PEMILIHA TURBIN

Gambar 4.37 Daerah penggunaan beberapa jenis turbin Bila tinggi jatuh air, H, laju aliran volume air, Q, dan putaran poros turbin, n, diketahui maka kecepatan spesifik, nq dapat dihitung dari persamaan:

Pemilihan jenis turbin yang akan dipakai biasanya mempertimbangkan tinggi jatuh dan putaran spesifik seperti ditunjukan oleh Gambar 4.37.

4.5 POMPA

Pompa adalah mesin yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi, atau dari suatu tempat yang bertekanan rendah ke tempat yang bertekanan lebih tinggi dengan melewatkan fluida tersebut pada sistem perpipaan.

Dengan demikian dalam instalasi pompa, peralatan yang diperlukan adalah: 1. Pompa 2. Pipa hisap dan pipa tekan 3. Alat-alat bantu lainnya Sebenamya teori dasar untuk pompa adalah sama dengan teori dasar untuk turbin air. Yang membedakan adalah bahwa pada turbin air, tinggi jatuh diubah menjadi daya pada poros. Pada pompa, daya pada poros digunakan untuk menaikkan air ke tingkat energi atau tekanan atau tinggi kenaikan yang lebih besar melalui sudusudu pada roda jalan. Di dalam roda jalan fluida mendapat percepatan sehingga fluida tersebut mempunyai kecepatan mengalir keluar dari sudu-sudu roda jalan. Kecepatan keluar fluida ini kemudian berkurang dan berubah menjadi tinggi kenaikan H di dalam sudu-sudu pengarah atau di dalam rumah keong. Di dalam saluran pipa keluar, ketika fluida mengalir akan bergesekan dengan dinding pipa dan menimbulkan kerugian head, sehingga tinggi kenaikan yang

diinginkan akan berkurang. Untuk murgatasi hal ini maka kecepatan aliran fluida harus dibatasi. Demikian juga dengan kecepatan keliling roda jalan.

Klasifikasi Pompa 1. Pompa dapat diklasifikasikan atas dasar: 2. Cara memindahkan fluidanya 3. Kondisi kerja pompa 4. Jenis penggeraknya 5. Sifat zat cair yang dipindahkan

Cara Memindahkan Fluidanya Menurut cara memindahkan fluidanya, pompa dapat dibedakan atas: 1. Positive Displacernent Pump (displacement pump) Diplacement pump adalah pompa dengan volume ruangan yang berubah secara periodik dari besar ke kecil atau sebaliknya. Pada waktu pompa bekerja, energi yang dimasukkan ke fluida adalah energi potensial sehingga fluidanya berpindah dari volume per volume.

2. Non-positive Displacemet Pump (Dynamic Pump) Pada pompa jenis dynamic, volume ruangannya tidak berubah. Waktu pompa bekerja, energi yang dimasukkan ke dalam fluida adalah energykinetik sehingga perpindahan fluida terjadi akibat adanya perubahan kecepatan.

Kondisi Kerja Pompa menurut kondisi kerja pompa, dapat dibedakan atas:

a. Kondisi hisap dan tekan (Gambar 4.40 a): PS0 Sehingga Hz = Hd + Hs b. Kondisi hisap dan tekan (Gambar 4.40 b): Ps> Pb ; Hs< 0 ; Hd> 0 sehingga Hz: Hd - Hs c. Kondisi sistem siphon (Gambar 4.40 c) Ps> Pb ; Hs< 0 ; Hd> 0 sehingga Hz= Hs- Hd Jenis Penggeraknya 1. Pompa tangan (hand driven pump) 2. Pompa mekanis (penggeraknya mesin uap, motor bakar maupu motor listrik) 4.3.1.4 Sifat Zat Cair yang Dipindahkan 1. Pompa air Panas 2. Pompa Panas berlumpur 3. Pompa untuk cairan kental 4. Pompa untuk cairan korosif 5. Pompa minyak bensin, solar, residu

