Assalamu’alaikum…Welcome…歡迎光臨

Welcome to my blog, here I want to share about my acitivites and all of my interest in the Islamic studies, education, science, and engineering. I hope you can get the benefit from my blog.

Selamat datang di blog saya, disini saya ingin berbagi informasi tentang kejadian-kejadian yang saya alami dan semoga bisa diambil manfaat bagi teman-teman semua. Selain itu, blog ini merupakan wadah untuk menumpahkan seluruh minat saya baik itu dibidang ilmu-ilmu Islam, pendidikan, science, dan engineering.

ENHANCE YOUR SKILL BY THE BEST METHODS

ありがとうございます [謝謝]

PERPIPAAN – PIPING

PERPIPAAN

plumbing-piping_featured-image-e1436533606813

Terdapat tiga (3) istilah terkait perpipaan yang ada dalam bahasa inggris yaitu:

  1. Plumbing, secara umum menggambarkan alat pengangkut air, gas, dan cairan pekat tanpa ada spesifikasi kondisi tertentu, sehingga biasanya tanpa dibantu alat lainnya seperti pompa.
  2. Piping, secara umum menggambarkan alat pengangkut air, gas, dan cairan pekat yang dibantu oleh alat lainnya seperti pompa karena adanya tekanan yang tinggi, laju alir yang besar, dan peningkatan suhu yang tinggi atau adanya material berbahaya (hazardous).
  3. Tubing, secara umum menggambarkan piping dalam bentuk yang jauh lebih kecil dan ringan karena kemampuannya yang bersifat lentur dan fleksibel.

Antara istilah plumbing dan piping kadang disamakan karena aplikasinya yang banyak digunakan dirumah tangga dan lingkungan sekitarnya.

MATERIAL PIPA

Material pipa yang dapat kita temukan saat ini cukup bervariasi, diantaranya sebagai berikut:

  1. Galvanized Carbon Steel (GCS) or Steel Galvanized Pipe (SGP)
  2. Impact-Tested Carbon Steel (ITCS)
  3. Low-Temperature Carbon Steel (LTCS)
  4. Stainless Steel (SS) or Steel Use Stainless (SUS)
  5. Malleable Iron
  6. Non-ferrous Metals (includes copper, inconel, incoloy, and cupronickel)
  7. Non-metallic (includes Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), Fibre-Reinforced Plastic (FRP), Polyvinyl Chloride (PVC), High-Density PolyEthylene (HDPE), and Toughened-glass)
  8. Chrome-molybdenum (alloy) steel

Pada perpipaan sistem pengolahan air, banyak digunakan material pipa SGP atau disebut juga SGPW (Steel Galvanized Pipe for Water service) dan SUS. Perbedaan antara galvanized steel dan stainless steel terletak pada komposisinya. Stainless steel dilapisi minimal 10% chromium (Cr) sedangkan galvanized carbon steel dilapisi dengan zinc oxide untuk melindungi terjadinya pengkaratan (rusting).

Perbedaan Galvanized dan Stainless.jpg

Kemampuan stainless steel dalam menghindari pengkaratan jauh lebih baik dibandingkan galvanized steel (lihat gambar bawah). Pada stainless steel terdapat 2 jenis yang banyak digunakan yaitu SUS 304 dan SUS 316. Perbedaan keduanya adalah kemampuan terjadinya korosi yang disebabkan oleh larutan klorida (garam) yang banyak ditemukan dilingkungan sekitar (seperti air laut). Ion klorida dapat memicu terjadinya korosi disekitar metal, yang disebut ‘pitting’ artinya perluasan tingkat korosi dibawah lapisah kromium yang melapisi baja. Larutan yang mengandung minimal 25 ppm Natrium Chloride (NaCl) dapat memicu terjadinya efek pitting. SUS 304 banyak sekali digunakan dengan komposisi chromium hingga 16 dan 24% dengan komposisi nickel lebih dari 35%, untuk tipe ini akan mudah terjadinya korosi jika terdapan ion klorida yang tinggi. Sedangkan SUS 316 memiliki komposisi sama dengan SUS 304 akan tetapi terdapat penambahan molybdenum sekitar 2-3% untuk menghindari terjadinya korosi yang disebabkan oleh ion klorida dan solvent lainnya. Sehingga SUS 316 banyak digunakan pada sistem pengolahan air laut.

