Water Hammer

BAB III

HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

III.1. Hasil Perhitungan

Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh hasil perhitungan

sebagai berikut :

Tabel III.1.1 Hasil perhitungan a dengan menggunakan data Tr

valve

flowrate

RUN 1 RUN 2 RUN 3 RUN 4 RUN 5rata-rata

(m3/s) Tr (s) a (m/s)

Tr (s) a (m/s)

Tr (s) a (m/s)

Tr (s) a (m/s)

Tr (s) a (m/s)

20/20

0,0365 0,8 62,5 1 50 1 50 1 50 1,1 45,45 51,59

19/20

0,0347 1,2 41,66 1,1 45,45 1 50 1 50 1 50 47,42

18/20

0,03285 1 50 1,1 45,45 1,2 41,66 1,3 38,46 1,1 45,45 44,20

17/20

0,03102 1,3 38,46 1,2 41,66 1,2 41,66 1,1 45,45 1,1 45,45 42,54

16/20

0,0292 1,2 41,66 1,3 38,46 1,2 41,66 1,1 45,45 1,1 45,45 42,54

15/20

0,02737 1,1 45,45 1,3 38,46 1,1 45,45 1,1 45,45 1,3 38,46 42,65

14/20

0,02555 1,3 38,46 1,4 35,71 1,3 38,46 1,2 41,66 1,2 41,66 39,19

13/20

0,02372 1,2 41,66 1,4 35,71 1,2 41,66 1,1 45,45 1,2 41,66 41,23

12/20

0,0219 1,1 45,45 1,2 41,66 1,1 45,45 1,1 45,45 1,2 41,66 43,93

11/20

0,02007 1,2 41,66 1,4 35,71 1,2 41,66 1,1 45,45 1,1 45,45 41,99

10/20

0,01825 1 50 1 50 1,1 45,45 1,2 41,66 1,2 41,66 45,75

9/20 0,01642 1 50 1 50 1,1 45,45 1,4 35,71 1,2 41,66 44,56

8/20 0,0146 1,2 41,66 1,2 41,66 1 50 1,3 38,46 1,2 41,66 42,69

7/20 0,01278 1,1 45,45 1 50 1 50 1 50 1 50 49,09

6/20 0,01095 1,1 45,45 1 50 1,1 45,45 1 50 1 50 48,18

5/20 0,00912 1,2 41,66 1,2 41,66 1,1 45,45 1,1 45,45 1 50 44,84

Laboratorium Teknik Kimia FTI-ITS

BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III-2

4/20 0,0073 1 50 1 50 1,2 41,66 1,2 41,66 1,2 41,66 45

3/20 0,00547 1,2 41,66 1 50 1,1 45,45 1,2 41,66 1,1 45,45 44,84

2/20 0,00365 1,1 45,45 1,2 41,66 1 50 1 50 1,2 41,66 45,75

1/20 0,00182 1 50 1,1 45,45 1,1 45,45 1,1 45,45 1 50 47,27

Tabel III.1.2 Hasil perhitungan a dengan menggunakan persamaan Jokouwsky

valveflowrate RUN 1 RUN 2 RUN 3

(m3/s) ΔP(kgf/m2)

a (m/s)

ΔP(kgf/m2)

a (m/s)

ΔP(kgf/m2)

a (m/s)

20/20

0,0365 9806,65 19,23 14710 28,85 19613,3 38,47

19/20

0,0347 9806,65 20,25 9806,65 20,25 9806,65 20,25

18/20

0,03285 9806,65 21,37 9806,65 21,37 9806,65 21,37

17/20

0,03102 9806,65 22,63 9806,65 22,63 9806,65 22,63

16/20

0,0292 9806,65 24,04 9806,65 24,04 9806,65 24,04

15/20

0,02737 9806,65 25,65 9806,65 25,65 9806,65 25,65

14/20

0,02555 9806,65 27,54 9806,65 27,54 9806,65 27,54

13/20

0,02372 9806,65 29,59 14710 44,39 9806,65 29,5

12/20

0,0219 9806,65 32,07 14710 48,10 9806,65 32,07

11/20

0,02007 9806,65 34,98 29420 104,95 9806,65 34,98

10/20

0,01825 4903,33 19,23 19613,3 76,95 19613,3 76,95



9/20 0,01642 19613,3 85,53 19613,3 85,53 19613,3 85,53

8/20 0,0146 24516,6 120,27

24516,6 120,27 24516,6 120,27

7/20 0,01278 34323,3 192,41

39226,6 219,89 24516,6 137,43

6/20 0,01095 14710 96,24 24516,6 160,41 4903,33 32,08

5/20 0,00912 29420 230,96

49033,3 384,94 29420 230,98

4/20 0,0073 19613,3 192,43

24516,6 240,54 19613,3 192,43

3/20 0,00547 29420 385,24

19613,3 256,83 14710 192,62

2/20 0,00365 24516,6 481,56

14710 288,93 19613,3 385,24

1/20 0,00182 19613,3 770,49

29420 1155,7 19613,3 770,49

Bukaan valve

flowrate RUN 4 RUN 5 rata-rata(m3/s) ΔP

(kgf/m2)a (m/s) ΔP

(kgf/m2)a (m/s)

