mekflu alat transportasi fluida.docx

Download MEKFLU ALAT TRANSPORTASI FLUIDA.docx

Post on 22-Nov-2015

223 views

Category:

Documents

27 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

BAB VALAT TRANSPORTASI FLUIDA

5.1 PendahuluanPeranan pompa, fan, blower dan kompresor sangat penting. Sebagai contoh, pompa sebagai salah satu alat bantu untuk memindahkan zat cair dari satu tempat ketempat lainnya. Untuk melaksanakan fungsi itu masih diperlukan perangkat tambahan lainnya sehingga peran sebagai sarana pemindah zat cair dapat dilaksanakan dengan baik. Adapun perangkat tambahan yang dimaksud adalah sistem perpipaan sebagai sarana atau tempat mengalirnya cairan dari satu tempat ke tempat lainnya. Dalam melaksanakan fungsi transfer atau perpindahan zat cair/fluida, maka pompa harus mampu mengatasi sejumlah tahanan dari jaringan pipa hendak yang dilaluinya. Efektifitas sebuah sistem perpipaan dan pemompaan dapat ditentukan oleh jenis pompa yang digunakan. Dalam makalah ini akan dibahas berbagai jenis pompa yang sering digunakan. Jenis pompa dapat dibedakan berdasarkan cara kerja dan bagian-bagian yang menyusun pompa tersebut. Penggunaan fan blower sangat umum dan cukup luas pemakaiannya, salah satunya untuk pengkondisian udara pada suatu ruangan. Fungsi penyediaan udara bersih disuplai oleh alat yang dinamakan fan dan blower. Penentuan daya dan pemilihan jenis fan dan blower sangat ditentukan oleh karakteristik yang dikehendaki pada ruangan tersebut. Penggunaan kompresor kebanyakan lebih diminati untuk pelayanan yang membutuhkan udara bertekanan tinggi. Kompresor memiliki tekanan kerja yang tertinggi dibanding dengan jenis-jenis mesin fluida bertekanan lainnya. Pemindahan fluida melalui pipa, peralatan, ataupun udata terbuka dilakukan dengan bantuan pompa, kipas (blower) dan kompressor. Alat-alat tersebut berfungsi untuk meningkatkan energi mekanik fluida. Tambahan energi itu lalu digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan atau elevasi (ketinggian) fluida. Dalam kasus khusus logam cair, tambahan energi itu dapat dilakukan dengan pengaruh medan elektromagnet yang berputar. Pengangkat udara, pompa jet dan ejector menggunakan energi dari fluida kedua untuk memindahkan fluida pertama. Tetapi metode yang paling umum untuk menambahkan energi ialah aksi anjakan positif atau aksi sentrifugal yang diberikan dengan gaya dari luar. Kedua metode ini manghasilkan dua jenis peralatan utama pemindah fluida : yang pertama yang menggunakan tekanan langsung pada fluida dan yang kedua yang menggunakan momen puntir untuk membangkitkan rotasi (putaran). Dalam kelompok pertama termasuk piranti-piranti anjakan positif dan dalam kelompok kedua pompa sentrifugal, blower dan kompressor. Disamping itu, pada piranti anjakan positif gaya yang diperlukan bisa diberikan piston (torak) yang bekerja didalam silinder atau bagian penekan yang berputar. Jenis pertama disebut mesin bolak balik (reciprocating machines) dan jenis kedua merupakan anjakan positif putar (rotary positive displacement machines).Istilah pompa (pump), kipas (fan), blower dan compressor tidak mempunyai arti yang tepat. Umpamanya pompa angin dan pompa vacum adalah mesin-mesin untuk memampatkan gas. Namun, pada umumnya pompa ialah alat untuk memindahkan zat cair, sedangkan kipas, blower atau kompressor menambahkan energi pada gas. Kipas membuang udara pada volume besar keruang terbuka atau talang besar, biasanya merupakan mesin putar kecepatan rendah dan tekanan yang dibangkitkannya hanyalah sekitar beberapa inci saja. Kompresor membuang pada tekanan 2 sampai beberapa ribuan atmosfer.Dari sudut pandangan mekanika fluida, fenomena yang berlangsung didalm piranti-piranti itu dapat dikelompokkan dibawah dua judul umum, yaitu aliran mampu mampat dan aliran tak mampu mampat. Dalam pompa dan kipas, densitas fluida tidak berubah banyak dan dalam membahas piranti ini, teori aliran tak mampu mampat cukup memadai. Dalam hal blower dan compressor, peningkatan densitas itu cukup besar, sehingga kita tidak bisa menggunakan pengandaian penyederhanaan bahwa densitas tetap dan untuk ini kita harus menggunakan teori aliran mampu mampat.Dalam semua alat itu persyaratan untuk kerja dan karakteristik operasi alat sangat penting. Kapasitas aliran biasanya diukur dalam aliran volumetric dalam persatuan waktu pada densitas tertentu kebutuhan daya dan efisiensi mekanik jelas sangat penting. Keandalan dan kemudahan pemeliharaan juga merupakan hal yang diinginkan. Dalam alat-alat kecil, kesederhanaan operasi tanpa kesulitan merupakan hal yang lebih diutamakan daripada efisiensi mekanik yang tinggi yang hanya menghasilkan penghematan daya beberapa kilowatt saja.

