BLOWER DAN KIPAS SENTRIFUGAL
I.
Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan mahasiswa diharapkan dapat : 1. Mengenalkan bagian – bagian – bagian bagian blower dan kipas sentrifugal 2. Memahami prinsip kerja blower dan kipas sentrifugal
II.
III.
Alat yang digunakan :
Blower sentrifugal
Kompressor
Kipas sentrifugal
Dasar Teori
Transfortasi fluida melalui pipa, peralatan, ataupun udara terbuka dilakukan dengan bantuan pompa, kipas, atau blower (penghembus). Alat-alat tersebut fungsinya untuk meningkatkan kecepatan, tekanan atau elevasi (ketinggian) fluida. Metode yang paling umum untuk menaikkan energy ialah dengan aksi positive displacement atau atau aksi sentrifugal diberikan dengan gaya dari luar. Pompa digunakan untuk memindahkan zat cair, sedangkan kipas, blower atau compressor untuk menambah energi pada gas.
1. Blower Sentrifugal Contoh blower sentrifugal satu tahap seperti pada Gambar 3. Penampakannya seperti pompa sentrifugal, kecuali rumahannya lebih sempit sedang diameter rumahan dan buangannya relative besar dari pompa. Kecepatan operasinya tinggi, yaitu 3.600 rpm atau lebih. Alasan penggunaan kecepatan tinggi dan diameter impeller yang besar karena diperlukannya tinggi-tekan yang sangat besar. Kecepatan untuk blower sentrifugal kira-kira sepuluh kali daripada pompa sentrifugal.
2. Kipas Sentrifugal Kipas-kipas besar biasanya sentrifugal, operasinya berdasarkan prinsip yang persis sama dengan pompa sentrifugal, tetapi daun-daun impellernya biasanya dilengkungkan ke depan. Contoh impeller kipas pada Gambar 4. Impeller ini dipasang di dalam rumahan yang terbuat dari lembaran logam tipis. Ruang bebas (clearance) dibuat besar dan tinggi-tekan buang rendah, yaitu 5-60 in H2O. Kadangkadang, sebagaimana terdapat pada kipas ventilasi hamper semua energi yang ditambahkan dikonversikan menjadi energy kecepatan dan hampir tidak ada tinggitekan tekanan. Peningkatan kecepatan selalu menyerap sebagian besar energy yang ditambahkan sehingga harus selalu diperhitungkan dalam menaksir efisiensi dan kebutuhan daya. Efisiensi total keluaran daya termasuk tinggi-tekan tekanan maupun tinggi-tekan kecepatan adalah kira-kira 70 %.
1. Kompresor Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan
fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara.
Prinsip Kerja Kompresor
Mesin kompresor udara memiliki prinsip kerja yang sudah terorganisir dengan baik. Prinsip kerja kompresor merupakan satu kesatuan yang saling mendukung,
sehingga kompresor dapat bekerja dengan maksimal. Prinsip kerja dari sebuah kompresor biasanya terbagi menjadi empat prinsip utama, yaitu: Staging
Selama proses kerja kompresor, suhu dari mesin kompresor menjadi tinggi dan meningkat sesuai dengan tekanan yang terdapat dalam kompresor tersebut. Sistim ini lebih dikenal dengan nama polytopic compression. Jumlah tekanan yang terdapat pada kompresor juga
meningkat
seiring
dengan
peningkatan
dari
suhu
kompresor
itu
sendiri.
Kompresor mempunyai kemampuan untuk menurunkan suhu tekanan udara dan meningkatkan efisiensi tekanan udara. Tekanan udara yang dihasilkan oleh kompresor mampu mengendalikan suhu dari kompresor untuk melanjutkan proses berikutnya.
