Mesin Berputar

download Mesin Berputar

of 30

  • date post

    08-Aug-2015
  • Category

    Documents

  • view

    62
  • download

    0

Embed Size (px)

description

Rotor, stator, pengelompokan MKE, pompa, turbin air, dll

Transcript of Mesin Berputar

BAB 2 PRINSIP MESIN BERPUTAR Mesin konversi energi (MKE) memiliki 2 komponen utama, yakni rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam). Perubahan energi : Energi tekanan + energi kinetik yang dimiliki = energi mekanik pada poros mesin. Energi mekanik dari poros = energi tekanan + tekanan kecepatan pada fluida yang berada di sekeliling poros tersebut. Energi tekanan + energi kinetik = head fluida (energi spesifik fluida) MKE yang menggunakan transformasi energi seperti saat ini adalah : Turbin air Turbin uap Turbin gas Pompa/kompresor

Energi tekanan dan energi kecepatan yang dimiliki oleh fluida ditunjukkan dalam bentuk energi spesifik atau head fluida. Energi mekanik pada poros ditunjukkan sebagai torsi yang bekerja pada poros tersebut Sudu-sudu rumah

roda poros segitiga kecepatan

5

Keterangan : r1 = jari-jari sisi masuk (m) r2 = jari-jari sisi keluar (m) n = kecepatan putaran roda (rpm) = kecepatan sudut (rad/sekon) V1= kecepatan absolute fluida sisi masuk (m/sekon) U1= kecepatan keliling roda sisi masuk (m/sekon) d1 = sudut fluida masuk, sisi masuk (antara V1 dan V2) 1 = sudut v1 = kecepatan relatif sisi masuk (m/s) Pada prinsipnya ada 3 komponen transformasi energi, yakni : kecepatan aksial kecepatan radial kecepatan tangensial

persamaan : (dm) V2 . R2 cos 2 + . dt = (dm) V1 . R1 cos 1 . dt = (dm)( V1 . R1 cos 1 - V2 . R2 cos 2) Dimana : dm = jumlah massa aliran (kj) dalam selang waktu (dt), waktu dalam detik dm = . V . A dt = . Q . dt dimana : = rapat massa (kg/s) Q = kapasitas aliran ( m3/s)

6

. dt = . Q . dt ( V1 . R1 cos 1 - V2 . R2 cos 2) = . Q . ( V1 . R1 cos 1 - V2 . R2 cos 2) power (E) P = . (watt) P = . Q . ( V1 . R1 cos 1 - V2 . R2 cos 2) . = . Q . V1 . U1 cos 1 - V2 . U2 cos 2 = . Q . (Vr1 . U1 - Vr2 . U2 ) dimana : u = r . u1 = r1 .

dimana : V1 cos 1 = Vr1 V2 cos 2 = Vr2

PENGELOMPOKKAN MESIN MESIN KONVERSI ENERGI 1. Mesin-mesin thermal merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversikan atau mengubah bentuk energi kimia/gas panas ke bentuk energi mekanik. Contoh: motor bakar, turbin uap, turbin gas. 2. Mesin-mesin fluida Merupakan mesin-mesin yang berfungsi menkonversi energi fluida ke energi mekanik atau sebaliknya. Contoh : pompa, kompresor, turbin air, kincir angin. 3. Mesin-mesin pembakaran dalam (ICE) Merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversi bentuk energi kimia atau gas panas ke bentuk energi mekanik. Dimana terjadi proses pembakaran menjadi energi gas panas bertekanan di dalam ruangan yang menjadi proses pembakarannya. Contoh : motor bakar. 4. Mesin-mesin pembakaran luar (ECE) Merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversi bentuk energi kimia atau gas panas ke bentuk energi mekanik. Dimana proses perubahan energi bahan bakar ke energi gas panas dilakukan di luar mesin tersebut.