4.3.2 Unjuk Kerja Pompa (Pump Performance) Unjuk kerja pompa umumnya dinyatakan oleh berbagai parameter: 1. Kapasitas pompa. menyatakan jumlah zat cair yang dihasilkan, dinyatakan dalam gulon/menit, ft3/Menit, m3/menit. Untuk pompa sentrifugal, kapasitas tergantung pada putaran poros. Untuk pompa torak dan plunyer, hasil pengisia tidak sebesar volume langkahnya mengingat terjadinya slip, yang faktomya sebesar

2. Efesiensi Volumetris: merupakan perbandingan antar volume fluida yang dipindahkan dengan volume saja. Seharusnya dipindahkan untuk pompa torak adalah sepanjang volume langkah. 3. Head total (efektif) : head efektif pompa yang tersedia harus dapat mengalirkan fluida sejumlah yang dibutuhkan.

Head efektif dicari dari persamaan:

Di mana: g head efektif(m) = tekanan pada reservoir tekan ( kgf/m2 ) = tekanan pada reservoir hisap ( kgf/m2 ) = berat jenis fluida ( kg/m3 ) = tinggi kenaikan statis ( m ) = kerugian head Pipa Hisap ( m ) = head loss Pipa tekanan (m) = kecepatan aliran pada pipa tekanan (m/s) = kecepatan aliran pada pipa hisap (n/s) = percepatan gravitasi (9.8 m/s2)

4. Daya air (Water Horse Power,WHP): adalah energi yang secara efektif diterima pompa per satuan waktu yang dinyatakan oleh:

di mana: g = daya air (kW) = kapasitas air (m3/s) head efectif (m) = berat jenis air (N/nt') = massa jenis air (996,5 k{rrf pada27"C) = percePatan gravitasi

Daya air juga dapat dinyatakan dalam: x Hef Dalam sistem satuan British Gravitational:

Di mana: - mw: air yang dihasilkan pompa (lb/menit) - Hl,p: tinggi kenaikan total (efektif ) \r/ _ l44x P, x Q " rr' 33.ooo

di mana: - a: debit air (ft3lmenit) - Pt: tekanan total (Psig) 5. Daya pornpa'. adalah daya unhrk menggerakkan pompa yang besarnya sama dengan daya air ditambah kerugian daya dalam pompa, dan

dinyatakan sebagai:

.,- W'o '-no di mana: - P : daya poros Pompa (kW) - lVru : daYa air (kW) - q p = efisiensi pompa (diperoleh dari grafik atau sebagai kecepatan spesifik dan kaPasitas) 6. Kecepatan spesiJik. Kecepatan spesifik no dari pompa yang diberi harga Q, H dan kecepatan kerja n adalah kecepatan putar sebenamya, n dari pompa pernbanding (q) yang mempunyai geometri sudu-sudu sama dan gambar kecepatan aliran fluida yang sama dan dapat menghasilkan tinggi kenaikan Ho: t m dengan kapasitas Qo: lm3/det.

7.Efisiansi pompa

Efisiensi hidrolis (manometrik):

Efisiensi mekanis:

x 100% Efisiensi termal:

Di mana: ms = berat dari uap yang di suplaikan (lb/jam) h1 = entalpi total yang diberikan (btu/lb) hf,2 = entalpi zat cair pada tekanan pembuangan (btu/lb)

4.3.3 Grafik Karakteristik Pompa Grafik pada Gambar 4.43 di bawah menunjukkan hubungan antara: 1. Tinggi kenaikan (head) vs kapasitas pompa 2. Daya kuda poros vs kapasitas pompa 3. Efisiensi mekanis vs kapasitas pompa untuk suatu kecepatan tertentu Pada umumnya pompa sentrifugal, jumlah zat cair yang dipindahkan(dihasilkan pompa) bervariasi dan berbanding langsung dengan kecepatan poros, tinggi kenaikan, dengan kuadrat kecepatannya, serta daya dengan kubik (pangkat tiga) kecepatannya.