Intercooling
Pengendali panas, atau yang lebih dikenal dengan intercooler merupakan salah satu langkah penting dalam proses kompresi udara. Intercooler mempunyai fungsi untuk mendinginkan tekanan udara yang terdapat dalam tabung kompresor, sehingga mampu digunakan untuk keperluan lainya. Suhu yang dimiliki oleh tekanan udara dalam kompresor ini biasanya lebih tinggi jika dibandingkan dengan suhu ruangan, dengan perbedaan suhu berkisar antara 10°Fahrenheit (sekitar -12°Celcius) sampai dengan 15°Fahrenheit (sekitar -9°Celcius). Compressor Displacement and Volumetric Efficiency
Secara teori, kapasitas kompresor adalah sama dengan jumlah tekanan udara yang dapat ditampung oleh tabung penyimpanan kompresor. Kapasitas sesungguhnya dari kompresor dapat mengalami penurunan kapasitas. Penurunan ini dapat diakibatkan oleh penurunan tekanan pada intake, pemanasan dini pada udara yang masuk ke kompresor, kebocoran, dan ekspansi volume udara. Sedangkan yang dimaksud dengan volumetric efficiency adalah rasio antara kapasitas kompresor dengan compressor displacement.
Specific Energy Consumption
Yang dimaksud dengan specific energy consumption pada kompresor adalah tenaga yang digunakan oleh kompresor untuk melakukan kompresi udara dalam setiap unit kapasitas kompresor. Biasanya specific energy consumption pada kompresor ini dilambangkan dengan satuan bhp/100 cfm. Karakteristik Karakteristik kompresor sentrifugal secara umum sebagai berikut : - Aliran discharge uniform. - Kapasitas tersedia dari kecil sampai besar. - Tekanan discharge dipengaruhi oleh density gas/udara. - Mampu memberikan unjuk kerja pada efisiensi yang tinggi dengan beroperasi pada range tekanan dan kapasitas yang besar. Bagian Utama Dan Fungsinya Kompresor terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya satu dengan yang lain saling berhubungan, diantaranya adalah : 1. Bagian Statis a. Casing Casing merupakan bagian paling luar kompresor yang berfungsi : - Sebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar. - Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari bagian-bagian yang bergerak. - Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge serta bagian diam lainnya. Berikut contoh gambar dari tipe radial split barrel dengan bentuk selongsong dan ditutup bagian depan-belakang (rear-front cover).
b. Inlet Wall Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yan g dipasang pada sisi suction sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet nozle. Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka meterialnya harus tahan terhadap abrasive dan erosi.
c. Guide Vane Guide vane di tempatkan pada bagian depan eye impeller pertama pada bagian suction (inlet channel). Fungsi utama guide vane adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi yang merata. Konstruksi vane ada yang fixed dan ada yang dapat di atur (movable) posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi.
d. Eye Seal Eye seal ditempatkan di sekeliling bagian luar e ye impeller dan di tumpu oleh inlet wall. Eye seal selalu berbentuk satu set ring lo gam yang mengelilingi wearing ring impeller (lihat gambar 4). Berfungsi untuk mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharge impeller (tekanan tinggi) kembali masuk ke sisi suction (tekanan rendah).
e. Diffuser Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeller menjadi energi potensial (dinamis). Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impeller.
f. Labirinth Seal Labirinth seal digunakan untuk menyekat pada daerah : - Shaft dan diafragma sebagai shaft seal. - Casing dan shaft sebagai casing seal.
g. Return Bend Return bend sering juga disebut crossover yan g berfungsi membelokan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage/impeller berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing. Bentuk dan posisi dari return bend ditunjukan pada gambar 7.
h. Return Channel Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return channel ada yang dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil swirl (olakan aliran gas) pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi, lihat gambar 8.
i. Diafragma Diafram adalah komponen bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antar stage dan tempat kedudukan eye seal maupun inter stage seal. Dengan pemasangan diafragma secara seri, akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel. Diafragm a ditempatkan didalam casing dengan hubungan tongue-groove sehingga mudah dibongkar pasang.
2. Bagian Dinamis
a. Shaft and Shaft Sleeve Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan meneruskan daya dari pengerak ke impeller. Untuk penempatan impeller pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi pasak di buat selang-seling agar seimbang. Sedangkan jarak antar stage dari impeller di gunakan shaft sleeve, yang berfungsi
sebagai pelindung shaft terhadap pengaruh korosi, erosi dan abrasi dari aliran dan sifat gas dan untuk penempatan shaft seal diant ara stage impeller.
b. Impeller Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara berputar, sehingga menimbulkan gaya. Hal ini menyebabkan gas masuk/mengalir dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. Karena adanya pe rubahan jari-jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk dengan tip sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kecepatan.
3. Bantalan (Bearing) Bearing adalah bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya. Pada kompresor sentrifugal terdapat dua jenis bearing, yaitu : 1. Journal bearing Digunakan untuk mendukung beban dengan arah radial (tegak lurus poros). 2. Thrust bearing Digunakan untuk mendukung beban kearah aksial (sejajar poros).
4. Oil Film Seal Oil film seal merupakan salah satu jenis seal yang d igunakan dalam kompresor. Oil film seal terdiri dari satu atau dua seal ring. Pada seal jenis ini diinjeksikan minyak (oil) sebagai pen yekat/perapat (seal oil) antara kedua seal ring yang memiliki clearence sangat kecil terhadap shaft. Tekanan masuk seal oil dikontrol secara proporsional berdasarkan perbedaan tekanan sekitar 5 psi diatas tekanan internal gas dan perbedaan tekanan oil-gas selalu dipertahankan. Sehubungan dengan kondisi operasi tidak selalu konstan, maka untuk mempertahankan perbedaan tekanan antar seal oil dan gas dapat sesuai dengan kondisi operasi, digunakan overhead tank. Sistim overhead tank adalah memasang tanki penampung seal oil dengan ketinggian tertentu diatas kompresor dan level seal oil dalam tanki dikontrol melalui level control operated valve, kemudian tekanan gas stream dimasukan kedalam tanki melalui bagian atas (top) sehingga memberikan tekanan pada permukaan seal oil. Dengan sistem overhead tank, maka head static seal oil secara otomatis dapat menyesuaikan dengan kondisi operasi kompresor, sehingga perbedaan tekanan oil-gas proses dapat dipertahankan konstan. Gambar berikut menunjukan sistim overhead tank u ntuk seal oil pada oil film shaft seal with cylindrical bushing.
2. Blower
Blower adalah alat untuk mengalirkan udara. Kebutuhan blower di bidang industri sangat penting mengingat fungsi dan peranannya pada mesin-mesin besar. Biasanya blower dimanfaatkan sebagai alat penghisap udara kotor untuk mengurangi pencemaran, sebagai pemampatan udara dan masih banyak lagi fungsi dan kegunaan blower yang lainnya. Blower banyak dijumpai pada sistem ventilasi dan peralatan pendingin udara, pada instalasi yang mengalirkan udara panas dan gas buang. (Maridjo, 1996).
Prinsip Kerja Blower
Pompa dan blower atau fan sentrifugal memiliki prinsip kerja yang mirip, yaitu mengalirkan fluida serta mengubahnya dari tekanan rendah ke tekanan tinggi sebagai akibat adanya gaya sentrifugal yang dialami oleh fluida tersebut. Bedanya, bila pompa untuk mengalirkan cairan, blower atau fan untuk mengalirkan gas, udara misalnya. Yang saya maksud kapasitas besar adalah yang pada umumnya menggunakan motor listrik sebagai penggeraknya dengan daya di atas 5 kW. Menjalankan pompa dan blower / fan berkapasitas besar membutuhkan prosedur tertentu agar aman dan hemat listrik, sebab arus start pada umumnya cukup tinggi sehingga kalau salah prosedur start-up yang kita lakukan, bisa-bisa motornya akan terbakar hanya setelah beberapa kali di start-up. Prosedur yang benar dalam men-start-up pompa atau blower/fan berkapasitas besar adalah dengan cara menutup aliran terlebih dahulu sebelum tombol start up di”on”kan dengan cara menutup katup (untuk pompa) atau damper (untuk blower atau fan) di saluran keluaran. Yang dimaksud “menutup” di sini adalah menutup katup atau damper 100% atau lebih dari sekitar 80%. Alasannya adalah pertama untuk mengurangi tingginya arus start up (yang berarti penghematan energi dan mengamankan motor) dan yang kedua, khususnya untuk blower atau fan, untuk mengurangi daya sedotan tinggi sehingga tidak ada barang atau bahkan orang (misalnya jika kita berdiri pas di sisi masukan) yang tersedot masuk ke dalam impeller nya sehingga dapat membahayakan kita atau merusak impeller . Dengan demikian khusus untuk fan atau blower sentrifugal, pada saat start up kita di larang berdiri pas di depan sisi masukan atau di sekeliling impeller . Hal yang kedua ini supaya kalau terjadi lepasnya sudu impeller tidak akan mengenai diri kita. Pengalaman menunjukkan pernah terjadi sudu impeller lepas dan casing nya sobek sehingga sudu tersebut terlempar. Arah lemparannya pasti radial atau ke sekeliling impeller . Baru setelah putaran impeller stabil pada putaran yang dikehendaki, katup atau damper boleh dibuka perlahan-lahan hingga tercapai debit aliran sesuai dengan
yang diinginkan sambil dilihat daya motornya atau arus listriknya apakah sudah melewati batas yang diijinkan atau desainnya. Sebelum dayanya melewati batas yang dibolehkan hendaknya kita berhenti membuka katup atau damper , misalnya pada 90% dari daya motor.
Gambar :Fan Sentrifugal
Gambar : Canadian Blower
Gambar : Fan Sentrifugal dengan
Gambar : Backward
Blade
I ncli ned Fan
Gambar . Fan Aksial (NISCO)
Gambar Fan Propeller (FanAir Company)
Gambar Blower Sentrifugal (FanAir Company)
IV.
Gambar Alat (Terlampir)
Gambar : Impeller Fan (Kipas)
V.
Data Pengamatan
Jumlah No
VI.
Laboratorium
Keterangan
Kipas
Blower
Kipas
Blower
1
Utilitas
2
0
Mati
-
2
Pilot Plant
0
2
Mati
-
3
Gudang
1
0
-
Hidup
4
IP (bawah)
0
1
Hidup
-
5
Satuan Operasi
2
0
-
Hidup
6
IP (atas)
0
1
Hidup
-
7
Kimia Analisis Dasar
1
4
Hidup
Hidup
8
Satuan Proses
2
3
Hidup
Hidup
Tugas
1. Perbedaan fan dan blower Perbedaan prinsip kerja blower dan fan? Jawaban: Fan Blower
Mensirkulasikan udara Mampu menghasilkan tekanan tinggi Kenaikan tekanan sampai 1136 mmWg Mampu untuk handling bahan Memiliki blade sebagai alat utama Cocok untuk operasi kondisi yang kasar
2. Perbedaan penggunaan blower dan fan? Jawaban:
Karakteristiknya cenderung turun saat tekanan sistem meningkat Kenaikan tekanan dari 1136- 2066 Tidak bisa untuk handling bahan Memiliki impeller sebagai alat utama Tidak cocok untuk sistem yang dapat mengalami penyumbatan
Fan
Blower
berguna untuk handling padatan yang terbang (debu, serpih kayu, dan skrap logam) digunakan untuk pemanasan perumahan, ventilasi, dan penyejuk udara (HVAC)
Digunakan sebagai media transportasi udara dengan sistem menghisap dan menghembuskan, sesuai dengan keperluan peralatan. penerapan sistim yang cenderung tidak terjadi penyumbatan
3. Contoh soal perhitungan berkaitan dengan blower dan fan
Sebelum Daya dari blower/ fan dapat dihitung, sejumlah parameter operasi harus diukur, termasuk kecepatan udara, head tekanan, suhu aliran udara pada fan. Dalam rangka mendapatkan gambaran operasi yang benar harus diyakinkan bahwa: 1. 2.
Fan dan komponennya beroperasi dengan benar pada kecepatannya Operasi berada pada kondisi stabil; suhu, berat jenis, resistansi sistim yang stabil dll.
