mesin mesin-fluida-impact-of-jet

MESINMESIN--MESIN FLUIDAMESIN FLUIDAMESINMESIN MESIN FLUIDAMESIN FLUIDA

MechMech. Eng. Depth. . Eng. Depth. GadjahGadjah MadaMadaUniversity University 11

Pendah l anPendah l anPendahuluanPendahuluanMesinMesin--MesinMesin FluidaFluida ::MesinMesin MesinMesin FluidaFluida ::

MesinMesin yangyang dipergunakandipergunakan untukuntuk mengubahmengubah energienergimekanikmekanik menjadimenjadi energienergi aliranaliran atauatau sebaliknyasebaliknyamekanikmekanik menjadimenjadi energienergi aliranaliran atauatau sebaliknyasebaliknya..

ContohnyaContohnya ::ContohnyaContohnya ::E. E. MekanikMekanik E. E. aliranaliran : : PompaPompa, , kompresorkompresorEE AliranAliran EE MekanikMekanik :: TurbinTurbin air gas uapair gas uapE. E. AliranAliran E. E. MekanikMekanik : : TurbinTurbin air,gas,uapair,gas,uap

Mech. Eng. Depth. Gadjah Mada Mech. Eng. Depth. Gadjah Mada University University 22

Impact of JetImpact of JetImpact of JetImpact of JetPengertianPengertian ::

PancaranPancaran (jet)(jet) daridari suatusuatu fluidafluida selaluselalu mempunyaimempunyaiPancaranPancaran (jet)(jet) daridari suatusuatu fluidafluida selaluselalu mempunyaimempunyaikecepatankecepatan,, oleholeh karenakarena ituitu jetjet jugajuga memilikimemiliki energienergi kinetikkinetik..JikaJika adaada penghalangpenghalang yangyang beradaberada padapada lintasanlintasan gerakgerak daridaripancaranpancaran makamaka akanakan menerimamenerima gayagaya dinamikdinamik (dynamic(dynamicf )f ) di b tdi b t b ib i i ti t ff j tj tforce)force) yangyang disebutdisebut sebagaisebagai impactimpact ofof jetjet..

ImpactImpact ofof jetjet dibagidibagi ::T kT k dd ll didi1.1. TekananTekanan padapada platplat diamdiam

2.2. TekananTekanan padapada platplat bergerakbergerak3.3. TekananTekanan padapada FixedFixed CurvedCurved VaneVane4.4. TekananTekanan padapada MovingMoving CurvedCurved VaneVane5.5. TekananTekanan padapada RadialRadial VaneVane

Mech. Eng. Depth. Gadjah Mada Mech. Eng. Depth. Gadjah Mada University University 33

1. Tekanan pada Plat Diama. Plat berdiri tegak lurus ( vertikal )

Pancaran air meninggalkan plat secara tangensial setelahmenabrak plat, sehingga momentum jet pada arah normal ( ┴ )pada plat menjadi nol

a = penampang melintanga penampang melintang pancaran (m2)

V = kecepatan pancaran(m/sec)

W b t / ktW = berat / waktuMaka W = ωaV (kg)

Mech. Eng. Depth. Gadjah Mada University 4

Gaya normal pada plat = laju perubahan momentumGaya normal pada plat = laju perubahan momentum= perubahan momentum / sec= massa fluida yang menumbuk plat / sec x

b h k t l t h d l tperubahan kecepatan normal terhadap plat

F = xVg

waVvxg

W=− )0( =

=

gg

kgwav 2

kgg


b. Pada Plat MiringJika plat pada posisi miring terhadap arah pancaran danmembentuk sudut θ maka gaya dapat dipisahkan menjadimembentuk sudut θ, maka gaya dapat dipisahkan menjadikomponen normal.

