BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Salah satu fenomena alam yang sering ditemukan adalah fenomena fluida. Fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Istilah fluida mencakup zat cair dan gas karena zat cair seperti air dan zat gas seperti udara dapat mengalir. Menurut Giles (1984:1) "Fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk wadah dan tempatnya". Zat padat seperti batu atau besi tidak dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Air merupakan salah satu contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak pelumas, susu, dan sebagainya. Semua zat cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain. Peranan fluida dalam kehidupan sehari-hari sangat penting karena hampir seluruh aktifitas kita berhubungan dengan fluida. Pemindahan atau pengaliran fluida dari satu tempat ketempat lain adalah salah satu bentuk aplikasinya. Sistem perpipaan digunakan sebagai instalasi umum untuk mengalirkan fluida. Fluida tersebut diatur debitnya sehingga didapatkan aliran yang diinginkan. Pengaturan debit fluida dapat dilakukan dengan beberapa cara. Salah satunya adalah dengan pengaturan valve. Penutupan valve yang terlalu cepat akan menyebabkan suatu fenomena yang berakibat negatif terhadap sistem perpipaan. Aliran fluida yang berhenti mendadak menimbulkan kenaikan tekanan yang sangat tajam sehingga menyerupai suatu pukulan dan dinamakan pukulan air 1
(water hammer). Tekanan yang timbul dinamakan tekanan pukulan air (water hammer preasure). Water hammer adalah fenomena terjadinya fluktuasi tekanan yang diakibatkan oleh penutupan valve yang cepat ataupun matinya pompa secara tibatiba. Hal ini akan berdampak buruk terhadap instalasi perpipaan terutama pipa sebagai jalur utama fluida dialirkan. Perubahan tekanan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan terjadinya dampak yang buruk bagi sistem perpipaan, diantaranya adalah rusaknya atau pecahnya pipa sistem dengan konsekuensi seluruh sistem peralatan harus mati total. Pemilihan material pipa mempengaruhi ketahanan sistem terhadap dampak water hammer dengan memperhitungkan biaya yang dikeluarkan. Material yang terlalu tipis akan mengakibatkan pipa tersebut kurang mampu untuk menerima dampak yang ditimbulkan oleh water hammer. Sebaliknya apabila terlalu tebal maka biaya yang akan timbul akan membengkak. Perbedaan karakter dari tiap-tiap material melandasi divariasikannya material pipa. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan pipa terhadap pengaruh water hammer, fenomena water hammer dipengaruhi oleh waktu penutupan valve. Penutupan valve yang cepat mengakibatkan gelombang tekanan yang terjadi akan semakin besar. Hal ini mengakibatkan perubahan deformasi pada dinding pipa akan semakin besar. Pada percobaan ini waktu penutupan valve akan divariasikan agar dapat mengetahui efek water hammer terhadap deformasi pada dinding pipa. Fenomena keadaan unsteady (suatu aliran tak tunak yang terjadi pada sebagian besar aliran fluida) ini dapat dikatakan sebagai perubahan energi kinetik 2
dan energi tekanan yang menjadi positif atau negatif. Efek negatif yang dihasilkan oleh fenomena tersebut diantaranya adalah merusak valve, menimbulkan getaran pipa, menggetarkan tumpuan pipa, menyebabkan kavitasi pada impeller pompa, dan memperpendek umur pemakaian peralatan. Perubahan tekanan bangkitkan yang terlalu besar dapat menyebabkan pipa menjadi rusak atau pecah. Fenomena water hammer dapat terjadi hampir disetiap instalasi perpipaan. Fenomena dalam sistem perpipaan mempunyai dampak negatif dengan selang waktu tertentu, water hammer adalah