Jurnal Teknik Energi, Vol 6 No 2 Tahun 20 t6 ISSN : 2089 -2527

POTENSI TEKANAN WATER HAMMER PADA PIPA PVC 1,5INSEBAGAI DRIW PIPE T]NTUK POMPA HIDRAM

Rusmana', Salsabila Risti Runisa'z Rima Melati3Jusrusan Telmik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandmg

e-mail : rimaaamel@gmail-com

ABSTRAK

Pada penelitian ini dibuat simulqsi sistem pompa hidram yang mencakup instalasi pengujian teqterhammer dengon tombohan drive pipe berbahan PVC dan Gqlyanis. Pipo uji lerdiri dari pipa galvanis diameterI in seponiang 25 meter don disambung dengan pipa galvanis diameter 1,5 in sepanjang 12,25 neter. pipa ujibyang ke 2 adalah pipa galvanis diometer I in disambung dengan pipa PVC diameter I ,5 in sepanjang 12,25meter Simulasi ini bertujuan untuk melihat fenomena potensi tekdnan water hammer pada kedua pipa ujitersebui Sumber air diqlirk"Qn dengan menggunakan pompd k-e pipo uji sebagai drive pipe lalu aliran tirsebutdihentifum oleh penutupan katup solenoid yang dianr oleh ATMEGA 16 controller. Tekanan yang dihasilfunakibal penutapan katup inilah yang disebut tekanan waler hammer yang kemrdian disimpan di air chamber.Jika katup delivery dibuka maka air mengalir melalui delirery pipe. Semakin tinggi tetanan wqter hammermako semakin tinggi kemqmpuan untuk menaikan air. Pemilihen material untuk bahan drive pipe.akanberpengaruh pada rekanan yang dihasikan. Pmggunaan pipa pvC pada debit 202,75 nl/s neig'hosilkantekanon sebesql 1 bar. Sedangkan pipa galvanis pada debit 185,12 nl/s nenghqsilk/tn tekanan sebesai 4,7 bqr.

Kata kunci: Water hammel, Drive pipe, Delivery pipe, PVC pipe, Galvanis pipe

I. PENDAIIULUAN

Air mengalir dari tempat yang tinggi ketempat yang rendah. Air yang mengalirtersebut memiliki energy kinetic yang cukupbesar. Pada p€nelitian ini akan di bahastentang konversi energy kinetic menjadienerry tekanan. Sehingga energz tekanantersebut dapat dimanfaatkan untukmemindahkan air dari tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi. Pemanfaatan tekananwater hammer dapat diaplikasikan padasebuah pompa hydram.

Hydram (lrydroulic ram) merupakansuatu alat yang digunakan untuk menaikkan airdari tempat rendah ke tempat yang lebih tinggisecara otomatis dengan energi yang berasaldari air itu sendiri Il].Dengan berbekal pengetahuan dan teknologiyang dikuasai maka dengan phenomenatersebut dapat dibuat sebuah alat yaitu pompahydraulic ram Pompa ini tidak menggunakanmotor lisfik atau sumber listrik sebagaipenggeraknya. Sehingga pompa ini menjadipilihan untuk penghematan energy dan tepatdigunakan di pedesaan yang tidak mendapatpasokan listrik .

Material yang digunakan akan berpengaruhpada tekanan water hamer, seperti kurva yangditunjukan oleh Mitosek et al, l99t t2l.

r!tllal5

tl

ll100ItI5

!II0-t

rtiIt!l;

iti2It0tI,I

a!I

0,l

(a)

,lEl

I Z r a-t t r I 9 m ll,u.t tr t! rt

!Fl

I trl

536

r tLrl

'':'"t'.i.

(b)

Jurnal Teknik Energi, Vol 6 No 2 Tuhun 2016

Gambar l. (a) Kurva gelombang tekanan parelhammer pzdapipabesi (b) Kunra gelombang

tekanan water homner pada pipa PVC l2lDemikian halnya dengan pembukaan dan

penutupan katup aliran dapat menimbulkangelombang tekanan u)oter hammer yangbergerak menuju ke arah sumber dan tekananyang ditimbulkan lebih tinggi dari tekananmaksimum pompa. [3].

Tekanan puncak pada fenomena walerhammer akrbat penutupan katup dipengaruhioleh karakteristik katup tak berdimensi yangterbentuk dari waktu penutupan, pola gerakandan karakteristik katupnya sehingga dengankarakteristik katup dan pola penutupan yangkonstan serta lambat akan cenderungmemberikan puncak kenaikan yang lebihrendah [4].