(a) (b)

Dari gambar gaya yang dipakai oleh pancaran =

(a) (b)

kgvxW )0( −


g g y y g p p gg

)(

Gaya yang dipisahkan oleh pancaran pada arah y y gnormal plat (( Gambar b) )

F = θθ sinsin2waVxVxW

=F =

Gaya normal F dapat dipisah menjadi 2 komponen

θθ sinsing

xVxg

=

Gaya normal F dapat dipisah menjadi 2 komponen Fx dan Fy

G di i hk d h liGaya yang dipisahkan pancaran pada arah aliranFx = F sin θ

22 waVwaV= θθθ 2sinsinsin

gwaVx

gwaV

=


Pada arah yang sama, gaya yang dipisahkan pancaran pada arah normal dari aliran, Fy Fy = F Cos θ

22 waVwaV= θθθθ cossincossin

gwaVx

gwaV

=

θ2i2waV= θ2sin

2gwaV


2. Tekanan pada Plat bergerak

a Plat tegak lurus ( Vertikal )a. Plat tegak lurus ( Vertikal )

Ketika plat juga bergerak pada arah pancaran dengan kecepatan u, maka kecepatan ketika air menabrak akan menjadi kecepatan , p j prelatif (V-u) dan mempunyai kecepatan u setelah menabrak plat.massa air menabrak plat / detik

=W uVwa )( −

g g


jadi gaya pada platj g y p p= massa air / sec x perubahan kecepatan

= )( uVxW−

=

)( uVxg

kguVwauvxuVwa 2)()()( −=−

−

dengan kerja yang dilakukan oleh jet

kgg

uvxg

)(

dengan kerja yang dilakukan oleh jet= gaya x jarak

V 2)(= kg.m/secxu

guVwa 2)( −


ffi i i j teffisiensi jet :

=sec/tikjetenergikine

= sec/ker jajet

dimana energi kinetik, jet / sec :

1 2= sec/

21 2mV


b. Plat Miring

Disini posisi plat dalam keadaan miring dengan θDisini posisi plat dalam keadaan miring, dengan θadalah axis dari jet.Gaya normal pada plat= massa x perub.kecep pada arah normal plat

W= θsin)( uvxgW

−

)( uVwa −=

=

θsin)()( uVxg

uVwa−

θsin)( 2uVwa −


= θsing

c. Pada Plat Bergerak

Single moving flatSingle moving flatplate termasuk kasusyang komplek,dikarenakan platdikarenakan platbergerak menjauhi jetdan sebelumnya jet tidakdapat menabrak platdapat menabrak platsecara continu. Padakeliling dari wheeldipasang plat dan jet Tumbukan antara jet dengandipasang plat dan jetmenabrak bagian palingbawah dari plat vertikal.

Tumbukan antara jet dengan plat dan plat bergerak dengan kecepatan u m/s.


Berat aktual air yang menabrak plat = berat air dari nosel = waV kg/sec

gaya normal pada plat

F = kguVg

waV )( −

kerja yang dilakukan oleh jet = Gaya x perubahan jarak /sec

g

maV= m-kg/sec

input dari jetE i Ki tik d i j t/

xuuVxg

maV )( −

= Energi Kinetik dari jet/sec= m-kg/sec

gwaVxV

gWx

221 2

2 =


effisiensi dari Roda (Wheel)

=waV

gxuuVwa

tEnergyInpuWorkDone

)(

3

−

=

= ….pers 1

g2

)(2 uuV −

untuk mendapatkan effisiensi maximum, digunakan differential du

2V

2d= 0

V - 2u = 0 u = substitusikan ke pers.1

)( 2uVudud

−

2V

p2


Maka effisiensi maMaka effisiensi max

1222

)(2⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

VxVVuuV=

2122)(2

22 =⎠⎝=−

VVuuVηmax

ηmax = 0,5 ( 50% )

Jadi effisiensi maximum yang dapat dihasilkan oleh wheel tipe ini hanyalah 50 %


3. Tekanan pada Fixed Curved VaneV1 = kecepatan jet pada inletV2 = kecepatan jet pada

outletα˚ = Sudut antara V1 dengan

abβ˚ = Sudut antara V2 denganβ Sudut antara V2 dengan

ab

(a) (b)Deflection dari jet adalah 180˚ - ( α + β )a = luas dari jetW = Berat cairan striking/secGaya = perubahan momentum/sec


Gaya perubahan momentum/sec

Dengan melihat Δs (a) dan (b)Dengan melihat Δs (a) dan (b)

WFx = massa x perubahan kecepatan pada arah x

))cos(cos( 21 βα VVxgW

−−=

- ve sama dengan V2 yang berlawanan arah

)coscos( 21 βα VVxgW

+

W

=

)sinsin( 21 βα VVxgW

−Fy =


4. Tekanan pada Moving Curved Vane

Jika curved vaneJika curved vanebergerak pada arah xydengan kecepatan u danjet mengenai vanejet mengenai vanesebelumnya dengankecepatan V, makakecepatan fluida padakecepatan fluida padablade adalah resultandari dua kecepatantersebut Kecepatantersebut. Kecepatanantara jet dengan vanepada entrance adalah Vr.


Kecepatan absolute dipisahkan menjadi duap p jkomponen, komponen horizontal Vw disebut sebagaikecepatan putaran sedangkan Vf sebagai kecepatanaliran.Dimana V = kecepatan absolute jet pada inletDimana V = kecepatan absolute jet pada inlet

V1 = kecepatan absolute jet pada outletVr = kecepatan relative jet pada inletVr1 = kecepatan relative jet pada outletVr1 kecepatan relative jet pada outletVf = kecepatan aliran pada inletVf1 = kecepatan aliran pada outletu = kecepatan vaneu kecepatan vaneVw = kecepatan putaran inletVw1 = kecepatan putaran outletα = sudut antara V dengan uα sudut a ta a de ga uβ = sudut antara V1 dengan uθ = sudut antara Vr dengan uΦ = sudut antara Vr1 dengan u


1 g

Jika air masuk dan keluar lewat vane tanpa guncanganJika air masuk dan keluar lewat vane tanpa guncangan,sudut blade antara inlet dan outlet harus sama dengan θ danΦ.

Besarn a ga a pada ane pada arah pergerakanBesarnya gaya pada vane pada arah pergerakan= perubahan momentum/sec

= = ))(( 1ww VVgW

−− )( 1ww VVgW

+

dimana W = berat fluida yang mengalir pada vane/sec, -Vw1 sama dengan punya arah yang berlawanan arah denganputaran vane. Jika Vw1 adalah arah kecepatan vane,

F = )( 1ww VVgW

−


Kerja yang dilakukan vane / sec = x u)( 1ww VVW+

Jika Vw1 adalah arah kecepatan vane maka,

wwg

WKerja /sec = x u

Akan tetapi kerja juga sama dengan perubahan energi kinetik

)( 1ww VVgW

−

Akan tetapi kerja juga sama dengan perubahan energi kinetik

Kerja / sec = =

=

21

2

22V

gWV

gW

− )(2

21

2 VVg

W−

effisiensi = = =

22 gg 2g

l idiEKerja

21

2 )(2

W

VVg

W

2

21

2

VVVV −

η = 1-

laidiEnergyyang sup 2

2xV

gW V

21 ⎟⎞

⎜⎛V


η = 1- ⎟⎠

⎜⎝ V

5. Tekanan pada Radial VaneDimana r = jari-jari pada entrance

r1 = jari-jari pada exitω = kecepatan angular rodau = ω.r = kecepatan tangensial

u1 = ω.r1 = kecepatan tangensialblade pada outlet

blade pada inlet


Dengan pertimbangan 1kg cairan dan semua kecepatanpada arah pergerakan dari roda ialah positif . momentumtangensial dari cairan yang masuk ke sudutangensial dari cairan yang masuk ke sudu

= per kg of liquid.gVw

g

Gaya dari momentum pada exit = 11 r

gVw per kg of liquid.

Torsi pada pada roda = perubahan gaya momentum = ⎥⎤

⎢⎡ VV rww 11Torsi pada pada roda = perubahan gaya momentum = ⎥

⎦⎢⎣

−g

rg

rww 1.1

Kerja yang dilakukan roda = torsi x kecepatan angular = ϖ.1.1.⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

VV rwrwj y g p g ⎥⎦

⎢⎣ gr


Akan tetapi ω r = u dan ω r =Akan tetapi ω.r = u dan ω.r1 = u1

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

xuVxuV ww 1.1W.D = ⎥⎦

⎢⎣ gg

Jika cairan meninggalkan sudu pada arah yang berlawanan dengansudu Vw1 adalah negatifsudu Vw1 adalah negatif

W.D. = ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

gxuV

gxuV ww 1.1

Jika cairan yang keluar adalah radial pada outlet, β = 90˚ dan Vw1 =0 maka

xuVW .D.on the Wheel =

gxuVw per kg cairan


mesin mesin-fluida-impact-of-jet

Documents