7

Contoh : turbin uap, mesin uap, turbin gas dalam sistem tenaga instalasi turbin gas. 5. Mesin- mesin berputar (rotating machine) Merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversi bentuk energi fluida ke energi mekanik atau sebaliknya, dalam mengkonversi bentuk mekanik ke energi spesifik fluida dengan menggerakkan elemen utama (rotor) merupakan gerak berputar. Contoh : turbin air, turbin minyak, pompa, kompresor, turbin gas, turbin uap.

6. Mesin gerak bolak-balik Merupakan mesin yang berfungsi mengubah energi fluida ke energi mekanik atau sebaliknya dengan menggerakkan elemen utamanya (piston/torak) dengan gerakkan bolak-balik. Contoh : mesin uap, motor bakar, pompa, kompresor.

8

BAB 3 POMPA Pompa merupakan MKE yang mengkonversikan energi mekanik ke energi spesifik (head fluida) yang tingkat wujudnya cair. Head pompa yaitu menunjukkan kemampuan pompa mengangkat fluida untuk mencapai ketinggian tertentu. Saat beroperasi head pompa ditunjukkan oleh besar beda tekanan antara sisi hisap dan sisi tekan. Menurut prinsip perubahan bentuk energi pompa dibedakan menjadi 2 kelompok, yakni : Positif Displacement Pomp (bukan gerak putar). Contoh : pompa piston, pompa roda gigi. Dinamic Pomp (gerak putar),pompa psitif dan dinamik. Contoh : pompa sentrifugal, pompa aksial. Contoh-contoh pompa : 1. Pompa torak Torak melakukan gerak isap, katup isap membuka, katup tekan tertutup, sedang pada gerak tekan katup isap tertutup, katup tekan terbuka. Pompa diproduksi untuk head (tinggi tekan) tinggi kapasitas aliran rendah, aplikasinya untuk tenaga hidrolik, keperluan rumah tangga mengangkat air. 2. Pompa roda gigi Berputarnya 2 buah roda gigi berpasangan dalam rumah pompa akan menghisap dan menekan fluida yang dipompa. Fluida yang mengisi ruangan antara roda gigi (yang dibatasi oleh gigi-gigi dan rumah pompa) ditekan ke sisi buang akibat diisi ruang antara gigi tersebut oleh gigi, roda gigi pasangannya. Roda gigi diproduksi untuk head tinggi, kapasitas aliran sangat rendah. Aplikasinya pada pompa pelumas.

9

3. Pompa sentrifugal Fluida dihisap pompa lewat sisi isap akibat berputarnya impeller yang menghasilkan tekanan vacum pada sisi isap. Selanjutnya fluida yang terisap terlempar keluar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh fluida itu sendiri dan selanjutnya ditampung oleh casing sebelum dibuang ke sisi buang. Energi mekanis poros pompa diteruskan ke sudu-sudu impeller kemudian sudu-sudu memberikan energi kinetik ke fluida akibat adanya gaya sentrifugal yang bekerja pada fluida-fluida terlempar keluar mengisi ruang casing dan diruang ini. Energi kinetik fluida sebagian besar diubah menjadi energi tekan. Aliran fluida masuk ke pompa sentrifugal arah aksial ke arah pompa impeller arah radial. Diproduksi untuk head medium sampai head tinggi, kapasitas aliran medium, aplikasinya digunakan proses pengisian. 4. Pompa aksial (pompa propeller) Berputarnya impeller akan menghisap fluida dan menekan ke sisi tekan arah aksial. Diproduksi untuk head rendah kapasitas aliran besar. Aplikasinya untuk keperluan pengairan.

Dalam perhitungan energi pompa, dikenal dengan istilah-istilah : a. Kavitasi, yaitu gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir karena tekanan berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuh. Contoh, air pada tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada suhu 100o

C jika tekanan direndahkan maka akan mendidih pada temperatur

lebih rendah. Bila zat cair mendidih akan menimbulkan gelembunggelembung uap zat cair tersebut, dapat terjadi pada pompa/pipapipanya. Pompa yang mengalami kavitasi akan menimbulkan suara dan menimbulkan getaran dan menurunkan performa pompa. Pencegahan kavitasi : NPSH yang tersedia > NPSH yang direncanakan atau diperlukan, dengan cara letak pompa terhadap permukaan zat cair harus dibuat serendah mungkin, pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Tidak diperkenankan memperkecil laju aliran sisi isap.

