TUGAS AKHIR ANALISA MINIMALISASI WATER HAMMER DENGAN VARIASI PEMILIHAN GAS ACCUMULATOR PADA SISTEM PERPIPAAN DI PT. KALTIM PRIMA COAL Chairul Anwar 2107100021 Dosen Pembimbing : NUR IKHWAN, ST., M. Eng. JURUSAN TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012
LATAR BELAKANG Aliran fluida yang berubah kecepatannya secara mendadak sebagai akibat dari pengoperasian pompa dan kegagalan pompa beroperasi yang menimbulkan perubahan tekanan yang sangat tajam sehingga menyerupai suatu pukulan dan dinamakan gejala pukulan air (water hammer). Fenomena water hammer terjadi di setiap sistem instalasi perpipaan Pemasangan gas accumulator pada umumnya dipasang pada discharge pompa untuk mengurangi fluktuasi tekanan mendadak sebagai akibat pengoperasian dan kegagalan pompa beroperasi. 1
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. 2
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 3
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 2 2. Mempelajari hubungan tekanan statis pipa terhadap waktu pada penyalaan dan pematian pompa dengan penambahan gas accumulator 1dan 2 3. Mempelajari hubungan volume gas accumulator terhadap waktu pada penyalaan dan pematian pompa dengan penambahan gas accumulator 1dan 2 4. Membandingkan gas accumulator 1dan 2 berupa perubahan volum gas accumulator 6
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 Penyebab Water Hammer : Pengoperasian pompa Kegagalan pompa beroperasi Penutupan dan pembukaan valve Pengoperasian yang tidak benar 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) p jouk = 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 mencegah terjadinya fluktuasi tekanan yang terjadi dalam system perpipaan akibat adanya aliran yang berhenti secara mendadak. Gas accumulator mengurangi tekanan yang terlalu rendah dengan cara menyuplai fluida ke dalam system. Gas accumulator sendiri memiliki system kontrol sendiri untuk menjaga keseimbangan antara udara dan air. Gambar gas accumulator(chaudhry, 1979) 4
TINJAUAN PUSTAKA Penelitian Terdahulu Constantin (2011) mempelajari water hammer difokuskan pada system perpipaan yang menggunakan gas accumulator. Pada penelitian ini menggunakan parameter pada gas accumulator untuk mengurangi water hammer yaitu parameter rasio volume udara dengan volume gas accumulator (β). Simulasi pada penelitian ini menggunakan gas accumulator 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 yang difokuskan pada system perpipaan yang menggunakan pompa parallel. Simulasi system perpipaan ini menggunakan system ON-OFF, yaitu jika permintaan flow rate sedikit (minimum) maka hanya satu pompa beroperasi, jika permintaan flow rate meningkat maka kedua pompa beroperasi (ON). Gambar Skema instalasi perpipaan fluktuasi tekanan pipa discharge pada saat pompa running (pipa12) dan pada saat pengoperasian pompa (pipa 7) (Ikhwan, 2010) 4
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 rpm Diameter inlet dan outlet = 100 / 80 mm Nominal diameter impeller = 670 mm Dinamik momen inersia = 1,5 kg-m 2 Volume of water on pump s casing = 33 liter Daya ~72 kw No Kecepatan motor (persen) Torsi motor (lb.ft) 1 0 309.12 2 73 323.84 3 98.1 147.2 Gambar kurva performa pompa sentrifugal 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)(m 3 /jam) 431 Minimum (1 pompa)(m 3 /jam) 230 Debit konstan (m 3 /jam) 230 Fluktuasi debit (m 3 /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 Saran Dari 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 12
TERIMA KASIH MOHON SARAN DAN KRITIKNYA
TUGAS AKHIR ANALISA MINIMALISASI WATER HAMMER DENGAN VARIASI PEMILIHAN GAS ACCUMULATOR PADA SISTEM PERPIPAAN DI PT. KALTIM PRIMA COAL Chairul Anwar 2107100021 Dosen Pembimbing : NUR IKHWAN, ST., M. Eng. JURUSAN TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012