5.2 Macam-Macam Alat Transportasi Fluida1. PompaPada pompa, densitas fluida konstan dan besar. Perbedaan tekanan biasanya cukup kasar dan konstruksinya pun perlu berat.Tinggi takan yang dibangkitkan. Contoh penggunaan pompa digambarkan dengan diagram pada gambar 5.1. Pompa itu dipasang didalam jalur pipa guna memberikan energi yang diperlukan untuk menarik zat cair dari reservoir dan membuangnya dengan laju aliran volumetric yang konstan pada waktu keluar dari jalur pipa pada ketinggian diatas permukaan zat cair. Pada pompa itu sendiri, zat cair masuk melalui sambungan isap pada stasion a dan keluar melalui sambungan buang pada stasion b. persamaan Bernoulli dapat kita tuliskan antara stasion a dan b. oleh karena itu satu-satunya gesekan ialah gesekan yang terjadi didalam pompa itu sendiri, yang telah diperhitungkan dalam efisiensi mekanik, hf=0, jadi persamaan dapat dituliskan

..(5-1)

Kuantitas dalam kurung disebut tinggi tekan total (total head) dan ditandai dengan H, H = p + gZ + V2 gc 2gc

Gambar 5.1 sistem aliran pompa

Perbedaan tinggi sambungan masuk dan sambungan keluar pada pompa biasanya dapat diabaikan, sehingga Za dan Zb dapat dikeluarkan dari persamaan 5-1. Jika Ha ialah tinggi tekan total isap dan Hb tinggi tekan total buang dan H= Hb-Ha, maka persamaannya dapat dituliskan ;Wp = Hb Ha = H (5-2)

Kebutuhan daya. Daya yang didistribusikan kepada penggerak pompa dari sumbu luar ditandai dengan lambing Pb. Nilainya dihitung dari Wp denganPb = m Wp = m H .(5-3) Dimana m adalah laju aliran massa.Daya yang diberikan pada fluida dihitung dari laju aliran massa dan tinggi tekan yang dibangkitkan pompa. Daya ini ditandai dengan lambang Pf dan didefenisikan sebagaiPf = m H..(5-4)Dari persamaan 8-4 dan 8-5Pb = Pf ..(5-5)

Persamaan 5-1 sampai 5-5 dapat pula digunakan untuk kipas dengan menggunakan densitas rata-rata = ( a +b) sebagai pengganti . Angkatan isap dan kavitasi. Daya yang dihitung dengan persamaan 5-3 bergantung pada perbedaan tekanan antara titik buang dan titik isap dan tidak bergantung pada tinggi tekanan. Dari segi energi, tidaklah menjadi soal apakah tekanan isap itu berada dibawah tekanan atmosfer atau jauh diatasnya, asal fliuda itu tetap berwujud cair. Akan tetapi jika tekanan hisap hanya sedikit lebih tinggi dan tekanan uap, sebagian zat cair itu mungkin berubah menjadi uap (flash) didalam pompa. Proses ini disebut dengan kavitasi (cavitation). Akibatnya kapasitas pompa jauh berkurang, dan dapat pula menyebabkan terjadinya erosi yang hebat. Jika tekanan isap itu sampai kurang dari tekanan uap, kavitasi akan terjadi pada pipa isap, dan zat cair tidak akan terisap ke pompa.Untuk mencegah terjadinya kavitasi, tekanan pada waktu masuk pompa harus lebih besar dari tekanan uap yaitu pada suatu nilai tertentu diatas tekanan uap. Nilai itu disebut tinggi tekan isap positif neto (net positive suction head) atau NPSH. Nilai NPSH yang diperlukan ialah 5 sampai 10 ft untuk pompa sentrifugal kecil (sampai 100 gal/min) tetapi meningkat dengan kapasitas pompa, kecepatan impeller dan tekanan buang, dan untuk pompa yang sangat besar disarankan nilai sebesar 50 ft6 .untuk pompa yang mengisap dari reservoir, seperti terlihat pada gambar 5-1, NPSH yang bisa didapatkan biasanya dihitung sebagai :

..(5-6)

Dimana Pa = tekanan absolute pada permukaan reservoirPv = tekanan uaphfs = gesekan didalam pipa isapTinggi tekan kecepatan pada lubang masuk pompa , yaitu aaVa2/2gc dapat dikurangkan dari hasil yang didapatkan dari persamaan 5-6 sehingga didapatkan hasil yang secara teoritis lebih benar mengenai NPSH yang tersedia, tetapi nilai ini bisanya hanya 1 sampai 2 ft dan biasanya sudah diperhitungkan dalam nilai NPSH yang disarankan oleh pabrik pembuat pompa.Dalam situasi khusus dimana zat cairnya dapat dianggap tidak mudah menguap (Pv=0), dan gesekan dapat diabaikan (hfs = 0), dan tekanan pada stasion a ialah tekanan atmosfer, nilai maksimum yang bisa didapatkan untuk angkatan isap didapatkan dengan mengurangkan nilai NPSH uang diperlukan dan tinggi tekan barometer. Untuk air, nilai angkatan isap maksimum ini ialah 34 ft : nilai praktisnya ialah maksimum 25 ft.

Contoh 5-1 benzena pada suhu 100 oF (37.8oC) dipompakan melaui sistem pada gambar 5-2 dengan lauju 40 gal/min (9,09 m3/jam). Reservoir berada pada tekanan atmosfer. Tekanan pengukur pada ujung pipa buang ialah 50 lbf/in2 (345 kN/m2). Buangan itu berada 10 ft di atas permukaan reservoar sedangkan isapan pompa 4 ft di atas permukaan itu. Pipa buang ialah pipa 1 in skedul 40. Gesekan di dalam pipa isap diketahui besarnya 0,5 lbf/in2 (3,45 kN/m2) dan pipa buang 5,5 lbf/in2 (37,9 kN/m2). Efisiensi mekanik pimpa adalah 0,60 (60%). Densitas benzene ialah 54 lb/ft3 (865 kg/m3) dan tekanan uapnya pada 100 oF (37,8oC) ialah 3,8 lbf/in2 (26,2 kN/m2).hitunglah (a) tinggi tekan yang dibangkitkan pompa (b) daya total yang diperlukan (c) tinggi tekan isap positif neto.Penyelesaian (a) kerja pompa Wp didapat dengan menggunakan pers (5-1). Stasion hula a ialah permukaan zat cair di dalam reservoar, dan stasion hilir b ujung pipa buang seperti terlihat pada gambar 5-1. Bila permukaan didalam tangki kita pilih sebagai tinggi acuan dan kita ingat bahwa Va = 0, pers (5-1) akan menjadi Wp = b + gZb + bVb2 + hf - a gc 2gc