8

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Perpipaan

Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang digunakan untuk transportasi

fluida antar peralatan (equipment) dari suatu tempat ke tempat yang lain sehingga

proses produksi dapat berlangsung. Fluida yang dialirkan atau digerakkan dari suatu

tempat ke tujuan yang diinginkan, dilakukan dengan bantuan pompa maupun

dengan memanfaatkan gravitasi bumi. Misalnya pipa yang dipakai untuk

memindahkan minyak dari tangki ke mesinmemindahkan minyak pelumas pada

bantalan-bantalan dan juga mentransfer air untuk keperluan pendinginan mesin

ataupun untuk kebutuhan sehari-hari serta masih banyak lagi fungsi lainnya.

Dalam dunia industri sistem perpipaan merupakan sistem yang sangat

kompleks, baik dari segi perencanaan maupun pembangunannya. Sistem perpipaan

mempunyai hubungan yang sangat erat dengan prinsip-prinsip analisa statik dan

dinamik stress, thermodinamic, teori aliran fluida untuk merencanakan keamanan

dan efisiensi jaringan pipa. Jalur instalasi pada pipa penyalur sedapat mungkin

direncanakan untuk mengindari stress yang terlalu tinggi pada struktur. Oleh karena

itu, dalam proses instalasi pipa perlu diberikan tumpuan yang aman pada instalasi

pipa darat dan diberikan pemberat pada instalasi pipa laut untuk menghindari

getaran.

Dalam penggunaannya, fungsi dari jaringan pipa cukup beragam, antara lain

digunakan untuk menyalurkan fluida dari sumber menuju tempat pengolahan atau

8

9

antar bangunan anjungan lepas pantai (offshore facility) ataupun dari bangunan

anjungan lepas pantai langsung ke darat (onshore facility).

Menurut Redian (2011), Pipelines dibagi menjadi tiga kategori :

1. Export line / Trunk line

Export pipeline adalah pipeline yang dapat manyalurkan fluida antara satu

platform ke platform lainnya, atau antara platform dengan fasilitas di darat.

2. Flowline

Flowline adalah pipeline yang dapat menyalurkan fluida dari sumber ke

downstream process component yang pertama.

3. Injection line

Injection line adalah pipeline yang mengarahkan cairan atau gas untuk

mendukung aktifitas produksi (contoh: injeksi air atau injeksi gas, gas lift,

chemical injection line).

Beberapa kriteria pipeline harus yang harus dipenuhi adalah sebagai berikut:

1. Mampu menahan tekanan akibat fluida didalamnya (tekanan).

Untuk mengalirkan fluida dari satu titik ke titik lainnya memerlukan suatu

perbedaan tekanan. Tanpa perbedaan tekanan tersebut fluida tidak akan

dapat mengalir. Selain itu untuk suatu proses tertentu hanya dapat terlaksana

pada tekenan tertentu. Sehingga suatu pipa dalam sebuah pipeline harus

mampu menahan beban akibat tekanan tersebut supaya fluida yang

didalamnya tidak mengalami kebocoran dan mengalir keluar.

2. Mampu mengatasi gaya gesek akibat aliran fluida.

10

Aliran fluida didalam pipa tersebut akan mengakibatkan gaya gesek

terhadap dinding pipa akibat adanya viskositas dari fluida dan kecepatan

alirannya. Semakin besar viskositas fluida tersebut akan semakin besar gaya

gesek yang ditimbulkannya, sehingga suatu pipa harus mampu menahan

gaya gesek yang ditimbulkan fluida tersebut.

3. Mampu mengatasi momen akibat gaya berat pipa (beban statik) dan fluida

didalamnya (beban dinamik) serta akibat gaya-gaya luar.

Berat pipa beserta fluida didalamnya yang tidak kecil tersebut harus mampu

ditahan oleh tumpuan dan sambungan flange yang ada. Semakin panjang

jarak tumpuannya maka semakin berat momen yang dihasilkan sehingga

memerlukan kekuatan tumpuan dan sambungan flange yang lebih besar.

4. Mampu mengatasi beban fatigue.

Rotating equipment seperti pompa dan generator yang selalu berputar

mengakibatkan beban fatigue terhadap pipeline yang berhubungan langsung

terhadapnya. Dengan adanya beban fatigue dapat mengakibatkan jenis

kegagalan tersendiri terhadap pipeline tersebut. Sehingga sebuah pipeline

harus memiliki kemampuan untuk menahan beban fatigue.

5. Mampu mengatasi beban termal

Fluida didalam pipeline tersebut beroperasi pada temperatur yang berbeda-

beda tergantung pada proses yang dilakukan. Temperatur yang tinggi

tersebut mengakibatkan material pipa mengalami ekspansi. Sehingga suatu

pipeline harus dapat menahan beban eksapansi yang diakibatkan temperatur

yang tinggi tersebut.

11

Dalam proses penempatan tailing di PT. Amman Mineral Nusa Tenggara,

Jaringan pipa (Pipeline) yang digunakan terdiri dari dua jenis material pipa.

Material jaringan pipa darat (on-shore pipeline) adalah pipa Carbon Steel yang

berdiameter luar 1.118-mm, ketebalan dinding 9,5-mm, dan rubber liner 19,1-mm.

Jaringan pipa lepas pantai (off-shore pipeline) adalah High-Density Polyethylene

(HDPE) dengan diameter dalam 1.020-mm. Diameter dalam yang lebih kecil

memberikan tekanan balik tambahan pada outlet choke station untuk

meminimalkan resiko aliran yang lamban (slack flow). Choke station yang terletak

di dekat garis pantai yang mengeluarkan tekanan yang berlebihan dalam jaringan

pipa (pipeline). Choke station ini akan memberikan reduksi tekanan sebesar 0

sampai 32 meter melalui empat choke 6-meter dan empat choke 2-meter.

Jaringan pipa Tailing, dimulai dari ketinggian 106,5 meter di atas

permukaan laut pada kilometer 0. Jaringan pipa (Pipeline) tailing mencapai pinggir

pantai pada kilometer 6,1 dan berakhir pada area penempatan bawah laut pada

kilometer 9,4. (Modul Training PT. NNT, 1997).

Berikut ini adalah gambar jaringan pipa tailing di PT. Amman Mineral Nusa

Tenggara.

Gambar 2.1 : Jaringan pipa (pipeline) Tailing di PT. AMNT

12

2.1.1 Pipa

Pipa adalah benda berbentuk lubang silinder dengan lubang di tengahnya

yang terbuat dari logam maupun bahan-bahan lain sebagai sarana pengaliran atau

transportasi fluida berbentuk cair,gas maupun udara. Pipa digunakan untuk

mengalirkan fluida (zat cair atau gas) dari satu atau beberapa titik ke satu titik atau

beberapa titik lainnya. Fluida yang mengalir ini memiliki temperatur dan tekanan

yang berbeda-beda. Fluida yang mengalir didalam pipa akan mengalami hambatan

berupa gesekan dengan dinding pipa, hal ini akan mengakibatkan berkurangnya laju

aliran dan penurunan tekanan. Walaupun dapat terjadi berbagai jenis kehilangan

energi gerak, umumnya hambatan yang paling utama adalah akibat gesekan yang

sangat tergantung dari kekasaran dinding pipa. Semakin kasar dinding pipa maka

akan semakin besar terjadi penuruan atau kehilangan tekanan aliran.

Pipa sebagai sarana untuk menyalurkan bahan fluida cair,gas maupun uap

dari suatu tempat ke tempat tertentu dengan mempertimbangkan efek temperatur

dan tekanan fluida yang dialirkan, lokasi serta pengaruh lingkungan sekitar. Selain

fungsi di atas jenis pipa tertentu bisa juga digunakan sebagai konstruksi bangunan

gedung, gudang dan lain-lain.

Dalam dunia industri fungsi pipa sebagai berikut :

1. Perpipaan untuk pembangkit tenaga

2. Perpipaan untuk industri bahan migas

3. Perpipaan untuk penyulingan minyak mentah

4. Perpipaan untuk saluran pembuangan limbah

5. Perpipaan untuk proses pendinginan

13

6. Perpipaan untuk tenaga nuklir

7. Perpipaan untuk pertambangan

Dalam sebuah proyek instalasi perpipaan baik migas maupun non migas kita

melihat ada komponen lain yang selalu berhubungan dan menempel pada pipa.