20/20 0,0365 14710 28,8598 14710 28,8598 28,859819/20 0,0347 9806,65 20,2513 9806,65 20,2513 20,251318/20 0,03285 9806,65 21,3795 9806,65 21,3795 21,379517/20 0,03102 9806,65 22,6357 9806,65 22,6357 22,635716/20 0,0292 9806,65 24,0487 9806,65 24,0487 24,048715/20 0,02737 9806,65 25,6565 9806,65 25,6565 25,656514/20 0,02555 9806,65 27,5408 9806,65 27,5408 27,540813/20 0,02372 9806,65 29,599 9806,65 29,599 32,558912/20 0,0219 9806,65 32,0728 9806,65 32,0728 35,28



11/20 0,02007 9806,65 34,9854 9806,65 34,9854 48,979510/20 0,01825 29420 115,439 19613,3 76,9596 73,11169/20 0,01642 29420 128,305 29420 128,305 102,6448/20 0,0146 19613,3 96,2183 19613,3 96,2183 110,6517/20 0,01278 24516,6 137,436 29420 164,923 170,426/20 0,01095 9806,65 64,1664 19613,3 128,333 96,24965/20 0,00912 29420 230,969 29420 230,969 261,7654/20 0,0073 19613,3 192,437 24516,6 240,546 211,683/20 0,00547 24516,6 321,041 14710 192,624 269,6742/20 0,00365 14710 288,937 14710 288,937 346,7241/20 0,00182 19613,3 770,498 19613,3 770,498 847,548

III.2 Pembahasan

Percobaan ini bertujuan untuk mengukur lonjakan head dan kenaikan tekanan sekejap

(kejut) akibat penutupan aliran air secara mendadak dan mengukur kecepatan gelombang

kejut (shock wave) dalam saluran.

Pada percobaan ini menggunakan variabel bukaan valve 2 , yaitu 1/20 – 20/20. Untuk

setiap bukaan valve di lakukan pengambilan data hingga 3 kali. Langkah pertama adalah

memastikan valve 1 terbuka dan valve 4 tertutup. Pembukaan valve 1 di maksudkan agar

aliran air dapat mengalir ke tangki dan penutupan valve 4 di maksudkan agar air yang

mengalir ke tangki tidak langsung mengalir ke tubing. Kemudian menunggu hingga tangki

terisi penuh. Tangki haruslah terisi penuh sebelum running percobaan di karenakan agar

flowrate bukaan valve yang di inginkan stabil (maksimal) sehingga mendapatkan data yang

lebih akurat. Untuk mengetahui tangki sudah terisi penuh, hanya dengan menunggu 5-10

menit.

Setelah tangki terisi penuh, kemudian memastikan valve 3 dan valve 2 (bukaan 20/20)

terbuka penuh. Pembukaan kedua valve ini di maksudkan agar air dapat mengalir ke outlet.

Kemudian menyiapkan gelas ukur 1000 mL di bagian outlet dan mengukur flowrate-nya

dengan bantuan stopwatch. Pada pengukuran flowrate ini menggunakan bukaan penuh

(20/20) valve 2. Setelah didapatkan flowrate bukaan valve 20/20 maka, flowrate tersebut

dijadikan reference untuk menentukan flowrate pada bukaan yang lainnya (19/20, 18/20,

17/20, dst.). Setelah pengukuran flowrate valve 4 di tutup kembali agar air dalam tangki tidak

berkurang terlalu banyak dan pengisian tangki dapat dilakukan kembali. Setelah mendapatkan

flowrate bukaan yang sesuai dengan hasil perhitungan, barulah pengambilan data ½ Tr, P1, P2

dilakukan.



Setelah tangki terisi penuh, valve 4 di buka, kemudian melihat bacaan yang tertera

pada manometer dan mencatat tekanan tersebut sebagai P0. Setelah mendapatkan nilai P0,

kemudian valve 3 ditutup secara cepat (mendadak) dan melihat kembali pada manometer.

Bacaan manometer akan naik dan steady sesaat kemudian naik lagi dan turun kembali pada

keadaan steady tadi. Pada saat manometer dalam keadaan steady sesaat dan mulai naik,

stopwatch dinyalakan dan stopwatch dimatikan saat bacaan manometer menunjuk tekanan

steady sesaat tadi. Waktu yang didapatkan tersebut adalah ½ Tr dan tekanan saat naik dari

keadaan steady sesaat tersebut adalah P1. Kemudian mengambil data hingga 3 kali dan

melanjutkan dengan bukaan valve 2 yang lain dengan prosedur yang sama.