STANDARD PIPA

Kualitas sistem perpipaan tergantung pada prinsip design, kontruksi, dan sistem maintenance-nya. Sehingga setiap pipa akan mengacu pada standard yang sudah berlaku dibeberapa negara. Berikut merupakan organisasi standard dibeberapa negara yang memiliki kode dan standar perpipaan:

  1. AFNOR – French Norms
  2. ASME – American Society of Mechanical Engineers
  3. ASTM – American Society for Testing and Materials
  4. BS – British Standards
  5. SCC – Canadian Norms
  6. DIN – German Norms
  7. EN – Euronorm
  8. GOST – Russion Norms
  9. ISO – International Organization for Standardization
  10. JIS – Japaneses Standards
  11. NACE – The Corrosion Society
  12. SASO – Saudi Arabian Standards Organization
  13. UNI – Italian Standards

Umumnya setiap organisasi standard memiliki komite yang berasal dari kalangan industri, manufaktur, group profesional, pengguna, pemerintah, industri asuransi, dll. Komite akan bertanggung jawab dalam mengatur, mengupdate, dan mereview kode standard yang berlaku untuk dipublikasikan secara berkala. Sehingga seorang profesional perpipaan perlu mengupdate informasi setiap revisi terbaru dari standard yang digunakan.

KOMPONEN PERPIPAAN

Sistem perpipaan terdiri atas beberapa komponen yang dirangkai dalam satu kesatuan bertujuan untuk alat transportasi fluida dari penampung fluida ke penampung fluida lainnya. Komponen sistem perpipaan terdiri atas beberapa bagian:

  1. Pipe (Pipa)
  2. Pipe Fittings (Sambungan pipa)
  3. Flanges (Alat penggabung ke komponen lain)
  4. Gasket (Lapisan sambungan antar komponen)
  5. Bolting (Baut)
  6. Valves (Katup)

 (1) Pipe – Jenis dan material pipa telah dijelaskan diatas. Adapun ukuran pipa berbeda-beda sesuai dengan aplikasinya, hal yang perlu diperhatikan adalah: a) Actual Outside Diameter (OD), ukuran diameter bagian luar pipa, b) Average Inside Diameter (ID), ukuran diameter bagian dalam pipa, dan c) Wall Thickness atau Schedule, ketebalan pipa. Terdapat beberapa istilah untuk ukuran pipa, berikut konversi standar ukuran pipa yang bisa dijadikan acuan berdasarkan OD-nya.

pvc_pipe_dimensions.jpg

c01d-unthreadedpipedimensions1-gis.png

 

(2) Pipe Fittings – merupakan beberapa komponen yang digunakan untuk menyambung dua buah pipa atau lebih, terdiri atas 5 bagian yaitu: a) Elbow, b) Tee, c) Reducer, d) Couplings, dan e) Swage Nipples. Adapun dari sifat tetap tidaknya dibagi menjadi 2 jenis: a) Welded Component, yaitu sambungan bersifat tetap digunakan penge-las-an pada prosesnya, b) Threaded Component, yaitu sambungan bersifat fleksibel dan mudah dilepas menggunakan ulir.

Stainless_steel_Quick_Coupling_Type_F_634772804401567193_3.jpg

(3). Flanges – merupakan sambungan baut dimana dua buah atau lebih pipa, equipment, fitting dan valve dihubungkan bersama-sama. Terdapat beberapa tipe flange diantaranya yaitu a) welding-neck, b) threaded, c) slip-on, d) socket weld, e) lap-joint, f) blind, dan g) orifice flange and plate, dan h) spectable blind.

flanges-image.jpg

(4). Gasket – merupakan lapisan material yang dipasang diantara dua permukaan benda (contohnya flange), dimana di dalamnya terdapat fluida bertekanan agar mencegah terjadinya kebocoran. Gasket biasanya dibuat dari material metal dan non-metal. Contoh gasket metal yaitu terbuat dari tembaga, alumunium, dan kuningan, sedangkan gasket non-metal dibuat dari asbes, kertas, karet, rami, kulit, silikon, gabus, neoprene, karet nitril, fiberglass, PTFE (Polytetrafluoroethylene), atau polimer plastik seperti PCTFE (Polychlorotrifluoroethylene). Terdapat sekitar 6 jenis gasket berdasarkan bentuknya yaitu: a) flat gasket, b) spiral wound gasket, c) metal O-ring gasket, d) metal U-ring gasket, e) Metal C-ring gasket, dan f) Metal spring-energizing rings. Untuk aplikasi pada flange, gasket dibedakan menjadi beberapa tipe diantara yaitu a) tipe D, ukurannya cocok dengan cincin bagian dalam ring-type-joint flanges, b) tipe E, ukurannya sama dengan diameter luar flange dan disesuaikan dengan potongan baut, dan c) tipe F, ukurannya disesuaikan dengan bagian dalam flange saja tanpa ada lubang yang disesuaikan dengan baut.

gasket

insulating

(5). Bolting – biasa disebut baut yang memiliki alur heliks penguat (threaded fastener) disertai dengan tabung dengan alur heliks (male thread). Setiap baut memiliki mur (nut) sebagai penguatnya.

(6). Valves – disebut juga katup yaitu alat untuk mengatur, mengarahkan atau mengontrol aliran fluida dengan cara membuka, menutup, atau menghalangi sebagian. Pada saat katup terbuka, maka fluida akan mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Terdapat banyak jenis katup, berikut diantaranya yang banyak dipakai yaitu ball valve, butterfly valve, clapper valve, check valve, choke valve, diaphragm valve, gate valve, globe valve, needle valve, pinch valve, piston valve, knife valve, plug valve, solenoid valve dan safety valve.

water-valves.jpg

Membrane Polarization and Fouling

Polarisasi Konsentrasi dan Fouling

Pada tulisan ini, akan dijelaskan sekilas mengenai terjadinya polarisasi dan fouling pada membran khususnya proses membran yang menggunakan gaya dorong tekanan seperti mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan RO. Proses pemisahan yang dilakukan membran seiring dengan waktu akan mengalami penurunan laju alir (flow rate) atau penurunan nilai flux-nya seperti yang terlihat pada grafik dibawah ini.

WITtest_fig3.jpg
Pada membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi terjadi penurunan laju alir lebih parah sekitar kurang dari 5% laju alir permeate dibandingkan pada membran RO, hal ini disebabkan karakteristik membrane berpori (porous membrane) digunakan untuk membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi, sedangkan membran RO bersifat padat (dense membrane).

Secara ekonomis, penurunan laju alir permeate sangatlah tidak menguntungkan yang dapat berpengaruh terhadap meningkatnya biaya operasional, dengan demikian perlu dilakukan pemeliharaan dan perlakuan yang tepat sehingga laju alir tidak mengalami penurunan yang signifikan.

Penurunan laju alir ini disebabkan oleh 2 faktor berikut:

1. Polarisasi konsentrasi (concentration polarisation), dan
2. Fouling, meliputi proses adsorpsi partikel pada membran, pembentukan formasi lapisan gel (gel or cake layer formation), pengendapan (precipitation), dan terjadinya penutupan pori (pore blocking or plugging)

threegraphsofflux.PNGPolarisasi konsentrasi terjadi akibat penumpukan zat atau partikel yang tertahan oleh membran sehingga terjadi akumulasi dan peningkatan konsentrasi diatas permukaan membran. Fouling dapat terjadi akibat dari polarisasi konsentrasi. Untuk membedakan keduanya dapat dilihat dari grafik disamping. Pada polarisasi konsentrasi, flux akan lebih kecil dari nilai sebenarnya dan selanjutnya akan bernilai konstan seiring dengan waktu, proses ini bersifat reversibel (dapat dikembalikan pada kondisi semula), akan tetapi pada prakteknya kondisi ini sulit terdeteksi ketika sudah mencapai nilai konstan sehingga nilai flux yang diukur sering terbaca sebagai nilai sebenarnya, sedangkan fouling bersifat irreversibel (tidak dapat dikembalikan pada kondisi semula), hal ini disebabkan terjadinya pengendapan partikel, koloid, emulsi, makromolekul, garam, dll., diatas permukaan membran. Pada proses fouling maka flux akan terus menurun seiring dengan waktu.

Zat penyebab fouling disebut “foulant” yang dapat dibedakan menjadi 3 jenis:

1. Endapan organik, seperti makromolekul, senyawa biologi, mikroba, dll.
2. Endapan anorganik, seperti metal hidroksida, garam kalsium, dll.
3. Partikulat

Fenomena fouling ini seringkali menjadi perhatian penuh dalam menentukan kinerja membran, akan tetapi secara teoritis sangatlah rumit difahami karena bersifat kompleks meliputi parameter fisika dan kimiawi seperti konsentrasi, suhu, pH, sifat ion, dan interaksi spesifik antar molekul.