Disini akan dihitung daya dari blower dan Perhitungan efisiensi blower/fan, perhitungan dibagai beberapa tahap agar dapat mudah dimengerti : Tahap 1: Menghitung berat jenis gas Tahap pertama adalah menghitung berat jenis udara atau gas dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: Berat jenis gas (γ)=273 x 1,293/ 273 + t
0
C
o
Dimana, t C = Suhu udara atau gas pada kondisi ditempat Tahap 2: Mengukur kecepatan udara dan menghitung kecepatan udara rata-rata Kecepatan udara dapat diukur dengan menggunakan sebuah tabung pitot dan manometer,atau dengan sensor aliran (instrumen tekanan diferensial), atau anemometer yang akurat. Gambar dibawah memperlihatkan bagaimana tekanan kecepatan diukur dengan menggunakan sebuah tabung pitot dan manometer. Tekanan total diukur denan menggunakan pipa bagian dalam dari tabung pitot dan tekanan statis diukur dengan menggunakan pipa luar dari tabung pitot . Jika ujung tabung luar dan dalam disambungkan ke manometer, didapatkan tekanan kecepatan (yaitu perbedaan antara
tekanan total dan tekanan statis). Untuk mengukur kecepatan yang rendah, lebih disukai menggunakan manometer dengan pipa tegak keatas daripada manometer pipa-U. Lihat bab tentang Peralatan Pemantauan untuk penjelasan mengenai manometer.
Menghitung kecepatan udara rata-rata dengan mengambil sejumlah pembacaan tekanankecepatan yang melintasi bagian melintang saluran dengan menggunakan persamaan berikut :
Dimana: Cp= Konstanta tabung pitot , 0,85 (atau) yang diberikan oleh pabrik pembuatnya Dh = Perbedaan tekanan rata-rata yang diukur oleh tabung pitot dengan mengambil pengukuran pada sejumlah titik pada seluruh bagian melintang saluran. yu= Berat jenis udara atau gas pada kondisi pengujian y = Berat jenis zat cair dalam manometer pada tabung pitot (air, alkohol atau air raksa) Tahap 3: menghitung aliran volumetrik Tahap ketiga adalah menghitung aliran volumetrik sebagai berikut: 1. Ukur diameter saluran (atau dari sek itarnya dimana diameter dapat diperkirakan). 2. Hitung volum udara/gas dalam saluran dengan hubungan sebagai berikut 3 Volumetrik Q (m /s) = V x A Tahap 4:Menghitung Daya Blower Hubungan antara total head, H dan debit Q dinyatakan oleh persamaan (14) berikut :
Dimana 2 g =percepatan gravitasi bumi, m/s b2 =sudut sudu bagian luar (lihat gbr.2) H =head, Pa 3 Q = debit, m /s u2 = kecepatan sudu bagian luar, m/s R2 = Jari-jari luar dari blower, m v = kecepatan sudut, rad/s N = putaran blower-rpm b2 = tebal/ketinggian sudu blower,m Daya blower = γ. Q. H (Watt) Tahap 5: Menghitung efisiensi Blower Efisiensi mekanik dan statik dapat dihitung sebagai berikut:
VII.
Contoh Soal
1. Sebuah kipas sentrifugal digunakan untuk mengambil gas buang pada keadaan 0
0
diam, tekanan 29,0 in (737 mm) Hg dan suhu 200 F (93,3 C) dan membuang pada tekanan 30,1 in (765 mm) kg dan kecepatan 150 ft/detik. Hitunglah daya yang 3
3
diperlukan untuk memindahkan 10.000 std.ft /mm (16.990 m /jam) gas effisiensi kipas ialah 65% dan bobot molekul gas 31,3 ! Penyelesaian : Densitas isap sebenarnya ialah :
0,0629 lb/ft3
Densitas buang
0,0653 lb/s
Densitas rata – rata dari gas yang mengalir ialah
0,0641 lb/ft3
Laju alir massa ialah
13,78 lb/s
Tekanan yang dibangkitkan ialah
1.214 ft.lbf/lb
Dengan aa=ab =0,1 ; Va=0 dan Za=Zb
0,0629 lb/ft3
2,406 lb/ft3
Daya kipas
60,3 hp (45,0 kw)
LAPORAN TETAP UTILITAS BLOWER DAN FAN SENTRIFUGAL
DISUSUN OLEH
: KELOMPOK 2/ 5 KA
HARDINA APRI S.
: 0612 3040 0297
ICHA SRI W.
: 0612 3040 0298
LEONELA VINDIARTI
: 0612 3040 0299
M.LUTFI NURULLAH B.D
: 0612 3040 0300
MELDA DWITASARI
: 0612 3040 0301
MUHAMMAD REVA F
: 0612 3040 0302
DOSEN PEMBIMBING : Ir. Jaksen M. Amin, M.Si
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA 2014