10

b. NPSH (Nit Positive Sesan Head) Dipakai sebagai ukuran pompa terhadap kavitasi dengan tekanan, a) pada kondisi lingkungan dimana pompa dipasang, b) tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa. NPSH yang tersedia yaitu head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut. =

Dimana : h losses = h kerugian saat isap = berat jenis = m . g Perhitungan energi pompa Kecepatan aliran pada pipa isap = Ai (m/s) Kecepatan aliran pada pipa tekan = At (m/s) Kerugian head isap = fi li.Vi .Vi di .2g Vi .Vi 2g Qt Qi

+

(m)

Kerugian head isap = ftlt.Vt .Vt dt .2g

+

Vt .Vt 2g

(m)

Heat pompa (Htot) Htot = Hstatik + Hdinamik (m) Head dinamic = hi + ht Daya pompa = 60.efisiensi .Q .g .Htot pompa

(watt) jika Q dirubah sekon, maka 60 dihilangkan.

Energi pompa = efisiensiN.t motor

(Kwh)

11

KETERANGAN : Qi = kapasitas waktu hisap fi = koefisien gesek pipa li = panjang pipa Ci = berapa belokan atau jumlah belokan di = diameter pipa

12

BAB 4 TURBIN AIR Head waduk merupakan energi potensial spesifik air yang tersedia. Kapasitas merupakan aliran waduk untuk turbin sebagai energi supply. Saat beroperasi head turbin ditunjukkan oleh beda tekanan antara sisi isap dan sisi tekan. Komponen-komponen turbin air yang penting, adalah : a. Sudu pengarah, biasanya bisa diatur untuk mengontrol kapasitas aliran masuk turbin. b. Roda jalan (runner turbin), yaitu bagian dimana terjadi peralihan energi potensial fluida menjadi energi mekanik. c. Poros turbin, bagian yang terdapat runner dan ditumpu dengan bantalan radial dan bantalan aksial. d. Rumah turbin, biasanya berbentuk keong atau spiral berfungsi untuk mengarahkan aliran masuk sudu pengarah. e. Pipa hisap, berfungsi mengalirkan air yang keluar turbin ke saluran luar. Menurut prinsip perubahan bentuk, energi dibedakan menjadi 2 kelompok, yakni : a. Turbin impulse Disebut turbin tekanan konstan yaitu tekanan masuk = tekanan keluar. Kecepatan masuk = kecepatan keluar. Contoh : turbin michele banky (cross flow = arus melintang), turbin pelton, kincir air (water wheel). b. Turbin reaksi Turbin dengan tekanan berbeda, tekanan masuk >tekanan keluar, kecepatan masuk < kecepatan keluar. Hal ini disebabkan karena adanya percepatan yang ditimbulkan reaksi sudu-sudu jalan. Contoh : turbin fransis, turbin propeller, turbin aksial, turbin kaplan. Untuk pemilihan turbin dengan menentukan putaran spesifik dalam operasinya (pengoperasiannya), yang dimaksud dengan putaran spesifik (ns) yaitu sebagai putaran turbin dimana dibangkitkan daya sebesar satu

13

satuan daya dan pada tinggi jatuh (head) satu satuan tinggi jatuh. n s memiliki satuan rpm, Kwm (kilowatt meter) secara dimensional, satuan ini tidak cocok dengan satuan-satuan pada rumus.

ns = (P)0,5 : (Hefektif)5/4 Hefektif = hgross-hlosses1. Kincir air Pancaran atau aliran air ditumbukkan ke mangkok-mangkok pada roda putar, terjadi perubahan energi kinetik ke ene