Tekanan yang terjadi dipengaruhi oleh adanyaperistiwa water hammer sepanjang pipa. Makadari itu untuk mengetahui besamya tekananyang dibangkitkan akan berkaitan denganpenstiwa waler hammer.

2, TINJAUAI\{PUSTAXA

Persamaan gelombang satu dimensiuntuk menjelaskan efek waler hammerdibuat oleh Joukowsky pada tahun 1898.Berikut ini merupakan persamaan Joukowsky

tsl.

1f = p r.lP ([.1)

AP : Tekanan akibat water hammer (Nlmz)c : kecepatan gelombang tekanan (m/s)AV = perubahan kecepatan fluida di saluran(rnls)p : massa jenis fluida (kg/m) : 1000(kg/m3) Persamaan tersebut dapat juga ditulissebagai berikut.

Jn = !il' ..................gr.?)I

AH: kenaikan tekanan pada ',eater hommer(N/rn')c : kecepatan gelombang tekanan (m/s)g : p€rcepatan gpvitasi (N/m1 = 9.81 (n/s'?)

Kecepatan gelombang tekanan (c) merupakanfungsi dari beberapa parameter, seperti beratspesifik, modulus elastisitas fluida, diameterpip4 ketebalan dinding pip4 moduluselastisitas pipa" dan panjang saluran. Berikut

ISSN : 2089 -2527

ini merupakan p€rsamaan yang digunakanuntuk menghitung kecepatan gelombang

tekanan.

( ll.3lr

D = diameter pipa (m)e : ketebalan dinding pipa (m)E : modulus elastisitas pipaK = modulus elastisitas fluida (air)

Proses pengujian yang akan dilakukan yaitu :

l. Kecepatan air dilakukan dengan

menggunakan pompa yaitu dengan

mengatur debit agar sesuai dengan yangdikehendaki. Pengaturan debit dilakukandengan mengatur bukaan katup pembagi.

2. Mengatur periode bukaan katup melaluirangkaian kontrol agar diketahui peristiwawaler hammer pada kondisi bukaan katuptersebut.

3. Pengujian awal dilakukan dengan drivepipe berbahan galvanis dengan diameter l"s€panjang 25 meter.

4. Pengujian pipa uji PVC dilakukan denganmenambahkan pipa PVC dengan diameter1,5" sebagai drive pipe, sehhgga drive pipeyang digunakan sepanjang 37 meter.

5. Pengujian dua dilakukan seperti langkah 4dengan mengganti pipa PVC 1,5 denganpipa Galvanis I,5 in.

Beberapa parameter yang diukur dalampengujian ini diantaranya adalah:

l. Tekanan Airl) Tekanan air pada saluran discharge

pompa.2) Tekanan air matk drive pipe.3) Tekanan air masuk tangki udara.4) Tekanan air di dekal solenoid valve.

2. Debit airI ) Debit air keluaran katup limbah.2) Debit air keluaran delirery pipe.3) Debit air sebelum te1adi water

hammer.

Dari parameter-pararneter tersebut dapatdilakukan perhitungan untuk mengetahui hasilsimulasi pompa hidram yang telah dibuat,diantaranya:

l) Menghitung kenaikan tekanan padapompa hidram

a-

. ln1

I-

537

i?=P,.-r:

Jurnal Tehnik Energi, Yol 6 No 2 Tahun 2016

Untuk menghitung kenaikan tekanan fluidayang terjadi pada pompa hidram, dapatdilakukan dengan cara membandingkan selisihantara tekanan pada sumber (P2) dengantekanan pada air chomber (Pw).

|SSN : 2089 -2527

Pipa ujisumbermur-

Gambar.2 Susunan Pipa uji.

akan disambungkan ke inastalasialiran dengan menggunakan water

Langkah Pengujian

Pengujian dilakukan dengan 3 kali pengujianyaitu pengujian pipa uji I, dilanjutkan denganpipa uji 2 dan berikutnya dengan pipa uji 3.

Langkah pengujian pipa uji satu adalah :

l. Pipa uji I dipasang pada instalasisumber aliran

2. Buka katup aliran3. Tutup katup bypass4. Hidupkan controller AT Mega l65. Hidupkan pompa6. Biarkan air mengalir sampai udara di

dalam pipa uji keluar semua.7. Aktifkat kontroler AT mega 16 agar

membuka dan menutup katupsolenoid.