fenomena dimana dampak yang ditimbulkan terjadi seketika itu juga. Penanggulangan yang tidak tepat terhadap dampak tersebut dapat mengakibatkan instalasi tersebut harus dimatikan (shut down). Dari uraian di atas, maka penyusun merasa tertarik untuk meneliti karakteristik tekanan water hammer dengan menggunakan percabangan Y dan beban turbin crossflow dengan melakukan beberapa percobaan dan variasi waktu penutupan valve 1 10 detik. B. Perumusan Masalah Dari latar belakang di atas, dapat disusun rumusan masalah dalam penelitian ini. Rumusan masalahnya adalah bagaimana karakteristik tekanan water hammer dengan menggunakan percabangan Y dan beban turbin crossflow (variasi waktu penutupan valve 1 10 detik). C. Maksud dan Tujuan Maksud dari penelitian ini adalah untuk mendeskripsikan karakteristik tekanan water hammer dengan menggunakan percabangan Y dan beban turbin 3
crossflow (variasi waktu penutupan valve 1 10 detik). Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan 4 (empat) variasi percobaan, yaitu percobaan tanpa cabang dan tanpa beban, percobaan dengan tanpa cabang dan beban turbin crossflow, percobaan dengan cabang Y dan tanpa beban, percobaan dengan cabang Y dan beban turbin crossflow. Sedangkan tujuan dari penelitian ini adalah untuk : 1. Mengetahui karakteristik tekanan water hammer dengan menggunakan percabangan Y dan beban turbin crossflow (variasi waktu penutupan valve 1 10 detik). 2. Mengetahui dampak yang terjadi setelah percobaan. D. Tinjauan Pustaka Eksperimental water hammer telah dilakukan dalam beberapa eksperimen yang sebelumnya yang bertujuan untuk menentukan karakteristik fenomena teersebut. Penelitian yang dilakukan oleh Andri Bagus Santoso (2003) mengenai pengaruh variasi lyre (salah satu dari bahan yang dipakai) dan waktu penutupan valve terhadap karakteristik water hammer didapatkan kesimpulan bahwa penutupan valve outlet yang lebih cepat menyebabkan deformasi pipa yang lebih besar, serta pengaruh dengan rasio a/b yang lebih besar memberikan kontribusi pengurangan efek water hammer pada diding pipa yang lebih besar. Penelitian yang dilakukan oleh Feri Setiawan Efendi (2003) mengenai pengaruh variasi tumpuan dan waktu penutupan valve terhadap karakteristik water hammer didapatkan kesimpulan bahwa penutupan valve yang lebih cepat akan 4
mengakibatkan peningkatan tekanan dan deformasi pipa yang semakin besar, serta jarak tumpuan yang lebih lebar akan mempermudah terjadinya defleksi. Berdasarkan penelitian-penelitian tersebut, maka muncul pemikiran untuk melakukan penelitian tentang karakteristik tekanan water hammer dengan menggunakan percabangan Y dan beban turbin crossflow (variasi waktu penutupan valve 1 10 detik). Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan 4 (empat) variasi percobaan, yaitu percobaan tanpa cabang dan tanpa beban, percobaan dengan tanpa cabang dan beban turbin crossflow, percobaan dengan cabang Y dan tanpa benan, percobaan dengan cabang Y dan beban turbin crossflow. E. Metodologi Penelitian 1. Jenis dan rencana penelitian a. Jenis penelitian Jenis penelitian ini adalah penelitian eksperimen (Experimental Research). Menurut bahasa eksperimen berasal dari kata experiment yang berarti percobaan dimana kegiatan penelitian ini bertujuan untuk menilai pengaruh suatu perlakuan / tindakan / treatment terhadap objek untuk menguji hipotesis tentang ada atau tidaknya pengaruh tindakan itu bila dibandingkan dengan tindakan lain. b. Rencana penelitian Karena penelitian ini termasuk eksperimen maka akan beberapa percobaan sebagai berikut : 1) Percobaan tanpa cabang dan tanpa beban. 2) Percobaan dengan tanpa cabang dan beban turbin crossflow. 5