Contoh Soal: Suatu pompa sentrifugal mempunyai spesifikasi sebagai berikut: Head hisap= 4m Head tekan(tekan)=35m. Kerugian head karena gesekan sisi hisap= 0,6m. Kerugian head karena gesekan sisi tekan masing-masing 8cm. Head total=44m. Efisiensi hidrolis=80% dan efisiensi total = 70%. Hitung: a) Hp yang diperlukan pompa, b)daya poros, c) Negative suction head dan positive delivery head. Jawab: Diketahui bahwa:

4.3.4 Perhitungan Tinggi Kenaikan H, Tekanan p, Daya yang Dibutuhkan P, Harga Untuk Pompa Sentrifugal Jenis Radial 4.3.4.1 Segitiga Kecepatan Gambar 4.44 berikut menunjukkan lintasan fluida melalui sudu-sudu dari impeller (roda jalan)pompa radial dan segitiga kecepatan pada bagian masuk dan keluar impeller.

4.3.4.2 Persamaan Euler Menurut kaidah impuls pada umumnya, momen punter di antara sisi bagian keluar dan masuk: M = m.r dcu/dt Sehingga secara keseluruhan:

Daya yang diberi poros: P = M. = m(cr2cu2 r1cu1)

Dengan r . = u= kecepatan keliling. Persamaan di atas disederhanakan ke persamaan utama Euler: P /m = (u2cu2 u1cu1) = Y = kerja spesifik Y (dalam SI N.m/kg) ini akan menarik dan memompa masa cairan.

4.3.4.3 Tinggi Kenaikan ( Head ) H Hubungan H (m) dan Y, yaitu Y = g. H, sehingga: H= dalam meter

Persamaan H ini berlaku untuk semua fluida, dan berlaku juga untuk kompresor dan ventilator. Bila impeller untuk memompa air mencapai ketinggian 30m, maka impeller untuk memompa air mencapai ketinggian 30m, maka impeller tersebut bila digunakan memompa oil juga menghasilkan ketinggian 30m. Bila c1 diarahkan tegak lurus u, maka cu1 = 0 dan H= (u2.cu2)/g. 4.3.4.4 Tekanan P Tinggi tekan statis, P, dinyatakan dengan: P =.g.H (N/M2) Untuk pompa aksial, propeller atau turbin Kaplan bbesarnya u2= u1= u (lihat Gambar 4.46 di bawah) sehingga persamaan untuk tinggi kenaikan H adalah:

4.3.4.5 Daya Air, Pv dan Daya Pemompaan Daya air: Pv= .g.H.Q [watt-(SI)]

Daya pemompaan (daya poros):

Diperoleh dari grafik terdahulu. 4.3.4.6 Kapasitas Aliran Kapasitas aliran dapat ditentukan besarnya segitiga kecepatan:

Q = c2m . .D2 . b2 Di mana c2m adalah komponen meridian dari c2.

4.3.5 Pemilihan Pompa Pemilihan jenis pompa yang akan dipakai dalam satu instalasi biasanya ditentukan oleh kapasitas dan tinggi kenaikan (head)pompa, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4.49 dan 4.50. sebagai contoh, bila ingin memindahkan air dengan kapasitas 100 m3/jam dan tinggi kenaikkan 100m dapat dipilih pompa. Radial dengan dua aliran masuk. Tetapi bila tinggi kenaikkannya yang dinaikkan, maka dipilih pompa radial bertingkat banyak(lihat Gambar 4.49).

Gambar 4.50 menunjukkan diagram pemilihan pompa secara umum. Dengan kapasitas dan tinggi kenaikan total diketahui maka spesifikasi pompa yang diinginkan dapat diketahui dengan melihat keterangan pada gambar katalog pompa Gambar 4.51. 4.4 KOMPRESOR Kompresor banyak di gunakan di industry bangunan mesin, terutama untuk menggerakkan pesawat-pesawat pneumatic, antara lain boor, hammer, pesawat

angkat, pembersih pasir, alat kontrol, penyemprot, dan pompa. Juga untuk alat bantu motor bakar dan turbin gas. Tekanan kerja untuk alat kontrol pneumatic berkisar 1-15 psig, mesin pneumatis 70+90 psig, untuk udara 40 100 psig (udara b=berekpansi) dan untuk pencairan gas dan tekanan kerjanya 2003500psig.