Dari hasil percobaan didapat bahwa semakin menurunnya flowrate outlet (bukaan

valve 2 semakin kecil), maka nilai ΔP semakin besar. Hal ini diakibatkan karena bukaan valve

telah semakin kecil sehingga flowrate outlet juga semakin kecil. Akibat bukaan yang semakin

mengecil tersebut, aliran air menjadi tersendat menuju outlet, sehingga tekanan yang yang

terjadi pada aliran air akan semakin besar sehingga pembacaan pada manometer tersebut

semakin besar akibat flowrate inlet yang tetap, namun pada outlet flowratenya mengecil.

Sehingga bacaan pada manometer menjadi cukup signifikan. Sedangkan pada P2, semakin

kecil flowrate outlet, nilai P2 semakin besar.

Kemudian, nilai ½ Tr naik turun seiring naiknya flowrate outlet. Hal ini diakibatkan

oleh saat pengambilan data, tangki tidak terisi penuh sehingga P2 menjadi naik turun juga dan

mempengaruhi saat penutupan mendadak valve 3 dan nilai dari ½ Tr menjadi tidak stabil.

Nilai a pada tiap bukaan juga berubah-ubah seiring bertambahnya besarnya flowrate.

Nilai a terbesar adalah saat bukaan 20/20 dan nilai a terkecil adalah pada bukaan 1/20. Nilai a

yang berubah-ubah akibat waktu untuk mencapai ½ periode juga berbeda-beda. Nilai a paling

besar terdapat pada bukaan valve 20/20 karena pada bukaan tersebut, flowratenya adalah

paling besar sehingga untuk mencapai ½ periode dibutuhkan waktu yang lebih sedikit.

Sedangkan pada nilai a terkecil berada pada bukaan valve 1/20, hal ini diakibatkan flowrate

yang kecil mengakibatkan nilai ½ Tr menjadi lebih besar.

Kemudian, pada data yang di dapatkan bahwa a percobaan memiliki perbedaan nilai

yang sangat signifikan dengan a Joukowsky. Hal ini diakibatkan karena persamaan

Joukowsky adalah persamaan yang menganggap pipa yang digunakan adalah tanpa friksi dan

hanya bisa digunakan pada periode ½. Pada percobaan yang dilakukan, tentunya air mengalir

dari inlet hingga outlet tentunya melewati pipa (L=50 m) dan flowrate akan mengecil

diakibatkan friksi sepanjang pipa. Sehingga nilai a percobaan yang didapatkan tidak begitu

besar nilainya jika di bandingkan dengan a Joukowsky.



Pada percobaan ini didapakan nilai a percobaan dan a Joukowsky. Kemudian dapat

dibuat grafik hubungan antara nilai a dengan flowrate seperti berikut.

0 5 10 15 20 25 30 35 400

10

20

30

40

50

60

manualLinear (manual)

flowrate

a m

anua

l

Gambar III.5.1 Grafik flowrate vs a manual

0 5 10 15 20 25 30 35 400

100

200

300

400

500

600

700

800

900

joukowskyLinear (joukowsky)

flowrate

a jo

ukow

sky

Gambar III.5.2 Grafik flowrate vs a joukowsky

Dari kedua grafik di dapatkan bahwa nilai flowrate vs a berbanding terbalik. Kedua

grafik tersebut memilik tren turun. Sehingga dapat disimpulkan bahwa, semakin besar

flowrate maka nilai a akan semakin kecil. Nilai a menyatakan kecepatan perambatan

gelombang (suara) melalui fluida dalam saluran. Kedua grafik diatas menunjukkan bahwa



kecepatan gelombang suara akan semakin besar apabila flowrate aliran air semakin diperkecil.

Dikarenakan flowrate berbanding lurus dengan kecepatan aliran air (v) sehingga dapat

disimpulkan juga bahwa nilai a (kecepatan gelombang suara) juga berbanding terbalik dengan

kecepatan aliran air (v). Hal tersebut sesuai dengan literatur dalam hal ini rumus Joukowsky

yang menyatakan bahwa :

∆ p=± ρa ∆ v

a=∆ p /± ρ ∆ v

dimana:

Δv : Perubahan kecepatan aliran, m/s

ρ : Densiti fluida, kg/m3

a : Kecepatan perambatan gelombang (suara) melalui fluida dalam saluran, m/s

Δp : Perubahan tekanan, N/m2

Hal diatas menunjukkan bahwa hasil percobaan sudah sesuai dengan literatur yaitu

nilai a (kecepatan suara) berbanding terbalik dengan nilai v (kecepatan aliran) dan flowrate.

Water Hammer

Documents

Transcript of Water Hammer