analisa minimalisasi water hammer dengan variasi pemilihan … · 2013-06-27 · menimbulkan...
TRANSCRIPT
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
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
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