Pompa Aksial (Axial Pump)

Pompa Aksial• Pompa aksial merupakan salah satu pompa yang termasuk kedalam

pompa dinamik. Prisip kerja pada pompa aksial berbeda dengan pompa sentrifugal pada pembahasan sebelumnya

• Pada pompa aksial, bilah bilah impeller bekerja seperti pada sayap pesawat terbang yang menghasilkan daya angkat akibat perubahan momentum pada saat impeller berputar seperti gambar 14-47

• Contohnya pada rotot helikopter, helikopter dapat terangkat karena adanya gaya angkat yang dihasilkan oleh rotor , sementara gaya angkat tersebut timbul karena perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah permukaan propeller, dan perubahan arah aliran mengarah ke downwash (Area turun udara) melalui rotor pesawat. Dari waktu rata-rata ketika berputar, ada peningkatan tekanan di rotor pesawat yang menginduksi bawah aliran udara(Gambar.14-48).

Pompa Aksial• Pada helikopter dan juga pesawat baling baling termasuk Open axial - flow fans dikarenakan

tidak memiliki saluran yang menutupi rotor atau baling baling yang bekerja. Seperti gambar 1• Sedangkan pada blower yang digunakan di rumah dan juga kipas pendingin pada komputer

yang kita gunakan termasuk kedalam jenis ducted - axial flow fan . Dikarenakan pada ujung baling baling terdapat casing yang berfungsi untuk mengarahkan aliran udara dan mengurangi loses pada ujung baling baling seperti gambar 2

1 2

Pompa Aksial• Bila melihat lebih dekat pada baling baling pesawat pada gambar

1, rotor bada helikopter ,bahkan baling baling pada kipas pada jendela rumah akan melihat “twist” pada masing masing baling baling (Blade). Khususnya pada airfoil yang berada dekat pada penampang hub atau root dari pisau berada pada sudut pitch yang lebih tinggi (θ) dari airfoil yang dekat pada ujung penampang seperti gambar (figure 14-50) disamping

• Hal ini disebabkanoleh kecepatan tangensial dari blade akan meningkat seiring dengan bertambahnya radius.(persmaan 14-26)

Pompa Aksial• Pada radius tertentu, kecepatan dari udara pada blade dapat

diperkirakan menjadi jumlah vector dari kecepatan angin dan negatif dari kecepatan blade , negatif karena arah kecepatan blade belawanan dengan arah kecepatan angin

• Jika besar dari sama dengan besarnya kecepetan tangensialSeperti yang ditunjukkan pada persamaan 14-26. Arah pada adalah tangensial sesuai dengan jalur putaran pada blade. Posisi blade pada gambar 14-50 disamping.

Pompa Aksial• Pada gambar 14-51 kita dapat menghitung menggunakan persamaan

pada dua radius yaitu root radius dan tip radius pada blade rotor sesuai dengan gambar 14-50 sudut relatif besarnya sama, namun faktanyajumlah twist ditentukan dengan mengatur pitch angel yang mana nilai sama pada tiap radius

• Tekanan dinamis yang dilalui pada bagian lintasan dari meningkatnya blade dengan radius, dan gaya angkat per unit lebar juga meningkat dengan radius seperti pada (Gambar. 14-51)

.

Pompa aksialPersamaan tidak dapat digunakan untuk beberapa alasan:1. Pertama, gerakan berputar rotor menggunakan beberapa swirl ke airflow(gambar 14-52) mengurangi kecepatan efektif tangensial pada kecepatan udara.2. Kedua, karena hub dari rotor ukurannya terbatas, maka kecepatan udara disekitarnya meningkat sehingga menyebabkan kecepatan angina meningkat pada blade dekat dengan root.3. Ketiga, sumbu pada rotor atau baling-baling mungkin tidak sejajar seperti gerak paralel angin.4. Dan yang terakhir, kecepatan angin itu sendiri tidak mudah ditentukan karena ternyata angin terjadi peningkatan kecepatan saat mendekati putaran rotor.

