Makalah Hidrolika Saluran Tertutup (Water Hammer)

MAKALAH

HIDROLIKA SALURAN TERTUTUP

WATER HAMMER

Disusun Oleh:

Kelompok II

Elang Timur                            145060400111015

Fariz Bayu Rachmanto           125060400111074

Galih Rizam Pratama              145060400111024

Gloria Dihan Utomo               145060400111002

Tami Pratiwi                            145060400111007

Yoga Okta Wardana               145060400111028

Yuangga Rizky Illahi              145060400111003

Yudhistira Akbar Z.R             145060400111005

JURUSAN TEKNIK PENGAIRAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

            Air merupakan sebuah sumber daya yang sangatlah penting bagi kehidupan manusia. Tanpa sumber air, manusia tidak akan pernah bisa hidup. Karena itu, manusia sangatlah bergantung pada air itu sendiri. Setiap hari air mengalir ke pipa-pipa di setiap rumah untuk dipakai manusia. Air tersebut mengalir dengan lancar menuju lubang keluar pipa didalamnya.

            Namun dalam kenyataannya air didalam pipa tidak selalu mengalir secara lurus menuju keluar pipa. Dalam suatu kondisi yang disebabkan oleh beberapa faktor. Air didalam pipa mengalami perubahan tekanan yang menyebabkan peristiwa Water Hammer.

            Melalui makalah ini, kami ingin memaparkan tentang berbagai hal yang berkaitan dengan water hammer serta pengaruhnya terhadap kehidupan manusia. Sehingga pembaca bisa mengerti bagaimana dan seperti apa pengaruh water hammer khususnya yang berkaitan dengan bidang pengairan sebagaimana kami pelajari.

1.2  Rumusan Masalah

1.2.1        Apakah yang dimaksud dengan water hammer?

1.2.2        Apakah akibat dari water hammer?

1.2.3    Bagaimana cara mencegah water hammer?

1.3  Tujuan

1.3.1        Memberikan pengertian tentang water hammer

1.3.2        Menjabarkan akibat dari water hammer

1.3.3    Menjelaskan cara mencegah water hammer

1.4 Manfaat

1.4.1        Menjadikan pembaca mengerti tentang apa itu water hammer

1.4.2        Menjadikan pembaca mengerti akibat dari water hammer

1.4.3        Menjadikan pembaca paham cara mencegah water hammer

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Water Hammer

Water Hammer adalah aliran fluida yang berhenti mendadak menimbulkan kenaikan tekanan yang sangat tajam sehingga menyerupai suatu pukulan.

Fenomena keadaan unsteady ini dapat dikatakan sebagai perubahan energi kinetik dan energi tekanan yang bisa menjadi positif atau negatif. Efek negatif yang dihasilkan oleh fenomena tersebut diantaranya adalah merusak valve, menimbulkan getaran pada pipa, menggetarkan tumpuan pipa, menyebabkan kavitasi pada impeller pompa, dan memperpendek umur pemakaian peralatan. Perubahan tekanan bangkitan yang terlalu besar dapat menyebabkan pipa menjadi rusak atau pecah. Fenomena water hammer dapat terjadi hampir di setiap sistem instalasi perpipaan. Fenomena ini mempunyai dampak buruk apabila sistem perpipaan tersebut tidak memperhatikan akibat dari water hammer.

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 (shutdown). Misalnya bila sebuah pompa sedang bekerja tiba-tiba mati (karena dimatikan atau listrik padam), maka aliran air akan terhalang impiler sehinga mengalami perlambatan yang mendadak. Di sini terjadi lonjakan tekanan pada pompa dan pipa seperti peristiwa penutupan katup secara tiba-tiba. Lonjakan tekanan juga dapat terjadi jika pompa dijalankan dengan tiba-tiba atau katup dibuka secara cepat. Besarnya lonjakan atau jatuhnya tekanan karena benturan air, tergantung pada : laju perubahan kecepatan aliran. Dalam hal katup tergantung pada kecepatan penutupan katup atau pembukaan katup dan dalam hal pompa tergantung cara menjalankan dan menghentikan pompa. Selain itu panjang pipa, kecepatan aliran dan karakteristik pompa, merupakan faktor-faktor yang sangat menentukan besarnya lonjakan atau jatuhnya tekanan karena pukulan air.

