untuk mengatur jalannya pompa dengan pengaturan temperatur yang direncanakan. Pada instalasi dengan laju aliran yang besar biasanya digunakan pompa jenis sentrifugal. Sebaliknya pada instalasi yang laju alirannya kecil, digunakan pompa satu garis ( one line ) pada pipa balik. Laju aliran pompa sirkulasi dapat ditentukan dengan rumus:

W =

q

( 2.8 )

C P γ (T i − T o )

Diamana :

25

3

W

: Laju aliran pompa sirkulasi ( m /detik )

q

: Jumlah kalor yang dilepaskan ( kcal/detik )

C p

: Kalor spesifik air ~ 1 kcal/kg C

γ

: Massa jenis air (10 kg/m )

o

3

3

Rumus 2.8 : Wiranto Arismunandar & Heizo Saito, Penyegaran Udara, hal 202

46

25


Ti - To : Beda temperatur pada pipa hantar dengan pipa balik ( K ) 283 K untuk sirkulasi alam 278 K untuk sirkulasi paksaan Sedangkan untuk mencari kerugian panas atau kalor yang dilepaskan melalui dinding pipa dapat dicari berdasarkan teori perpindahan panas konduksi untuk silinder berlubang.

A =

2π (r o − r i ) L ln(r o / r i )

=

Ao − Ai

26

( 2.9 )

ln( Ao / Ai )

Diamana :

26

2

Ā

: Luas rata-rata penampang silinder ( m )

ro

: Jari-jari luar ( m )

ri

: Jari-jari dalam ( m )

Ao

: Luas penampang luar ( m )

Ai

: Luas penampang dalam ( m )

L

: Panjang pipa ( m )

2

2

Rumus 2.9 : Frank Kreith / Arko Prijono M. Sc, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi III, hal 30

47


Gambar 2.26 Distribusi suhu dalam silinder berlubang

Luas Ā yang didefinisikan

27

oleh Rumus 3.8 disebut luas rata-rata logaritmik.

Maka laju konduksi panas melalui silinder berpenampang lingkaran yang berlubang dapat dinyatakan pada persamaan 3.9.

Gambar 2.27 Sketsa yang melukiskan nomenklatur untuk konduksi melalui silinder berlubang

28

27

Gambar 2.26 : Frank Kreith / Arko Prijono M. Sc, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi III, hal 30

28

Gambar 2.27 : Frank Kreith / Arko Prijono M. Sc, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi III, hal 28

48


q k =

k A(T i − T o )

( 2.10 )

(r o − r i )

29

Diamana : qk

: Jumlah panas yang serap atau dikeluarkan ( kcal/jam )

Ā

: Sama seperti Rumus 3.8

k

: Konduktivitas bahan (kcal/jam.m .K)

Ti

: Temperatur dalam ( K )

To

: Temperatur luar ( K )

ro

: Jari-jari luar ( m )

ri

: Jari-jari dalam ( m ) Spesifikasi bahan pipa yang akan digunakan adalah pipa Polypropylene

Random (PP-R) PN 20. Pipa ini mempunyai konduktivitas ( k ) 0,22 W/.m.K

(0,189 kcal/jam.m.K). Tabel dimensi dan ketebalan pipa ada lembar lampiran.

2.8.

Head Total Pompa

Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah air seperti yang direncanakan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa. Head total pompa dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

29

Rumus 2.10 : Frank Kreith / Arko Prijono M. Sc, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi III, hal 30

49


H = ha + ∆h p + h f +

υ d 2 2g

(2.11)

30

Dimana H

: Head Total Pompa (m)

ha

: Head statik (m)

∆hp : Perbedaan tekanan yang bekerja pada kedua

hf

permukaan air

: Berbagai kerugian head di pipa, belokan, katup, sambungan dll. (m)

υ d 2 2g g

: Head kecepatan keluar (m) 2

: Percepatan gravitasi (= 9,8 m/s )

Head total pompa sirkulasi pada system pemipaan air panas dihitung untuk mengatasi kerugia-kerugian gesek pada pipa, belokan, katup dan lainlain.Kerugian gesek dalam pipa dapat dicari dengan menggunakan Rumus 3.2 2 L υ

h f = λ D 2 g

(4.12)

