Dalam kehidupan sehari-hari, air merupakan salah satu zat yang memiliki peranan penting karena merupakan satu sumber kebutuhan utama bagi makhluk hidup. Air dapat dimanfaatkan sebagai air minum, irigasi, maupun kegiatan lain seperti mandi dan mencuci. Air memiliki sifat yaitu dapat mengalir dan mengikuti volume dari wadahnya. Zat yang memiliki sifat tersebut sering disebut sebagai fluida. Pasokan air bersih biasanya didapatkan dari mata air pegunungan atau melewati proses pemurnian dalam suatu industri. Dalam proses pengolahannya, dibutuhkan suatu media penunjang untuk mengalirkan fluida dari satu tempat ke tempat lain dengan aman tanpa adanya kontaminasi pengotor. Salah satu sistem yang sering dimanfaatkan hingga saat ini adalah sistem perpipaan. Sistem perpipaan merupakan suatu sistem yang digunakan untuk melakukan transportasi fluida kerja antar peralatan dalam suatu industri atau dari satu tempat ke tempat lain sehingga proses produksi dapat berlangsung. Sistem perpipaan dilengkapi dengan beberapa komponen untuk mengatur fluida kerja seperti pipa, sambungan, valve, belokan, isolator, dan lain lain. Pada artikel ini akan dibahas mengenai sistem perpipaan yang mencakup fluida serta komponen-komponen penunjang dalam sistem perpipaan di sektor industri.
A. Fluida
Fluida dapat diartikan sebagai segala bentuk zat yang memiliki kemampuan mengalir dan tidak memiliki bentuk yang tetap, artinya memiliki kemampuan mengubah bentuk sesuai dengan wadahnya. Fluida dapat mengalami perubahan bentuk ketika diberikan gaya. Hal ini karena molekul-molekul fluida tidak saling berikatan secara permanen seperti benda padat. Fluida mencakup zat cair dan juga gas. Dari segi pergerakannya fluida dibedakan menjadi fluida statis dan dinamis. Fluida statis merupakan fluida yang diam dan tidak bergerak. Sementara fluida dinamis merupakan fluida yang berada dalam keadaan bergerak. Fluida dinamis dapat menciptakan suatu aliran yang disebut sebagai aliran fluida. Aliran fluida merupakan perpindahan fluida yang membentuk garis aliran dengan kecepatan tertentu. Scara alami, aliran fluida akan bergerak dari atas ke bawah sesuai dengan sifat fluida. Untuk dapat mengalirkan fluida dari bawah ke atas, maka dibutuhkan suatu alat yang memberikan gaya dorong berupa tekanan pada fluida, contohnya adalah pompa atau blower. Fluida memiliki beberapa sifat yang membedakannya dengan benda padat, yaitu ketidakberaturan, kekekalan volume, viskositas, dan fluida dapat memberikan tekanan pada permukaan yang bersentuhan dengannya.
Gambar 1. Macam-macam Aliran Fluida
B. Pipa dan Tabung
Pipa merupakan salah satu komponen utama dalam sistem perpipaan, memiliki fungsi untuk memindahkan fluida bertekanan dari satu tempat ke tempat lain atau sebagai media transportasi energi dalam suatu aliran. Biasanya pipa berbentuk lingkaran, namun terkadang ada yang berbentuk bujur sangkar atau persegi yang didesain sesuai dengan pengaplikasiannya. Dalam industri, material ppa yang paling umum digunakan adalah carbon steel. Secara umum sifat dari material tersebut ditentukan oleh kandungan karbon didalamnya. Carbon steel dapat dikategorikan sebagai berikut :
1. Low carbon steel
Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung karbon kurang dari 0,3% C. Baja karbon rendah mudah di-machining dan dilas, keuletan dan ketangguhannya sangat tinggi tetapi keuletannya sangat rendah dan aus
2. High carbon steel
Baja karbon tinggi adalah baja yang mengandung kandungan karbon 0,6% C-1,7% C dan memiliki tahan panas yang tinggi, kekerasan tinggi namun keuletannya rendah. Baja karbon tinggi mempunyai kuat tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk material tools.