Pada sistem RO, kecenderungan terjadinya fouling dapat dilakukan dengan serangkaian test untuk melihat fenomena fouling diatas permukaan membran dengan menggunakan beberapa parameter berikut:
1. Silting Index (SI)
2. Plugging Index (PI)
3. Fouling Index (FI) atau Silt Density Index (SDI)
4. Membrane Filtration Index (MFI)
5. Micro-filter Fouling Factor (MFF), dapat dibaca ditulisan “Teknologi Reverse Osmosis

Mekanisme Fouling

Mekanisme terjadinya fouling pada membran berpori seperti di mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dapat dikategorikan menjadi 4 tahapan yaitu:

1. Complete blocking, foulant akan menutup pori membran secara sempurna.
2. Intermediate blocking, foulant akan menutup sebagian pori membran.
3. Standard blocking, foulant teradsorpsi pada permukaan pori membran.
4. Cake formation, foulant membentuk lapisan kue sehingga menutup pori membran.

Fig-1-Different-membrane-fouling-mechanisms.png
Sedangkan pada membran RO yang membrannya lebih padat, proses mekanisme fouling dapat disebabkan oleh 4 hal yaitu:

1. Colloidal fouling, foulant yang berupa koloid akan membentuk lapisan diatas permukaan membran akibat ikatan molekul antar koloid.
2. Organic fouling, akibat ikatan hidrogen antar senyawa organik dapat menyebabkan pengendapan diatas permukaan membran.
3. Scaling, pengerakan akibat terbentuknya endapan mineral seperti kapur yang disebabkan oleh kalsium.
4. Biofouling, interaksi antar mikrobiologi atau senyawa polisakarida yang dihasilkannya dapat membentuk lapisan diatas permukaan membran.

membranes_scheme3.jpg
Metode Mengurangi Fouling

Sehubungan dengan kompleksnya fenomena fouling yang terjadi diatas permukaan membran, sehingga sangatlah sulit untuk mengurangi agar tidak terjadinya fouling. Berikut beberapa metode yang lebih umum dalam mengurangi terjadinya proses fouling adalah sebagai berikut:

1. Pretreatment air baku.
Pada sistem RO seringkali digunakan pretreatment agar fenomena fouling dapat dikurangi semaksimal mungkin sehingga biaya pemeliharaan jauh lebih kecil yang dapat disesuaikan dengan kondisi kualitas air baku, hal ini meliputi pengaturan pH, proses adsoprpsi oleh karbon aktif dan filtrasi sand filter, klorinasi, dan lain sebagainya.

2. Pemilihan jenis membran.
Dalam memilih jenis membran yang tepat sangatlah penting agar dapat mengurangi terjadinya fouling, pada membran berpori seperti aplikasi di mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi akan lebih mudah terjadinya fouling dibandingkan membran padat pada RO. Sifat hidrofilik dan hidrofobik membran juga dapat mengurangi fouling tergantung dari aplikasinya.

3. Kondisi proses dan kondisi modul.
Fenomena fouling dapat dikurangi jika terjadi pengurangan polarisasi konsentrasi, sedangkan polarisasi konsentrasi dapat dikurangi jika laju alir permeate ditingkatkan. Dengan demikian proses dan modul design dapat diatur sedemikian rupa agar dapat meminimalisir terjadinya polarisasi konsentrasi.

4. Pembersihan membran (membrane cleaning)
Agar dapat mengurangi terjadinya fenomena fouling, maka perlu dilakukan pembersihan membran, proses pembersihan ini terbagi atas 4 jenis: a) pembersihan secara hidraulik, yaitu pembilasan terbalik (back-flushing) hanya dapat dilakukan pada membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi. b) pembersihan secara mekanik, proses ini hanya dapat dilakukan untuk sistem membran tubular menggunakan bola sponge. c) pembersihan secara kimiawi, biasa digunakan untuk membran RO dengan jenis kimia anti-scaling dan biocide. d) pembersihan dengan listrik, hanya dapat diaplikasikan pada membran bermuatan yang menggunakan elektroda.

Cikarang, July 2016