8. Catat tekanan pada pressure gaugepipa uji (no.8 pada Gambar 1).

Langkah pengujian pipa uji dua.

I . Matikan pompa air agar aliran airberhenti,

2. Pasang /sambungkan pipa uji 2 ke pipauji satu,

3. Hubungkan ujung pipa uji 2menggunakan water mur 7,

4. I-akukan langkah 2 sd 8 pada langkahuji pipal.

Langkah penguj ian pipa uji tiga.

I . Matikan pompa air,2. Lepaskan pipa uji 2 dari pipa uji satu

dan water mur 7,3. Ganti pipa uji dua tersebut dengan

pipa uji tiga,4. Pasang pipa uji tiga ke water mur no.7,5. Lakukan langkah 2 sd 8 pada langkah

penguian pipa satu.

{n. + _l

3. METODE PENGUJIAN

Rancangan Instalasi Pengujian

Istalasi pengujian tekanan water hammerterdiri dari tiga bagiab utama. Yang pertamayaitu instalasi sumber aliran fluida yang terdiridari tangki air, pompa, alat ukur tekanan dantabung tekanan.

Gambar.l. Instalasi sumber aliran

Keterangan:

1 - Air chomber2 : Pompa simulator head3 - Tangki air4 = Katup solenoid5 = Katupsatuarah6 = Katup bola7 = Woter mur8 : Pressure gauge

Pipa uji terdiri dari pipa galvanis diameter I insepanjang 25 meter ( pipa uji I )dan disambungdengan pipa uji galvanis diameter 1,5 insepajang 12,25 meter ( Pipa uji 2 ). Pipa ujigalvanis 1,5 in akan diganti oleh pipa uji pVCdiameter 1,5 dengan panjang 12,25 meter (pipa uji 3). Gambar insaralasi pipa ujidijelaskan pada Gambar 2 di bawah.

538

a5

1

a

7

l

Jurnal Teknik Energi, Vol 6 No 2 Tahun 2016

4. HASIL DAN PEMBAIIASAII

Hasil pengujian tekanan akibat waterhammer yang telah dilakukan menggunakansimulasi pompa sebagai penghasil aliranditunjukan pada Tabel.l.

Tabel l. Data hasil pengujian gabungan.

Data hasil pengujian

ppa u,r 1 PEaq2 Prpa uii 3

pw OL; O,.r orY

bar ml,s bar bar

08 113 51 21 102.t2

1 120 19 22 2 12e 23

1-l 121 3J 26 26 172 03

16 32 152 38 176 J6

22 162 5 32 153 16 292.[ 161 37 3

39 187 97 -11 162 Gl 36

J5 180 25 J

11 185 12

Keterangan :

P* : Tekanan tekanan *,ater hammer (Mrgauge)

a- : Debit air keluaran katup limbah(ml/detik)

Pada pengujian pipa satu terlihat debitbertambah maka tekanan water hammer yangdihasilkanpun meningkat.

Pipa uli I

ISSN : 2089 -2527

Pada pipa uji dua tekanan yang dihasilkanmulai dari 2,1 bar dengan laju aliran 91,36ml/s. Tekanan tertinggi yang dapat dihasilkansebesar 4,7 bar dengan laju aliran sebesar

I 85.12 mUs. seperli pada kurva pengujian pipadua

Pada pengujian pipa uji tiga tekanan yang

dihasilkan mulai dari 1,8 bar akibat dari lajualiran 102,42 ml/s. Tekanan yang terbesaryang dapat dihasilkan sebesar 4 bar akibat darilaju aliran fluida sebesar 202,75 ml/s

Pipa Uji TiSa

Gambar.4 Kurva hasil pengujian pipa uji tiga

Dari ketiga penguj ian dapat diartikan bahwaper meter pipa dari ma-sing masing pipa akanmemberikan tekanan seperti tampak padaTattel2.

Tabel 2. Tekanan yang ditimbulkan /meter panjangpipa.

JenisPipa

Tekananbarlm

Debitml/s

0,156 187.97

Pipa 2 l 85. l2

0.327 202.'t5

Keterangan :

Tekanat water hammer pw yang dihasilkandari debit Qw dari masing masing pipa ujidapat dilihat pada Tabel.4- Besarnya tekananyang muncul alibat dari penutupan katup yangtiba-tiba sangat dipengaruhi oleh debit. Padapenampang pipa yang sama kecepatan airdapat bembah akibat dari perubahan debit.Debit semakin besar maka kecepatan aliranfluida semakin cepat, hal ini sama dengan

enerry kinetiknya meningkat.