31

Untuk aliran laminar dan turbulen, mempunyai rumus yang berbeda, sehingga perlu dicari terlebih dahulu jenis aliran di dalam pipa dengan Rumus :

Re =

υ D ν

hf

: Head kerugian gesek dalam pipa (m)

32

(2.13)

Dimana

30 31 32

Rumus 2.11 : Sularso / HaruoTahara, Pompa & Kompresor, hal26 Rumus 2.12 : Sularso / HaruoTahara, Pompa & Kompresor, hal28 Rumus 2.13 : Sularso / HaruoTahara, Pompa & Kompresor, hal28

50


λ

: Koefisien kerugian gesek

L

: Panjang pipa (m)

D

: Diameter pipa (m)

υ

: Kecepatan rata-rata dalam pipa (m/s)

ν

: Viskositas kinematik zat cair (m /s)

2

Pada Re < 2300, aliran bersifat laminar Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen Pada Re = 2300 – 4000 daerah transisi, aliran dapat bersifat laminar atau turbulen. 64

Aliran laminar :

λ =

Aliran turbulen :

λ = 0,020 +

Re

0,0005 D

(2.14)

33

(2.15)

34

Tabel 2.13 Tekanan yang dibutuhkan alat plambing. Jenis pelayanan

Tekana yang

Tekanan standar 2

dibutuhkan (kg/cm ) Katup gelontor kloset

0,7

Katup gelontor peturasan

0,4

Keran otomatis

0,7

Pancuran mandi

0,7

Keran biasa

0,3

Pemansa air langsung,

0,25- 0,7

dengan bahan bakar gas

33 34

Rumus 2.16 : Sularso / HaruoTahara, Pompa & Kompresor, hal29 Rumus 2.17 : Sularso / HaruoTahara, Pompa & Kompresor, hal29

51

(kg/cm2)

1,0

35


Tabel 2.14 Kerugian Tekanan.

Komponen

36

Kerugian tekanan (mm H 2 O)

Mesin refrigerasi kompresi Evaporator

3-8

Kondensor

5-8

Mesin refrigerasi kompresi Evaporator

4-10

Kondensor

5-14

Menara pendingin

2-8

Penukar kalor

2-5

Unit koil-kipas udara

1-2

Katup dengan pengatur

3-5

otomatk

35

36

Tabel 2.13 : Soufyan M. Nurbambang & Takeo Morimura, Perancangan dan Pemeliharaan Sistem Plambing, hal. 50 Tabel 2.14 : Wiranto Arismunandar & Heizo Saito, Penyegaran Udara, hal 202

52


Tabel 2.15 Panjang ekivalen untuk katup dan perlengkapan lainya. Diameter nominal (mm)

37

37

Panjang ekivalen (m) T-90o aliran lurus

Katup sorong

Katup bola

Katup sudut

Katup satu arah

0,18

0,12

4,5

2,4

1,2

1,2

0,24

0,15

6,0

3,6

1,6

0,54

1,5

0,27

0,18

7,5

4,5

2,0

1,2

0,72

1,8

0,36

0,24

10,5

5,4

2,5

40

1,5

0,90

2,1

0,45

0,30

13,5

6,6

3,1

50

2,1

1,2

3,0

0,60

0,39

16,5

8,4

4,0

65

2,4

1,5

3,6

0,75

0,48

19,5

10,2

4,6

80

3,0

1,8

4,5

0,90

0,63

24,0

12,0

5,7

100

4,2

2,4

6,3

1,2

0,81

37,5

16,5

7,6

125

5,1

3,0

7,5

1,5

0,99

42,0

21,0

10,0

150

6,0

3,6

9,0

1,8

1,2

49,5

24,0

12,0

200

6,5

3,7

14,0

4,0

1,4

70,0

33,0

15,0

250

8,0

4,2

20,0

5,0

1,7

90,0

43,0

19,0

Belokan 90o

Belokan 45o

15

0,60

0,36

20

0,75

0,45

25

0,90

32

T-90o aliran cabang 0,90


53

Bab III Pengumpulan Data

BAB – III PENGUMPULAN DATA

3.1.

No.

Data Bangunan

Nama proyek

: FASHION HOTEL

Jenis bangunan

: Bangunan hotel

Lokasi

: Jl. Gunung Sahari 12/2, Jakarta Utara.

Temperatur ruang

: 298 K (25 C)

Lantai

o

Fungsi

Luas 2 (m )

Elevasi

Jumlah sanitair yang menggunakan air panas SH

1.

Basement

Fasilitas penunjang & parker

1157

-3,38

2.

Dasar

Ruanga tunggu, penerimaan & penujang.

1294

0,00

3.

Mezzanine

Restauran & penunjang.

743

+4,64

4.

2 (Dua)

Pakir

1304

+8,30

5.

2A (Dua A)

Parkir

1304

+10,79

6.

3 (Tiga)

Parkir

1294

+13,28

7.

3A (Tiga A)

Hotel

478

+15,77

8.

4 (Empat)

Parkir

1294

+18,26

9.

4A (Empat A)

Hotel

1043

10.

5 ( Lima)

Kolam renang & Cafetaria

11.

5A (Lima A)

12.

LV

KS 1

12

1

2

1

1

17

17

+20,75

16

16

1043

+23,24

9

7

Fitness

1043

+26,89

4

6

6 (nam)

Ruang pijat

1043

+30,37

40

1

13.

7 (Tujuh)

Hotel

938

+33,86

24

24

14.

8 (Delapan)

Karaoke

938

+37,35

17

2

15.

9 (Sembilan)

Karaoke

938

+40,83

13

2

16

Jumlah

116

10

112

54

BT

4

1

3

3


Keterangan : SH

: Shower (Pancuran mandi)

LV

: Lavatory

KS

: Kitchen Sink

BT

: Bathub (Bak mandi rendam)

3.2.

Jumlah Alat Plambing Pada Setiap Pipa Utama

3.2.1. Pipa Utama Dari Ruang Boiler ke Lantai 9

Pancuran mandi (shower )

:112 buah

Bak cuci tangan (lavatory)

: 116

buah

Bak cuci dapur ( kitchen sink ) : 10 buah Bak mandi rendam ( bath tub)

: 3 buah

3.2.2. Pipa Tegak – 1

Bak cuci tangan : 4 buah Pancuran mandi : 6 buah 3.2.3. Pipa Tegak – 2

Bak cuci tangan : 16 buah Pancuran mand : 22 buah 3.2.4. Pipa Tegak – 3

Bak cuci tangan : 16 buah Pancuran mandi : 22 buah

55


3.2.5. Pipa Tegak - 4

Bak cuci tangan

: 9 buah

Pancuran mandi

: 9 buah

Bak mandi rendam

: 2 buah


Bak cuci tangan

: 8 buah

Pancuran mandi

: 9 buah

Bak mandi rendam

: 1 buah


Bak cuci tangan : 11 buah Pancuran mandi : 11 buah 3.2.8. Pipa Tegak – 7




56


3.2.10. Pipa Tegak – 9, 10, 11 & 12 (tipikal)


3.3.

Panjang Pipa dan Jumlah Fitting Pada Setiap Pipa Utama

3.3.1. Pipa Utama Dari Ruang Boiler ke Lantai 9

Panjang pipa lurus Belokan 90

o

: 53 m : 6 buah

Tee aliran lurus

: 9 buah

Tee aliran cabang

: 3 buah

Katup sorong

: 1 buah

3.3.2. Pipa Horisontal di Lantai 4A


o

: 30,5 m : 3 buah

Tee aliran lurus

: 2 buah

Tee aliran cabang

: 1 buah

3.3.3. Pipa Horisontal di Lantai 8


o

Tee aliran lurus

: 28 m : 3 buah : 3 buah

57


3.3.4. Pipa Horisontal di Lantai 9


o

: 30 m : 2 buah

Tee aliran lurus

: 3 buah

Tee aliran cabang

: 1 buah

58

Bab IV Perhitungan Perencanaan

BAB – IV PERHITUNGAN PERENCANAAN 4.1.

Diagram Alur Perencanaan

START

PENGAMBILAN DATA

PRELIMINARI DESAIN

-

Membuat gambar denah Instalasi Menentukan lokasi peralatan utama

Perhitungan ukuran-ukuran pipa air panas dengan Grafik HazenWilliams

Y

Perubahan gambar arsitektur; fungsi ruangan dan jumlah alat plambing

T Perhitungan laju aliran pompa sirkulasi dengan menghitung kerugian panas konduksi pada pipa-pipa utama

a 59

- Perhitungan kebutuhan air panas dan laju aliran air panas - Membuat gambar diagram system - Memilih jenis alat pemanas dan bahan bakar yang akan digunakan - Perhitungan kapasitas alat pemanas


Head pompa sirkulasi: dengan menghitung kerugian gesek pada pipapipa utama

Cek jenis aliran

Re

Turbulen λ = 0,020 +

0,0005 D

=

υ D ν

Laminer

Pada Re < 2300, aliran bersifat laminar Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen Pada Re = 2300 – 4000 daerah transisi

Total head pompa sirkulasi

h f

=

L υ 2

λ

D 2 g

Membuat spesifikasi teknis peralatan

STOP

END

60

λ =

64 Re


4.2.

Laju Aliran Air Panas

Sehubungan dengan fungsi bangunan yang bermacam-macam, sehingga perhitungan kebutuhan air panas berdasarkan jumlah dan jenis alat plambing dengan menggunakan Tabel 2.4. -6

3

-3

3

-6

3

-4

3

3

-4

3

3

-4

3

Pancuran mandi ( shower )

:112 x 4,86x10 m /detik = 5,44x10 m /detik

Bak cuci tangan (lavatory)

: 116 x 2,08x10 m /detik = 2,42x10 m /detik

Bak cuci dapur (kitchen sink ) : 10 x 2,08x10

-5

Bak mandi rendam (bath tub) : 3

-5

m /detik = 2,08x10 m /detik

x 5,55x10 m /detik = 1,67x10 m /detik -3

3

= 6,06x10 m /detik

Jumlah

Laju aliran air panas maksimum : -3

3

-3

3

Q = 6,06x10 m /detik x 0,25 = 1,515x10 m /detik -3

3

3

3

W=1,515x10 m /detik x 10 kg/m x 60 W = 5454 kg/jam

4.3.

Menentukan Ukuran Pipa Air Panas

Dalam perencanaan sistem air panas pada bangunan Fashion Hotel, pipa yang digunakan adalah jenis Polypropelene. Permukaan dalam pipa Polypropelene mempunyai permukaan yang hampir sama dengan pipa PVC, sehingga dalam menentukan diameter pipa bisa menggunakan Gambar 2.24. 4.3.1. Ukuran Pipa Utama Qh

-3

3

= 1,515x10 m /detik

61


Q

-3

3

= 1,515x10 m /detik x 2 -3

3

= 3,03x10 m /detik v

= 1 m/detik (Table 2.12 untuk pipa naik)

d

= 65 mm(lihat Gambar 2.24)

4.3.2. Ukuran Pipa Tegak – 1 Bak cuci tangan : 4 x (0,75) x 2,08x10

-6


3

-6

Pancuran mandi : 6 x (0,75) x 4,86x10

-5


3

-4

-4

3

3

3

2,25x10 m /detik

Qt1

-4

3

= 2,25x10 m /detik x 2 -4

3

= 4,5x10 m /detik ( 27 liter/menit ) v

= 1,5 m/ detik (Tabel 2.12 untuk pelayanan umum)

dt1

= 25 mm (lihat Gambar 2.24)

4.3.3. Ukuran Pipa Tegak – 2 Bak cuci tangan : 16x(0.45) x 2,08x10 Pancuran mand : 22x(0.45) x 4,86x10

-6

-5

3

-5

3

m /detik = 1,49x10 m /detik 3

-4

3

-4

3

m /detik = 4,81x10 m /detik 4,96x10 m /detik

Qt2

-4

3

-4

3

= 4,96x10 m /detik x 2 = 9,92x10 m /detik (59,52 liter/menit)

v

= 1,5 m/ detik ((Tabel 2.12 untuk pelayanan umum)

62


dt2

= 32 mm(lihat Gambar 2.24)

4.3.4. Ukuran Pipa Tegak – 3 Bak cuci tangan : 16x(0.45) x 2,08x10

-6

3

-5

3


-5

3

-4

3

Pancuran mandi : 22x(0.45) x 4,86x10 m /detik = 4,81x10 m /detik -4

3

-5

3

4,96x10 m /detik Qt3

-4

3

= 4,96x10 m /detik x 2 -4

3

= 9,92x10 m /detik (59,52 liter/menit) v


d t3


4.3.5. Ukuran Pipa Tegak - 4 Bak cuci tangan : 9 x (0.55) x 2,08x10

-6


Pancuran mandi : 9 x (0.55) x 4,86x10

-5


-5

3

3

3

Bak mandi rendam : 2 x(1)x 5,55x10 m /detik

-4

3

-4

3

-4

3

= 1,11x10 m /detik 3,62x10 m /detik

Qt4

= 3,62x10

-4

-4

3

m /detik x 2 3



d t4


4.3.6. Ukuran Pipa Tegak – 5

63


Bak cuci tangan : 8x(0.55) x 2,08x10

-6

3

-5

3

-4

3


-5

3

Pancuran mandi : 9x(0.55) x 4,86x10 m /detik = 2,41x10 m /detik Bak mandi rendam : 1x (1) x 5 ,55x10

-5

3

m /detik

-5

3

= 5,55x10 m /detik -4

3

-5

3


= 2,97x10

-4

-4

3

m /detik x 2 3



dt5



-6

3


-5

3

-4

3

Pancuran mandi : 11x(0.48) x 4,86x10 m /detik = 2,57x10 m /detik -4

3

-5

3


-4

3

= 2,68x10 m /detik x 2 -4

3



d t6



-6


3

Pancuran mandi : 8x(0.55) x 4,86x10

-5


3

-4

3

-4

3

2,24x10 m /detik

64


Qt7

-4

3

= 2,24x10 m /detik x 2 -4

3



dt7


4.3.9. Ukuran Pipa Tegak – 8 Bak cuci tangan : 4x(0,75) x 2,08x10

-6


3

-6

Pancuran mandi : 4x(0,75) x 4,86x10

-5


3

3

-4

3

-4

3


-4

3

= 1,52x10 m /detik x 2 -4

3



dt8


4.3.10. Ukuran Pipa Tegak – 9, 10, 11 & 12 (tipikal) -6

3

-6

3

3

-5

3

-4

3

Bak cuci tangan : 2x(1) x 2,08x10 m /detik = 4,16x10 m /detik Pancuran mandi : 2x(1) x 4,86x10

-5

m /detik = 9,72x10 m /detik 1,01x10 m /detik

-4

3

Q t9-12 = 1,01x10 m /detik x 2 -4

3

= 2,02x10 m /detik (12.12 liter/menit)

65


v


d t9-12 = 20 mm (lihat Gambar 2.24) 4.3.11. Ukuran Pipa Pembagi Horisontal untuk Pipa Tegak 1 sampai 4 Bak cuci tangan : 45 x (0.39) x 2,08x10

-6



-5


Bak mandi rendam : 2x(1) x 2,08x10

-5

3

-5

3

3

-3

3

3

m /detik

-5

3

-3

3

= 4,08x10 m /detik 1,17x10 m /detik

-3

3

Qh1-4 = 1,17x10 m /detik x 2 =

-3

3

2.34x10 m /detik (140,40 liter/menit)

v

= 1,5 m/ detik (Tabel 2.12 untuk pipa pengumpul)

d h1-4


4.3.12. Ukuran Pipa Pembagi Horizontal untuk Pipa Tegak 5 sampai 7 Bak cuci tangan : 28 x (0.42) x 2,08x10

-6



-5


Bak mandi rendam : 1 x (1) x 5,55x10

-5

3

-5

3

3

-4

3

m /detik

= 5,55x10 m /detik

-5

3

3

-4

3

6,51x10 m /detik -4

3

-3

3

Q h5-7 = 6,51x10 m /detik x 2 = 1,30x10 m /detik (78,12 liter/menit) v


d h5-7


66


4.3.13. Ukuran Pipa Pembagi Horizontal untuk Pipa Tegak 8 sampai 10 -6

3

-5

3

3

-4

3

Bak cuci tangan : 10 x (0.55) x 2,08x10 m /detik = 1,14x10 m /detik Pancuran mandi : 10 x (0.55) x 4,86x10

-5

m /detik = 2,67x10 m /detik -4

3

2,78x10 m /detik -4

3

-4

3

Qh8-10 = 2,78x10 m /detik x 2 = 5,56x10 m /detik (33,36 liter/menit) v


d h8-10


4.3.14. Ukuran Pipa Pembagi Horizontal untuk Pipa Tegak 11 dan 12 Bak cuci tangan : 8 x (0.55) x 2,08x10

-6


3

-6

3


-5


3

-4

3

-4

3

2,23x10 m /detik -4

3

-4

3

Qh11-12 = 2,23x10 m /detik x 2 = 4,46x10 m /detik (26,76 liter/menit) v


d h11-12 = 25 mm (lihat Gambar 2.24)

67


4.4.

Kapasitas Alat Pemanas

4.4.1. Kapasitas Ketel Pemanas ( Hot Water Boiler)

Laju aliran air panas (W)

: 5454 kg/jam

Temperatur air panas (Th)

: 338 K

Temperatur air dingin (Tc)

: 278 K

Dengan menggunakan Rumus 2.1 yaitu : q

=

W (T h

q

=

5454kg / jam(338 − 278 o C )

q

=

327240 kcal / jam

−

T c )

4.4.2. Pemakaian Kalor Apabila Menggunakan Gas LPG

H : 12000 kcal/kg (lihat Tabel 2.6) E : 0,7 (lihat Tabel 2.6)

Q

=

Q

=

Q

=

W (T h

−

T c )

( H )( E )

5454kg / jam(338 − 278K ) (12000kcal / kg )(0,7) 38,96kg / jam

4.4.3. Luas Bidang Rangka Bakar Pada Ketel Pemanas Dengan Menggunakan Solar H : 10000 kcal/kg (lihat Tabel 2.6)

68


E : 0,6 (lihat Tabel 2.6) 2

C : 1,4 kg/m /jam (lihat Tabel 2.7)

A =

A =

W (T h

−

T c )

(C )( H )( E )

5454kg / jam(338 − 278K ) (1,4kg / m 2 / jam)(10000kcal / kg )(0,6)

A = 38,96m 2 4.4.4. Panjang Pipa Koil Pada Pemanasan Tidak Langsung, Menggunakan Air Panas

Diameter pipa koil tembaga : 32 mm (asumsi) 2

k : 2400 kcal/m /jam/K (lihat Gambar 2.12) Ts : 373 K 2

l : 11,4 m/m (lihat Tabel 2.19) S : 1,2

A =

A =

W (T h − T c ) T − T c k (T s − h ) 2

5454kg / jam(338 − 278K ) 338 − 278K 2400kcal / m 2 / jam / K (373K − ) 2

A = 1,95m 2 L

=

( A)(l )( S )

L

=

(1,95m 2 )(11,4m / m 2 )(1,2)

69


L

4.5.

=

26,67 m

Pompa Sirkulasi

4.5.1. Kapasitas Pompa Sirkulasi

Dalam perhitungan kapasitas pompa sirkulasi adalah dengan menghitung kerugian panas pada pipa-pipa utama ( main pipe), yaitu : -

pipa utama dari boiler ke lantai 9 : dia 65 mm

-

Pipa pembagi horizontal pada lantai 8 : dia 50 mm

-

Pipa pembagi horizontal pada lantai 9: dia 40 mm

-

Pipa pembagi horizontal pada lantai 4A : dia 25 mm

Bahan pipa yang digunakan adalah jenis pipa polypropelene PN 20 yang mempunyai nilai konduktifitas 0.22 W/(m.K) tanpa menggunakan isolasi. 

Pipa Utama Supplai dari Boiler ke lantai 9. Panjang pipa

: 49 + 24 = 53

Jari-jari dalam(ri)

: 32,5 mm (0,0325 m)

Jari-jari Luar (ro)

: 45 mm (0,045 m)

Temperatur luar (To)

: 298 K

Temperatur dalam (Ti)

: 338 K

Konduktifitas Bakar (k)

: 0,189 kcal/(jam.m. K)

A =

A =

2π (r o

r )l

− i

ln(r o / r i ) 6,28(0,045 − 0,0325)53 ln(0,045 / 0,0325)

70


A =

4,160 0,807

A = 5,155m 2



k A(T i − T o )

q k

=

q k

=

q k

=

q k

=

( r o

r )

− i

0,189 x5,155(338 − 298) (0,045 − 0.0325) 38,972 0,0125 3117,744kcal / jam

Pipa Pembagi Horisontal di lantai 4A. Panjang pipa (L)

: 30,5 m

Jari-jari dalam (ri)

: 13,3 mm (0,0133m)

Jari-jari Luar (ro)

: 20 mm (0,020 m)

Temperatur Luar (To)

: 298 K

Temperatur Dalam (Ti)

: 333 K


: 0,189 kcal/(jam.m.K)

A =

A =

A =

2π (r o

r )l

− i

ln(r o / r i ) 6,28(0,020 − 0,0133)30,5 ln(0,020 / 0,0133)

6,28(0,020 − 0,0133)30,5 ln(0,020 / 0,0133)

71


A =

1,283 0,408

A = 3,144m 2



k A(T i − T o )

q k

=

q k

=

q k

=

q k

=

( r o

r )

− i

0,189 x3,144(333 − 298) (0,020 − 0.0133)

20,80 0.0067 3104,477kcal / jam

Pipa Pembagi Horisontal di lantai 8. Panjang pipa (L)

: 28 m


: 25 mm (0,025m)

Jari-jari Luar (ro)

: 37,5 mm (0,0375 m)

Temperatur Luar (To)

: 298 K

Temperatur Dalam (Ti)

: 333 K



A =

A =

A =

2π (r o

r )l

− i

ln(r o / r i ) 6,28(0,0375 − 0,025)28 ln(0,0375 / 0,025) 2,198 0,405

72


A = 5,427 m 2



k A(T i − T o )

q k

=

q k

=

q k

=

q k

=

(r o

r )

− i

0,189 x5,427(333 − 298) (0,0375 − 0.025) 35,899 0.0125 2871,92kcal / jam

Pipa Horisontal di lantai 9. Panjang pipa (l)

: 30 m


: 21 mm (0,021 m)

Jari-jari luar (ro)

: 31,5 mm (0,0315 m)

Temperatur luar (To)

: 298 K

Temperatur dalam (Ti)

: 328 K



A =

A =

A =

2π (r o

r )l

− i

ln(r o / r i ) 6,28(0,0315 − 0,021)30 ln(0,0315 / 0,021) 1,978 0,405

A = 4,884 m 2

73


q k

=

q k

=

q k

=

q k

=

k A(T i − T o )

(r o

r )

− i

0,189 x 4,884(328 − 298) (0,0315 − 0.021) 27,692 0,0105 2637,360kcal / jam

Qtotal

= 3117,744 + 3104,477 + 2871,920 + 2637,360 (kcal/jam) = 11731,501 kcal/ jam

Maka laju aliran pompa sirkulasi adalah :

W =

W =

q C P γ (T i − To) 11731,501kcal / jam 1 x1 x5 K 3

W = 2,35m / jam

=

4 3 6,5 x10 m / det ik −

4.5.2. Total Head Pompa Sirkulasi Air Panas

Total head pada pompa sirkulasi hanya untuk mengatasi kerugian gesek pada pipa, dapat dicari dengan Rumus 3.11 s/d 3.14 

Kerugian gesek pada pipa utama dari ruang boiler ke lantai 9 Diameter pipa

: 65 mm (0,065m)

74


Panjang pipa lurus

: 53 m

Panjang pipa ekivalen (lihat Tabel 3.13) o

Belokan 90 ( Elbow)

: 6 x 2,4 = 14,4 m

Tee aliran lurus

: 9 x 0,75 = 6,75 m

Tee aliran cabang

: 3 x 3,6 = 10,8 m

Katup sorong

: 1 x 0,45 = 0,45 m

Total panjang ekivalen

:

32,4 m

Total panjang

:

85 m

Re =

Re =

υ D ν 1 x0,065 0,554 x10

λ = 0,020 +



−

6

=

0,0005 D

11732,85 , aliran bersifat turbulen sehingga :

=

0,020 +

0,0005 0,065

=

0,028

L υ 2

h f

=

λ

h f

=

0,028

D 2 g

85

12

0,065 2 x9,8

=

1,87m

Kerugian gesek pada pipa pembagi horizontal di lantai 4A Diameter pipa

: 25 mm (0,025m)

Panjang pipa lurus

: 30,5 m


Belokan 90 ( Elbow)

: 3 x 0,90 = 2,70 m

75


Tee aliran lurus

: 2 x 0,27 = 0,54 m

Tee aliran cabang

: 1 x 1,50 = 1,50 m


:

4,74 m

Total panjang

:

35,24 m

0,0005

λ = 0,020 +

h f



=

D

L υ 2

λ

D 2 g

=

=

0,04

0,020 +

0,0005 0,025

35,24 1,5 2 0,065 2 x9,8

=

0,04

=

2,87m

Kerugian gesek pada pipa pembagi horizontal di lantai 8 Diameter pipa

: 50 mm (0,05m)

Panjang pipa lurus : 28 m Panjang pipa ekivalen (lihat Tabel 3.13) o

Belokan 90 ( Elbow)

: 3 x 2,10 = 6,30 m

Tee aliran lurus

: 3 x 0,60 = 1,80 m


:

8,10 m

Total panjang

:

36,10 m

0,0005

λ = 0,020 +

D

=

2

h f



=

L υ

λ

D 2 g

=

0,03

0,020 +

36,10 1,5

0,0005 0,05

=

0,03

2

0,05 2 x9,8

=

2,48m

Kerugian gesek pada pipa pembagi horizontal di lantai 9 Diameter pipa

: 40 mm (0,04m)

76


Panjang pipa lurus

: 30 m


Belokan 90 ( Elbow)

: 2 x 1,50 = 3,00 m

Tee aliran lurus

: 3 x 0,45 = 1,35 m

Tee aliran cabang

: 1 x 2,10 = 2,10 m


:

6,45 m

Total panjang

:

36,45 m

λ = 0,020 +

h f

=

0,0005

2 L υ

λ

D 2 g

D

=

=

0,020 +

0,0325

0,0005 0,04

36,45 1,5

=

0,0325

2

0,04 2 x9,8

=

3,40m

Total head pompa sirkulasi : 1,87 + 2,87 + 2,48 + 3,40 = 10,62 m ~ 11 m

77

Bab V Penutup

BAB – V PENUTUP

5.1.

Kesimpulan

Setelah melakukan perhitungan pada Bab IV, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu : 5.1.1. Kapasitas Alat Pamanas (Hot Water Boiler) Kapasitas hot water boiler = 327240 kcal/jam (533 kW) 5.1.2. Diameter pipa Pipa servis

Laju aliran (m3 /detik)

Kecepatan dalam pipa ( m/detik)

Diameter pipa ( mm)

Pipa utama

3,03x10-3

1

65

Pipa tegak - 1

4,50x10-4

1,5

25

Pipa tegak – 2 & 3

9,92x10-4

1,5

32

Pipa tegak - 4

7,24x10-4

1,5

32

Pipa tegak - 5

5,94x10-4

1,5

25

Pipa tegak - 6

5,36x10

-4

1,5

25

Pipa tegak - 7

4,48x10

-4

1,5

25

Pipa tegak - 8

3,04x10

-4

1,5

20

Pipa tegak – 9, 10, 11 & 12

2,02x10

-4

1,5

20

-3

1,5

50

-3

1,5

40

-4

1,5

25

-4

1,5

25

Pembagi untuk Pipa Tegak 1 sampai 4

2.34x10


1,30x10


5,56x10

Pembagi untuk Pipa Tegak 11 dan 12

4,46x10

78

Bab V Penutup

5.1.3. Pompa Sirkulasi Kapasita

-4

3

= 6,5x10 m /detik

Total head = 11 m

5.2.

Saran

Untuk merencanakan sistem penyediaan air bersih yang efisien dan ramah lingkungan, disarankan : -

Gunakan alat pemanas (hot

water boiler )

minimal 2 unit agar dalam

pemakaian lebih hemat dan apabila ada kerusakan, yang satu dapat digunakan sementara yang satunya lagi diperbaiki (bergantian). -

Pilih jenis alat pemanas yang hemat bahan bakar dan ramah lingkungan.

-

Perencanaan system pemipaan terutama pipa-pipa utama usahakan sesederhana mungkin, sehingga kerugian panas bisa lebih kecil dan kapasitas pompa sirkulasi tidak terlalu besar.

-

Pergunakan pipa air panas yang mudah didapat, mudah dipasang, tidak mudah korosif dan memiliki kondutivitas yang baik sehingga kerugian panas dapat diminimalis.

79

Pemanas Air

Recommend Documents