MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088

8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088

1/23

TUGAS MEKANIKA FLUIDA

DI BUAT OLEH :

NAMA : ARIA ARDIANSYAH

NIM : 1304102010088

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SYIAH KUALA


2/23

Soal 12.1

Sebuah rotor seperti yang terlihat pada Gambar C 1 2. 1 a berputar pada suatukecepatan 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 padasisi masuk dan keluar masing-masing V1 = 1 2 m/s dan V2 = 25 m/s. Apakahmesin ini pompa a tau turbin?

Dik : = 100 / = 12 /

= 25 / Dit : Apakah mesin ini pompa atau turbin?Jawaban:

= = 100 ⁄ 0,1 = 10 ⁄ = = 1 0 0 ⁄ 0,2 = 20 ⁄

Type equation here.


3/23

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, , (akibat geometri sudu). Oleh karena


4/23

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 aliranfluida 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.


5/23

Soal 12.2

Dik :

= 1400

= 2

= 1.9 = 7.0 = 23 = 90 Dit : a. komponen kecepatan tangensial , pada sisi keluar

b. kenaikan head ideal ℎ c. daya ̇ , yang dipindahkan ke fluida

Jawaban:

a.

V2 ada1ah kecepatan absolut fluida, W2 , ada1ah kecepatan relatif, dan U2 adalahkecepatan pada ujung impeller dengan

= = 7 12⁄ 2 ⁄ 1750 60min ⁄ = 107 ⁄


6/23

Karena laju aliran diberikan, maka

= 2

= 2 = 1400 7,48 60min 2712212⁄⁄⁄⁄ = 1400274,01

= 5,11 ⁄

Kita dapatkan bahwa

cot = Sehingga

= cot =1075,11cot23 ⁄ = 9 5 , 0 ⁄

b. Kenaikan head yang ideal diberikaj sebagai berikut

ℎ = = 107 ⁄ 95,0 ⁄32,2 ⁄ = 10,16532,2 = 316 Sebagai alternative kenaikan head ideal adalah

ℎ = cot = 1 0 7 ⁄ 32,2 ⁄ 1075,11cot23⁄⁄3 2 . 2 ⁄ = 316


7/23

c. Dengan = 0, daya yang dipindahkan dari fluida diberikan dengan persamaan ̇ = = 1,94 1400 10795,0⁄⁄⁄1./7,48 /60min⁄⁄

= 61.500 . ⁄ = 112 ℎ


8/23

Soal 12.3

Dik : = 0 , 5 ⁄ =15 = 14,7 = 20 Dit : ?Jawaban:

= ℎ = ∑ ℎ = dengan = = , ⁄ ⁄ ⁄ = ,. = 5 , 7 3 ⁄ ℎ = 205,73 ⁄

232,2

⁄= 656,658

64,4= 10,2

Dari Tabel B1 tekanan uap air pada 80°F adalah 0,5069 psia dan = 62,22 lb/ft3 . = 14,7 144 . ⁄⁄62,22⁄ 10,2 0,5069 . 144. ⁄⁄62,22 ⁄ 15 = 7,65


9/23


10/23

Soal 12.4

Air dipompakan dari satu tangki besar dan terbuka k e tangki lain yang jugabesar dan terbuka, seperti ditunjukkan Gambar C 1 2.4a. Diameter pipa yangdigunakan adalah 6 in. sedangkan panjang total pipa dari sisi masuk dan

keluar 200 ft. Koefisien kerugian minor pada sisi masuk, keluar, dan belokanditunjukkan pada gambar, dan faktor gesekan untuk pipa dapat dianggapkonstan yakni sebesar 0,02. Pompa sentrifugal yang mempunyai karakteristikunjuk kerja seperti yang ditunjukkan pada Gambar C 1 2.4b dianggapmerupakan sebuah pompa yang baik untuk sistem aliran pada instalasi tersebut.


11/23

Penggunaan persamaan energy antara dua permukaan bebas tangki, seperti yang

ditunjukkan oleh titik (1) dan (2), memberikan

Dik : = 6 ℓ=200 = 0,02 =10 Dit : =? Jawab:

+

2 + + ℎ = +

2 + + ℓ

2 +

2

ℎ =10+0,02 200 612⁄ +0,5+1,5+1,0 232,2 ⁄ 1 Koefisien kerugian minor yang ditentukan. Karena,

= =

⁄ 4 6 1 2 ⁄

⁄

Persamaan 1 dinyatakan sebagai,

ℎ = 10 + 4,43 ℎ =10+2.210×10− = 1 6 0 0 ⁄ Besarnya head pompa yang diperlukan poros pompa adalah

66,5 0,84 =79,2 Besarnya daya yang diperlukan untuk menjalankan pompa adalah

̇ = ℎ


12/23

= , ⁄ /, ⁄⁄ , ⁄ , = 17,600 . ⁄ = 32,0 ℎ


13/23

Soal 12.6

Air untuk menggerakkan sebuah roda Pelton dialirkan melalui sebuah pipadari danau seperti yang ditunjukkan pada Gambar C l 2.6a. Hitunglah diameternossel, DI yang akan memberikan daya keluaran maksimum. Hitunglah

juga daya maksimum dan kecepatan sudut rotor pada kondisi tersebut.z

Dik :

Dit : = ⋯ ? ̇ = ⋯ ? = ⋯ ?