Komponen-komponen pipa adalah sebagai berikut :

1. Flanges - alat penggabung ke komponen lain

2. Fittings - sambungan pipa

3. Valves - katup

4. Strainger - saringan

5. Bland

6. Boltings - baut

6. Gasket

7. Special Items

Gambar 2.2 : Komponen-komponen pipa

2.1.2 Pipa High-Density Polyethylene (HDPE)

Pipa HDPE atau pipa PE 100 (high-density polyethylene) adalah pipa plastik

bertekanan yang materialnya memiliki elastisitas yang tinggi, elastis dan

mempunyai tingkat keretakan yang rendah sehingga pipa HDPE memiliki daya

14

tahan hingga 50 tahun pemakaian. Pipa HDPE terbuat dari Polietilena (PE) adalah

termoplastik yang digunakan secara luas oleh konsumen produk sebagai kantong

plastik. Sekitar 80 juta metrik ton plastik ini diproduksi setiap tahunnya. Polietilena

adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer etilena (IUPAC: etena).

Di industri polimer, polietilena ditulis dengan singkatan PE, perlakuan yang sama

yang dilakukan oleh Polistirena (PS) dan Polipropilena (PP). Pipa HDPE yang kuat

adalah hasil dari teknologi rekayasa pipa modern. Penggunaan teknologi terbaru

menambahkan dukungan khusus untuk liners lapisan longgar dipasang atau slip

pipa. Ini adalah proses intensifikasi atau PI yang dianggap sebagai jenis khusus dari

teknologi yang digunakan oleh sebagian besar produsen pipa HDPE (Willoughby,

2002).

Imperial Chemical Company (ICI) di Inggris pertama kali menemukan PE

pada tahun 1933. Proses polimerisasi awal menggunakan reaktor otoklaf

bertekanan tinggi (14.000 sampai 44.000 psi) dan suhu 200 sampai 600 ° F (93 °

sampai 316 ° C ). PE yang berasal dari reaktor ini disebut "PE bertekanan tinggi."

Ini diproduksi dalam reaksi berantai radikal bebas dengan menggabungkan gas

etilena di bawah tekanan tinggi dengan peroksida atau sejumlah oksigen. Proses

aslinya berbahaya dan mahal, proses yang lebih aman dan kurang mahal lainnya

dikembangkan. PE diproduksi pada tekanan rendah diperkenalkan pada tahun

1950an. Metode ini juga memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam

menyesuaikan struktur molekul melalui variasi katalis, suhu, dan tekanan.

Pemroduksian PE Polimer adalah molekul besar yang dibentuk oleh polimerisasi

(yaitu pengikatan kimia) untuk mengulangi unit molekul kecil. Untuk

15

menghasilkan PE, unit awal adalah etilena, gas tak berwarna yang terdiri dari dua

atom karbon berikatan ganda dan empat atom hidrogen, (Palermo, 1983)

Gambar 2.3 : Polimerisasi HDPE

Polimerisasi etilena dapat terjadi dengan berbagai jenis katalis, di bawah

berbagai kondisi tekanan dan suhu dan dalam sistem reaktor dengan rancangan

yang sangat berbeda. Etilen juga dapat dikopolimerisasi dengan sejumlah kecil

monomer lain seperti butena, propilena, heksena, dan oktena. Jenis kopolimerisasi

ini menghasilkan modifikasi kecil dalam struktur kimia, yang tercermin dalam

perbedaan sifat tertentu, seperti kerapatan, keuletan, kekerasan, dan lain-lain. Resin

yang diproduksi tanpa komonomer disebut homopolimer. Terlepas dari jenis

prosesnya, proses kimiawinya sama. Dalam kondisi reaksi, ikatan rangkap antara

atom karbon rusak, memungkinkan ikatan terbentuk dengan atom karbon lain. Jadi,

rantai tunggal PE terbentuk. Proses ini diulang sampai reaksi dihentikan dan

panjang rantai tetap. PE dibuat dengan menghubungkan ribuan unit monomer

etilen.

Karakteristik Polimer Resin PE dapat digambarkan oleh tiga karakteristik

dasar yang sangat mempengaruhi sifat pengolahan dan penggunaan akhir:

16

1. Kepadatan,

2. Berat molekul, dan

3. Distribusi berat molekul.

Sifat fisik dan karakteristik pemrosesan resin PE memerlukan pemahaman tentang

peran yang dimainkan oleh ketiga parameter utama ini.

1. Kepadatan (Density)

Produksi PE yang paling awal dilakukan dengan menggunakan

proses tekanan tinggi yang menghasilkan produk yang mengandung

"cabang percabangan" yang cukup besar. Percabangan sisi adalah ikatan

acak rantai polimer pendek dengan rantai polimer utama. Karena rantai

bercabang tidak dapat dikepak dengan sangat erat, material yang dihasilkan

memiliki kerapatan yang relatif rendah, yang menyebabkannya diberi nama

low density PE (LDPE). Seiring berjalannya waktu dan PE dari berbagai

tingkat percabangan diproduksi, ada kebutuhan akan standar industri yang

akan mengklasifikasikan resin sesuai dengan kepadatannya. American

Society for Testing of Materials (ASTM) awalnya membentuk sistem

klasifikasi berikut. Ini adalah bagian dari ASTM D1248, Spesifikasi Standar

Bahan Moulding dan Ekstrusi Plastik Polyethylene (2,5). Standar ini sejak

itu telah diganti oleh ASTM D 3350; ASTM D 1248 tidak lagi berlaku untuk

bahan pipa PE.

17

Tabel 2.1 : Tingkat kepadatan pipa HDPE

Type Density

I 0.910 - 0.925 (rendah)

II 0.926 – 0.940 (medium)

III 0.941 – 0.959 (tinggi)

IV 0.960 dan yang lebih tinggi (tinggi, homopolimer)

Tipe I adalah resin dengan densitas rendah yang diproduksi terutama pada

proses tekanan tinggi. Juga terkandung dalam kisaran ini adalah polietilen

densitas rendah linier (linear-low-density polyethylenes), yang merupakan

perkembangan terakhir di daerah PE dengan menggunakan proses tekanan

rendah.

Tipe II adalah resin densitas medium yang dihasilkan baik oleh proses

tekanan rendah atau tinggi.

Jenis III dan IV adalah polietilen densitas tinggi. Bahan tipe III biasanya

diproduksi dengan sejumlah kecil komonomer (biasanya butena atau

heksena) yang digunakan untuk mengendalikan percabangan rantai. Proses

percabangan yang terkontrol menghasilkan peningkatan kinerja pada

aplikasi di mana jenis tekanan tertentu terlibat.

Resin tipe IV disebut sebagai homopolimer karena hanya etilen yang

digunakan dalam proses polimerisasi, yang menghasilkan bahan kerapatan

bercabang paling rendah dan paling mungkin. Gambar berikut

menggambarkan berbagai struktur molekul yang terkait dengan setiap jenis

PE.

18

Gambar 2.4 : Struktur rantai PE

2. Berat Molekul

Ukuran molekul polimer diwakili oleh berat molekulnya, yang

merupakan total bobot atom dari semua atom yang membentuk molekul.

Bobot molekul memberikan pengaruh besar pada kemampuan proses dan

sifat fisik dan mekanik akhir dari polimer. Bobot molekul dikendalikan

selama proses pembuatan. Besarnya variasi panjang biasanya ditentukan

oleh katalis, kondisi polimerisasi, dan jenis proses yang digunakan. Selama

produksi polietilen, tidak semua molekul tumbuh dengan panjang yang

sama. Karena polimer mengandung molekul dengan panjang yang berbeda,

berat molekul biasanya dinyatakan sebagai nilai rata-rata. Ada berbagai cara

untuk mengekspresikan berat molekul rata-rata, namun yang paling umum

adalah angka rata-rata (Mn) dan berat rata-rata (Mw).

Definisi dari istilah-istilah ini adalah sebagai berikut:

Mn = Berat total semua molekul ÷ Jumlah total molekul

Mw = (Berat total setiap ukuran) (bobot masing-masing) ÷ Berat total semua

molekul

19

Gambar 2.5 : Berat molekul

Bobot molekul merupakan faktor utama yang menentukan sifat yang

berkaitan dengan durabilitas suatu polimer. Kekuatan jangka panjang,

ketangguhan, keuletan, dan daya tahan kelelahan meningkat saat berat

molekul meningkat. Nilai saat ini dari bahan yang sangat tahan lama

dihasilkan dari berat molekul polimer yang tinggi.

Material pipa PE kepadatan tinggi, yang dikenal sebagai bahan berkinerja

tinggi (misalnya PE 4710), sebagian besar dihasilkan dari resin bimodal.

Pipa yang terbuat dari bahan-bahan ini ditandai oleh ketahanan yang benar-

benar luar biasa dan unik terhadap pertumbuhan slow crack, kinerja jangka

panjang yang meningkat secara signifikan, tingkat tekanan yang lebih tinggi

atau peningkatan kapasitas aliran, dan ketahanan kimia yang meningkat,

yang kesemuanya dicapai tanpa mengorbankan salah satu dari manfaat

tradisional lainnya yang terkait dengan penggunaan pipa PE.

