## ANALISA PENGARUH WATER HAMMER TERHADAP FLEKSIBILITAS PIPA LINE DISCHARGE PUMP
Pekik Mahardhika Program Studi Teknik Perpipaan Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Email: pekikmahardhika@ppns.ac.id
Ekky Nur Budiyanto Program Studi Teknik Perpipaan Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya Email: ekky@ppns.ac.id

## ABSTRAK
Makalah ini mengkaji besarnya tegangan pipa akibat fenomena water hammer . Water hammer terjadi pada proses pendistribusian dari TPL menuju Terminal BBM di Surabaya (jalur pipa discharge pump ). Check valve di pipa line discharge pump telah  mengalami  kerusakan akibat  fenomena water hammer . Water hammer merupakan  beban  dinamis  dari  fluida  karena  kenaikan  tekanan  secara  tiba-tiba. Water  hammer menimbulkan getaran dan resonansi sehingga mempengaruhi fleksibilitas pipa. Tujuan analisa ini untuk mendapatkan besarnya fleksibilitas akibat water hammer menggunakan metode numerik berdasarkan kriteria ASME B31.4 dan API 610. Hasil analisa menunjukkan bahwa tegangan saat water hammer tidak memenuhi kriteria ASME B31.4 dan beban nozzle pompa juga tidak memenuhi kriteria API 610.
Kata kunci: beban dinamis; beban nozzle ; tegangan; water hammer.

## ABSTRACT
This  paper  examines  the  magnitude  of  pipe  stress  due  to  the  water  hammer  phenomenon.  Water hammer occurs in the distribution process from TPL to the BBM Terminal in Surabaya (Discharge pump line).  The  check  valve  in  the  line  pipe  discharge  pump  has  been  damaged  due  to  water  hammer phenomenon. Water hammer is a dynamic load of fluid due to a sudden rise in pressure. Water hammer causes vibration and resonance which affects the flexibility of the pipe. The purpose of this analysis is to get the amount of flexibility due to the water hammer using the numeric method based on ASME B31.4 and API 610 criteria. The analysis results show that the stress when the water hammer occurs does not meet the ASME B31.4 criteria and the pump nozzle load also does not meet the API 610 criteria.
Keywords: dynamic load; nozzle load; stress; water hammer.

## 1. PENDAHULUAN
BBM  (Bahan  Bakar  Minyak)  sangat  penting  bagi  kehidupan  manusia.  Jalur  pipa  pendistribusian BBM sangatlah vital demi kelangsungan suatu kegiatan produksi atau yang lain. Pembangunan pipa BBM oleh  Pertamina  sangat  bagus  bagi  ketahanan  energi  dan  perekonomian  nasional  [1].  Pada  proses pendistribusian  BBM  memiliki  kemungkinan  terbesar  terjadinya  kegagalan  pada  suatu  jalur  perpipaan. Seperti yang terjadi pada pipa pendistribusian dari TPL menuju Terminal BBM di Surabaya dengan fluida pertamax.  Pertamax  merupakan  bahan  bakar  minyak  yang  memiliki  nilai  oktan  92.  Jalur  pipa  bagian discharge pompa tersebut telah terjadi water hammer sehingga check valve di pipa line discharge pump telah mengalami  kerusakan.  Pompa  merupakan  salah  satu  mesin  fluida  yang  termasuk  dalam  golongan  mesin kerja.  Pompa  berfungsi  untuk  merubah  energi  mekanis  (kerja  putar  poros)  menjadi  energi  fluida  dan tekanan [2]. Pulsating line merupakan pipa yang terhubung dengan rotating equipment [3] . Pipa yang terhubung discharge pompa tersebut termasuk kategori pulsating line , karena pipa terhubung dengan suatu equipment yang dapat menimbulkan sumber getaran (pompa). Water hammer adalah fenomena terjadinya lonjakan tekanan yang diakibatkan oleh pembukaan dan penutupan katup  yang cepat atau rotating equipment hidup/ mati tiba-tiba [4]. Turunnya  performansi  pompa  secara  tiba-tiba  dan  ketidakstabilan  dalam  operasi  sering menjadi  masalah  yang  serius  dan  mengganggu  kinerja  sistem  secara  keseluruhan  [5].  Ketika  frekuensi alami  sama  dengan  atau  mendekati  frekuensi  yang  dihasilkan  oleh  mesin/  frekuensi  eksitasi  maka  akan  terjadi resonansi [6]. Resonansi dapat mengakibatkan kerusakan pada sistem perpipaan [7]. Dampak fenomena tersebut adalah  menimbulkan  getaran  [8].  Getaran  yang  mengakibatkan  resonansi  mempengaruhi  besarnya  tegangan
yang pada pipa. Besarnya nilai tegangan tidak diperbolehkan lebih besar dari tegangan yang diijinkan ASME B31.4 [9].  Makalah  ini  melanjutkan  penelitian  sebelumnya  yaitu  membahas  tentang  kenaikan  tekanan  fluida  yang diakibatkan water hammer [10]. Makalah ini bertujuan untuk mendapatkan besarnya fleksibilitas pipa akibat water hammer menggunakan metode numerik dan apakah memenuhi kriteria penerimaan ASME B31.4 dan API 610. Tegangan dalam desain pada suatu  sistem perpipaan harus dirancang agar mampu menahan beban yang terjadi [11].  Analisa tegangan merupakan metode terpenting untuk meyakinkan dan menetapkan secara numerik bahwa sistem  perpipaan  dalam engineering adalah  aman  [12]  [13].  Pada nozzel sambungan  pompa  dengan  sistem perpipaan  menggunakan flange ,  di  mana  sambungan  pipa  dan flange mengalami  kombinasi  pembebanan dead weight , thermal , dan seismik terus  menerus sehingga tegangan,  gaya, dan  momen dapat  melampaui batas  yang diijinkan [14]. Sehingga harus di evaluasi berdasarkan code yang berlaku.

## Gambar 1. Fenomena Water Hammer [15]

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Check valve di pipa line discharge pump telah mengalami kerusakan akibat fenomena water hammer . Ketika terjadi water hammer pipa tersebut menimbulkan getaran. Getaran tersebut dapat mempengaruhi fleksibilitas pipa line discharge pump .  Sehingga  makalah ini bertujuan  untuk  menganalisa  fleksibilitas (tegangan pipa dan  gaya- momen nozzle discharge pompa) akibat kenaikan tekanan fluida ( water hammer ) saja. Makalah ini untuk analisa fleksibilitas  (tegangan  pipa  dan  gaya-momen nozzle  discharge pompa)  mengacu  pada persyaratan code ASME B31.4 dan API 610. Analisa  fleksibilitas juga  menggunakan bantuan  perangkat lunak Bentley  Autopipe dengan metode  pemodelan modal  analysis dan fluid  transient karena  disebabkan  oleh  tekanan  fluida  berubah  yang dipengaruhi oleh waktu. Sehingga dari pemodelan dan simulasi ini dapat dianalisa apakah sistem perpipaan masih memenuhi  kriteria code ASME B31.4  dan API 610.  Metodologi penelitian pada  makalah  ini  ditunjukkan pada diagram alir gambar 2 dan isometri line discharge pump ditunjukkan pada gambar 3.
Data eksitisting  dari penelitian sebelumnya digunakan untuk mengetahui pengaruh kenaikan tekanan akibat water hammer terhadap fleksibilitas pipa. Data yang digunakan untuk penelitian ini ditampilkan pada tabel 1, tabel 2, dan tabel 3 berikut:
Tabel 1. Spesifikasi pipa 8” Data Spesifikasi Material Pipa API 5L Gr B NPS 8 Schedule 80 ID (in) 8,625 OD (in) 7,625 Tebal pipa (in) 0,5 Tabel 2. Spesifikasi pipa 6” Data Spesifikasi Material Pipa API 5L Gr B NPS 6 Schedule 40 ID (in) 6,625 OD (in) 6,065 Tebal pipa (in) 0,280 Tabel 3. Data fluida Fluida Tekanan Operasi (psi) Tekanan Saat Terjadi Water Hammer (psi) Pertamax 681,68 1775,26

## Gambar 3. Isometri Discharge Pump Line

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel  4  dan  Tabel  5  menunjukkan  hasil  pemodelan  dan  simulasi  tegangan  pipa  sebelum  terjadi water hammer dan  saat  terjadi water  hammer .  Tabel  4  merupakan  data  analisis  tegangan  pipa  sebelum  terjadi water hammer .  Data  tersebut  menunjukkan  bahwa node A03,  A07,  dan  A08  tidak  memenuhi  kriteria  ASME  B31.4. Tegangan tertinggi pada node A07  yaitu 31845 psi. Tabel 5 merupakan data analisis tegangan pipa saat terjadi water hammer .  Data tersebut menunjukkan bahwa node A02, A03, A07, dan A08 tidak memenuhi kriteria ASME B31.4. Tegangan paling tinggi pada node A07 yaitu 38314 psi. Semua data dari Tabel 4 dan Tabel 5 menunjukkan bahwa terjadi kenaikan tegangan seiring terjadi kenaikan tekanan akibat water hammer . Check valve berada pada node A05  dan  masih  memenuhi  kriteria  ASME  B31.4. Check  valve tersebut  mengalami  kerusakan  bisa dikarenakan terjadi kenaikan tegangan secara terus menerus. Node A05 berada di sebelah node A06 dan A07 yang cenderung memiliki tegangan yang tinggi sehingga bisa memicu kerusakan di node A05.
Tabel 4. Analisis tegangan sebelum terjadi water hammer Node Tegangan Code (psi) Tegangan yang diijinkan (psi) Kriteria A00 9447 18900 Ok A01 12662 18900 Ok A02 15267 18900 Ok A03 31257 18900 Fail A04 5067 18900 Ok A05 6609 18900 Ok A06 12584 18900 Ok A07 31845 18900 Fail A08 N- 17788 18900 Ok A08 N+ 30002 18900 Fail A08 F- 4413 18900 Ok A08 F+ 4234 18900 Ok A09 4573 18900 Ok Tabel 5. Analisis tegangan saat terjadi water hammer Node Tegangan Code (psi) Tegangan yang diijinkan (psi) Kriteria A00 14163 18900 Ok A01 17378 18900 Ok A02 19984 18900 Fail A03 35973 18900 Fail A04 9783 18900 Ok A05 11325 18900 Ok A06 17300 18900 Ok A07 38314 18900 Fail A08 N- 24256 18900 Fail A08 N+ 36471 18900 Fail A08 F- 10881 18900 Ok A08 F+ 10702 18900 Ok A09 11042 18900 Ok
Gambar 4. Tegangan pipa sebelum terjadi water hammer
Discharge Pump
Check valve

## Gambar 5. Tegangan pipa setelah terjadi water hammer

## Gambar 6. Perbandingan Tegangan Pipa terhadap Tegangan yang diijinkan
Tabel 6 menunjukkan bahwa pada beban nozzle discharge pompa tidak memenuhi kriteria API 610. Kegagalan akibat besarnya  momen  yang terjadi tersebut dapat menyebabkan kerusakan yang lebih parah dari pada kerusakan akibat berat total pipa. Momen tersebut dapat menyebabkan shaft misalignment dan deformasi casing pompa. Kerusakan ini mempengaruhi internal moving pompa sehingga menurunkan keandalan pompa.
Tabel 6. Analisis beban nozzle discharge pompa sebelum dan saat terjadi water hammer
Sebelum Terjadi Water Hammer Node Gaya (lb) Kriteria API 610 Momen (ft-lb) Kriteria API 610 x y z x y z A09 0 -257 0 Ok -9567 0 -383 Fail Saat Terjadi Water Hammer Node Gaya Kriteria API 610 Momen (ft-lb) Kriteria API 610 x y z x y z A09 0 -257 0 Ok -9567 0 -383 Fail 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 A00 A01 A02 A03 A04 A05 A06 A07 A08 N- A08 N+ A08 F- A08 F+ A09 Te ga ng an (p si) Node Sebelum Water Hammer Saat Water Hammer Tegangan Ijin Discharge Pump Check valve

## 4. KESIMPULAN
Pada penelitian yang berjudul “Analisa Pengaruh Water Hammer Terhadap Fleksibilitas Pipa Line Discharge Pump ” yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
a. Tegangan  yang  terjadi  pada  pipa  sebelum  terjadi water  hammer sudah  tinggi  sehingga  ketika terjadi water hammer bisa merusak peralatan sekitar pipa.
b. Nilai tegangan  saat  terjadi water hammer lebih besar dari pada  sebelum terjadi water hammer dan  tidak  memenuhi  kriteria  ASME  B31.4  sehingga  hasil  analisa  tegangan  pipa tidak  dapat diterima.
c. Nilai tegangan yang terjadi water hammer paling besar berada di node A07.
d. Nilai beban nozzle pada pompa tersebut tidak memenuhi kriteria gaya dan momen berdasarkan API 610 sehingga hasil analisa beban nozzle tidak dapat diterima.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  N. I. Sari, “Distribusi BBM Pulau Jawa gunakan pipa di 2019,” Merdeka , 2016. [Online]. Available: https://www.merdeka.com/uang/distribusi-bbm-di-pulau-jawa-gunakan-pipa-di-2019.html.
[2]  Sularso and H. Tahara, Pompa Dan Kompresor , 7th ed. Jakarta: PT Prandya Pramitha, 2000.
[3]  P.  Mahardhika,  “PENENTUAN  ALLOWABLE  SPAN  ANTAR  PENYANGGA  PIPA  SLF BERDASARKAN TEGANGAN, DEFLEKSI, FREKUENSI ALAMI,” J. IPTEK , vol. 21, no. 2, p. 27, Dec. 2017.
[4]  P. Mahardhika, “Penerapan metode time history untuk fenomena water hammer,” J. Teknol. Marit. , vol. 1, no. 2, pp. 37–44, 2018.
[5]  A. Septiyani, A. W. Husodo, and P. Mahardhika, “Analisa Dinamik pada Sistem Perpipaan akibat Getaran Pompa,” in Proceeding Conference of Piping Engineering and its Application , 2018, no. 1, pp. 73–78.
[6]  X. Wu et al. , “Stress analysis of reciprocating pump pipeline system in oil station,” J. Chem. Pharm. Res. , 2014.
[7]  V. V. V. A, A. W. Husodo, and P. Mahardhika, “Analisa Tegangan dan Frekuensi Alami pada Pipa Line  116OTH202-200-  40C10  di  Plant  Fatty  Acid  Fractionation  Upgrade,”  in Proceedings Conference on Piping Engineering and its Application , 2017, vol. 2, pp. 67–72.
[8]  P.  Mahardhika,  E.  Julianto,  A.  Indartono,  and  G.  E.  Kusuma,  “ANALISA  PENGARUH KENAIKAN  TEKANAN  FLUIDA  TERHADAP  TEGANGAN  DAN  FLEKSIBILITAS  PIPA BLOWDOWN A106 GRADE A BERDASARKAN ASME B31.3,” TEKNIK , vol. 39, no. 1, p. 67, Aug. 2018.
[9]  ASME,  “B31.4-2012  -  Pipeline  Transportation  Systems  for  Liquids  and  Slurries,” ASME  Code Press. Piping, B31 , 2012.
[10]  A.  N.  W.  Aji,  P.  Priyonggo,  and  E.  N.  Budiyanto,  “Pengaruh  Water  Hammer  Terhadap  Pipa  dan Check Valve Pada Discharge Pump TPL 1-PM-002C (Studi Kasus PT . Pertamina TBBM Tuban),” in Proceedings Conference on Piping Engineering and its Application , 2018, pp. 325–330.
[11]  M.  Hasan,  E.  Santoso,  and  P.  Mahardhika,  “DESAIN  EXPANSION  LOOP  PADA  LINE 116SV203-150-16H20  FATY  ACID  DESTILATION  PT.  WILMAR  NABATI  INDONESIA,”  in Proceedings Conference on Piping Engineering and its Application , 2017, pp. 31–36.
[12]  S. Kannappan, Introduction to Pipe Stress Analysis . John Wiley & Sons, Inc, 1986.
[13]  A. Chamsudi, Diktat-Piping Stress Analysis . 2005.
[14]  B. Parapak, “Metode analisis beban pada nozel pompa sistem perpipaan pembangkit daya,” PRIMA , vol. 1, no. 2, pp. 16–20, 1999.
[15]  S.  Peters,  “What  is  water  hammer?,” Crane  Engineering ,  2014.  [Online].  Available: https://blog.craneengineering.net/what-is-water-hammer.