JURUSAN TEKNIK MESININSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA2012

TUGAS AKHIR

ANALISA MINIMALISASI WATER HAMMER DENGAN VARIASI PEMILIHAN GAS ACCUMULATOR PADA SISTEM

PERPIPAAN DI PT. KALTIM PRIMA COAL

Chairul Anwar 2107100021Dosen Pembimbing : NUR IKHWAN, ST., M. Eng.

1

LATAR BELAKANG

Aliran fluida yang berubah kecepatannya secaramendadak sebagai akibat dari pengoperasianpompa dan kegagalan pompa beroperasi yangmenimbulkan perubahan tekanan yang sangattajam sehingga menyerupai suatu pukulan dandinamakan gejala pukulan air (water hammer).Fenomena water hammer terjadi di setiap sisteminstalasi perpipaan

Pemasangan gas accumulator pada umumnyadipasang pada discharge pompa untukmengurangi fluktuasi tekanan mendadaksebagai akibat pengoperasian dan kegagalanpompa beroperasi.

2

RUMUSAN MASALAH

Water hammer adalah fenomena terjadinya fluktuasi tekanan yang diakibatkan oleh pengoperasian dan kegagalan pompa beroperasi.

Pemilihan gas accumulator mempengaruhi ketahanan sistem terhadap dampak water hammer. Gas accumulator yang kecil mengakibatkan system jaringan perpipaan tersebut kurang mampu mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh water hammer. Perbedaan karakteristik gas accumulator melandasi divariasikannya ukuran padapenelitan ini.

3

BATASAN MASALAH

Fluida yang dibahas adalah air dan aliran turbulent fully develop

Tidak terjadi perubahan temperatur

Head aliran pada reservoir konstan

Pengamatan hanya dilakukan pada pipa

Perubahan momentum aliran hanya karena variasi penyalaan dan pematian pompa

Solusi tugas akhir ini hanya berlaku pada system perpipaan yang disimulasikan

Jarak gas accumulator terhadap pompa konstan

Kesimpulan yang di dapat hanya digunakan untuk studi kasus khusus di perpipaan dust suppression KPC

6

TUJUAN

Tujuan umum dari Tugas Akhir ini adalah: 1. Mempelajari fenomena water hammer pada system perpipaan yang terpasang

gas accumulator 2. Membandingkan variasi ukuran gas accumulator dalam mengurangi water hammer

Tujuan khusus dari Tugas Akhir ini adalah: 1. Mempelajari hubungan kecepatan pompa terhadap waktu pada penyalaan dan

pematian pompa dengan penambahan gas accumulator 1dan 22. Mempelajari hubungan tekanan statis pipa terhadap waktu pada penyalaan dan

pematian pompa dengan penambahan gas accumulator 1dan 23. Mempelajari hubungan volume gas accumulator terhadap waktu pada penyalaan

dan pematian pompa dengan penambahan gas accumulator 1dan 24. Membandingkan gas accumulator 1dan 2 berupa perubahan volum gas

accumulator

4

MANFAAT

Manfaat yang diharapkan dan Tugas Akhir ini adalah:

Memahami karakteristik gas accumulatordalam sistem perpipaan

Mencegah kerusakan yang ditimbulkan oleh fenomena water hammer

4

TINJAUAN PUSTAKA

Water hammer adalah fluktuasi tekanan yang disebabkan peningkatan dan penurunan kecepatan aliran dalam perpipaan secara mendadak

Gambar Skema fenomena water hammer setelah penutupan valve (wylie, 1993)

4

TINJAUAN PUSTAKA

Pengoperasian pompa

Kegagalan pompa beroperasi

Penutupan dan pembukaan valve

Pengoperasian yang tidak benar

Penyebab Water Hammer :

4

TINJAUAN PUSTAKA

Pencegahan water hammer :

Check Valve

Relief Valve

Vacuum Breaker Valve

Variable Speed Device (VSD)

Surge tank

Gas accumulator

4

TINJAUAN PUSTAKA

Analisa water hammer dalam system perpipaan berdasarkan pada persamaan momentum dan kontinuitas. Penyelesaian persamaan yang tepat untuk kondisi transient pada sistem dengan kondisi batas yang kompleks adalah dengan menggunakan metode karakteristik.

Persamaan Momentum

Persamaan kontinuitas

4

TINJAUAN PUSTAKA

Dari kedua persamaan tersebut didapatkan:

Persamaan karakteristik C+ dari titik A ke P

Persamaan karakteristik C- dari titik B ke P

Gambar Karakteristik metode grid (wylie, 1993)

4

TINJAUAN PUSTAKA

Kecepatan perambatan gelombang tekanan

Kecepatan perambatan gelombang tekanan di dalam pipa diformulasikan dari modulus bulk fluida dan modulus bulk elastisitas pipa (Wylie, 1993)

∆pjouk = ρa∆v

4

TINJAUAN PUSTAKA

Dasar Teori Pompa

Trip dengan inersia dan tidak ada aliran balik

Startup dengan inersia dan tidak ada aliran balik

Gambar torsi motor terhadap kecepatan motor(Val-Matic, 2007)

4

TINJAUAN PUSTAKA

Teori Gas Accumulator

Gas accumulator adalah alat proteksi yang berfungsi mencegahterjadinya fluktuasi tekanan yang terjadi dalam system perpipaan akibatadanya aliran yang berhenti secara mendadak. Gas accumulatormengurangi tekanan yang terlalu rendah dengan cara menyuplai fluidake dalam system. Gas accumulator sendiri memiliki system kontrolsendiri untuk menjaga keseimbangan antara udara dan air.