3. Distribusi Berat Molekul

Distribusi Berat Molekul sangat bergantung pada jenis proses yang

digunakan untuk pembuatan resin polietilena tertentu. Untuk polimer

20

dengan kepadatan dan berat molekul rata-rata yang sama, laju aliran

lelehannya relatif bebas dari distribusi Berat Molekul. Oleh karena itu, resin

yang memiliki kerapatan yang sama dan MI dapat memiliki distribusi berat

molekul yang sangat berbeda.

Gambar 2.6 : Distribusi Berat Molekul

2.1.2.1 Inspeksi dan Pengujian Pipa Polyethylene (PE)

Secara umum, instalasi sistem perpipaan dimulai dengan kedatangan dan

penyimpanan sementara pipa, fitting, dan barang lain yang dibutuhkan untuk

sistem. Perakitan dan penginstalan, kemudian sistem pengujian dan terakhir siap

untuk dioperasikan. Sepanjang proses instalasi, berbagai inspeksi dan pengujian

dilakukan untuk memastikan pemasangan sesuai dengan persyaratan spesifikasi

dan sistem mampu berfungsi sesuai dengan spesifikasi desainnya.

Pipa PE adalah sistem pipa terpadu dan pas untuk berbagai aplikasi

komersial, kota, utilitas dan industri. pemasangan pipa PE dapat dilakukan dengan

berbagai cara antara lain : dikuburkan didalam tanah, diletakkan di permukaan

tanah, dipasang di bawah air, atau melayang di permukaan danau atau sungai.

21

Produk pipa PE dibuat dari diameter 1/4 "(6 mm) melalui diameter 120"

(3050 mm) dengan standar industri yang berlaku (ASTM, AWWA, dll.) Untuk

aplikasi tekanan dan non-tekanan. Selain itu, alat kelengkapan PE, fabrikasi khusus,

struktur khusus dan perlengkapan tersedia untuk nilai tekanan penuh, pengenal

tekanan rendah, atau aplikasi dengan nilai tidak bertekanan. Pipa PE yang diekstrusi

secara konvensional memiliki dinding homogen dan permukaan interior dan

eksterior halus. Pipa profil dibuat dengan mengekstrusi profil melalui mandrel. Pipa

ini memiliki interior yang halus, dan mungkin memiliki eksterior halus.

Pengujian dan inspeksi yang dilakukan selama konstruksi meliputi :

1. Inspeksi kerusakan

2. Uji kualitas

3. Uji tanah,

4. Uji defleksi pipa untuk diameter dalam

5. Uji tekanan dll.

2.1.2.2 Spesifikasi Standar dan Kode pipa Polyethylene (PE)

Semua standar perpipaan PE menentukan persyaratan bahan minimum

berdasarkan persyaratan dari ASTM D3350, kode peruntukan material ASTM yang

sederhana dan singkat, biasanya digunakan untuk mengidentifikasi secara cepat

sifat rekayasa paling signifikan dari sebuah Bahan pipa PE. Fitur penting dari kode

penunjukan ini adalah bahwa ia mengidentifikasi tegangan hidrostatik yang

direkomendasikan maksimum untuk air, pada suhu 73 ° F (23 ° C). Awalnya, kode

penunjukan ini dirancang hanya berlaku untuk bahan perpipaan tekanan. Namun,

ada pengakuan bahwa pada aplikasi non-tekanan juga dapat menghasilkan

22

tekanan,sehingga lebih aman menggunakan bahan yang diberi nilai tegangan. Hal

ini menyebabkan praktik umum menggunakan kode peruntukan material ini untuk

segera mengidentifikasi semua bahan perpipaan PE yang ditujukan untuk pipa

dinding padat atau, konstruksi dinding profil. Kode ini didefinisikan dalam ASTM

F412, "Terminologi Standar yang Berkaitan dengan Sistem Pemipaan Plastik", di

bawah definisi untuk kode istilah, penandaan bahan pipa termoplastik. Singkatan

ASTM yang disetujui untuk bahan pipa diikuti oleh empat digit (mis., PE4710).

Informasi yang disampaikan oleh kode ini adalah sebagai berikut:

1. ASTM mengenali singkatan untuk materi perpipaan. PE, dalam kasus

bahan polietilena.

2. Angka pertama mengidentifikasi kisaran kerapatan resin PE dasar,

sesuai dengan ASTM D3350, yang digunakan dalam bahan. kepadatan

polimer PE mencerminkan kristalinitas polimer yang, pada gilirannya,

merupakan penentu utama dari kekuatan dan sifat kekakuan material

akhir.

3. Angka kedua mengidentifikasi ketahanan senyawa terhadap

pertumbuhan slow crack growth (SCG), juga sesuai dengan ASTM

D3350. Resistansi material terhadap SCG berhubungan sangat kuat

dengan keuletan jangka panjangnya, properti yang mendefinisikan

kapasitas material untuk melawan secara aman efek intensifikasi

tegangan lokal.

4. Dua angka terakhir mengidentifikasi kategori tegangan desain

hidrostatik maksimum yang direkomendasikan untuk air, pada suhu 73

° F (23 ° C). Rekomendasi ini dibuat dengan pertimbangan berbagai

23

faktor, namun, terutama yang berikut: Kapasitas untuk menahan secara

aman tekanan yang terdistribusi dengan baik yang hanya dihasilkan oleh

tekanan internal, dan, kapasitas untuk menahan efek pengaya yang aman

yang disebabkan oleh intensifikasi tegangan lokal.

Untuk mengklasifikasikan beragam variasi properti dalam aplikasi

perpipaan, ASTM mengeluarkan standar D 3350, "Spesifikasi Standar Bahan Pipa

Plastik dan Material Polietilena". Standar ini mengakui enam properti yang

dianggap penting dalam pembuatan pipa PE, dalam penggabungan panas yang

menggabungkan material ini dan, dalam menentukan kemampuan kinerjanya dalam

jangka panjang. Setiap properti ditugaskan ke dalam "Cell" dan, setiap sel terdiri

dari sejumlah "Kelas". Jumlah sel mencakup rentang sempit dari keseluruhan

rentang yang lebih besar yang ditutupi oleh "sel" properti. Sel dan kelas properti D

3350 ini diidentifikasi pada Tabel.

24

Tabel 2.2 : Sistem Klasifikasi Sel dari ASTM D 3350

Selain itu, dengan menggunakan huruf kode, ASTM D3350 untuk menentukan

apakah bahan tersebut termasuk pewarna dan juga sifat penstabil yang disertakan

untuk melindungi bahan dari potensi efek merusak sinar ultraviolet (sinar UV) di

bawah sinar matahari. Tabel dibawah ini mencantumkan Kode huruf yang

digunakan pada D 3350

25

Tabel 2.3 : Kode Huruf ASTM D3350

Kode Huruf Warna dan penstabil sinal UV

A Natural

B Diwarnai

C Hitam, dengan minimum 2% karbon hitam

D Natural dengan Penstabil UV

E Diwarnai dengan Penstabil UV

2.2 Pigging

Pada tahun 1961, smart PIG pertama dijalankan dalam pembangunan Shell.

Ini menunjukkan bahwa instrumen elektronik mandiri bisa melintasi pipa sementara

mengukur dan merekam ketebalan dinding. Instrumen yang digunakan medan

elektromagnetik untuk merasakan integritas dinding. Pada tahun 1964 Tuboscope

memperkenalkan instrumen komersial pertama. Dulu teknologi MFL untuk

memeriksa bagian bawah pipa. Sistem ini menggunakan kotak hitam mirip dengan

yang digunakan pada pesawat untuk merekam informasi tersebut. Pada dasarnya itu

adalah tape recorder analog sangat disesuaikan. Sampai saat ini, pita rekaman

(meskipun digital) masih merupakan media perekam disukai. Sebagai kapasitas dan

kehandalan memori solid-state membaik, sebagian besar media perekaman pindah

dari tape untuk solid state.

Pipe Intelligent Gauge (PIG) adalah suatu alat unutk membersihkan bagian

dalam pipa dari padatan dan cairan korosif. PIG juga dikenal sebagai aktivitas

pembersihan bagian dalam pipa. Hal ini dilakukan untuk membersihkan kotoran

yang dianggap bisa menghambat laju aliran fluida dan dapat merusak bagian dalam

26

pipa. PIG juga dapat mendeteksi bagian dalam pipa dan untuk mendeteksi ketebalan

dan kebocoran pipa.

Teknologi pigging berkembang semakin maju dan dapat digunakan untuk

tujuan khusus yang lebih spesifik. Pada kenyataannya, kebutuhan penggunaan pig

tidak hanya untuk mencari penyok atau tekuk, tetapi juga lubang korosi dan retak,

hingga dikembangkanlah Intelligent PIG. Sistem pigging juga dapat digunakan

untuk keperluan lain seperti pengecatan lubang internal atau untuk menyumbat

saluran pipa sehingga pemeliharaan dapat dilaksanakan tanpa shutdown, dsb.

Gambar 2.7 : PIG ILI PT. AMNT

Pigging merupakan salah satu teknik cleaning operation bagian dalam dari

pipeline system yang panjangnya sampai ratusan kilometer. Sistem perpipaan ini

dapat menjadi kotor, akibat berbagai hal, seperti adanya kerak (scale), korosi akibat

adanya fluida korosif, aus dll. Cleaning & detecting bagian dalam pipa dengan

sistem pigging ini dilakukan dengan memasukkan alat PIG kedalam alat peluncur

(pig launcher), PIG akan meluncur disepanjang pipeline dan diterima oleh

perlengkapan penerima (pig reciever). Selama PIG ini meluncur di dalam pipa,

27

maka PIG akan melakukan inside cleaning pipeline, sekaligus melakukan

pendeteksian kondisi pipa tersebut (Tiratsoo, 1992).

Berikut ini macam- macam PIG dari berbagai tipe produksi, antara lain sebagai

berikut :

1. Tipe foam PIG, merupakan pengontrol bagian dalam pipa yang baru

dipasang.

2. Tipe Ball PIG, membersihkan kotoran, air dan kondensat

3. Tipe Bidirectional PIG, bentuk menyerupai barbel, fungsi sama dengan

foam PIG

4. Tipe Brush PIG, berfungsi untuk membersihkan permukaan pipa dari

padatan

5. Tipe Intelijent PIG, dilengkapi dengan instrumentasi deteksi ketebalan.

Fungsi PIG dalam operasi adalah untuk separasi produk, memperbaiki efisiensi

pipa, mendorong kotoran, menyalurkan inhibitor korosi, meter proving dan

inspeksi. Bila pigging diperlukan selama operasi, maka pipa transmisi harus

dirancang dengan trap permanen. Ada empat kegunaan utama PIG :

1. pemisahan fisik antara cairan yang berbeda mengalir melalui pipa

2. pembersihan internal dari pipa

3. Pemeriksaan kondisi dinding pipa (juga dikenal sebagai alat In-Line

Inspection (ILI))

4. Menangkap dan merekam informasi geometris yang berkaitan dengan pipa

(misalnya, ukuran, posisi).

28

Dasar pertimbangan melaksanakan aktivitas pigging :

1. Ketebalan pipa

2. Maximum allowable working pressure pipa

3. Diameter pipa

4. Panjang pipa

5. Elbow, yang terpasang pada pipa alir

6. Valves yang terpasang pada pipa alir

In-Line Inspection (ILI) memanfaatkan Smart PIG untuk memberikan informasi

tentang pipa atau isinya. Sebagian besar alat akan mengukur dan mencatat besarnya

dan posisi anomaly atau fitur yang mereka rancang untuk dideteksi. Layanan

inspeksi ini sering disebut di luar AS sebagai "On Line Inspection", artinya garis

akan diperiksa saat berada dalam layanan (atau on-stream). Alat ILI digunakan

untuk mengumpulkan data yang kemudian dianalisis, biasanya oleh teknisi dan

teknisi kontraktor, untuk menentukan dan melaporkan kondisi saluran.

ILI dimulai pada tahun 1965 ketika Tuboscope memperkenalkan alat kehilangan

logam 'Linalog' mereka. Ini segera diikuti oleh 'Kaliper pig' milik T D Williamson

untuk pengukuran geometri. Saat ini ada berbagai alat yang sangat banyak

digunakan oleh banyak perusahaan yang berbeda yang menyediakan layanan

pigging terdedikasi.

Layanan ILI ini sekarang menyediakan informasi yang dibutuhkan untuk sebagian

besar kebutuhan pemeriksaan dan pemotretan. Dua yang paling umum adalah

Kehilangan logam (termasuk korosi) dan pengukuran Geometri (yang mencakup

kerusakan fisik).

29

Kegiatan ILI yang lainnya meliputi:

1. Deteksi retak

2. Pemetaan atau pemantauan profil

3. Deteksi kebocoran

4. Pengukuran bend

5. Inspeksi kamera video

6. Sampling produk

7. Pengukuran deposisi

In-Line Inspection PIG menggunakan berbagai metode untuk memeriksa pipa.

Sebuah PIG menggunakan satu (atau lebih) berlekuk pelat logam bulat seperti alat

pengukur. Takik memungkinkan bagian yang berbeda dari piring untuk

membungkuk ketika pembatasan ditemui. Sistem yang lebih kompleks ada untuk

memeriksa berbagai aspek pipa. Smart PIG yang digunakan untuk memeriksa pipa

dengan sensor dan merekam data untuk analisis nanti. PIG ini menggunakan

teknologi seperti kebocoran Magnetic Flux Leakage (MFL) dan Ultrasonic (UT)

untuk memeriksa pipa.

2.2.1 Magnetic Flux Leakage (MFL)

Penjelasan paling sederhana tentang bagaimana cara MFL, alat ILI

beroperasi dengan membandingkannya dengan magnet berbentuk tapal

kuda yang terkenal. Untuk mempertahankan kekuatannya, magnet itu

dilengkapi dengan 'kiper'. Ini hanyalah sebuah bar logam yang membawa

fluks dari satu kutub ke kutub yang lain. Jika luas penampang kiper

30

melintang pada titik apapun tidak cukup untuk menahan fluks, maka

kebocoran akan terjadi

Gambar 2.8 : Magnetic Flux Leakage

Medan magnet bergerak dalam apa yang telah digambarkan sebagai 'awan'

berikut mengikuti alat ini dan semakin lemah saat alat bergerak menjauh.

Efek inilah yang membatasi kecepatan maksimal, biasanya sampai sekitar

13 Wsec (4 mlsec). Untuk dinding pipa yang lebih tebal, kecepatannya

mungkin perlu dikurangi sedemikian rupa sehingga memungkinkan waktu

agar fluks memenuhi dinding dan banyak alat sekarang dilengkapi dengan

sistem kontrol kecepatan. Alat MFL awalnya mempunyai kelemahan yaitu

kurangnya magnet power yang sesuai. Untuk mengatasi masalah ini,

Tuboscope, yang mengenalkan alat ILI komersial pertama, memasang

elektromagnet. Hal ini dimengerti bahwa mereka masih memilih metode ini

karena memungkinkan kerapatan fluks disesuaikan agar sesuai dengan

ketebalan dinding dan kecepatan lari. Sebagian besar alat MFL lainnya sejak

beralih ke magnet permanen dan disinilah beberapa perkembangan penting

telah terjadi.

31

2.2.2 Ultrasonics (UT)

Prinsip inspeksi ultrasonik sudah sangat terkenal. Transduser memancarkan

pulsa suara ultrasonik yang melaju dengan kecepatan yang diketahui.

Kesenjangan antara transduser dan pipa dalam walI disebut sebagai jarak

jauh. Saat memasuki dinding pipa (dinding depan) ada gema, dan gema

lainnya saat pulsa memantul dari dinding belakang. Waktu yang dibutuhkan

untuk gema ini untuk kembali memberikan pembacaan langsung virtual dari

ketebalan dinding. Berbeda dengan alat MFL yang memiliki ketebalan

dinding maksimum yang diijinkan, alat UT memiliki minimum. Hal ini juga

akan bervariasi tergantung pada alat atau keadaan tertentu, namun

umumnya berada di wilayah 0,2 "(5 mm). Transduser pasang secara terpisah

dalam pola yang telah ditentukan untuk memberi cakupan 100% dinding

pipa pada kecepatan PIG tertentu, biasanya sekitar 3 fthec (1 dsec). Setiap

kenaikan kecepatan hanya akan menurunkan cakupan. Hal ini diketahui

bahwa ada beberapa pekerjaan pembangunan yang sedang berjalan untuk

secara otomatis menghubungkan tingkat penembakan dengan kecepatan

PIG.

Gambar 2.9 : Prinsip Utrasonik

32

Meski prinsipnya sangat sederhana, alat UT juga memiliki beberapa

kekurangan. Pertama, dan yang bisa dibilang yang paling penting, adalah

bahwa mereka biasanya tidak dapat digunakan untuk memeriksa jaringan

pipa gas karena suaranya hanya akan berjalan melalui cairan homogen. Kata

"homogen" hampir sama pentingnya dengan kata "cair" dalam konteks ini

karena hal-hal seperti gelembung gas dan flokulasi lilin dapat

mempengaruhi hasilnya.

Hal penting lainnya bagi perancang alat UT, ILI yang perlu diingat adalah

bahwa transduser harus dipelihara sejajar dengan permukaan dinding pipa

sampai dalam derajat yang sangat sedikit atau gema akan dilewatkan. Hal

ini menimbulkan masalah tertentu pada tikungan dan melalui penyok dan

fitur serupa lainnya yang dapat membelokkan sinyal.

Masalah potensial lainnya adalah normal alat UT, ILI hanya akan mencatat

dua gema pertama yang diterima. Spektrum dipancarkan oleh transduser

dalam bentuk kerucut, jadi jika ada lubang korosi kecil misalnya, ada

kemungkinan untuk memiliki dua (atau lebih) gema dinding depan (yang

pertama dari dinding depan dan yang kedua dari pit) sebelum kembali ke

dinding echo. Ini bisa diartikan sebagai dinding depan dan belakang

bergema masing-masing dan menghasilkan ketebalan dinding sama dengan

kedalaman lubangnya. Interpretasi yang salah sering disebut sebagai false

call.

33

2.3 Conditioning Monitoring (CoMo)

Merupakan sebuah proses analitis yang digunakan untuk menetukan strategi

manajemen kerusakan yang paling aman dan efisien untuk maintenance

(perawatan). Hal tersebut juga masuk dalam langkah identifikasi yang akan

mengurangi kemungkinan failure (kegagalan) dan mengetahui yang mana biaya

paling efektif. Sejauh ini Conditioning Monitoring digunakan sebagai proses

pengumpulan data dari performasi sistem operasi dan menggunakan data tersebut

untuk memperbaiki design dan maintenance-nya.

Aktivitas Conditioning Monitoring terhadap mesin dan equipment di industri

pertambangan, dilakukan dengan teknik Pengujian Material Tanpa Merusak Benda

Ujinya adalah pengujian Non Destructive atau sering kita dengar dengan Non

Destructive Testing atau NDT, pengujian ini dilakukan untuk menjamin bahwa

material yang kita gunakan masih aman dan belum melewati batas toleransi

kerusakan.

NDT biasanya dilakukan paling tidak dua kali. Pertama, selama dan diakhir proses

fabrikasi, hal ini berguna untuk menentukan suatu komponen dapat diterima setelah

melalui tahap-tahap fabrikasi, Hasil NDT ini dijadikan sebagai bagian dari kendali

mutu komponen. Kedua, NDT dilakukan setelah komponen digunakan dalam

jangka waktu tertentu. Tujuannya adalah menemukan kegagalan parsial sebelum

melampaui damage tolerance-nya.

Dari tipe keberadaannya crack, kerusakan atau cacat pada material NDT dapat

dibedakan dalam 2 macam, yaitu: surface crack dan inside crack. Sebaiknya Pada

saat pengujian maka harus sudah ditentukan dahulu targetnya (misal surface crack

34

atau inside crack), baru digunakan metoda NDT yang tepat. Beberapa Metode yang

digunakan untuk melakukan pengujian ini yaitu :

2.3.1 NDT Metode Pada Inside Crack

2.3.1.1 Radiography Test

Radiography adalah bagian dari Non Destructive Test (NDT) yang

menggunakan sinar x atau sinar gamma yang dapat menembus hampir

semua logam kecuali timbal dan beberapa material padat sehingga dapat

digunakan untuk mengungkap cacat atau ketidaksesuain dibalik dinding

metal atau di dalam bahan itu sendiri.

Gambar 2.10 : Bentuk Alat Uji Radiography Test

Prinsip Kerja Radiography Test

Intensitas Radiasi akan berubah tergantung dari tebal material dan Density

Material sehingga akan menghasilkan bayangan yang berbeda pada film

hasil Radiography Test

35

Gambar 2.11 : Prinsip Kerja Radiography Test

Kelebihan dan Kekurangan Radiography Test

Kelebihan :

1. Mampu mendeteksi cacat permukaan logam weld (lasan) atau

Raw Material.

2. Bisa menyajikan data yang terecord

3. Cacat yang tampak pada film 1:1

4. Dapat dioperasikan pada posisi-posisi yang sulit

Kekurangan :

1. Dibutuhkan Personil (orang) yang sudah berkualifikasi

(Certified Personnel as ASNT requirement)

2. Biaya pengujian lebih mahal dibandingkan DPT, UT, dan MT

3. Bahaya radiasi sinar X dan Sinar Gamma

Mengunakan metode Radiography, yaitu dengan menggunakan sinar X

untuk mendapatkan gambaran dalam material. Pada Prinsipnya hampir

sama dengan sinar X atau X ray yang digunakan untuk tubuh manusia, tetapi

panjang gelombang yang digunakan berbeda (lebih pendek).

36

2.3.1.2 Ultrasonic Test

Menggunakan metode Ultrasonics, yaitu dengan menggunakan gelombang

ultrasonic dengan frequensi antara 0.1 ~ 15 Mhz. Pada Prinsipnya,

gelombang ultrasonic dipancarkan dalam material dan gelombang baliknya

atau gelombang yang sampai di sisi yang lain di bandingkan dengan

kecepatan suara dari material itu sendiri untuk mendapatkan gambaran

posisi dari crack.

Gambar 2.12 : Ultrasonic Flaw Detector

Ultrasonic Flaw Detector adalah yang tertua dan yang paling umum. Sejak

tahun 1940-an, hukum-hukum fisika yang mengatur propagasi gelombang

suara melalui bahan padat telah digunakan untuk mendeteksi retakan

tersembunyi, void, porositas, dan diskontinuitas internal lainnya dalam

logam, komposit, plastik, dan keramik.

Prinsip Kerja Ultrasonic Flaw Detector

37

Gambar 2.13: Prinsip Kerja Ultrasonic Flaw Detector

Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan rambatan gelombang

ultrasonik yang dikeluarkan oleh transduser pada benda kerja dan kemudian

gelombang baliknya ditangkap oleh receiver.

Gelombang yang diterima ini dapat diukur intensitasnya, waktu perambatan

atau resonansi yang ditimbulkan sehingga pada umumnya pemeriksaan

ultrasonik ini didasarkan pada perbedaan intensitas gelombang yang

diterima serta waktu perambatannya.

Kelebihan dan Kekurangan Ultrasonic Flaw Detector

Kelebihan :

1. Tingkat kedalaman perembesan untuk mendeteksi defect sangat akurat

dibandingkan metode NDT yang lainnya

2. Hanya membutuhkan 1 sisi benda uji

3. Menampilkan informasi jarak pada layar CRT

4. Preparasi benda uji yang sederhana

5. Dapat digunakan selain untuk mendeteksi flaw

Kekurangan :

1. Permukaan harus dapat dijangkau oleh probe dan couplant

38

2. Skill dan training yang dibutuhkan lebih tinggi dari metode lain

3. Finishing dan kekasaran pada permukaan mempengaruhi hasil inspeksi

4. Sulit menginspeksi benda yang tipis

5. Membutuhkan standar referensi

2.3.1.3 Accustic Emmision

Menggunakan Metode Accustic emmision (AE), Berbeda dengan

kebanyakan metode NDT lainnya, di AE menguji diskontinuitas itu sendiri

adalah pelepasan energi, membuat sinyal sendiri (sebagai respons terhadap

stres). Pengujian AE mendeteksi gerakan (metode lain mendeteksi

diskontinuitas geometris).

Gambar 2.14 : skema AE

Keuntungan pengujian AE:

1. AE dapat digunakan di semua tahap pengujian termasuk:

a. Preservice (bukti) pengujian

b. Pengujian inservice (rekualifikasi)

c. Pemantauan komponen dan sistem secara on-line

d. Deteksi dan lokasi kebocoran

e. Pemantauan las dalam proses

39

f. Pengujian dan karakterisasi sifat mekanik

2. Anisotropi bahan bagus

3. geometri sensitif

4. Kurang mengganggu

5. Pemantauan global

6. Evaluasi real-time

7. Pemindaian jarak jauh

8. Kinerja / rasio harga

Kelemahan pengujian AE :

1. Repeatability: Emisi akustik adalah stres yang unik dan setiap

pemuatannya berbeda.

2. Atenuasi: Struktur yang diuji akan menipiskan gelombang tegangan

akustik.

3. Sejarah: Pengujian paling baik dilakukan jika riwayat pemuatan

struktur diketahui.

4. Kebisingan

2.3.2 NDT Metode pada Surface Crack

2.3.2.1 Visual Inspection Optical

Biasanya Metode ini menjadi langkah yang pertama kali diambil

dalam NDT. Metode ini bertujuan menemukan cacat atau retak permukaan

dan korosi. dengan bantuan Visual Optical, crack yang berada dipermukaan

material dapat diketahui

40

Gambar 2.15 : Inspeksi visual

2.3.2.2 Liquid Penetrant

Metode ini sangat sederhana dimana saat melakuan pengujian dilakukan

penyemprotan dengan cairan berwarna terang yang tujuannya untuk

mengetahui keretakan atau kerusakan pada material solid baik logam

maupun non logam. Cairan ini harus memiliki daya penetrasi yang baik dan

viskositas yang rendah agar dapat masuk pada cacat dipermukaan material.

Selanjutnya, penetrant yang tersisa di permukaan material disingkirkan.

Cacat akan nampak jelas jika perbedaan warna penetrant dengan latar

belakang cukup kontras

Gambar 2.16 : Liquid penetrant

41

2.3.2.3 Magnetic Particles

Metode ini menggunakan serbuk magnetik yang di sebarkan dipermukaan

benda uji atau material. Pada saat crack ada dalam permukaan benda uji,

maka akan terjadi kebocoran medan magnit di sekitar posisi crack, sehingga

dengan mudah akan bisa dilihat oleh mata. Setelah pengujian magnetic,

maka benda uji akan menjadi bersifat magnet, karena pengaruh serbuk

magnet tersebut, maka untuk menghilangkan effek itu digunakan metoda

demagnetization (proses menghilangkan medan magnet pada benda uji),

salah satu caranya dengan menggunakan hammering (benda uji dipikul

dengan hammer, sehingga timbul getaran yang akan melepaskan partikel

magnet). Kelemahannya, metode ini hanya bisa diterapkan untuk material

ferromagnetik. Selain itu, medan magnet yang dibangkitkan harus tegak

lurus atau memotong daerah retak.

Gambar 2.17 : partikel magnetik

2.3.2.4 Eddy current

Metode ini pada prisipnya hampir sama dengan teknik Magnetic Particles,

akan tetapi medan listrik yang dipancarkan dari arus listrik bolak-balik,

ketika ada crack maka medan listrik akan berubah dan perubahannya itu

akan terbaca pada alat pengukur impadance. Prinsip ini erat kaitannya

42

dengan impedansi, maka hasilnya sangat dipengruhi oleh jarak antara benda

uji dengan alat ukurnya. Keterbatasan dari metode ini yaitu hanya dapat

diterapkan pada permukaan yang dapat dijangkau. Selain itu metode ini juga

hanya diterapkan pada bahan logam saja.

Gambar 2.18 : arus Eddy

2.4 Fluida

Aliran fluida atau zat cair (termasuk uap air dan gas) dibedakan dari benda

padat karena kemampuannya untuk mengalir. Fluida lebih mudah mengalir karena

ikatan molekul dalam fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat,

akibatnya fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk

karena gesekan. Zat padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap,

sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat padat tidak

mudah berubah bentuk maupun volumenya, sedangkan zat cair dan gas, zat cair

tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti bentuk wadahnya dan

volumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya gaya yang sangat besar.

Gas tidak mempunyai bentuk maupun volume yang tetap,gas akan

berkembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan gas tidak

43

mempertahankan suatu bentuk yang tetap, keduanya mempunyai kemampuan

untuk mengalir. Dengan demikian kedua – duanya sering secara kolektif disebut

sebagai fluida.

2.4.1 Sifat – sifat fluida

Untuk mengerti aliran fluida maka harus mengetahui beberapa sifat dasar

fluida. Adapun sifat – sifat dasar fluida yaitu: kerapatan (density) ρ, (specific

gravity) (s.g), tekanan (pressure) P, kekentalan (viscosity) µ.

1. Kerapatan (Density)

Kerapatan (density) ρ suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat

tersebut dan dinyatakan dalam massa per satuan volume. Sifat ini

ditentukan dengan cara menghitung perbandingan massa zat yang

terkandung dalam suatu

bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut

⍴ = 𝑚𝒗

Dimana: v = volume fluida (m3)

m = massa fluida (kg)

ρ = rapat massa (kg/m3)

Volume jenis (v) adalah volume yang ditempati oleh sebuah satuan

massa zat dan karena itu merupakan kebalikan dari kerapatan:

𝑣 =1

⍴

44

berat jenis γ adalah gaya gravitasi terhadap massa yang terkandung

dalam sebuah satuan volume zat, maka

γ = ρ.g

Dimana: ρ = rapat massa (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

Spesific grafity (s.g) adalah sifat yang digunakan untuk

memperbandingkan kerapatan suatu zat dengan kerapatan air. Karena

kerapatan semua zat cair bergantung pada temperatur serta tekanan, maka

temperatur zat cair yang dipertanyakan, serta temperatur air yang

dijadikan acuan, harus dinyatakan

untuk mendapatkan harga-harga gravitasi jenis yang tepat.

𝑆. 𝑔 =⍴

⍴𝑤

Dimana: s.g = spesifik grafity

ρ = rapat massa (kg/m3)

⍴𝑤 = kerapatan air (kg/m3)

2. Laju Aliran Massa

Laju aliran massa yang mengalir dapat diketahui dengan persamaan

dibawah ini:

m = ⍴. V. A

𝑚 =𝑉 . 𝐴

𝑣

45

Dimana: ṁ = laju aliran massa (kg/s)

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

v = volume jenis (m3/kg)

A = luas penampang pipa (m2)

Laju aliran adalah volume fluida yang dikeluarkan tiap detiknya. Laju

aliran dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut:

Q = V. A

Dimana: Q = debit aliran (m3/s)

V = kecepatan aliran (m/s)

A = Luas Penampang (m2)

laju aliran melalui A1 dan A2 harus sama, dengan demikian:

ρ1 . A1 . V1 = ρ2 . A2 . V2

3. Viskositas

Viskositas adalah ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau

perubahan-perubahan bentuk. Viskositas zat cair cenderung menurun

dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur, hal ini disebabkan

gaya-gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan

dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang

menyebabkan berturunnya viskositas dari zat cair tersebut. Viskositas

dibagi menjadi dua yaitu:

46

a. Viskositas dinamik atau viskositas mutlak atau absolute viscosity.

Viskositas dinamik adalah sifat fluida yang menghubungkan tegangan

geser dengan gerakan fluida. Viskositas dinamik tampaknya sama dengan

ratio tegangan geser terhadap gradien kecepatan.

𝜇 =𝜏

𝑑𝑢/𝑑𝑦

Dimana: µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

τ = tegangan geser (N/m2)

𝑑𝑢/𝑑𝑦 = gradien kecepatan ((m/s)/m)

b. Viskositas kinematik

Viskositas kinematik adalah perbandingan antara viskositas dinamik

dengan kerapatan fluida.

𝑣 =𝜇

𝜌

Dimana: υ = viskositas kinematik (m2/s)

µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

ρ = kerapatan fluida (kg/m3)

2.4.2 Hukum Kontinuitas

Persamaan kontinuitas adalah persamaan yang menghubungkan kecepatan

fluida dalam dari satu tempat ke tempat lain.

47

Gamba 2.19 : kontinuitas

Gambar 2.19 : kontinuitas

Aliran fluida dari kiri ke kanan ( fluida mengalir dari pipa yang berdiameter

besar menuju diameter yang kecil ). Garis putus-putus merupakan garis arus.

Keterangan gambar :

A1 = luas penampang bagia pipa yang berdiameter besar.

A2 = luas penampang bagian pipa yang berdiameter kecil.

v1 = kecepatan aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter besar.

v2 = kecepatan aliran fluida pada bagian pipa yang berdiameter kecil.

L = jarak tempuh fluida.

2.4.2.1 Persamaan Kontinuitas untuk Fluida Tak-termampatkan

(incompressible)

Pada fluida tak-termampatkan (incompressible), kerapatan atau massa jenis

fluida selalu sama di setiap titik yang dilaluinya.

Massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki luas penampang A1

(diameter pipa yang besar) selama selang waktu tertentu adalah :

ρ = m / V → m = ρ . V

m1 = ρ . V1 → V1 = A1 L1 = A1v1t

48

m1 = ρ.A1.v1.t

keterangan :

ρ = Massa Jenis (kg/m3)

m1 = massa bidang 1 (kg)

V1 = Volume bidang 1 (m/s)

t = waktu (s)

A1 = luas penampang 1

v1 = kecepatan aliran fluida pada penampang 1

Demikian juga, massa fluida yang mengalir dalam pipa yang memiliki luas

penamang A2 (diameter pipa yang kecil) selama selang waktu tertentu

adalah :

m2 = ρ . A2. v2 . t

Keterangan :

m2 = massa bidang 2 (kg)

V2 = Volume bidang 2 (m/s)

t = waktu (s)

A2 = luas penampang 2Q

v2 = kecepatan aliran fluida pada penampang 2

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama

dengan massa fluida yang keluar, maka :

49

m1 = m2

ρA1v1t = ρA2v2t

A1v1 = A2v2

(massa jenis fluida dan selang waktu sama sehingga dilenyapkan)

Jadi, pada fluida tak-termampatkan, berlaku persamaan kontinuitas :

A1 v1 = A2 v2 - Persamaan 1

Keterangan :

A1 = Luas penampang 1

A2 = Luas penampang 2

v1 = Kecepatan aliran fluida pada penampang 1

v2 = Kecepatan aliran fluida pada penampang 2

Av = Laju aliran volume atau debit

Persamaan 1 menunjukkan bahwa aliran volume atau debit selalu sama pada

setiap titik sepanjang pipa/tabung aliran. Ketika penampang pipa mengecil,

maka laju aliran fluida meningkat, sebaliknya ketika penampang pipa

menjadi besar, laju aliran fluida menjadi kecil.

2.4.2.2 Persamaan Kontinuitas untuk Fluida Termampatkan

(compressible)

Untuk kasus fluida yang termampatkan atau compressible, massa jenis

fluida selalu sama. Dengan kata lain, massa jenis fluida berubah ketika

50

dimampatkan. Kalau pada fluida Tak-termampatkan massa jenis fluida

tersebut kita lenyapkan dari persamaan, maka pada kasus ini massa jenis

fluida tetap disertakan. Dengan berpedoman pada persamaan yang telah

diturunkan sebelumnya.

Mengingat bahwa dalam aliran tunak, massa fluida yang masuk sama

dengan massa fluida yang keluar, maka :

m1 = m2

ρ . A1 . v1 . t = ρ . A2 . v2 . t → Persamaan 1

Selang waktu aliran fluida sama sehingga bisa dilenyapkan. Persamaan

berubah menjadi :

ρ . A1 . v1 = ρ . A2 . v2 → Persamaan 2

Persamaan 2 untuk kasus fluida termampatkan. Bedanya hanya terletak

pada massa jenis fluida. Apabila fluida termampatkan, maka jenisnya

berubah. Sebaliknya apabila fluida ta terampatkan, massa jenisnya selalu

sama sehingga bisa kita lenyapkan.

2.4.3 Hukum Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang

menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida

akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut.

Rumus Hukum Bernoulli:

51

Gambar 2.20 : Tabung Bernoulli

P1 + ½ ρ1 v12 + ρ1 g h1 = P2 + ½ ρ2 v22 + ρ2 g h2

Keterangan:

P = Tekanan (Pascal)

V = Kecepatan (m/s)

p = massa jenis fluida (kg/m^3)

h = Ketinggian (m)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2)

Dari persamaan 1, Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah tekanan,

energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki

nilai yang sama di setiap titik sepanjang aliran fluida ideal.

Aplikasi Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli bermanfaat bagi kehidupan manusia, beberapa aplikasi

penerapan hukum bernoulli adalah sebagai berikut :

1. Tangki Air

2. Venturimeter

3. Manometer

4. Tabung Pitot

52

2.4.4 Bilangan Reynolds

Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ)

terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya

tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk

mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar , turbulen atau

transisi. Namanya diambil dari Osborne Reynolds (1842–1912) yang

mengusulkannya pada tahun 1883.

Bilangan Reynold merupakan salah satu bilangan tak berdimensi yang paling

penting dalam mekanika fluida dan digunakan, seperti halnya dengan bilangan tak

berdimensi lain, untuk memberikan kriteria untuk menentukan dynamic similitude.

Jika dua pola aliran yang mirip secara geometris, mungkin pada fluida yang berbeda

dan laju alir yang berbeda pula, memiliki nilai bilangan tak berdimensi yang

relevan, keduanya disebut memiliki kemiripan dinamis.

Rumus bilangan Reynolds umumnya adalah sebagai berikut:

Dimana:

Re = bilangan reynolds

V = kecepatan fluida,

d = diameter pipa,

Re = 𝑉.𝐷

𝑣

53

μ = viskositas absolut fluida dinamis,

ν = viskositas kinematik fluida: ν = μ / ρ,

ρ = kerapatan (densitas) fluida.

Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi

atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan,kohesi dan

laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun

dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur, hal ini disebabkan gaya-gaya

kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin

bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunnya viskositas

dari zat cair tersebut.

Bilangan Reynolds terbagi menjadi dua :

1. Internal Flow (aliran dalam saluran tertutup)

Merupakan aliran fluida yang mengalir didalam pipa. Untuk aliran internal,

jenis aliran dapat diketahui dengan mendapatkan bilangan Reynolds nya

dari persamaan :

Re = 𝑉.𝐷

𝑣

Dimana :

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

D = diameter

v = viskositas

2. Eksternal Flow (aliran dalam saluran terbuka)

54

Merupakan aliran fluida yang mengalir pada permukaan suatu benda. Untuk

aliran eksternal, jenis aliran dapat diketauhi dengan mendapatkan bilangan

Reynolds nya dari persamaan :

Re = 𝑉.𝐿

𝑣

Dimana :

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

L = Panjang permukaan

v = viskositas

Dengan bilangan Reynold, aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis aliran.

Jenis-jenis aliran tersebut adalah,

1. Aliran Laminer

Aliran laminer terjadi apabila partikel-partikel zat cair bergerak teratur

dengan membentuk garis lintasan kontinyu dan tidak saling berpotongan.

Aliran laminer terjadi apabila kecepatan aliran rendah, ukuran saluran

sangat kecil dan zat cair mempunyai kekentalan besar. Aliran dengan fluida

yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau laminer-laminer dengan satu

lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar iniviskositas

berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara

lapisan.

Apabila dalam sebuah fluida dalam saluran terbuka mempunyai nilai

bilangan reynold kurang dari 2000 (Re < 2000) maka aliran tersebut

termasuk aliran laminer. Sedangkan dalam saluran tetutup dalam pipa,

55

aliran tersebut merupakan aliran laminer apabila mempunyai bilangan

Reynold kurang dari 500 (Re <500).

2. Aliran turbulen

Pada aliran turbulen, partikel-partikel zat cair bergerak tidak teratur dan

garis lintasannya saling berpotongan. Aliran turbulen terjadi apabila

kecepatan aliran besar,saluran besar dan zat cair mempunyai kekentalan

kecil. Aliran di sungai, saluranirigasi atau drainase dan di laut adalah contoh

dari aliran turbulen. Aliran dimana pergerakan dari partikel-partikel fluida

sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel

antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian

fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan

aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser

yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian

aliran.

Apabila dalam sebuah fluida dalam saluran terbuka mempunyai nilai

bilangan reynold lebih dari 4000 (Re > 4000) maka aliran tersebut termasuk

aliran turbulen.Sedangkan dalam saluran tetutup dalam pipa, aliran tersebut

merupakan aliran turbulen apabila mempunyai bilangan Reynold lebih dari

1000 (Re > 1000).

3. Aliran transisi

56

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran

turbulen. Aliran transisi berada pada pada bilangan Re (2000 - 4000 )biasa

juga disebut sebagai bilangan Reynolds kritis.

Gambar 2.21 : Jenis aliran

2.4.5 Persamaan Darcy-Weisbach

Dalam dinamika fluida, persamaan Darcy-weisbach adalah persamaan

fenomenologika yang berkaitan dengan head loss, atau kehilangan tekanan akibat

gesekan sepanjang pipa terhadap kecepatan aliran rata-rata. Persemaan ini

terbentuk atas kontribusi Henry Darcy dan Julius weisbach.

Persamaan Darcy-weisbach mengandung faktor gesekan tak berdimensi, yang

dinamai faktor gesekan Darcy, faktor gesekan Darcy-Weisbach, atau faktor gesekan

Moody. Faktor gesekan Darcy besarnya empat kali faktor gesekan Fanning, dan

tidak boleh disamakan.

Head loss dapat dihitung dengan:

57

dengan

hf = head loss akibat gesekan;

L = panjang pipa;

D = diameter hidraulik dari pipa (untuk pipa yang berbentuk melingkar,

diameter hidraulik sebanding dengan diameter pipa tersebut);

V = kecepatan rata-rata dari aliran, sebanding dengan debit aliran dibagi

dengan perimeter basah;

g = percepatan gravitasi;

f = koefisien tak berdimensi yang disebut faktor gesekan Darcy;

Faktor gesekan Moody digunakan dalam persamaan Darcy-Weisbach.

Koefisien ini dapat diperkirakan dengan diagram dibawah ini :

Gambar 2.22 : Diagram Moody

58

2.5 Keausan

Keausan adalah penguraian ketebalan permukaan akibat gesekan yang terjadi

pada pembebanan dan gerakan. Keausan umumnya dianalogikan sebagai hilangnya

materi sebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan yang bergerak slidding dan

dibebani. Ini merupakan fenomena normal yang terjadi jika dua permukaan saling

bergesekan, maka akan ada keausan atau perpindahan materi yang terjadi antara

dua benda yang bergesekan.

Suatu komponen struktur dan mesin agar berfungsi dengan baik sebagaimana

mestinya sangat tergantung pada sifat-sifat yang dimiliki material. Material yang

tersedia dan dapat digunakan oleh para engineer sangat beraneka ragam, seperti

logam, polimer, keramik, gelas, dan komposit. Sifat yang dimiliki oleh material

terkadang membatasi kinerjanya. Namun demikian, jarang sekali kinerja suatu

material hanya ditentukan oleh satu sifat, tetapi lebih kepada kombinasi dari

beberapa sifat. Salah satu contohnya adalah ketahanan-aus ( wear resistance )

merupakan fungsi dari beberapa sifat material (kekerasan, kekuatan, dll), friksi serta

pelumasan. Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan oleh mekanisme

yang beragam. Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode

dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan

aktual. Salah satunya adalah metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban

gesek dari cincin yang berputar (revolving disc). Pembebanan gesek ini akan

menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya

akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak

permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat

59

keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin

tinggi volume material yang terkelupas dari benda uji.

Rumus Keausan :

Keterangan :

Wear Rate = Laju Keausan

Original Thickness = ketebalan original pipa (pabrik)

Operational Duration = waktu atau lamanya beroperasi

Keausan sendiri mempunyai dua sifat yaitu keausan normal dan keausan tidak

normal. Kemudian hal – hal yang mempengaruhi keausan :

1. Pembebanan

2. Kecepatan

3. Temperatur

4. Kekerasan permukaan

5. Kehalusan permukaan

6. Adanya benda – benda asing

7. Adanya benda kimia

Berikut ini adalah macam-macam keausan

2.5.1 Keausan Adhesif (Adhesive Wear)

Keausan adhesif adalah salah satu jenis keausan yang disebabkan oleh terikat atau

melekat (adhesive) atau berpindahnya partikel dari suatu permukaan material yang

Wear Rate = 𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠 − 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑇ℎ𝑖𝑐𝑘𝑛𝑒𝑠𝑠

𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝐷𝑢𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛

60

lemah ke material yang lebih keras serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi

pelepasan / pengoyakan salah satu material. Proses bermula ketika benda dengan

kekerasan yang lebih tinggi menyentuh permukaan yang lemah kemudian terjadi

pengikatan. Pengikatan ini terjadi secara spontan dan dapat terjadi dalam suhu yang

rendah atau moderat. Adhesive wear sering juga disebut galling, scoring, scuffing,

seizure, atau seizing.

Faktor – faktor yang menyebabkan keausan adhesive :

a. Kecenderungan dari material yang berbeda untuk membentuk larutan

padat atau senyawa intermetalik.

b. Kebersihan permukaan.

Jumlah wear debris akibat terjadinya aus melalui mekanisme adhesif ini dapat

dikurangi dengan cara ,antara lain :

a. Menggunakan material keras.

b. Material dengan jenis yang berbeda, misal berbeda struktur kristalnya.

Gambar 2.23 : Adhesive Wear

61

2.5.2 Keausan abrasif (Abrasive Wear)

Keausan jenis ini terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu

meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi

atau pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini

ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau asperity

tersebut.

Sebagai contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi

ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila

pertikel tersebut berada di dalam sistem slurry. Pada kasus pertama, partikel

tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan akhirnya

mengakibtakan pengoyakan. Sementara pada kasus terakhir, partikel tersebut

mungkin hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi.

Ada dua kategori keausan ini, yaitu:

a. Two body abrasion

Keausan ini disebabkan oleh hilangnya material karena proses

rubbing (penggarukan) oleh material lain yang lebih keras dibanding

material yang lain. Sehingga mateial yang lunak akan terabrasi. Contohnya

pada proses permesinan, antara lain cutting, atau turning.

b. Three body abrasion

Aus yang disebabkan proses galling sehingga serpihan hasil gesekan

yang terbentuk (debris) mengeras serta ikut berperan dalam hilangnya

material karena proses gesekan yang terjadi secara berulang-ulang. Jadi

62

pengertian “tiga benda” disini adalah dua material yang saling bergesekan

dan sebuah benda serpihan hasil gesekan. Sedangkan pada keausan “dua

benda”, debris atau serpihan hasil gesekan tidak ada. Debris berasal dari

logam lembaran yang teradhesi pada permukaan alat cetak, kemudian

karena proses pembentukan yang terjadi, serpihan ini akan menggaruk

permukaan pelat, sehingga terjadilah keausan secara abrasif.

Faktor yang berperan dalam kaitannya dengan ketahanan material terhadap

abrasive wear antara lain:

Material hardness

Kondisi struktur mikro

Ukuran abrasif

Bentuk abrasif

Bentuk kerusakan permukaan akibat abrasive wear, antara lain :

Scratching

Scoring & Gouging

Gambar 2.24 : Abrasive Wear

63

2.5.3 Keausan lelah (Surface Fatigue Wear)

Keausan lelah / fatik pada permukaan pada hakikatnya bisa terjadi baik secara

abrasif atau adhesif. Tetapi keausan jenis ini terjadi akibat interaksi permukaan

dimana permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada

pembentukan retak-retak mikro. Retak-retak mikro tersebut pada akhirnya menyatu

dan menghasilkan pengelupasan material. Hal ini akan berakibat pada

meningkatnya tegangan gesek.

Gambar 2.25 : Surface Fatigue Wear

2.5.4 Keausan Oksidasi / Korosif (Tribo Chemical Wear)

Keausan kimiawi merupakan kombinasi antara proses mekanis dan proses termal

yang terjadi pada permukaan benda serta lingkungan sekitarnya. Sebagai contoh,

proses oksidasi yang sering terjadi pada sistem kontak luncur (sliding contact) antar

logam. Proses ini lama kelamaan akan menyebabkan perambatan retak dan juga

terjadi abrasi. Peningkatan suhu dan perubahan sifat mekanis pada asperiti adalah

akibat dari keausan kimiawi. Keausan jenis ini akan menyebabkan korosi pada

logam.

64

Gambar 2.26 : Tribo Chemical Wear

2.5.5 Keausan Erosi (Erosion Wear)

Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang

membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang

dihasilkan analog dengan abrasif. Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut

gaya normal ( 90 derajat ), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan brittle

failure pada permukaannya.

Pengurangan Keausan untuk mengurangi keausan yang terjadi, ada berbagai konsep

yang diterapkan para ahli tribologi selain dengan pemberian cairan pelumas pada

permukaan yang bergesekan. Dalam poses pembentukan lembaran logam, galling

yang terjadi bisa diminimalisasi dengan perlakuan pada pelat ataupun pada alat

pembentuknya. Galling adalah pemberian cairan pelumas pada permukaan pelat.

Dry lubricant dengan proses pelapisan tipis pada pelat dengan logam paduan lain

dan pelapisan pada alat pembentuk atau tool. Pelapisan ini bisa dengan metode

physical vapor deposition (PVD) atau dengan cara chemical vapor deposition

(CVD).

65

Pengaruh keausan jika keausan terjadi pada :

1. Bantalan, maka akan menimbulkan getaran dengan amplitude dan

frekuensi yang berlainan.

2. Alat-alat ukur, maka akan mengurangi ketelitian

3. Alat-alat reproduksi, maka akan mengurangi kualitas dan kapasitas

4. Silinder motor trak, maka akan menimbulkan penurunan daya dan

penambahan pemakaian bahan bakar

Hal-hal yang harus perancang coba untuk menentukan pendekatan-pendekatan

spesifik untuk mengurangi keausan yaitu:

1. Pertahankan agar kontak gaya tetap rendah antara permukaan-

permukaan yang bergeser,

2. Pertahankan suhu rendah pada permukaan-permukaan yang

berhubungan,

3. Gunakan permukaan-permukaan kontak yang keras,

4. Haluskan permukan-permukaan yang berhubungan,

5. Pertahankan pelumasan yang terus menerus untuk mengurangi gesekan.

6. Pertahankan agar kekentalan relatife antara permukaan-permukaan tetap

rendah.

7. Tentukan bahan-bahan yang memiliki sifat keausan yang baik.