Download - Mekflu Tugas Aswendy Juliardi 1304102010046
Nama : Aswendy Juliardi
NIM : 1304102010046
12.1
Sebuah rotor seperti yang terlihat pada Gambar C 1 2. 1 a berputar pada suatu kecepatan sudut
konstan m = I 00 rad/s. Wa1aupun fluida pada awalnya masuk ke rotor pada arah aksial, aliran
melintasi sudu kebanyakan radial (lihat Gambar 1 2.2a). Pengukuran menunjukkan bahwa
kecepatan absolut pada sisi masuk dan keluar masing-masing V1 = 1 2 m/s dan V2 = 25 m/s.
Apakah mesin ini pompa a tau turbin?
Dik : π = 100 πππ/π
π1 = 12 π/π
π2 = 25 π/π
Dit : Apakah mesin ini pompa atau turbin?
Jawaban:
Untuk menjawab pertanyaan tersebut, kita perlu mengetahui apakah komponen tangensial dari gaya sudu
yang bekerja pada fluida dengan arah gerakan dari sudu (pompa) atau sebaliknya (turbin). Kita anggap
bahwa sudut sudu searah dengan kecepatan relatif yang masuk dan aliran relatif yang meninggalkan rotor
searah dengan sudut sudu seperti yang terlihat pada Gambar C 1 2. 1 b. Kita juga dapat menghitung
kecepatan sudu pada sisi masuk dan keluar sebagai berikut
π1 = ππ1 = (100 πππ π β )(0,1 π)
= 10 π π β
π2 = ππ2 = (100 πππ π β )(0,2 π)
= 20 π π β
Dengan mengetahui kecepatan absolut fluida dan kecepatan sudu pada sisi masuk, kita
dapat menggambar segitiga
kecepatan.
kita mengasumsikan bahwa aliran absolut pada sisi masuk barisan sudu radial (yakni, arah
dari V1 adalah radial). Pada sisi keluar kita mengetahui kecepatan keliling sudu, U2,
kecepatan keluar, V2, dan arah kecepatan relatif, π½2, (akibat geometri sudu). Oleh karena
itu kita dapat menggambarkan secara grafik (atau secara trigonometrik) segitiga kecepatan
keluar seperti yang ditunjukkan pada gambar. Dengan membandingkan segitiga kecepatan
pada sisi masuk dan keluar, akan dapat dilihat bahwa seiring dengan melintasnya aliran
fluida melalui barisan sudu, vector kecepatan absolut berubah arahnya sesuai/searah
dengan gerakan sudu. Pada sisi masuk tidak ada komponen kecepatan absolut yang searah
dengan putaran; pada sisi keluar komponen ini tidak nol. Artinya, sudu mendorong fluida
pada arah gerakan sudu, oleh karena itu kerja terjadi pada fluida, memberikan energi
padanya.
Jadi mesin di atas adalah mesin Pompa bukan turbin.
12.2
Dik : π = 1400 πππ
π = 2 ππ
π1 = 1.9 ππ
π2 = 7.0 ππ
π½2 = 23π
πΌ1 = 90π
Dit : a. komponen kecepatan tangensial (ππ2), pada sisi keluar
b. kenaikan head ideal (βπ)
c. daya (οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘), yang dipindahkan ke fluida
Jawaban:
a.