Gambar gas accumulator(chaudhry, 1979)

4

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian Terdahulu

Constantin (2011) mempelajari water hammer difokuskan pada systemperpipaan yang menggunakan gas accumulator. Pada penelitian inimenggunakan parameter pada gas accumulator untuk mengurangi waterhammer yaitu parameter rasio volume udara dengan volume gasaccumulator (β). Simulasi pada penelitian ini menggunakan gasaccumulator dengan rasio β divariasikan dari 0.75 sampai 0.025.

Gambar Skema instalasi perpipaan

Gambar Variasi tekanan pada system perpipaan yang tidak menggunakan gas accumulator

Gambar Variasi tekanan pada system perpipaan yang menggunakan gas accumulatordengan volum udara kecil

Gambar Variasi tekanan pada system perpipaan yang menggunakan gas accumulatordengan volum udara besar

4

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian Terdahulu

Ikhwan (2010) mempelajari water hammer secara menyeluruh yangdifokuskan pada system perpipaan yang menggunakan pompa parallel.Simulasi system perpipaan ini menggunakan system ON-OFF, yaitu jikapermintaan flow rate sedikit (minimum) maka hanya satu pompaberoperasi, jika permintaan flow rate meningkat maka kedua pompaberoperasi (ON).

Gambar Skema instalasi perpipaan

fluktuasi tekanan pipa discharge pada saat pompa running (pipa12) dan pada saat pengoperasian pompa (pipa 7) (Ikhwan, 2010)

12

METODOLOGI

12

METODOLOGI

Proses pemodelan

12

METODOLOGI

Proses pemodelan

12

METODOLOGI

Proses pemodelan

12

METODOLOGI

Data pompa :

Seri = KSB, IN-80/250B Kecepatan putaran =3100 rpmDiameter inlet dan outlet = 100 / 80 mm Nominal diameter impeller = 670 mm Dinamik momen inersia = 1,5 kg-m2

Volume of water on pump’s casing = 33 literDaya ~72 kW

Gambar kurva performa pompa sentrifugal

NoKecepatan

motor (persen)

Torsi motor (lb.ft)

1 0 309.122 73 323.843 98.1 147.2

12

METODOLOGI

Variasi gas accumulator

Gas accumulator 1 Gas accumulator 2

Tipe N21MP – L15 N25MP – L20

Tekanan kerja 21 MPa 25 MPa

Maksimum volume 15 liter 20 liter

Inisial volume 10 liter 15 liter

Minimum volume 5 liter 5 liter

12

METODOLOGI

Skema simulasi

Simulasi dari maksimum ke minimum

Simulasi dari minimum ke maksimum

Maksimum (2 pompa)(m3/jam) 431

Minimum (1 pompa)(m3/jam) 230

Debit konstan (m3/jam) 230

Fluktuasi debit (m3/jam) 201

12

ANALISA DATA

12

ANALISA DATA

Simulasi dari maksimum ke minimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari maksimum ke minimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari maksimum ke minimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari maksimum ke minimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari maksimum ke minimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari minimum ke maksimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari minimum ke maksimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari minimum ke maksimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari minimum ke maksimum

12

ANALISA DATA

Simulasi dari minimum ke maksimum

12

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Sistem perpipaan di KPC yang tidak dilengkapi gas accumulator memiliki fluktuasi tekanan paling besar dari simulasi maksimum ke minimum maupun dari minimum ke maksimum.Semakin besar ukuran gas accumulator maka semakin baik pula dalam mengurangi fluktuasi tekanan pada saat transient.Gas accumulator yang paling baik mengurangi water hammer adalah gas accumulator dengan volume 15 liter.Pemasangan proteksi yang paling baik pada system perpipaan ini adalah gas accumulator dengan volume 15 liter

SaranDari hasil studi numeric mengenai pemilihan system proteksi water hammer pada instalasi perpipaan di PT. Kaltim Prima Coal masih banyak adanya kekurangan, salah satunya mengenai validasi. Adanya kondisi tersebut perlu adanya studi eksperimen mengenai pemilihan system proteksidengan layout instalasi yang sama untuk dibandingkan dengan hasil numerik

TERIMA KASIHMOHON SARAN DAN KRITIKNYA

JURUSAN TEKNIK MESININSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA2012

TUGAS AKHIR

ANALISA MINIMALISASI WATER HAMMER DENGAN VARIASI PEMILIHAN GAS ACCUMULATOR PADA SISTEM

PERPIPAAN DI PT. KALTIM PRIMA COAL

Chairul Anwar 2107100021Dosen Pembimbing : NUR IKHWAN, ST., M. Eng.