Jawab: ̇ = 1 1 Diamana = = 0 dan sisi keluar nossel dimana = = 0, dan menjadi,

= 2 + ℎ 2 Dimana hilangnya tekanan diberikan dalam bentuk factor gesekan ,

ℎ = ℓ 2 Kecepatan V, dari fluida dalam pipa dengan diameter D diperoleh dari persamaankontinuitas sebagai berikut, = = ( )


14/23

Dari persamaan 2 kita hilangkan tekanan minor yang terjadi pada sisi masuk pipa dan

nossel,

= 1 + ℓ (

)

2 3

Untuk mencari = 21 + ℓ

⁄

=[

232,2 ⁄ 200

1+0,02(1000 8 12⁄ ) ( 8 12⁄ )

]

⁄= 113,5

√ 1 + 152 4

Dengan menggabungkan persamaan 1 dan 4 dan menggunakan = 4 akandidapatkan daya sebagai fungsi dan U sebagai

̇ = 232 √ 1 + 152 113,5√ 1 + 152 5 di mana u dinyatakan dalam ft/s dan wshaft dalam St·lb/s.


15/23

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

̇ = 1,04×10

1 + 152 ⁄ 6

Daya maksimum mungkin akan terjadi pada saat ̇ = 0, dan sesuai denganPersamaan 6 dapat diperoleh

̇ =1,04×10 21 + 152 ⁄ (32) 1+152 ⁄ = 0

Atau 304 = 1 Oleh karena itu, diameter nosse1 pada daya ke1uaran maksimum ada1ah,

= 0,239 Daya maksimum yang dicari dapat dihitung dari Persamaan 6 sebagai berikut

̇ = 1,04×10

0,239

1 + 1 5 20,239 ⁄ =3,25×10 . ⁄

Atau

̇ =3,25×10 . ⁄ × 1 ℎ550 . ⁄ = 59,0 ℎ Kecepatan rotor pada kondisi daya maksimum dapat diperoleh dari

= = 2 Di mana V1 diberikan o1eh Persamaan 4. Sehingga,

= 2 =113,5√ 1 + 1 5 20,2392 32 = 30,9 ⁄ × 1 2 × 6 0 ⁄ = 295 ⁄


16/23

̇ = 2⁄ = 16 12 ⁄ ( 1 + ℓ ) ⁄ Dengan mengatur ̇ = 0

=(2 ℓ) ⁄

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, besarnyaefisiensi 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.


17/23

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 padagambar 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.


18/23

Soal tambahan :

NPSH

NPSH adalah kebutuhan minimum pompa untuk bekerja secara normal. NPSH

menyangkut apa yang terjadi di bagian suction pompa, termasuk apa yang dating ke permukaan pendorong. NPSH dipengaruhi oleh pipa suction dan konektor-konektor,ketinggian dan tekanan fluida dalam pipa suction, kecepatan fluida dan temperature,

NPSH dinyatakan dalam satuan feet.

Ada 2 macam NPSH:

- NPSHa (Net Positive Suctio Head Available)Adalah nilai NPSH yang ada pada system di mana pompa akan bekerja.

Dapat dicari dengan formula NPSHa = Ha + Hs – Hvp – Hf – Hi

Ha = Atmospheric Head (dalam feet), yaitu tekanan atmosferik pada ketitinggian

terhadap permukaan laut. (lihat contoh tabel Ha air pada beberapa elevasi terhadappermukaan 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.

- NSPHr (Net Positive Suction Head Required)Adalah nilai NPSH spesifik pompa agar bekerja dengan normal, yang diberikan oleh

pembuat berdasarkan hasil pngetesan.

.


19/23

TURBIN IMPULS

Turbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan turbin membentuk sudut yang

membuat aliran turbin. Hasil perubahan momentum (impuls) disebabkan tekanan pada

sudu turbin. Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerja dan mengalihkan aliranair dengan mengurangi energi. Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi menjadi energi kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan pada

turbin. Tidak ada tekanan yang dirubah pada sudu turbin, dan turbin tidak memerlukan

rumahan untuk operasinya.

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.


20/23

TURBIN IMPLUS VS TURBIN REAKSI


21/23

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:

http://www.teknikmesin.org/wp-content/uploads/2015/05/Segitiga-kecepatan-pada-sudu-turbin-impuls.jpg


22/23

Keterangan:

= Kecepatan absolut fluida yang meninggalkan nosel = Kecepatan sudu

= Kecepatan relatif Fluida

= Kecepatan relatif fluida yang meninggalkan sudu

= Kecepatan absolut fluida yang meninggalkan sudu = Sudut nosel∅ = Sudut masuk sudu = Sudut keluar sudu = Sudut keluar fluidaDari segitiga kecepatan di atas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari besar

kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk sudu dari nosel dengan kecepatan

kemudian ke luar dari nosel sudah berkurang menjadi

dengan garis yang lebih

pendek. Artinya sebagian energi kinetik fluida masuk sudu diubah menjadi energi kinetiksudu dengan kecepatan , kemudian fluida yang sudah memberikan energinyameninggalkan sudu dengan kecepatan . Proses perubahan atau konversi energi pada turbinadalah 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


23/23

langsung pada torak. Karena ada dorongan dari energi kinetik gas pembakaran torak bergerak

searah dengan gaya dorong tersebut, kondisi ini disebut langkah tenaga.

Pada turbin, proses perubahan energi mulai terjadi di nosel, yaitu ekspansi fluida gas

pada nosel. Pada proses ekspansi di nosel, energi fluida mengalami penurunan, demikian

juga tekanannya. Bersamaan dengan penurunan energi dan tekanan, kecepatan fluida gas

naik, dengan kata lain energi kinetik fluida gas naik karena proses ekspansi. Kemudian,

fluida gas dengan energi kinetik tinggi menumbuk sudu turbin dan memberikan sebagian

energinya ke sudu, sehingga sudu pun begerak. Perubahan energi dengan tumbukan fluida di

sudu adalah azas impuls.

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 turbinreaksi, sudu turbin pun akan bergerak sebesar nilai kecepatan tersebut dengan arah yang

berlawanan.

MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088

Documents

Transcript of MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088