Contoh soal• Misalkan Anda sedang merancang baling-baling dari pesawat model

radio kontrol. Diameter keseluruhan baling-baling adalah 34,0 cm, dan perakitan hub dengan diameter 5,5 cm (Gambar. 14-53). baling-baling berputar pada 1700 rpm, dan airfoil yang dipilih untuk bagian baling-baling lintas mencapai efisiensi maksimum pada sudut 14°. Ketika pesawat terbang pada 30 mil / jam (13.4 m / s), Hitunglah sudut blade pitch dari root ke ujung pisau dengan α= 14 ° pada blade propeller secara keseluruhan.

• Solusi: Kita dapat menghitung jarak antar blade menggunakan sudut θ dari root menuju tip pada propeller seperti sudut serang α= 14 ° pada setiap radius sepanjang blade propeller.

• Asumsikan:1. Udara pada kecepatan rendah dan kondisi incompressible2. Kita abaikan efek sekunder dari pusaran dan kecepatan udara saat

mendekarti udara yang besarnya dengan asumsi sama dengan kecepatan pesawat terbang

3. Setara dengan pesawat terbang, seperti sudut propeller yang sejajar dengan kecepatan udara.

Analysis • kecepatan yang berhubungan dengan blade didekati dengan menggunakan persamaan 14-27 . Seketsa dari kecepatan vector ditunjukan pada (Gambar 14.54) Dengan menggunakan persamaan sudut pada radius sembarang

dan• Kita juga dapat menggunakan persamaan dengan kondisi root ( )

menjadi :

• Sama dengan sudut pitch pada tip adalah:

• Baling-baling pesawat memiliki variable pitch, yang berarti bahwa pitch pada seluruh blade dengan memutar pisau melalui hubungan mekanis pada hub. Sebagai contoh ketika propeller bekerja ketika di airport, dan mesin sedang menyala pada rpm tinggi, mengapa tidak mulai bergerak? Mungkin untuk satu hal, rem memang sedang digunakan . Tetapi yang terpenting hal ini terjadi karena baling baling pitch disesuaikan sehingga rata rata sudut airfoil penampag adalah nol dan tidak ada gerakan. Pada saat berjalan menuju runway , pitch diatur sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan sedikit dorongan pada pesawat, saat pesawat take off mesin pesawat diatur dengan putara tinggi dan pitch diatur agar memberikan beban yang maksimal, sehingga pesawat dapat bergerak dan terbang.

• Disampinnng adalah gambar (14-56) dari grafik kualitaas performa pada propeller fan, tidak seperti pompa sentrifugal brake horse power cenderung menurunbersam flow rate, namun efisiensi makin bertambah.

• Ketika digunakan untuk memindahkan aliran di suatu saluran, axial-flow fan dapat dikatakan tabung aksial (gambar 14-57a). Dalam dunia teknik aplikasi aliran axial terdapat pada, seperti kipas angin, bangunan ventilasi,radiator, dsb (gambar 14-57a)

• Pada gambar 14-57b merupakan sebuah rotor dengan gerak counter rotating dengan aliran aksial, pada system ini terdapat dua rotor, dengan yang satu kerja searah dengan gerak aliran dan yang satunya berlawanan.

• Kipas aliran aksial dengan satu set rotor blades (Impeller atau rotor) dan satu set stator blade dengan kata lain baling-baling (stator) dapat disebut kipas baling-baling arah aksial.(gambar 14-57c)

Pompa Aksial

Pompa aksial• Dibawah ini adalah contoh Axial-flow fan ,

dibawah ini ada 2 macam axial-flow fan yaitu axial flow fan yang menggunakan penggerak belt dan penggerak langsung. Pada axial flow fan yang menggunakan penggerak langsung motor penggerak terletak di tengah tengah duct, sedangkan pada axial flow fan yang penggeraknya menggunakan penggerak belt motor terletak di atas duct dan menggunakan belt untuk menggerakkan poros pada rotor(blade) seperti gambar disamping ini, gambar 14-58 a menunjukkan axial flow fan dengan penggerak belt, dan gambar 14-58 b menunjukkan axial flow fan dengan motor penggerak langsung

• Cukup mudah untuk untuk merancang bentuk dari blade pada axial flow fan, langkah pertama asumsikan menggunakan thin blade daripada menggunakan airfoil-shaped blade sebagai contoh , sebuah vane axial flow fan dengan rotor blade diatas stator blades (fig 14-59). Jarak antara rotor dan stator yang dilebihkan pada gambar tersebut untuk memperlihtkan vektor kecepatan yang digambar diantara kedua blade tersebut.

• Pada gambar b vektor kecepatan dilihat dari kerangka acuan yang mutlak• Pada gambar c Gambar (c) dilihat dengan kerangka acuan yang relative terhadap putaran

blade pada rotor.

Contoh aplikasi axial-flow fan• Turbin gas pada pesawat terbang

yang sering kita temui menggunakan prinsip kerja yang sama pada kompresor aksial dan turbin aksial.

• Gambar di samping merupakan skema dimana udara masuk melalui blade yang memberikan dorongan seperti pada baling baling. Kemudian mengalirkan udara melalui low preasure compressor , high pressure compressor, combustion chamber, dan high pressure turbine, low pressure turbine.

Contoh soal • Sebuah kipas beraliran axial sedang dirancang untuk memenuhi pembuatan kincir angin. Pada proses perancangan tidak boleh adanya pusaran dalam hilir kincir angin sehingga stator blades harus dirancang secara upstream untuk menghindari kerusakan apabila ada benda asing yang masuk kedalam propeller karena terhisap pada kipas (gambar 14-63). Untuk mengurangi factor biaya dari proses pembuatan stator dan rotor keduangan dibuat menggunakan pelat logam. Ujung dari baling baling masing masing sejajar dengan sumbu axial (βsL = 0.0°) dan pada pinggir dari baling baling menggunakan sudut (βst = 60.0°). Terdapat 16 stator blade. Pada proses desain kecepatan blade harus berada pada 47,1 m/s dan putaran impeller 1750 rpm. Pada radius r: 0,40 m, hitunglah sudut leading dan trailing yang bekerja pada pisau rotor, gambarkan sketsanya. Dan berapa banyak rotor blade yang seharusnya berada disana?

Solusi• Asumsi1. Udara mendekati incompressible2. Luas aliran antara hub dan tip konstan3. Analisi 2 dimensi dianggap sesuai

• Analisis1. Menanalisis kecepatan aliran melalui stator dari titik acuan

absolut, dengan menggunakan pendekatan 2 dimensi pada stator blade (gambar 14-64). Aliran masuk secara aksial(horisontal) dan beberlok kebawah sebesar . Mencari besarnya kecepatan yang meninggalkan pojok dari stator. Dengan persamaan sebagai berikut

Arah dari diasumsikan mengarah ke ujung stator, dengan kata lain mengarah degan baik melewati barisan blade seperti yang ditunjukkan pada fig 14-64 disamping

Analisis 2. Mengubah nilai menjadi nilai kerangka acuan relative yang bergerak menggunakan rotor blade. Dengan menggunakan radius 0,4 m. Dan kecepatan tangensial yang dicari adalah

)Sudut pada leading edge dan trailing edge dapat dicari dengan menggunakan persamaan trigonometri

Kesimpulan• Pompa axial adalah salah satu jenis pompa yang

masuk kedalam kelompok pompa dinamik. Pompa jenis ini berfungsi untuk mendorong fluida kerja denagn arah yang sejajar terhadap sumbu/poros impellernya.

• Energy mekanik yang dihasilkan oleh sumber penggerak ditransmisikan melalui poros impeller untuk menggerakkan impeller pompa. Putaran impeller memberikan gaya aksial yang mendorong fluida sehingga menghasilkan energi kinetik pada fluida kerja tersebut. Pada beberapa desain pompa aksial, terpasang sudu-sudu tetap (diam) yang membentuk diffuser pada sisi keluaran pompa. Fungsinya adalah untuk menghilangkan efek berputar dari fluida kerja dan mengkonversikan energi kinetik yang terkandung didalamnya menjadi tekanan kerja

• Pompa axial digunakan pada sistem-sistem yang membutuhkan debit tinggi, dengan besar head yang rendah.

Sumber• Fluid Me hanic Fundamentals and ApplicationsYunus A. Cengel

Terimakasih