JURUSAN TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA ANALISA MINIMALISASI WATER HAMMER DENGAN
VARIASI PEMILIHAN GAS ACCUMULATOR PADA SISTEM PERPIPAAN DI PT. KALTIM PRIMA COAL
Chairul Anwar 2107100021
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.
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.
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
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
Manfaat yang diharapkan dan Tugas Akhir ini adalah:
Memahami karakteristik gas accumulatordalam sistem perpipaan
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)
Pengoperasian pompa
Kegagalan pompa beroperasi Penutupan dan pembukaan valve Pengoperasian yang tidak benar
Pencegahan water hammer : Check Valve
Relief Valve
Vacuum Breaker Valve
Variable Speed Device (VSD) Surge tank
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
Dari kedua persamaan tersebut didapatkan: Persamaan karakteristik C+ dari titik A ke P
Persamaan karakteristik C- dari titik B ke P
Kecepatan perambatan gelombang tekanan
Kecepatan perambatan gelombang tekanan di dalam pipa diformulasikan dari modulus bulk fluida dan modulus bulk elastisitas pipa (Wylie, 1993)
Dasar Teori Pompa
Trip dengan inersia dan tidak ada aliran balik
Startup dengan inersia dan tidak ada aliran balik
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.
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
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)
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-m2
Volume of water on pump’s casing = 33 liter Daya ~72 kW
Gambar kurva performa pompa sentrifugal
No Kecepatan motor (persen) Torsi motor (lb.ft) 1 0 309.12 2 73 323.84 3 98.1 147.2
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
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
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
JURUSAN TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA ANALISA MINIMALISASI WATER HAMMER DENGAN
VARIASI PEMILIHAN GAS ACCUMULATOR PADA SISTEM PERPIPAAN DI PT. KALTIM PRIMA COAL
Chairul Anwar 2107100021