4.4.1 Klasifikasi Kompresor Kompresor dapat diklasifikasikan berdasar tekanan kerjanya. Bila untuk tekanan kerja rendah (lebih kecil dari 15 in kolom air)digunakan ventilasi udara dan kipas angin. Sedang bila lebih besar dari 15 in digunakan istilah blower dan kompresor dengan klasifikasi : 1. Kompresor kerja positif (positive displacement compressor) a. Kompresor kerja bolak-balik (reciprocating compressor) b. Blower bertekanan c. Blower non- compression 2. Kompresor kerja dynamic (non positive displacement compressor a. Radial flow centrifugal blower b. Axial flow compressor c. Mixed flow compressor

4.4.2 Kompresor Kerja Positif Kompresor Kerja Bolak-Balik Kompresor bolak-balik memakai katup beban pegas otomatis yang hanya terbuka ketika ada perbedaan tekanan yang cukup terjadi melintang katup. Katup masuk membuka ketika tekanan dalam silinder sedikit beradda di bawah tekanan masuk. Katup keluaran membuka ketika tekanan di dalam silinder sedikit diatas tekanan keluar. Gambar 4.52 (a) menunjukkan silinder terisi penuh oleh udara atmosfir. Dalam diagram p-V teoritik, titik 1 adalah awal kompresi. Kedua katup tertutup. Gambar 4.52 (b) menunjukkan langkah kompresi, piston telah bergerak ke kiri, mengurangi volume awal udara dengan diikuti kenaikan tekanan. Katup-katup masih tertutup.

Diagram p-V menunjukkan kompresi dari titik 1 ke titik 2 dan tekanan dalam silinder telah mencapai tekanan dalam penampung.

Gambar 4.52 Skema kompresor torak dan diagram p-V untuk kompresor torak

Gambar 4.52 menunjukkan piston sedang menyelesaikan langkah pengiriman. Katup keluar terbuka sesaat setelah titik 2. Udara bertekanan mengalir keluar melalui katup keluar ke penampung. Setelah piston mencapai titik 3, katup keluar akan tertutup, menyisakan ruang clearance yang terisi udara pada tekanan keluar. Selama langkah ekspansi, Gambar 4.52 (d), kedua katup masuk dan keluar tetap tertutup dan udara terjebak dalam ruang clearance. Kenaikan volume menyebabkan penurunan tekanannya. Ini berlanjut selama piston bergerak ke kanan, sampai tekanan silinder turun di bawah tekanan masuk pada titik 4. Katup masuk sekarang membuka dan udara akan mengalir ke dalam silinder sampai akhir langkah balik ini pada titik 1. Pada titik 1 pada diagram p-v, katup masuk akan menutup dan siklus akan terulang pada putaran engkol berikutnya.

Kerja per siklus:

Wpersiklus=W12+W23+W34+W41

Kerja politropis dengan eksponen politropik n:

W=

Untuk proses isotermis (n=1):W=

pV=p1V1= konstanta(c)

W=p1V1

W=p1V1ln

Contoh 1: Tentukan kerja isentropis / menit dan daya isentropis yang dibutuhkan untuk menekan 10 lb/menit udara dari tekanan 14.7 psia dan 60F ke 100 psia untuk suatau kompresor tingkat tunggal. Jawab:

a) Wpermenit== =-707.000Lb.ft b) Daya Kuda = -1

Catatan: tanda minus menunjukkan kerja diberikan pada udara.

4.4.3 Kompresor Kerja Dinamik Kelompok kedua ini biasa disebut kompresor sentrifugal. Secara lebih khusus, berdasarkan tekanan, kompresor sentrifugal ini dibedakan atas: Ventilator1.

Tinggi tekan: 100400mm.ka, kadang sampai dengan 2000mm.ka.

2. Nama lain: penukar udara, pembuang udara, penghembus udara.

3. Kegunaan: system ventilasi, AC, pemberi udara bersih ke ruang, transportasi debu, gerinda, penyemprot cat, peralatan pengering udara. Blower1.

Tinggi tekan: lebih tinggi dari pada ventilator(pd/ps=1,13)

2. Kegunaan: penghembus udara tanur tinggi, atau proses. Kompresor1. 2.

Tinggi tekan: lebih besar dari pada blowere(pd/ps>3). Kegunaan: peralatan preumatik, industry kimia(pemampatan gas N2,asam dan nitrat), industry petrokimia (pemampatan dan sirkulasi gas),industry soda(kompresor gas sintesa amoniak dan methanol)kompresor CO2 pada pembuatan pupukurea, pemadat gas.