Pipa uli I adalah pipa berdiameter I in denganpanjang 25 meter, menghasilkan tekanan water

Pipa u! du

Gambar. 4 kurva pengujian pipa uji dua

ml/s

91 36

135 J

36 15J 02

18912

20215

Gambar.3 Kurva hasil pengujian pipa uji satu.

l!

!5I

pipa I

0.384

Pipa 3

s39

Jurnol Teknik Energi, Vol 6 No 2 Tahun 2016

hammer sebesar 3,9 bar pada saat debitnya187,9 mUs.

Pipa uji 2 yaitu pipa uji I kemudiandisambung dengan pipa galvanis diameter 1,5in sepanjang 12 meter sehingga panjang pipauji 2 adalah 37 meter. Pipa uji 2 menghasilkantekanan water hammer maksimum sebesar 4,7bar pada saat debitnya 185,12 ml/s.

Pipa uji 3 adalah pipa uji I yang disambungdengan pipa PVC berdiameter 1,5 in sepanjang12,25 sehingga panjang seluruhnya menjadi37,25 meter. Pipa uji 3 menghasilkan tekananwater hammer maksimum sebesar 4 bar padadebit 202,75 ml/s.

Dengan penambahan pipa galvanis 1,5 in ataupipa PVC 1.5 in sebagai drive pipe lernyatadapat menambah efek waler hammer lebihtinggi seh;ngga insralasi ini mi npumenghasifkan tekanan water hammer yanglebih besar, hal ini sepadan dengankemampuannya untuk menaikkan air ketempat yang lebih tinggi dan dengan debityang dihasilkanpun lebih banyak sehinggamembuat instalasi ini Iebih baik

Jika kita gabungkan hasil pengujian pipa satu.pipa dua dan pipa tiga maka akan terlihat lebihjelas perbedaan yang te{adi pada masing-masing pipa uji seperti terlihat pada Gambar 5.

Xurva haril penguiian

ISSN : 2089 -2527

KESIMPULAN

Setelah dilakukan proses pembuatan,pengujian serta pembahasan instalasipengujian water hzrmmer ini maka dapatdisimpulkan bahwa :

l. Simulasi sistem pompa hidram denganpenambahan drive pipe berbahan PVC1,5" yang telah dibuat dapatmenghasilkan tekanan water hammermaksimal sebesar 4 bar.

2. Semakin tinggi tekanan water hammeryang dihasilkan maka semakin tinggi pulakemampuan pompa hidram untukmenaikkan air ke tempat yang lebihtinggi.

3. Fenomena tekanan waler hammerdipengaruhi oleh debit air yang masukmelalui drive pipe dan panjang salurandrive pipe.

DAFTAR PUSTAKA

!l Ahmad Nur Arianta, " Pengtruh YariasiUkwan Tabtmg Udara Terhadap unjukKerja Sebuah Pompa Hidram", Skripsi,Program Studi Teknik Mesin JurusanTeknik Mesin Fakultas TeknikUniversitas Gadjah Mada Yogyakarta20r0

[2] Mitosek, M., Chorzelski, M., Malesinska,A., l99S," Experimental Analysis ofNotural Frequency of Water Column Duelo Woter Hammer in series pipe Systems"Warsaw University of Technologr.

{3) Z. M. Lahlorl,, "W'ater Hamner," NationalDrinking Water. Clearinghouse, Virginia,20a3.

[4] Sugati, D., Indarto., Pumomo., 2003,"Pengaruh lVaktu Penutupan KatupTerhadap Tekonan Transient Pada Pipd', Jumal TEKNOSAINS, Jilid l6Nomer t,Januari 2003.

[5] Streeter, Victor L., dl{J.. 1999. FluidMechanics- International Edition. NewYork: McGraw-Hill.

b3r5

45

3.5

3

2

15

Io5

o

50 l@ r5o 2@ mUt

Gambar 5. Gabungan kurva hasil pengujian

Gambar 5. di atas menunjukkan pengaruhvariasi debit sumber terhadap tekan n waterhammer yang dihasilkan oleh sebuah modelhidram yang mana semakin besar debit yangdialirkan ke dalam sistem hidram akanmenghasifkan tekanan u)aler hammer yanglebih besar pula.

540

I