Di dalam membahas proses terjadinya water hammer berarti harus membahas mengenai perjalanan gelombang tekanan melalui medium air di dalam saluran pipa. Pada gambar akan dijelaskan proses penjalaran gelombang tekanan tersebut untuk kasus penutupan katup secara tiba-tiba.

Gambar  . Efek Water Hammer

a.                         Gambar (a)

Air di dalam reservoir mengalir ke dalam pipa masih dalam keadaan sempurna dimana kecepatan aliran konstan karena tidak ada perlakuan

b.                        Gambar (b)

Terjadi penutupan secara tiba-tiba sehingga kecepatan aliran sama dengan nol di daerah dekat katup. Tekanan juga akan bertambah serta gelombang akan dapat menuju reservoir

c.                         Gambar (c)

Tekanan balik yang terjadi akan terus bertambah memenuhi seluruh pipa sehingga gelombang awal yang terjadi pada pipa bertambah sampai memenuhi pipa dan kecepatan dalam pipa menjadi sama dengan nol

d.                       Gambar (d)

Gelombang yang memenuhi pipa akan bertambah dan kecepatan aliran gelombang tertentu menuju kearah sumbu penutupan dan berakhir pada waktu t = 21/c dan gerakan gelombang balik mengakibatkan adanya aliran yang ditekan menuju reservoir dengan kecepatan.

e.                         Gambar (e)

Gelombang tersebut akan terus kearah sumbu penutupan sampai batas waktu tertentu sehingga menekan air untuk kembali ke reservoir dengan kecepatan Vo menuju keadaan stabil

f.    Gambar (f)

Gelombang yang telah sampai ke sumber penutupan akan mengalami osilasi kebawah, dimana V = Vo , V = O. Terjadi kembali kearah sekitar sumber penutupan. Hal ini akan berlangsung sampai tekanan air akan mencapai keadaan stabil.

Untuk  kasus sederhana pada peristiwa water hammer, dapat dilihat pada gambar diatas yaitu ketika katup ditutup secara tiba-tiba. Pada waktu Dt katup ditutup, gelombang tekanan meningkat hingga pada titik x = c Dt dimana c adalah gelombang kecepatan. Gelombang merambat dengan kecepatan V₀­ dan air bergerak perlahan. Tekanan pada daerah 0-X akan meningkat secara signifikan dan diameter pipa akan meningkat tegangannya. Tekanan fluida akan meningkat karena dikompresi. Energi tegangan dalam pipa tidak terjadi terus menerus dan akan menimbulkan gaya bolak balik aliran dalam reservoir akibat penutupan katup secara tiba-tiba dalam arah tekanan radiasi. Gelombang akan kembali ke katup dengan kecepatan c gambar d dan e = 21/c(T) gbr e. Selanjutnya gelombang tekanan akan mengalami penurunan dan mengikuti reservoir dan seluruh rangkaian akan diulang kembali. Dalam kenyataannya gesekan meredam osilasi.

2.2  Penerapan Water Hammer

Aplikasi sistem perpipaan untuk distribusi fluida banyak kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Fenomena water hammer merupakan salah satu parameter yang harus diperhitungkan dalam merancang sebuah sistem perpipaan. Fenomena ini terjadi akibat kenaikan gelombang tekanan ketika aliran dihentikan secara tiba-tiba, dimana gelombang tekanan yang terjadi bisa bernilai positif maupun negatif.

Sebagai contoh terdapat pada pompa hidram (water hammer pump ) adalah teknology pompa tanpa menggunakan bahan bakar listrik dan bahan bakar minyak, prinsip kerja pompa hidram adalah menggunakan sistem water hummer atau efek pukulan air, yang dapat mengalir kan air dari hilir sungai sampai ke daerah perbukitan tanpa menggunakan listrik dan bbm , di lihat dari harga listrik dan bbm yang mahal maka penggunaan pompa ini sangat evisien sekali. di indonesia sudah banyak di terapkan khusus nya di tempat tempat yang minim air yang sumber airnya jauh dari pemukiman.

Pompa Hydraulic ram (Hydram) adalah pompa air dijalankan dengan tenaga air itu sendiri. Bekerja seperti transformator hidrolik dimana air yang masuk kedalam pompa, yang mempunyai “hydraulic head” (tekanan) dan “debit” tertentu, menghasilkan air dengan hydraulic head yang lebih tinggi namun dengan debit yang lebih kecil.
Pompa ini memanfaatkan “Water hammer effect” untuk menghasilkan tekanan yang memungkinkan sebagian dari air yang masuk memberi tenaga kepada pompa, diangkat ke titik lebih tinggi dibandingkan head awal dari air tersebut.
Pompa Hydram ini sangai sesuai untuk digunakan di daerah terpencil, dimana terdapat sumber air yang mempunyai head rendah, serta diperlukan memompa air kelokasi pemukiman yang mempunyai elevasi  lebih tinggi dari sumber air tersebut .
Pada kondisi seperti inilah pompa hydram menjadi sangat bermanfaat sekali, karena pompa ini tidak membutuhkan sumber daya lain selain energi kinetik dari air yang mengalir itu sendiri.

Cara kerja pompa ini adalah sebagai berikut :
1.         Air mengalir dari sumber air (3) melalui saringan (4) dan drive pipe (2) kedalam

rumah pompa (5)

2.         Sebagian air terbuang keluar melalui waste valve (1) sampai air memenuhi rumah

pompa (5) .

3.         Ketika  rumah pompa  sudah penuh dengan air dan air mampu mendorong waste

valve hingga menutup, maka air masuk kedalam air chamber (7) melalui delivery

valve (6).

4.         Ketika ketinggian air didalam air chamber lebih tinggi dari kedudukan  check valve

(9), maka udara yang berada didalam air chamber tertekan sehingga menimbulkan “Water hammer efect” dan menekan air kebawah sehingga delivery valve tertutup dan air terdorong keluar melalui check valve (9) dan delivery pipe (8).

5.         Sementara itu didalam rumah pompa (5) waste valve (1) membuka kembali akibat

berat dari valve itu sendiri, sehingga sebagian air didalam rumah pompa (5) terbuang

keluar melalui waste valve (1) dan air mengalir kembali dari sumber air (3) kedalam rumah pompa (5) sampai akhirnya mampu mendorong kembali waste valve (1) sehingga tertutup lagi dan air masuk kedalam air chamber (7).

6.         Demikian siklus tersebut terjadi berulang-ulang sehingga terjadi proses pemompaan

dari sumber air ketempat yang lebih tinggi dari sumber air tersebut.

Pada pompa hydram ini diameter dari delivery pipe harus lebih kecil dari drive pipe, dan berat dari waste walve diatur sedemikian rupa sehingga tidak terlalu berat maupun terlalu ringan. Apabila waste valve terlalu berat, maka aliran air tidak akan mampu mendorong waste valve agar menutup sehingga air hanya lewat saja langsung terbuang keluar. Apabila waste valve terlalu ringan maka ketika aliran air kedalam air chamber baru berlangsung sebentar waste valve sudah menutup kembali sehingga terjadinya water hammer efect tidak optimal dan akan berpengaruh terhadap kinerja dari pompa.

Itulah gambaran secara umum tentang pompa hydram, teknologi tepat guna dan ramah lingkungan yang sesuai untuk wilayah yang terpencil, dimana dimana sumber daya energi seperti listrik belum menjangkau. Dibawah ini adalah foto dari pompa hydram yang sudah operasional.

2.3  Akibat Water Hammer

a.    pompa dan katup dapat pecah karena lonjakan tekanan pada waktu terjadi bentturan air

b.   pipa dapat kempis karena tekanan negatif (tekanan vakum) yang terjadi didalam pipa belakang pompa atau katup

c.    jika putaran balik dari pompa tidak dapat dicegah dapat timbul kerusakan akibat putaran air

d.   Peralatan plambing akan rusak akibat tekanan yang ditimbulkan pukulan air

e.    Pasangan instalasi akan rusak karena getaran yang diakibatkan pukulan air

f.     Sambungan-sambungan instalasi akan cepat bocor/rusak

2.4  Pencegahan Water Hammer

1.    untuk menghindari tekanan negatif dan pemisah kolom zat cair,dapat digunakan tiga cara yaitu pada gaya , laluan fluida dan tangki peredam

2.    pencegahan lonjakan tekanan

a.       penutupan lambat

b.      pelepasan tekanan.

c.       Menghindarkan tekanan kerja yang terlalu tinggi

d.      Menghindarkan kecepatan aliran yang terlalu tinggi

e.       Menggunakan dua katup bola pelampung pada tangki air

f.       Memasang alat pencegah pukulan air

g.       Memasang rongga udara di dalam instalasi

Kelebihan dan kelemahan memasang rongga udara di dalam instalasi dibanding sistem lain

Ø   Kelebihan

·        Bentuk sederhana

·        Pembuatan mudah

·        Biaya murah karena dapat menggunakan potongan-potongan pipa

·        Biaya perawatan murah

Ø   Kelemahan

Udara dalam rongga udara lama kelamaan dapat lenyap karena terbawa mengalir keluar dalam bentuk gelembung atau larut sebagai gas dalam air. Oleh karena itu, secara periodik sistem pipa perlu dikuras untuk memasukkan udara baru ke dalam rongga-rongga udara dalam instalasi atau memasang alat yang dapat dipakai untuk memasukkan udara ke dalam rongga udara untuk rongga udara ukuran besar.

Ø   Cara pembuatan rongga udara

Rongga udara biasanya dibuat dari potongan pipa dengan diameter pipa sesuai dengan diameter pipa masuk instalasi yang akan di pasang rongga udara, panjang pipa rongga udara kurang lebih 30 cm. Sedang untuk rongga udara ukuran besar perlu dipasang katup untuk memasukkan udara.

                                                                                       Katup udara

                                                                                        Potongan pipa        

 

                 Katup penguras

Gambar 1. Rongga Udara

Ø    Pemasangan Rongga Udara

Rongga udara dipasang tegak lurus dan sedikit numpu pada tempat-tempat di mana kemungkinan akan terjadi pukulan air.

·      Dipuncak pipa tegak di mana ada kemungkinan akan timbul pukulan air

·      Di tempat-tempat yang sering terjadi penutupan dan pembukaan katup secara mendadak (bak cuci tangan, kloset, mesin cuci, baik air dan lain-lain)

·      Di tempat yang memungkinkan di mana akan terjadi aliran balik seperti pipa keluar pompa.

 

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat kami ambil dari penjabaran diatas adalah Fenomena water hammer merupakan salah satu parameter yang harus diperhitungkan dalam merancang sebuah sistem perpipaan. Fenomena ini terjadi akibat kenaikan gelombang tekanan ketika aliran dihentikan secara tiba-tiba, dimana gelombang tekanan yang terjadi bisa bernilai positif maupun negatif, sebagai contoh penerapan Water Hammer adalah pada pompa hidram. Selain itu peristiwa Water Hammer juga dapat menyebabkan kerusakan, diantaranya pompa dan katup dapat pecah karena lonjakan tekanan, pipa dapat kempis karena tekanan negatif (tekanan vakum), dan lain-lain.

Untuk menanggulangi kerusakan akibat peristiwa Water Hammer dapat dilakukan beberapa pencegahan, pertama untuk menghindari tekanan negatif dan pemisah kolom zat cair, dapat menggunakan tiga cara yaitu pada gaya, laluan fluida dan tangkai peredam. Kedua, dengan cara pencegahan lonjakan tekanan.

3.2 Kritik dan Saran

Makalah ini kami buat untuk memberi pengetahuan kepada pembaca tentang water hammer, akibatnya dan apa pencegahannya. Pada makalah ini, kami sadar bahwa banyak hal yang kurang dan perlu dibenahi. Maka dari itu, kami mengharapkan saran dan kritik yang membangun yang bisa memperbaiki makalah ini sehingga menjadi makalah yang lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

chiolive Natejy. 2012. Water  Hammer. http://chiolivenatejy.blogspot.com/2012/11/waterhammer.html  (diakses tanggal 7 desember 2014)

Murni. 2007. Metode sederhana untuk mencegah terjadinya pukulan air  di dalam instalasi plambing. http://jurnal.unimus.ac.id/index.php/jtm/article/view/602/654 ( diakses tanggal 7 Desember 2014)

ITS.2009. Tugas AKhir Konversi Energi. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-7359-2104100134-bab1.pdf. ( diakses tanggal 7 Desember 2014)

Istanto, Hari. 2010. Hydraulic Ram Pump – Pompa Hydran. https://harisistanto.wordpress.com/2010/07/08/hydraulic-ram-pump-pompa-hydram/ (Diakses pada tanggal 6 desember 2014)