DI samping dibedakan atas tekanan gas yang dihasilkan, kompresorsentrifugal dibedakan atas konstruksinya, yaitu: 1. Kompresor Radial 2. Kompresor Aksial 4.4.3.1 Kompresor Radial 1. Ventilator dan Blower Radial Pada kondisi tekanan rendah yang dihasilkan ventilator dan blower, perubahan volume udara dapat diabaikan, sehingga berlaku persamaan Euler seperti pada pompa:

H=(u2cu2-u1cu1)/g Y=(u2cu2-u1cu1) Daya untuk menggunakan poros:

Gambar : 4.53 Ventilator radial; SIEMENS

Gambar 4.54 Blower aliran melintang dengan kapasitas yang berbeda

Gambar 4.55 Blower dengan motor penggerak yang dihubungkan langsung dan mempunyai kutub putar pada saluran isap; BABCOCK 2.Kompresor Radial Komponen radial adalah kompresor yang menggunakan system sentrifugal dengan putaran tinggi(300-4000 rpm). Biasanya digerakkan oleh turbin uap atau turbin gas yang mempunyai karakteristik yang hamper sama. Kompresor ini biasa digunakan juga untuk supercharger motor bakar berdaya besar, terutama diesel. Di dalam kompresor radial, sifat-sifat gas yang dipindahkan terutama volume jenis dan temperature harus diperhitungkan. Jadi perhitungan karakteristiknya melibatkan segitiga kecepatan dan termodinamika.

Gambar 4.56 adalah sketsa diagramatik kompresor radial

Gambar 4.56 (a) adalah sketsa diagramatik kompresor radial. Impelernya dapat tunggal atau ganda, seperti Gambar 4.56 (b) dan (c), tetapi teori dasarnya adalah sama. Impeller ganda pada kedua sisi pada awalnya digunakan pada mesin pesawat karena kapasitas aliran kompresor relative kecil untuk diameter keseluruhan yang diberikan. Udara dihisap ke dalam mata impeller (impeller eye) dan berpusar keliling pada kecepatan tinggi oleh sudu pada piringan impeller. Pada sebarang titik dalam aliran udara melalui impeller, percepatan sentripetal diperoleh dari head tekanan, sehingga tekanan static udara naikdari mata ke tepi impeller. Kenaikan tekanan static ini diperoleh lagi di dalam diffuser, namun gesekan dalam diffuser akan menyebabkan kerugian tekanan stagnasi. Dalam praktiknya biasanya kompresor dirancang sedemikian sehingga kenaikan tekanan setengahnya terjadi dalam impeller dan setngah nya lagi dalam diffuser. Perlu diperhatikan bahwa aksi sudu-sudu impeller keliling dalam membawa udara tekanan static pada sisi depan sudu sedikit lebih besar dari pada sisi belakang. Udara akan cenderung mengalir berkeliling pada ujung sudu dalam ruang celah antara impeller dan rumah kompresor. Hal ini menghasilkan kerugian semacam ini. Namun kesulitan manufacturing akan naik dan akan timbul gesekan piringan yang berhubungan dengan selubung. Walaupun selubung telah digunakan pada supercharger, namun tidak digunakan pada impeller untuk turbin gas.

Gambar 4.57 Nomenklatur

Gambar 4.58 (a) Distribusi tekanan dan kecepatan, (b) segitiga kecepatan pada kompresor radial

Dengan mengacu pada Gambar 4.57, torsi teoritis yang bekerja dinyatakan sebagai:

Bila kecepatan sudut dalam radial/detik , kerja teoritis tiap lb udara adalah:

Di mana cw2= kecepatan tangensial gas yang meninggalkan impeller(ft/det) r2 = jari-jari(tip)impeller(ft) U = kecepatan keliling tepi(tip) impeller(ft) Bila s merupakan factor slip yang besarnya:

Maka kerja untuk tiap lb udara: