TUGAS

WADUK DAN PLTA

OLEH :

A N G G IE1A1 06 022

PROGRAM STUDI S-1 SIPILFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAs HALUOLEOKENDARI2011

BABIPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Dalam industri banyak digunakan sistem perpipaan untuk membantu proses produksinya. Sebagai contoh adalah sistem perpipaan Pembangkit Listrik Tenaga Air. Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang banyak digunakan untuk memindahkan fluida, baik cair, gas, maupun campuran cair dan gas dari suatu tempat ke tempat yang lain.Pipa - pipa yang digunakan umumnya sudah dirancang sedemikian rupa sehingga umur kerjanya mencapai jangka waktu tertentu yang diharapkan mencapai 100.000 jam operasi (API Recommended 530). Semua pipa bekerja dalam sOOu tinggi yang tentu saja harus senantiasa berada dalam kondisi arnan. Karena bisa jadi karena suatu keadaan atau masa kerja yang cukup lama terjadi perubahan kekuatan - kekuatan mekanis dari sistem perpipaan yang nantinya akan mengakibatkan terjadinya kerusakan yang fatal.Untuk menjamin keadaan ini diperlukan sistem inspeksi yang optimal. Karena inspeksi yang optimal akan membantu sedini mungkin mendeteksi kerusakan - kerusakan yang terjadi. Baik karena korosi sehingga berlubang , menipis , terjadinya retak, dan juga disebabkan oleh perubahan struktur mikronya.

1.2 PermasalahanPermasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah sabagai berikut:1. Kejadian yang membahayakan pipa.2. Jenis-Jenis pipa dan analisis nya.3. Diameter ekonomis pipa

1.3. TujuanAdapun tujuan dari penyusunan makalah ini adalah sabagai berikut:1. Mengenal dan mengetahui Jenis-Jenis pipa.2. Dapat mengetahui kekuatan tiap-tiap jenis pipa.

1.4. ManfaatManfaat dari penyusunan makalah ini adalah untuk memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang jenis-jenis pipa dan penggunaan nya.

BAB IIANALISIS KEKUATAN PIPA

2.1. Kejadian Yang Membahayakan PipaPada pipa yang airnya sedang mengalir dapat timbul bahaya bila katup turbin sekonyong-konyong ditutup, demikian juga bila air diam, pembukaan katup sekonyong-konyong pun mengakibatkan bahaya. Kejadian pertama menimbulkan pukulan air yang mengakibatkan tambahan tekanan, sedangkan kejadian kedua dapat menimbulkan kehampaan (vacum). Kedua kejadian ini dapat mengakibatkan kerusakan pada pipa, pertama oleh tambahan tekanan yang terlalu besar dan, kedua oleh tekanan udara dari luar.Bila air dalam pipa mempupyai kecepatan v dan katup turbin sekonyong-konyong ditutup maka timbul gaya (F) sebesar :

v2 menjadi nol, sehingga: F = (arah gaya berlawanan dengan arah aliran).Gaya F = (A = luas penampang pipa; p = massa jenis; 1 = panjangnya kolom air yang terhenti selama waktu t).

Tambahan tekanan oleh gaya tersebut adalah : p = = h tambahan = ternyata bahwa makin kecil t, makin besar tambahan tekanan.2.2. PERHITUNGAN KEKUATAN PIPA BAJAKekuatan pipa umumnya dapat ditetapkan berdasarkan pipa tipis, yaitu bahwa tegangan tangensial terbagi rata pada tebal pipa.

Pipa dinamakan tipis bila

2.2.1. Tegangan TangensialPerhatikan keseimbangan suatu elemen seluas du . dz N = p . du . dz. dengan p adalah tekanan air.p = H. . g besarnya H adalah tinggi hidrostatis ditambah pengaruh pukulan air. Tegangan menimbulkan gaya sebesar dz. Resultan gaya ini adalah 2 dz sin d .

Bila p diketahui dan w sebesar tegangan yang diperbolehkan maka = (untuk pipa utuh). Saat sekarang ini, umumnya digunakan pipa dilas sehingga = dengan ditetapkan berdasarkan kekuatan las yaitu = 0,85 0,95. Dengan kemajuan teknik las, cp juga diambil sebesar satu. Bila pipa dibuat dengan memakai paku keling maka = ( = diameter paku; e = jarak paku).Pada waktu sekarang ini, dapat dikatakan bahwa semua pipa pesat dibuat dengan cara las. Besarnya tegangan yang diperbolehkan didasarkan atas kekuatan baja yang hendak dipakai. Ada beberapa macam baja yang terdapat di pasaran:

Umumnya baja konstruksi adalah Fe 360. Bagaimanapun baiknya kualitas suatu pipa baja, pasti timbul karat (korosi). Oleh karena itu pada tebal yang diperhitungkan selalu ditambahkan tebal untuk karat. Tambahan tebal untuk karat ini diambil (1 3) mm, sehingga: = + (1 3) mm.Tambahan tebal untuk karat akan menambah kekakuan pipa. Suatu pipa tipis, terlebih pada pipa berdiameter besar tidak kaku. Dengan demikian, perhitungan angkutan dan montase diambil berdasarkan tebal minimum. Tebal minimum untuk pipa adalah :sampai dengan diameter hingga 0,80 m 5 mmsampai dengan diameter hingga 1,50 m 6 mmsampai dengan diameter hingga 2,00 m 7 mmPada pipa dengan diameter yang lebih besar diberikan perkuatan, agar pipa pada angkutan dan montase tetap kaku. Perlu diperhatikan juga bahwa pada pipa tipis berdiameter besar bahaya dapat timbul pada keadaan pipa berisi sebagian dengan air, yaitu pada kejadian pipa sedang diisi/dikosongkan.

2.2.2. Tegangan searah as pipaBeberapa keadaan dapat menimbulkan tegangan searah as pipa.

Skema pipa pesat dari baja

a. Momen akibat perletakan pipaMomen maksimum di sini dapat diambil sebesar :

M = ( cos

Dengan : b = jarak perletakan GS = berat pipa sepanjang= berat air sepanjang = sudut kemiringan

b. Perubahan temperaturTegangan akibat perubahan temperatur timbul bila pipa terikat pada 2 blok angker, dan tidak mempunyai sambungan muai : =..t ( = koefisien muai, t = kenaikan temperatur)

= E t dengan = 1,2 x 10-5/C dan E = 210 GPamaka = 2,5 t MPa. (t dengan derajat celcius).

c. Tegangan tangensialTegangan tangensial mengakibatkan diameter pipa menjadi lebih besar. Hal ini akan menimbulkan tegangan searah as pipa, bila pipa ini terikat pada 2 blok angker.Telah diketahui bahwa = e dengan = angka Poisson, dan untuk pipa baja = 0,3

Maka = 0,3 d. Berat kosong pipaBerat pipa miring ini menekan pada blok angker, sehingga penampang pipa di tempat ini mendapat tegangan tekan. Gaya tekan F0 = sin ( = berat pipa antara dua perletakan) = berat pipa dari blok angker sampai sambungan pemuaian. =

Bila pipa di antara kedua blok angker tidak mempunyai sambungan pemuaian, maka ) dipikul oleh masing-masing blok angker, sehingga pada bagian atas timbul tegangan tarik dan pada bagian bawah tegangan tekan.

e. Pergeseran antara pipa dan perletakanKarena perubahan temperatur, maka pipa akan berubah panjangnya. Menjadi lebih panjang atau pendek menimbulkan kejadian pipa yang hendak bergerak (bergeser) melalui perletakan. Dengan demikian akan timbul gaya pergeseran yang besarnya maksimum adalah f . N (N = gaya normal). Gaya geser maksimum ini terjadi bila benda berada pada keadaan hendak bergerak, dan selama benda bergerak. Bila jarak antara 2 perletakan = b, maka berat yang diperhitungkan adalah berat pipa = GS ditambah air = Gw. . Gaya geser pada perletakan Fl = fl (GS + Gw) cos Besarnya gaya geser pada seluruh perletakan = ~Fl = fl (Gs + Gw) cos ialah gaya geser pada bagian pipa dari blok angker hingga sambungan pemuaian. Gaya geser ini adalah gaya eksentris oleh karena titik tangkapnya tidak terletak pada pusatnya lingkaran, tetapi pada titik berat busur perletakan.

Titik tangkap gaya gesera = OC = r x = r x ( sudut busur perletakan )= r x = =Besarnya koefisien pergeseran f1 antara pipa dan perletakan, adalah:

f. Pergeseran pada sambungan pemuaian (balutan)Tekanan air mengakibatkan gaya tekan pada balutan sebesar p . d. e. (Gaya geser yang terjadi adalah F2= f2 . p . . d . e dengan f2 diambil sebesar 0,25.Gaya ini adalah gaya sentris, dengan demikian : =

Gaya pergeseran pada pipa di bangunan muai gaya tekan air pada bagian mulaiGaya tekan pada pipa di sambungan pemuaian) Gaya tekan air adalah sebesar F3 =p . . (= tebal bruto) merupakan juga gaya sentris. = h. Perkecilan pipaGaya tekan akibat perkecilan pipa adalah F4 = A . p dengan A = perubahan luas . Umumnya perkecilan pipa ini terdapat pada blok angker sehingga gaya P4 tidak perlu diperhitungkan pada kekuatan pipa.,

i. Gaya menyeret pipa akibat aliran air Gaya ini adalah sebesar F5 =p . g . A . l . Sdengan A = luas pipa = d2. L = panjangnya bagian pipa tanpa sambungan (dari sambungan pemuaian sampai sambungan pemuaian berikutnya).S = ( h = kehilangan tinggi pada bagian pipa ini)Umumnya gaya ini kecil sehingga dapat diabaikan. Besarnya tegangan searah as 6a ekstrim (maks min) perlu diselidiki (superposisi) pada beberapa kejadian yang dapat timbul bersamaan waktu.

2.2.3. Tegangan searah jari-jari pipaDi samping tegangan tangensial dan tegangan searah as pipa terdapat juga tegangan searah radius, yang besarnya adalah maksimum pada sebelah dalam pipa dan merupakan tegangan tekanan r = P (tekanan air)2.2.4. Tegangan ResultanSearah tangensial : Searah as : Searah Radius :

dengan adalah angka Poisson untuk baja dan bernilai 0,3. Dalam ketiga rumus ini harus diperhatikan tandanya, yaitu untuk tegangan tekanan minus (negatif) dan untuk tegangan tarik plus (positif). Pada umumnya, kekuatan pipa baja ditentukan oleh tegangan tangensial.

2.3. Pipa TebalRumus = hanya berlaku pada pipa tipis dengan diambil anggapan bahwa tegangan terbagi rata pada tebal pipa. Hal ini tidak berlaku pada pipa tebal sehingga perlu digunakan cara lain.Pada setiap konstruksi bangunan berlaku:a. Syarat keseimbanganb. Syarat perubahan bentuk.Kedua syarat ini pun digunakan pada pipa pesat

Pipa tebal

ri = jari jari dalam piparo = jari jari luas pipapi = tekanan pada sebelah dalam pipa po = tekanan pada sebelah luar pipa

2.4. Pipa BetonPipa pesat beton merupakan pipa tebal, jadi maks harus sebesar tegangan tarik yang memperbolehkan, dan umumnya, besar tegangan ini diambil sebesar kekuatan tarik beton dibagi faktor iramanan. Dalam PBI 1971 terdapat beton kelas II dengan mutu K.125 (kekuatan tekan = 125 kg/cm2). K 175 dan K.225 dan beton kelas III yang bermutu > K.225, dengan syarat bahwa harus ada pengawasan sYat terhadap agregat dan pengawasan kontinu terhadap kekuatan tekan. Tentang kekuatan tarik beton, PBI 1971 memberitahukan bahwa untuk mutu beton K.225, tarik yang diperbolehkan adalah sebesar 0.55 N/mm2 atau juga dapat diambil W tarik (kg/cm2) = 0,36 bk. bk = kekuatan tekanan beton dengan kg/cm2).

Menurut Beton Kalender 1978 data-data tentang kekuatan beton adalah sebagai berikut

Menurut Mossonyi W tank pada beton yang bermutu tinggi (kekuatan tekan > 50 N/mm2) dapat diambil sebesar 2,5 3,0 N/mmz. Sedangkan untuk beton yang dipadatkan dengan tangan w tarik = 1,0 1,5 mmz.

2.5. PIPA PROF. IR. SEDIJATMOPipa ini yang telah mendapat hak patent di luar negeri terdiri dari a. Pipa baja corten pada sebelah dalam dengan fungsi terutama membuat seluruhnya kedap air.b. Beton yang hanya berfungsi meneruskan gaya tekan ,air pada pipa corten ke besi beton.c. Besi beton dengan fungsi memikul gaya tekan air dari dalam.

Skema pipa pesat Prof. SedijatmoKeuntungan:

a. Pipa baja corten, yang hanya berfungsi mencegah kebocoran, dapat dibuat setipis mungkin, oleh karena pipa ini tidak memikul gaya tekan air. Tebalnya hanya dipengaruhi pengangkutan dan pemasangan. Pengangkutan dapat dilakukan ketika masih dalam bentuk pelat, dan karena tipis, pelat dapat dibentuk menjadi pipa dan dilas di tempat pekerjaan.b. Beton mempunyai fungsi meneruskan gaya tekan air pada pipa baja corten ke besi beton. Dengan demikian tebal beton tidak dipengaruhi gaya tekan air sehingga dapat dibuat kecil (8 20 cm) sesuai dengan kebutuhan (penutup besi 3,0 cm, jarak antara 2 lapisan besi beton 2,5 cm). Beton dapat retak, tetapi kedap air tetap terjamin oleh pipa baja corten.c. Gaya tekan air dipikul oleh besi beton. Oleh karena harga besi beton lebih murah dari besi pelat, maka pipa Sedijatmo untuk PLTA-PLTA yang dibangun sesudah perang dunia II seperti Golang, Cikalong, Timo, Ngebel, adalah lebih murah dibandingkan dengan pipa-pipa yang lain (Gambar 9.20). Dibandingkan dengan pipa beton biasa, pipa Sedijatmo ini dapat dipakai untuk tekanan melebihi 100 m.

Kelemahan:Bila rusak karena karat atau sebab-sebab yang lain, maka seluruh pipa baja corten harus dibongkar. Sehingga pipa dengan fungsi kedap air, dibuat dari baja corten yang lebih kuat terhadap karat daripada baja biasa.

Perhitungan kekuatanTebal pipa corten umumnya diambil sebesar 3 mm. Dari tebal ini, 1 mm dipakai untuk ikut menahan gaya tekan air. Bila tekanan air adalah sebesar p ( gh + pengaruh pukulan air), maka gaya tarik pada bagian pipa sepanjang 1 m, adalah = p. Dari gaya tarik ini bagian yang dipikul oleh pipa baja corten adalah sebesar P1 = s x 0,001. Jadi gaya tarik yang dipikul oleh besi beton: P2 = P0 P1.

Luas besi beton As = .

2.6. Diameter ekonomis pipaMenghantarkan air dari reservoar harian atau surge tank ke turbin dapat dilakukan melalui pipa dengan bermacam-macam diameter.Pipa dengan diameter besar mengakibatkan:a. tebalnya lebih besarb. beratnya lebih besar, jadi lebih mahalTetapi kecepatan v = menjadi lebih kecil, sehingga dengan demikian kehilangan tinggi oleh karena pergesekan juga akibat tikungan dan lain sebagainya menjadi kecil pula.Pipa dengan diameter kecil mengakibatkan:a. tebalnya lebih kecilb. beratnya lebih kecil, jadi lebih murahTetapi v menjadi besar sehingga kehilangan energi juga menjadi lebih besar. Diameter yang lebih ekonomis ditetapkan sebagai berikut:Misalnya biaya pipa (modal investasi) adalah sebesar Rp. A. Dari besar modal ini dapat ditetapkan biaya setahun yaitu capital recovery factor kali A ditambah biaya eksploitasi pipa ger tahun.Misalnya biaya ini adalah sebesar Rp. M per tahun. Bila kehilangan tinggi pada debit rata-rata setahun sebesar Q m3/detik adalah Ah, maka kehilangan daya adalah 9,8 . Qhk . W. Kehilangan energi dalam 1 tahun (365 hari) adalah 9,8 . Q h x 365 x 24 kWh. Dengan harga penjualan rata-rata tertentu sebesar Rp. B/k per tahun. Diameter ekonomis adalah diameter yang menimbulkan jumlah (Rp. M + Rp. N) yang minimum. Jadi Rp M + Rp. N ditetapkan pada beberapa diameter dengan memperlihatkannya dalam suatu grafik. Dari grafik ini dengan mudah dapat ditetapkan pipa dengan diameter ekonomis.Kecepatan dalam pipa pesat diambil 2 3 m/detik. Untuk pipa yang tidak begitu panjang, dan untuk pipa dengan H yang besar, kecepatan dapat diambil hingga maksimum 5 m/detik.

BAB IIIPENUTUP

Pipa baja corten, yang hanya berfungsi mencegah kebocoran, dapat dibuat setipis mungkin, oleh karena pipa ini tidak memikul gaya tekan air. Tebalnya hanya dipengaruhi pengangkutan dan pemasangan. Pengangkutan dapat dilakukan ketika masih dalam bentuk pelat, dan karena tipis, pelat dapat dibentuk menjadi pipa dan dilas di tempat pekerjaan.Bila rusak karena karat atau sebab-sebab yang lain, maka seluruh pipa baja corten harus dibongkar. Sehingga pipa dengan fungsi kedap air, dibuat dari baja corten yang lebih kuat terhadap karat daripada baja biasa.Beton mempunyai fungsi meneruskan gaya tekan air pada pipa baja corten ke besi beton. Dengan demikian tebal beton tidak dipengaruhi gaya tekan air sehingga dapat dibuat kecil (8 20 cm) sesuai dengan kebutuhan (penutup besi 3,0 cm, jarak antara 2 lapisan besi beton 2,5 cm). Beton dapat retak, tetapi kedap air tetap terjamin oleh pipa baja corten.

DAFTAR PUSTAKA

PATTY, O.F. 1995. Tenaga Air. Erlangga. Jakarta