Perancangan Kompressor Sentrifugal
Kompresor sentrifugal adalah salah satu mechanical equipment yang masuk ke dalam jenis rotating mechanical equipment. Pada umumnya peralatan mekanik sendiri dibagi menjadi dua jenis, yaitu static equipment dan rotating equipment. Disebut sebagai rotating equipment karena pada dasarnya kompresor itu sendiri memiliki komponen yang bergerak. Kompresor merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan udara bertekanan (meningkatkan tekanan udara dari atmosfir ke tekanan yang dibutuhkan) dari fluida kompresibel. Penggunaan kompresor sangat nudah kita jumpai baik dalam dunia industri maupun dikehidupan kita sehari-hari, akan tetapi kita tidak menyadari hal tersebut. Mulai dari kompresor untuk mengisi udara ke ban, kompresor di pendingin, mesin, proses kimia, transmisi gas, manufaktur dan di hampir setiap tempat yang mana terdapat kebutuhan untuk mengompres fluida kompresible (Hanlon, 2001).
Pemilihan jenis kompresor didasarkan dengan melihat faktor faktor yang ada, antara lain adalah berdasarkan tujuan penggunaan kompresor dan juga berdasarkan dari debit dan tekanan yang dibangkitkan. Salah satu jenis kompresor yang paling banyak digunakan di dunia industri adalah kompresor sentrifugal. Hal tersebut dikarenakan kompresor jenis ini dapat dioperasikan dalam durasi waktu yang cukup lama. Disamping itu, kompresor ini mudah dalam hal pengaturan kapasitas dan juga tekanan yang ingin dibangkitkan. Dikarenakan kebutuhan lapangan yang banyak menggunakan kompresor sentrifugal, maka proses perancangan kompresor ini dapat dirancang dengan memvariasikan parameter-parameter yang ada. Parameter tersebut bisa ditemukan dengan memodifikasi pada komponen-komponen utama pada kompresor sentrifugal, antara lain saluran inlet, impeler, difuser dan rumah keong (volute). Dengan adanya variasi tersebut, maka harapan besar bisa mendapatkan desain kompresor sentrifugal yang optimal dengan melihat performa besarnya tekanan dari proses kompresi.
Tahap kompresor sentrifugal dan diagram kecepatan saat masuk dan keluar impeller
Kecepatan aliran masukkan impeller
Kecepatan aliran keluaran impeller akibat dari slip faktor
Perancangan Diffuser
Bagian diffuser radial dengan dinding divergen (kiri) dan Cincin diffuser dengan bilah datar lurus (kanan)
Sudut inlet dan outlet diffuser :
Perancangan Volute Kompresor
Kontributor: Feri Wijanarko (feriwidjarnako@gmail.com)
aeroengineering services merupakan layanan dibawah CV. Markom dengan solusi terutama CFD dan FEA.
Perancangan Impeller Pompa Sentrifugal
Pompa adalah alat yang digunakan untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada fluida yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber penggerak menjadi energi kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada disepanjang pengaliran.
Salah satu jenis pompa adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetik (kecepatan) fluida menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar didalam volute. Impeller tersebut merupakan komponen dari pompa sentrifugal yang berfungsi untuk merubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kinetis pada fluida yang dipompakan secara terus menerus, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan fluida yang masuk sebelumnya, sehingga impeller tersebut merupakan komponen yang paling penting pada pompa dalam hal pemompaan fluida dari bagian isap menuju bagian tekan.
Perancangan impeller pompa sentrifugal sebagai berikut:
Segitiga kecepatan di (a) inlet dan (b) outlet impeller (Stepanoff, 1957)
Diameter eye/mata pompa (D0)
Q* : kapasitas desain pompa ditambah persen kebocoran
V0 : kecepatan fluida di mata impeller
DH : diameter hub
Lebar impeller pada ujung sisi masuk sudu (b1)
Q* : kapasitas desain pompa ditambah persen kebocoran
D1 : diameter ujung sudu sisi masuk
Vr1 : kecepatan radial pada ujung sisi masuk sudu
ε1 : faktor kontraksi luasan penampang alir fluida pada sisi masuk sudu
Nilai tangen sudut kelengkungan sudu pada sisi masuk (tan β1)
Vr1 : kecepatan radial pada ujung sisi masuk sudu
u1 : kecepatan tangensial impeller pada ujung sisi masuk sudu
n : kecepatan putaran dalam rpm
D1 : diameter ujung sudu sisi masuk
Diameter ujung sisi keluar sudu impeller (D2)
Φ : koefisien tinggi tekan yang nilainya diambil dari nomogram
H : tinggi tekan dinyatakan dalam ft
n : kecepatan putaran dalam rpm
Lebar laluan ujung keluar sudu (b2)
Q* : kapasitas desain pompa ditambah persen kebocoran
D2 : diameter ujung sisi keluar sudu impeller
Vr2 : kecepatan radial pada ujung sisi keluar
ε2 : faktor kontraksi luasan penampang alir fluida pada sisi keluar sudu
Jumlah sudu (z) diberikan oleh rumus Pfleiderer
D1 : diameter ujung sisi masuk sudu impeller
D2 : diameter ujung sisi keluar sudu impeller
βm : rata-rata aritmatik dari sudut kelengkungan sudu di sisi masuk dan keluar βm = (β1 + β2)/2
Faktor kontraksi (ε)
z : jumlah sudu
t : tebal sudu
b : sudut kelengkungan pada lingkar impeller
D : diameter
Segitiga kecepatan dengan koreksi nilai Vu2 (Stepanoff, 1957)
Kontributor: Feri Wijanarko (feriwidjarnako@gmail.com)
aeroengineering services merupakan layanan dibawah CV. Markom dengan solusi terutama CFD dan FEA.
pompa sentrifugal (centrifugal pump)
Pompa sentrifugal dapat dengan mudah dikenali dari bentuk casing yang menyerupai cangkang siput yang disebut gulungan (scroll). Pompa sentrifugal banyak ditemukan di sekitar lingkungan anda seperti mesin pencuci piring, bak mandi air panas, mesin cuci dan pengering pakaian, pengering rambut, dan lain-lain.
Prinsip kerja pompa sentrifugal adalah memanfaatkan gaya sentrifugal yang muncul dari putaran impeller. Gaya sentrifugal adalah gaya semu yang dirasakan oleh benda yang bergerak di jalur melengkung yang bertindak keluar dari pusat rotasi. Fluida cair yang akan dipompa masuk ke saluran inlet terlebih dahulu menuju mata impeller atau pusat poros impeller. Kemudian gaya sentrifugal yang muncul dari putaran impeller akan memengaruhi fluida cair terdorong keluar dari pusat poros menuju saluran outlet pompa. Fluida yang terpompa menuju outlet akan bertambah kecepatan dan juga tekanannya.
Salah satu contoh gaya sentrifugal adalah memutar tali. Ketika tali diputar ada semacam gaya tarikan keluar menuju luar pusat rotasi yang kita rasakan pada pegangan tangan. Jangkauan lemparan tali bisa jauh disebabkan dorongan gaya sentrifugal dan dorongan tangan kita.
Putaran impeller pompa dapat menghasilkan momen gaya (torque) ke fluida cair yang masuk sehingga menciptakan gaya sentrifugal menuju outlet. Momen gaya adalah gaya luar yang menyebabkan benda bergerak melingkar mengelilingi sumbu putarnya.
Pada kasus pompa sentrifugal, momen gaya adalah perkalian cross product antara jari-jari impeller dan perubahan momentum sudut impeller. Karena perubahan momentum sudut impeller arahnya tegak lurus dengan jari-jari, arah momen gaya akan menuju impeller (90 derajat). Perlu diingat bahwa pompa sentrifugal memiliki dua impeller yang berputar bersama yaitu di inlet dan outlet. Jadi total momen gaya pompa adalah pengurangan momen gaya outlet dengan inlet.
Total momen gaya (torsi) pada pompa sentrifugal dirumuskan oleh euler dalam rumus euler’s turbine formula menjadi:
- T shaft = [r2.(m2.V2)]-[r1.(m1.V1)], karena fluida yang dipakai di outlet dan inlet sama, m1=m2=m. lalu menjadi….
- T shaft = m.[(r2.V2) – (r2.V2)]
- T = Total momen gaya (Nm)
- m = laju aliran massa fluida cair (kg/s)
- r1,r2 = Jari-jari impeller inlet (1) dan outlet (2) (m)
- V1,V2 = kecepatan linear yang tegak lurus impeller inlet dan outlet (m/s)
Namun perhitungan analisis pompa sentrifugal di lapangan tidak sesederhana itu. kompleksitas gaya-gaya yang muncul sangat rumit jika dimodelkan ke rumus matematika. Metode yang biasa digunakan untuk menganalisis aliran-alira gaya pompa adalah metode CFD. CFD adalah metode simulasi aliran fluida pada rancangan menggunakan komputer.
>> PELAJARI SELENGKAPNYA MENGENAI SIMULASI CFD PADA POMPA SENTRIFUGAL!
Kontributor: Daris Arsyada
aeroengineering services merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA.
Sumber:
Cengel, Yunus A dan John M Cimbala. 2006. Fluid Mechanics: Fundamental and Application. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.
https://www.kompas.com/skola/read/2020/10/08/135222369/percepatan-sentripetal-pada-gerak-melingkar-beraturan?page=all (diakses pada tanggal 1 April 2021)