a) Sisi keluar diagram kecepatan ditunjukkan oleh Gambar 1 2. 8c, di mana
V2 ada1ah kecepatan absolut fluida, W 2 , ada1ah kecepatan relatif, dan
π2 adalah kecepatan pada ujung impeller dengan
π2 = π2π = (7 12β ππ‘)(2π πππ πππ£β )(1750 πππ)
(60 π min )β= 107 ππ‘ π β
Karena laju aliran diberikan, maka
π = 2ππ2π2ππ2
ππ2 =π
2ππ2π2=
1400 πππ
(7,48 πππ ππ‘3)(60 π min )(2π)(7 12ππ‘)(2 12ππ‘)ββββ=
1400
274,01
= 5,11 ππ‘ π β
Kita dapatkan bahwa
cot π½2 =π2 β ππ2
ππ2
Sehingga
ππ2 = π2 β ππ2 cot π½2
= (107 β 5,11 cot 23π) ππ‘ π β
= 95,0 ππ‘ π β
b. Kenaikan head yang ideal diberikaj sebagai berikut
β1 =π2ππ2
π=
(107 ππ‘ π β )(95,0 ππ‘ π )β
32,2 ππ‘ π 2β=
10,165
32,2= 316 ππ‘
Sebagai alternative kenaikan head ideal adalah
β1 =π2
2
πβ
π2ππ2 cot π½2
π=
(107 ππ‘ π β )2
32,2 ππ‘ π β 2 β(107 ππ‘ π )(5,11ππ‘ π ) cot 23ββ
32.2 ππ‘ π 2β= 316 ππ‘
c. Dengan ππ1 = 0, daya yang dipindahkan dari fluida diberikan dengan persamaan
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ = πππ2ππ2 =(1,94 π ππ’ππ ππ‘3)(1400 πππ)(107ππ‘ π )(95,0 ππ‘ π )βββ
[1(π ππ’π. ππ‘ π 2)/ππ](7,48 πππ/ππ‘3)(60 π min )ββ
= 61.500 ππ‘. ππ π β = 112 βπ
12.3
Dik : π = 0,5 ππ‘3 π β
ππππ»π = 15ππ‘
πππ‘π = 14,7 ππ π πΎπΏ = 20
Dit : (π1)πππ₯ ?
Jawaban:
ππππ»π΄ =πππ‘π
πΎβ π§1 β ββπ β
ππ
πΎ
ππππ»π΄ = ππππ»π
ββπΏ = πΎπΏπ2
2π dengan π =
π
π΄=
0,5 ππ‘3 π β
(π 4β )(4 12ππ‘)β 2 =0,5
0.0872= 5,73 ππ‘ π β
ββπΏ =(20)(5,73 ππ‘ π )2β
2(32,2 ππ‘ π 2)β=
656,658
64,4= 10,2 ππ‘
Dari Tabel B1 tekanan uap air pada 80Β°F adalah 0,5069 psia dan πΎ = 62,22 lb/ft3 .
(π§1)πππ₯ =(14,7 ππ ππ2)(144 ππ.2 ππ‘2)ββ
62,22 ππ ππ‘3ββ 10,2 ππ‘ β
(0,5069 ππ ππ.2 )(144 ππ.2 ππ‘2)ββ
62,22 ππ ππ‘3ββ 15 ππ‘
= 7,65 π12.4
Dengan menggunakan pompa ini, berapakah laju aliran yang terjadi antara kedua tangki tersebut? Apakah menurut Anda pemilihan pompa ini sudah tepat dan baik?
Dik : π· = 6ππ
β = 200ππ‘
π = 0,02
π§2 β π§1 = 10ππ‘
Dit : π =?
Jawab:
Penggunaan persamaan energy antara dua permukaan bebas tangki, seperti yang
ditunjukkan oleh titik (1) dan (2), memberikan
π1
πΎ+
π12
2π+ π§1 + βπ =
π2
πΎ+
π22
2π+ π§2 + π
βπ2
π· 2π+ βπΎπΏ
π2
2π
βπ = 10 + [0,02(200 ππ‘)
(6 12ππ‘)β+ (0,5 + 1,5 + 1,0)]
π2
2(32,2 π π‘ π 2β (1)
Koefisien kerugian minor yang ditentukan. Karena,
π =π
π΄=
π(ππ‘2 π )β
(π 4)(6 12ππ‘)β 2β
Persamaan 1 dinyatakan sebagai,
βπ = 10 + 4,43 π2
βπ = 10 + 2.210 Γ 10β5π2
π = 1600 πππ πππβ
Besarnya head pompa yang diperlukan poros pompa adalah
66,5 ππ‘
0,84= 79,2ππ‘
Besarnya daya yang diperlukan untuk menjalankan pompa adalah
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ =πΎπβπ
π
=(62,4 ππ ππ‘3)[(1600 πππ πππβ )/(7,48 πππ ππ‘3)(60π πππββ ](66,5 ππ‘)β
0,84
= 17,600 ππ‘ . ππ π β = 32,0 βπ
12.6
Air untuk menggerakkan sebuah roda Pelton dialirkan melalui sebuah pipa
dari danau seperti yang ditunjukkan pada Gambar C l 2.6a Hitunglah diameter
nossel, yang akan memberikan daya keluaran maksimum. Hitunglah
juga daya maksimum dan kecepatan sudut rotor pada kondisi tersebut.
Dik :
Dit :π·1 = β―?
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ = β―?
π = β―?
Jawab:
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ = πππ (π β π1)(1 β πππ π½) (1)
Diamana π0 = π0 = 0 dan sisi keluar nossel dimana π§1 = π1 = 0, dan menjadi,
π§0 =π1
2
2π+ βπΏ (2)
Dimana hilangnya tekanan diberikan dalam bentuk factor gesekan π,
βπΏ = πβ
π·
π2
2π
Kecepatan V, dari fluida dalam pipa dengan diameter D diperoleh dari persamaan
kontinuitas sebagai berikut,
π =π΄1π1
π΄= (
π·1
π·)2
π1
Dari persamaan 2 kita hilangkan tekanan minor yang terjadi pada sisi masuk pipa dan
nossel,
π§0 = [1 + πβ
π·(π·1
π·)
4
]π1
2
2π (3)
Untuk mencari π1
π1 = [2ππ§0
1 + πβπ· (
π·π
π·)2]
1 2β
=
[ 2(32,2 ππ‘ π 2β )(200 ππ‘)
1 + 0,02 (1000 ππ‘8 12β
) (π·1
8 12β)4
] 1 2β
=113,5
β1 + 152 π·14 (4)
Dengan menggabungkan persamaan 1 dan 4 dan menggunakan π = π π·12πππ4 akan
didapatkan daya sebagai fungsi π·1 dan U sebagai
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ =232 ππ·2
β1 + 152 π·π4[π’ β
113,5
β1 + 152 π·14] (5)
di mana u dinyatakan dalam ft/s dan wshaft dalam StΒ·lb/s.
Seperti yang ditunjukkan o1eh Persamaan 12.52, daya maksimum (da1am bentuk
variasinya terhadap U) terjadi saat U = Vl/2 dan saat digunakan dengan Persamaan 4 dan 5
akan menghasilkan
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ =1,04 Γ 106π·1
2
(1 + 152 π·14)3 2β
(6)
Daya maksimum mungkin akan terjadi pada saat π οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘πππ·1 = 0, dan sesuai dengan
Persamaan 6 dapat diperoleh
ποΏ½ΜοΏ½π βπππ‘
ππ·1= β1,04 Γ 106 [
2π·1
(1 + 152 π·14)3 2β
β (3
2)
( )
1(+152 π·14)5 2β
] = 0
Atau
304 π·14 = 1
Oleh karena itu, diameter nosse1 pada daya ke1uaran maksimum ada1ah,
π·1 = 0,239 ππ‘
Daya maksimum yang dicari dapat dihitung dari Persamaan 6 sebagai berikut
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ = β1,04 Γ 106(0,239)2
[1 + 152(0,239)4]3 2β= β3,25 Γ 104 ππ‘ . ππ π β
Atau
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ = β3,25 Γ 104ππ‘ . ππ π β Γ1 βπ
550 ππ‘ . ππ π β= β59,0 βπ
Kecepatan rotor pada kondisi daya maksimum dapat diperoleh dari
π = ππ =π1
2
Di mana V1 diberikan o1eh Persamaan 4. Sehingga,
π =ππ
2π =
113,5
β1 + 152(0,239)4
2 (32 ππ‘)
= 30,9 πππ π β Γ 1 πππ£ 2π Γ 60 π πππβ = 295 πππβ
οΏ½ΜοΏ½π βπππ‘ π = ππ 2β = βπ
16π(1 β πππ π½)(2ππ§0)
3 2β π·12 (1 + π
β
π·5π·1
4)3 2β
Dengan mengatur ποΏ½ΜοΏ½π βπππ‘πππ·1 = 0
π·1 = π (2πβ
π·)1 4β
Seperti gambar di atas di jelasakan saat kapasitas buangnya naik dari nol, daya kuda rem
(bhp) akan naik, dan se1anjutnya akan turun hingga kapasitas buangnya mencapai kondisi
maksimum. Seperti yang te1ah dije1askan sebe1umnya, apabi1a ha dan bhp diketahui, besarnya
efisiensi dapat dihitung. Seperti gambar di atas, efisiensi ada1ah fungsi dari 1aju a1iran dan akan
mencapai harga maksimum pada suatu ni1ai 1aju aliran tertentu, yang umumnya disebut laju
aliran normal atau kapasitas pompa. Titik-titik pada berbagai kurva yang berhubungan dengan
efisiensi maksimum dinyatakan sebagai titik-titik efisiensi terbaik (best efficiency points, BEP).
Tampak bahwa ketika kita memilih pompa untuk keperluan tertentu, umumnya kita ingin
memiliki pompa yang beroperasi di dekat efisiensi maksimumnya.
Pada gambar di atas menunjukan karakteristik unjuk kerja pompa juga dinyatakan dalam
grafik dari tipe pompa. Karena impeller-impeller dengan diameter yang berbeda dapat digunakan
pada suatu se1ubung tertentu, maka dapat dipero1eh karakteristik unjuk kerja untuk beberapa
diameter impeller dengan garis efisiensi konstan dan daya kuda rem (bhp) yang bersesuaian
seperti yang terlihat pada gambar di atas. Perhatikan tambahan kurva yang diberikan pada
gambar di atas, dengan tulisan NSPHR yang merupakan singkatan dari required net positive
suction head. Seperti bahasan yang akan dilakukan pada subbbab selanjutnya, pentingnya arti
kurva ini dikaitkan dengan kondisi sisi hisap pompa, yang harus diperhatikan secara cermat pada
saat pemilihan dan penempatan pompa.
NPSH
NPSH adalah kebutuhan minimum pompa untuk bekerja secara normal. NPSH menyangkut apa
yang terjadi di bagian suction pompa, termasuk apa yang datang ke permukaan pendorong. NPSH dipengaruhi oleh pipa suction dan konektor-konektor, ketinggian dan tekanan fluida dalam pipa suction, kecepatan fluida dan temperatur. NPSH dinyatakan dalam satuan feet. Ada 2 macam NPSH yaitu NPSHa (Net Positive Suction Head Available) dan NPSHr (Net Positive Suction Head Required). NPSHa adalah nilai NPSH yang ada pada system di mana pompa akan bekerja. NPSHr adalah nilai NPSH spesifik pompa agar bekerja dengan normal, yang diberikan oleh pembuat berdasarkan hasil pengetesan. NPSHa dapat dicari dengan formula: NPSHa = Ha + Hs β Hvp β Hf β Hi Ha = Atmospheric Head (dalam feet), yaitu tekanan atmosferik pada ketitinggian terhadap permukaan laut. (lihat contoh tabel Ha air pada beberapa elevasi terhadap permukaan laut). Untuk menentukan Ha kita perlu memperhatikan tangki atau vessel yang isinya akan disedot dengan pompa, apakah itu tangki terbuka atau berventilasi, atau apakah itu tertutup/kedap udara. Nilai Ha dimulai dari 33.9 feet (14.7 psi x 2.31). Untuk tangki tertutup tak bertekanan, nilai Ha sama dengan Hvp dan mereka saling menghilangkan. Untuk Tangki tertutup bertekanan, dalam setiap 10 psi tekanan akan ditambahkan 23.1 feet pada nilai Ha nya. Hs = Static Head level fluida,positif atau negatif (dalam feet) Yaitu tinggi dari center line suction pompa ke level fluida dalam tangki yang akan disedot. Elevasi yang
positif menambahkan energi ke fluida dan elevasi negatif menyerap energi dari fluida. Hvp = Vapor Head fluida (dalam feet) Vapor Head dikalkulasi dengan memantau temperatur fluida dan mencocokkan nilai Hvp nya pada grafik yang terlampir. Hf = Friction Head atau Friction Losses dalam suction piping dan konektor-konektornya Friction Head dapat dikalkulasi, dtaksir atau diukur. Nilai Friction Head dapat dikalkulasi dengan melihat tabel Friction Head pipa dan fitting. Jika jarak pompa dari tangki relative dekat maka nilai Friction Head dapat diabaikan. Hi = Inlet Head atau kehilangan energi yang terjadi pada leher suction pompa (dari flange sampai permukaan baling-baling) dinyatakan dalam feet. Dapat juga disebut safety factor 2 feet.
Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air(yang terdiri dari energi
potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga
menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar
nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan
aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar.
Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle tekanannya adalah sama
dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan
turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.
Turbin Reaksi
Turbin reaksi digerakkan dengan air, yang merubah tekanan sehingga melewati turbin dan menaikkan
energi. Turbin reaksi harus menutup untuk mengisi tekanan air (pengisap) atau mereka harus
sepenuhnya terendam dalam aliran air. Hukum ketiga Newton menggambarkan transfer energi untuk
turbin reaksi Turbin air yang paling banyak digunakan adalah turbin reaksi. Turbin reaksi digunakan
untuk aplikasi turbin dengan head rendah dan medium.
SEGITIGA KECEPATAN
Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang menumbuk
sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu dalam
pemahaman proses konversi pada sudusudu turbin uap atau pada jenis turbin yang lain.
Adapun skema dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut:
Keterangan:
ππ 1 = Kecepatan absolut fluida yang meninggalkan nosel
ππ΅ = Kecepatan sudu
ππ1 = Kecepatan relatif Fluida
ππ2 = Kecepatan relatif fluida yang meninggalkan sudu
ππ 2 = Kecepatan absolut fluida yang meninggalkan sudu
π = Sudut nosel
β = Sudut masuk sudu
πΏ = Sudut keluar sudu
πΎ = Sudut keluar fluida
Dari segitiga kecepatan di atas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar
kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan
ππ 1 kemudian ke luar dari nosel sudah berkurang menjadi ππ 2 dengan garis yang lebih
pendek. Artinya sebagian energi kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi energi kinetik
sudu dengan kecepatan ππ΅ , kemudian fluida yang sudah memberikan energinya
meninggalkan sudu dengan kecepatan ππ 2. Proses perubahan atau konversi energi pada turbin
adalah sama dengan perubahan energi pada motor bakar, tetapi dengan metode yang berbeda.
Untuk motor bakar, pada langkah ekspansi fluida gas yaitu gas pembakaran energinya
mengalami penurunan bersamaan dengan penurunan tekanan di dalam silinder. Hal itu terjadi
karena sebagian energinya diubah menjadi energi kinetik gas pembakaran dan dikenakan
langsung pada torak. Karena ada dorongan dari energi kinetik gas pembakaran torak bergerak
searah dengan gaya dorong tersebut, kondisi ini disebut langkah tenaga.
Untuk perubahan energi dengan azas reaksi, sudu turbin reaksi berfungsi seperti nosel.
Hal ini berarti, pada sudu turbin reaksi terjadi proses ekspansi, yaitu penurunan tekanan
fluida gas dengan dibarengi kenaikan kecepatan. Karena prinsip reaksi adalah gerakan
melawan aksi, jadi dapat dipahami dengan kenaikan kecepatan fluida gas pada sudu turbin
reaksi, sudu turbin pun akan bergerak sebesar nilai kecepatan tersebut dengan arah yang
berlawanan.