3. Alloy steel
Baja paduan di definisikan sebagai suatu baja yang dicampur satu atau lebih unsur campuran seperti nikel, mangan, molybdenum, chromium, vanadium, dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki seperti sifat kekuatan, kekerasan dan keuletannya.
4. Low and intermediate allow steel
Baja ini digunakan untuk pemakaian temperatur tinggi, dispesifikasikan oleh ANSI B31.1 dengan kandungan logam utamanya adalah chrom (Cr) dan molybdenum (Mo).
5. Austenite stainless steel
Baja Austenite stainless steel adalah baja yang mempunyai kandungan nikel (Ni) dan baja ini tahan terhadap korosi serta temperatur tinggi.
Pemilihan pipa pada suatu proses didasari oleh ukuran, berat, schedule, ketebalan, dan toleransi yang telah distandarkan dari beberapa tipe dan material pipa. Beberapa organisasi yang telah mengembangkan standarisasi pipa adalah American Society of Mechanical Engineer (ASME/ANSI), American Pertoleum Institute (API), American Society of Testing Materials (ASTM), dan Japanese Industrial Standard (JIS). Menurut Santoso (2007), standar dimensi pipa, dimensi, dan material pipa diatur menurut standar kode tertentu, antara lain :
a. ANSI B36.10 → mengatur tentang welded dan seanless wrought steel pipa
b. ANSI B36.19 → mengatur tentang stainless steel pipe
c. ANSI A21.50 dan A21.51 → mengatur tentang ductile iron pipe
Pipa dapat diidentifikasi dengan menggunakan NPS (Nomial Pipe Size) dan nomor schedule. NPS menunjukkan diameter nominal pipa dalam satuan inchi, namun NPS bukanlah diameter dalam (ID) ataupun diameter luar (OD). NPS difungsikan untuk memudahkan penentuan ukuran pipa dalam pembelian. Nomor schedule menunjukkan ukuran ketebalan diding pipa, dimana bilangannya semakin besar seiring dengan semakin tebalnya pipa (ada 10 angka schedule yaitu 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, dan 160). Namun ada beberapa pengecualian dalam menentukan diameter pipa, yaitu :
a. NPS > 12 inchi = OD
b. NPS (3 – 12) inchi = ID
c. NPS < 3 inchi ≠ OD atau ID
Tabel 1. Contoh Standar Ukuran Schedule Pipa Baja Menurut JIS
|
ID (mm) |
NPS (inchi) |
OD (mm) |
SGP tebal (mm) |
Schedule 40 (mm) |
|
6 |
¼ |
10,5 |
2,0 |
2,4 |
|
10 |
3/8 |
17,3 |
2,3 |
3,2 |
|
15 |
½ |
21,7 |
2,8 |
3,7 |
|
20 |
¾ |
27,2 |
3,2 |
3,9 |
|
25 |
1 |
34,0 |
3,5 |
4,5 |
|
32 |
5/4 |
42,7 |
3,5 |
4,9 |
|
40 |
3/2 |
48,6 |
3,8 |
5,1 |
|
50 |
2 |
60,5 |
4,2 |
5,5 |
|
65 |
5/2 |
76,3 |
4,2 |
7,0 |
|
80 |
3 |
89,1 |
4,5 |
7,6 |
|
100 |
4 |
114,3 |
4,5 |
8,6 |
|
125 |
5 |
139,8 |
5,0 |
9,5 |
|
150 |
6 |
165,2 |
5,8 |
11,0 |
|
200 |
8 |
216,3 |
6,6 |
12,7 |
|
250 |
10 |
267,4 |
6,9 |
- |
|
300 |
12 |
318,5 |
7,9 |
- |
|
350 |
14 |
355,6 |
7,9 |
- |
|
400 |
16 |
406,4 |
- |
- |
|
450 |
18 |
457,2 |
- |
- |
|
500 |
20 |
508,0 |
- |
- |
Tebal dinding pipa dapat ditentukan berdasarkan ketebalan pipa dan tekanan internal yang digunakan, menggunakan rumus di bawah ini :
Hampir sama dengan pipa, tabung merupakan benda silindris yang memiliki lubang ada bagian tengahnya untuk mengalirkan fluida. Tabung berukuran lebih kecil dan lebih fleksibel serta mudah dibentuk jika dibandingkan dengan pipa. Tabung sering digunakan pada alat penukar kalor dan koneksi instrumen seperti suhu, tekanan, atau kontrol hidrolik. Cara pembuatan pipa menggunakan teknik las dan cor, sementara tabung menggunakan teknik ekstruksi dan tarik dingin. Ukuran diameter tabung ditunjukkan oleh diameter luarnya, karena nilai nominal sama dengan diameter luar tabung. Tebal dinding tabung dinyatakan dengan angka BWG (Birminghem Wire Gauge) yang berkisar antara 24 (sangat ringan) sampai 7 (sangat berat).
Gambar 2. Aplikasi Tabung pada Alat Heat Exchanger
C. Sambungan (Fitting)
Fitting merupakan salah satu komponen dalam sistem perpipaan yang memiliki bentuk serta ukuran tertentu, yang digunakan untuk merubah arah jalur pipa, perubahan diameter jalur pipa dan percabangan pipa. Fitting berfungsi menyambungkan pipa dengan pipa, pipa dengan alat, atau pipa dengan valve. Jenis fitting dapat digolongkan berdasarkan metode penyambungannya yaitu :
1. Butt Welding (Pengelasan ujung)
Sambunga ini mempunyai fungsi dan karakteristik sebagai berikut :
· Digunakan pada tekanan tinggi
· Tahan bocor
· Digunakan untuk jalur pipa NPS 2 inchi atau lebih besar
· Ketahanan terhadap getaran dan momen bending yang tinggi
· Digunakan untuk kebanyakan perpipaan proses, utility, dan servis
· Kelemahannya setelah dilakukan pengelasan pada ujung fitting, logam las dapat menetes dan tertinggal dalam pipa, sehingga dapat mempengaruhi aliran
2. Socket Welding (Ujung fitting jenis socket dan di las)
Sambungan ini mempunyai fungsi dan karakteristik sebagai berikut :
· Digunakan pada tekanan tinggi
· Tahan bocor (baik digunakan pada jenis fluida berbahaya)
· Digunkan untuk jalur pipa NPS 2 inchi atau lebih kecil
· Mudah dalam pemasangan, sisa logam tidak tertinggal
· Ketahanan terhadap getaran dan momen bending kurang
· Digunakan pada jalur transport material yang mudah terbakar dan beracun
· Kelemahannya terdapat sedikit celah sambungan yang dapat menjebak cairan dan dapat menyebabkan korosi pada celah
3. Screwed / threaded (ujung fitting berulir)
Sambungan ini mempunyai fungsi dan karakteristik sebagai berikut :
· Digunakan pada tekanan operasi rendah
· Kurang tahan bocor (tidak disarankan untuk fluida berbahaya)
· Digunakan untuk jalur pipa NPS 2 inchi atau lebih kecil
· Mudah dalam pemasangannya
· Ketahanan terhadap getaran dan momen bending kurang
· Digunakan pada pipa servis dan proses
· Mudah dibuat dari pipa dan fitting lain di onsite
· Dapat meminimalkan terjadinya kebocoran saat pemasangan perpipaan pada daerah yang terdapat gas atau cairan yang mudah terbakar
· Kekuatan pipa ini berkurang karena sebagian tebal dinding digunakan untuk pembuatan ulir
Sambungan pada pipa dapat digolongkan berdasarkan fungsinya yaitu :
a. Tee
Penghubung ini digunakan untuk menyambungkan beberapa jalur pipa menuju ke satu muara yang sama. Terdapat beberapa jenis sambungan tee yang ada dipasaran yaitu equal tee yang menghubungkan pipa dengan ukuran yang sama, dan reducing tee yang dapat memotong aliran sebesar 90° ke jalur utama.
b. Elbow
Penghubung elbow digunakan untuk mengubah sudut dan arah aliran pipa. Terdapat dua ukuran utama yaitu elbow 45° dan elbow 90°.
c. Reducer
Jenis penghubung ini berfungsi untuk mengurangi besaran aliran air yang mengalir. Jenis ini biasanya digunakan untuk menghubungkan pipa besar dengan pipa kecil.
d. Union Fitting
Penghubung union berfungsi untuk menciptakan sambungan yang semi permanen antara dua pipa. Kelebihan dari sambungan ini adalah dapat dilepas dan dipasang dengan mudah dan aman. Union fitting biasanya terdiri dari union male, union female, dan nut. Cara pemasangannya adalah menyatukan ujung union male dengan female kemudian dikencangkan dengan menggunakan nut. Nut ditempatkan pada bagian ulir sambungan sehingga bisa dikencangkan dan dikendurkan sesuai kebutuhan.
e. Caps and Plugs
Kedua penghubung ini memiliki fungsi untuk menutup bagian ujung pipa agar air berhenti mengalir. Jenis caps dipasang dengan cara dilas atau ditempel menggunakan lem khusus pipa, sedangkan plugs dipasang dengan cara memasang stopper terlebih dahulu di ujung pipa.
Gambar 3. Macam-macam Sambungan Pipa
(sumber : www.anakteknik.co.id)
Pipa yang digunakan di industri sudah disesuaikan dengan ukuran, bentuk, dan panjangnya. Untuk menghubungkan antara pipa satu dengan pipa lain tanpa mengubah karakteristik pipa maka digunakan suatu komponen tambahan berupa Flange. Flange baja dapat diaplikasikan dengan cara memasang flange diantara dua pipa kemudian diikat dengan baut. Penggunaan flange cocok untuk pipa yang diameternya besar dan ketebalannya tidak terlalu tebal. Flange pipa dikelompokkan menurut besar tekanan yang disesuaikan dengan tekanan kerja maksimum ataupun diatasnya. Berdasarkan ANSI (American National Standard Institute), flange dibedakan jenisnya menjadi :
1. Socket Flange
Yaitu tipe flange yang pada sisi terluar terdapat tahanan yang menyebabkan pipa dimasukkan ke dalamnya dan tidak tembus ke luar
Gambar 4. Socket Flange
(sumber : neoimpex.com)
2. Slip on Flanges
Pada tipe ini, flange hanya masuk sebagian, sisi luar dan dalannya akan di las. Oleh sebab itu diameter dalam flange harus lebih besar dari diameter luar pipa. Flange jenis ini memiliki ketahanan getaran yang rendah, harganya murah, pemasangan mudah, dan cocok diaplikasikan pada tekanan rendah. Las bagian dalam lebih mudah terkena korosi.
Gambar 5. Slip on Flanges
(sumber : Nursyahid. 2015)
3. Threaded Flanges
Flange jenis ini hampir mirip dengan slip on flange, hanya saja memiliki ulir pada bagian dalamnya. Biasanya digunakan untuk tekanan rendah dan tidak digunakan untuk temperatur yang sangat tinggi.
Gambar 6. Threaded Flanges
(sumber : Nursyahid. 2015)
4. Lap Joint Flanges
Yaitu jenis flange yang bisa diputar posisi lubang bautnya. Jenis ini tidak disarankan diaplikasikan pada tekanan tinggi. Flange jenis ini memiliki ketahanan terhadap getaran pipa yang rendah, relatif murah, dan biasa digunakan pada pemasangan lubang baut yang sulit, misalnya dari nozzle ke vessel.
Gambar 7. Lap Joint Flanges
(sumber : Ammu. 2015)
5. Weldneck Flanges
Flange jenis ini merupakan flange yang paling banyak dipakai dalam suatu industri, karena sifatnya mudah disambungkan dengan pipa. Selain itu, flange jenis ini dapat digunakan pada tekanan dan temperatur yang rendah maupun tinggi, serta memiliki ketahanan getaran yang tinggi. Namun, weldneck flange memiliki harga yang relatif mahal.
Gambar 8. Weldneck Flanges
(sumber : Nursyahid. 2015)
6. Blind Flanges
Flange jenis ini tidak memiliki lubang, karena berfungsi untuk menutup aliran dan biasa diaplikasikan pada bagian akhir pipa.
Gambar 9. Blind Flanges
(sumber : Nursyahid. 2015)
D. Valve
Valve atau katup merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengatur, mengarahkan, atau mengontrol suatu fluida dengan cara membuka, menutup, atau membelokkan suatu aliran secara otomatis. Secara sederhana, aliran yang melewati katup dapat dikontrol dengan cara memutar katup (baik dibuka, ditutup, diatur besar kecilnya aliran, maupun dialihkan ke pipa lain) tergantung dari jenis katup yang digunakan. Berikut merupakan beberapa jenis katup :
1. Gate Valve
Gate valve merupakan katup yang banyak digunakan di industri. Katup ini memiliki penyekat berupa piringan atau busa yang digerakkan ke atas dan ke bawah. Katup ini tidak bisa digunakan dalam mengatur besar kecil laju suatu aliran, posisi gate harus dalam keadaan benar-benar terbuka atau benar benar tertutup.
Gambar 10. Gate Valve
2. Globe Valve
Globe valve adalah salah satu valve yang digunakan untuk mengatur bersar kecilnya laju aliran tanpa menimbulkan turbulensi pada alirannya. Dudukan valve yang sejajar dengan aliran membuat katup ini menjadi efisien dalam mengatur besar kecilnya aliran dengan minimum erosi.
Gambar 11. Globe Valve
3. Ball Valve
Ball valve merupakan valve dengan penyekat berbentuk bola yang memiliki lubang di tengahnya. Ketika lubang tersebut segaris lurus atau sejalan dengan kedua ujung valve, maka aliran akan terjadi. Tetapi ketika katup tertutup, posisi lubang berada tegak lurus terhadap ujung katup, maka aliran akan terhalang atau tertutup.
Gambar 12. Ball Valve
4. Butterfly Valve
Butterfly valve menggunakan plat bundar atau disk yang dioperasikan dengan ankel untuk posisi membuka penuh atau menutup penuh dengan sudut 90°. Disk tersebut tegak lurus dengan arah aliran dalam keadaan tertutup. Namun akan sejajar dengan aliran saat keadaan terbuka. Valve jenis ini hanya digunakan sebagai stop valve dalam tekanan rendah dan memberikan pressure drop yang rendah sehingga tidak dapat digunakan untuk mengatur tekanan dan kapasitas aliran.
Gambar 13. Butterfly Valve
5. Diaphragm Valve
Diaphragm valve merupakan salah satu katup yang sangat baik untuk flow control dan mengatur aliran serta untuk on/off valve. Katup jenis ini memiliki kelebihan tersendiri dibanding katup lain, yaitu memiliki aliran yang tenang sehingga fluida akan mengalir tanpa hambatan. Sangat bagus untuk flow control meskipun didalam fluida terkandung suspended solid.
Gambar 14. Diaphragm Valve
6. Check Valve
Check valve memiliki sebuah disk seukuran dengan pipa yang dirancang menggantung pada poros di bagian atasnya. Apabila aliran maju, maka disk akan terdorong oleh tekanan fluida sehingga dapat terbuka, sedangkan apabila terjadi aliran balik maka disk akan menutup rapat sehingga tidak ada fluida yang mengalir. Valve jenis ini memiliki fungsi untuk mencegah aliran balik, dan biasanya digunakan untuk aliran satu arah. Semakin tinggi tekanan balik, maka disk akan semakin tertutup rapat.
Gambar 15. Check Valve
7. Steam Trap
Steam trap merupakan alat yang digunakan untuk menghilangkan kondensat/air dan gas lain dari aliran uap yang akan memberikan hambatan di dalam sistem perpipaan. Alat ini bertindak sebagai efek pemblokiran uap yang akan menjadi air dalam sistem pemanas uap.
Gambar 16. Steam Trap
E. Sistem Perpipaan
Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, sistem perpipaan merupakan rangkaian alat yang saling terhubung dengan media pipa yang berfungsi sebagai transportasi fluida terhadap peralatan satu ke peralatan lainnya di dalam area industri maupun dari satu kawasan ke kawasan lain yang mampu menunjang proses produksi dengan baik. Standar nasional yang berlaku dalam mendesain sistem perpipaan tertera dalam SNI 03-6481-2000 tentang sistem perpipaan dan SNI 03-7065-2005 tentang tata cara perencanaan sistem plumbing yang kemudian dileburkan dan diperbaiki menjadi SNJI 8153:2015 yang dikhususkan pada sistem plumbing bangunan berjenis gedung.