3) Percobaan dengan cabang Y dan tanpa beban. 4) Percobaan dengan cabang Y dan beban turbin crossflow. c. Desain penelitian Desain penelitian dalam laboratorium untuk memperkirakan bagaimana kondisi terkontrol, yaitu karakteristik tekanan water hammer dengan percabangaan Y dengan beban turbin crossflow (diameter pipa PVC 4 waktu penutupan 1-10 detik). d. Waktu dan lokasi penelitian. 1) Waktu penelitian Waktu penelitian tanggal 1 april 15 april 2012. 2) Lokasi penelitian Laboratorium Hydro Sekolah Vokasi Jurusan Teknik Sipil UGM. e. Teknik dan alat pengumpul data. Teknik pengumpulan data dalam perencanaan akan membutuhkan data-data pendukung, baik data primer maupun data sekunder, diuraikan seperti dibawah ini : 1) Data primer didapat dengan pengukuran langsung dilapangan ditempai dimana suatu bangunan akan direncanakan, hasil wawancara langsung dengan pihak-pihak yang berkepentingan dan data-data aktual lainnya yang berkaitan dengan kondisi saat ini. 2) Data sekunder yaitu data-data kearsipan yang dapat diperoleh dari instansi terkait, serta data-data yang berpengaruh pada Study kasus tersebut. 6
Dalam pengujian Karakteristik Tekanan Water hammer dengan cabang Y dan beban turbin crossflow (diameter pipa PVC 4 waktu penutupan 1-10 detik) ini data-data yang dikumpulkan adalah: 1) Beda tekanan dengan variasi waktu penutupan 1 10 detik. 2) Beda tekanan akibat penggunaan beban dan tanpa beban. 3) Beda tekanan akibat penggunaan cabang Y dan tanpa cabang. f. Teknik analisis data Potensi dan peluang pengembangannya dapat diidentifikasi melalui pendekatan analisis SWOT (Strength, Weakness, Opportunity, Threath) yang bertujuan untuk : 1) Mendapatkan rencana program yang tepat sasaran dan sesuai dengan kondisi atau potensi yang dimiliki oleh suatu perencanaan, sehingga mampu mengatasi dampak yang mungkin timbul. 2) Mengidentifikasi karakter perencanaan untuk berbagai tujuan yang meliputi kondisi fisik lingkungan geografi, prasarana dan sarana, kualitas dan kuantitas obyek. Analisis SWOT terhadap Studi Karakteristik tekanan water hammer dengan cabang Y dan beban bebab turbib cross flow diuraikan seperti berikut ini : 1. Strength (Kekuatan). Strength adalah kelebihan yang merupakan kekuatan yang layak untuk dikembangkan, adapun kekuatan yang didapatkan dari percobaan ini adalah memperkuatnya sambungan-sambungan pada pipa yang akan digunakan untuk distribusi air, adanya dukungan dari PDAM setempat 7
pada percobaan yang kita kerjakan untuk mengetahui efek yang terjadi akibat penutupan secara mendadak pada sambungan-sambungan yang ada. 2. Weakness (Kelemahan). Weakness adalah kelemahan yang merupakan hambatan yang harus ditangani sebagai pertimbangan untuk dipertahankan atau ditinggalkan, efek tekanan water hammer adalah : a. Jebolnya sambungan pada pipa. b. Kerusakan pada pipa. 3. Opportunity (Peluang). Opportunity adalah peluang yang mendatangkan keuntungan bila dimanfaatkan dengan baik, salah satunya adalah : a. Dapat menghentikan tekanan ketika ada kebocoran pipa. b. Dapat mengalihkan aliran ke pipa yang lain disaat ada pipa yang bocor. 4. Threath (Ancaman). Threath adalah kendala yang mengancam dan harus diwaspadai. Adapun ancaman terhadap sambungan-sambungan yang ada pada percobaan Studi karakteristik tekanan water hammer ini adalah: a. Dengan adanya penutupan sacara mendadak akan menimbulkan kerusakan yang parah terhadap sambungan-sambungan yang ada. b. Kerusakan yang terjadi seperti kebocoran pada sambungan, akibat penutupan mendadak pada valve yang menimbulkan efek tekanan water hammer. 8