Beberapa pipa di industri hampir semua mengalami perubahan atau variasi suhu. Perubahan suhu menyebabkan pipa memuai dan menciut jika dipasang mati pada penumpnya, pipa tersebut dapat lepas, bengkok, atau patah. Sehingga dalam pemasangan pipa sebaiknya ditempatkan secara longgar atau digantung dari atas dengan rantai. Oleh sebab itu, dalam mendesain sistem perpipaan tidak boleh dilakukan seenaknya, karena dapat berbahaya dan dapat menyebabkan kecelakaan kerja apabila tidak dipasang oleh ahlinya. Adapun enam aspek penting dalam mendesain sistem pipa yaitu :
1. Safety
Perlu digarisbawahi bahwa safety disini harus mampu menjamin operator agar bisa keluar dari segala bahaya yang mengancam tanpa mengalami luka. Bahaya dapat berupa kebocoran gas, ledakan, ataupun kebakaran. Rencana safety mencakp banyak hal seperti pemasangan pipa harus dapat dijangkau oleh pemadam kebakaran, memasang pendeteksi api dan kebocorang, memberikan akses tangga apabila pipa ditempatkan ditempat yang tinggi, dan berikan ruang sirkulasi udara.
2. Operability
Operability disini maksudnya sistem perpipaan harus dapat dioperasikan dengan mudah. Pemasangan valve, perangkat, komponen, dan peralatan lain perlu diperhitungkan agar mudah diakses. Salah satu contohnya adalah penempatan valve sejajar dengan saat operator berdiri. Posisi handwheel valve harus bisa diputar dengan tenaga ringan tanpa menyebabkan kesulitan ataupun kelelahan.
3. Maintenance
Setiap peralatan harus dilakukan pengecekan dan perbaikan secara rutin minimal 1x seminggu. Oleh sebab itu, disarankan merancang penempatan alat dengan benar agar tidak terhalang pada saat ganti baru, dipindahkan, atau dibongkar.
4. Accessibility
Accessibility disini maksudnya kemudahan dalam menjangkau peralatan pada sistem perpipaan. Contohnya meletakkan kontrol panel dibagian bawah agar mudah pengoprasian, atau memberikan tangga pada valve yang diletakkan diatas.
5. Constructability
Point ini merupakan proses dimana semua yang direncanakan bisa mudah untuk didirikan. Rancangan akan sulit terwujud bila kita baru sadar saat pemasangannya. Parameter lain seperti arah angin, kondisi cuaca, ataupun faktor alami seperti gempa dan longsor perlu dipikirkan matang-matang sebelum membangun konstruksi perpipaan.
6. Economics
Dalam merancang perpipaan, seorang desainer teknik harus tetap memikirkan nilai ekonomis dalam mengatur desainnya, baik penempatan peralatan, penentuan material dan lainnya.
Daftar Pustaka
Anonim. Piping System. Universitas Diponegoro. (online). Diakses dari : http://eprints.undip.ac.id/59838/7/7._BAB_VI_(Piping_System).pdf
Bihaqqi, Dina. Makalah Perancangan Sistem Perpipaan Asme Code B.31/3. Fakultas Teknik. Jurusan Mesin. Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.
Budi. 2024. Mengenal Fluida : Pengertian, Sifat, dan Penerapannya. (online). Diakses dari : https://www.sridianti.com/fisika/pengertian-fluida.html
Kurniawan, Ronny. 2021. Materi Alat Penangan Fluida. Prodi Teknik Kimia. Fakultas Teknologi Industri. Institut Teknologi Nasional Bandung.
Nursyahid, M S. 2015. Ilmu Pipa – Definisi, Fungsi dan Jenis. (online). Diakses dari http://www.cnzahid.com/2015/08/ilmu-pipa-definisifungsi-dan-jenis.html.
Robi. 2024. Fitting Pipa : Pengertian, Jenis, dan Pembahasan Lengkapnya. (online). Diakses dari : https://ilmuteknik.id/fitting-pipa/
Vin. Perhatikan 6 Aspek ini Dalam Mendesain Sistem Pipa. (online). Diakses dari https://www.alvindocs.com/blog/6-aspek-mendesain-sistem-perpipaan
Posting Komentar