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.
Perhitungan Kekuatan Struktur Pipa
Sistem perpipaan adalah suatu sistem yang sering digunakan untuk memindahkan fluida maupun campuran fluida dari suatu tempat ke tempat yang lain. Dalam dunia industri sistem perpipaan banyak digunakan untuk membantu proses produksi. Pipa – pipa yang digunakan umumnya sudah dirancang sedemikian rupa, sehingga umur kerjanya mencapai jangka waktu tertentu yang diharapkan mencapai 100.000 jam operasi (API Recommended 530). Semua pipa yang bekerja pada suhu tinggi tentu saja dalam kondisi aman.
Suatu keadaan atau masa kerja yang cukup lama terjadi, dapat menyebabkan perubahan kekuatan – kekuatan mekanis dari sistem perpipaan, yang akan mengakibatkan terjadinya kerusakan fatal. Diperlukan inspeksi yang optimal agar keadaan tersebut dapat terdeteksi sedini mungkin. Kerusakan – kerusakan yang mungkin terjadi, yaitu: korosi sehingga pipa dapat berlubang, menipis, dan retak.
Pada pipa air yang sedang mengalir dapat menyebabkan bahaya, jika katup turbin secara tiba – tiba ditutup, karena menimbulkan dorongan air yang mengakibatkan bertambahnya tekanan dalam pipa. Demikian pula, jika katup terbuka secara tiba – tiba saat air tidak mengalir/diam, yang dapat menimbulkan kehampaan (vacuum). Kedua peristiwa ini dapat mengakibatkan kerusakan pada pipa, pertama karena bertambahnya tekanan yang terlalu besar dan peristiwa kedua karena memperoleh tekanan udara dari luar.
Bila air dalam pipa mempunyai kecepatan v dan katup turbin secara tiba – tiba ditutup maka timbul gaya (F) sebesar: F=m.a=m ΔV/ΔT=(m(v_2-v_1))/Δt . v2 menjadi nol, sehingga: F=(m-v)/Δt (arah gaya berlawanan dengan arah aliran). Gaya F=(l . A . ρ_v)/∆T (A = luas penampang pipa, ρ = massa jenis, l = panjang kolom air yang terhenti selama waktu Δt).
Tambahan tekanan oleh gaya tersebut adalah: p= F/(A )=(l . ρ . v)/Δt
h tambahan =p/(ρ . g)=(l . v)/( g . Δt)
Jadi, semakin kecil Δt maka semakin besar tambahan tekanan nya. Pada umumnya, kekuatan pipa dapat ditetapkan berdasarkan pipa tipis, yaitu bahwa tegangan tangensial terbagi rata pada tebal pipa. Pipa dinamakan tipis jika (d (diameter))/(δ (tebal pipa))= ≥20.
Perhatikan keseimbangan suatu elemen seluas du . dz
N = p . du . dz dengan p adalah tekanan air. p = H . ρ . g besarnya H adalah tinggi hidrostatis ditambah pengaruh dorongan air. Tegangan σ menimbulkan gaya sebesar σδ dz. Resultan gaya ini adalah 2σδ dz sin1/2 dφ.
Bila p diketahui dan σw sebesar tegangan yang diperbolehkan maka δ = (p .d)/(2σ_w ) (untuk pipa utuh). Saat ini, umumnya menggunakan pipa yang dilas, sehingga δ = (p .d)/(2〖 φ σ〗_w ) dengan φ ditetapkan berdasarkan kekuatan las, yaitu: φ = 0,85 – 0,95. Dengan kemajuan teknik las, cp juga diambil sebesar satu. Bila pipa dibuat dengan memakai paku keling maka φ = (e – ∆)/e (Δ = diameter paku; e = jarak paku). Besarnya tegangan yang diperbolehkan berdasarkan atas kekuatan baja yang hendak dipakai. Ada beberapa macam baja yang terdapat di pasaran:
Umumnya baja konstruksi adalah Fe 360. Sebaik apapun kualitas suatu pipa baja, pasti akan timbul korosi (karat). Oleh karena itu, pada tebal yang diperhitungkan selalu ditambahkan tebal untuk karat. Tambahan tebal untuk karat sebesar 1 – 3 mm, sehingga: δ = (p . d)/2σ + (1 – 3) mm. Tambahan tebal untuk karat akan menambah kekakuan pipa. Dengan demikian, perhitungan angkutan dan montase atau pemasangan diambil berdasarkan tebal minimum. Tebal minimum untuk pipa adalah:
sampai dengan diameter hingga 0,80 m 5 mm
sampai dengan diameter hingga 1,50 m 6 mm
sampai dengan diameter hingga 2,00 m 7 mm
Pada pipa dengan diameter yang lebih besar diberi penguatan, agar pipa pada pengangkutan dan pemasangan tetap kaku. Perlu diperhatikan juga bahwa pipa tipis berdiameter besar berisi sebagian dengan air dapat menyebabkan bahaya saat pipa sedang diisi atau dikosongkan.
Meskipun perhitungan secara manual seperti di atas dapat dilakukan, namun seringkali desain dari pipa dan komponen-komponen seperti flange, valve, dan lain sebagainya saling berinteraksi mengakibatkan tegangan sekunder, dan hal ini membuat perhitungan analitis tidak mungkin untuk dilakukan. Salah satu metode yang paling umum adalah menggunakan Finite Element Method (FEM), yaitu menggunakan metode numerik yang diselesaikan dengan bantuan komputer. Untuk mempelajari selangkapnya tentang FEM >>Klik di sini!
Kami juga menyediakan solusi yaitu training dengan topik-topik seputar pipa dengan trainer yang sudah sangat berpengalaman di bidangnya untuk meningkatkan skill dan kompetensi anda sebagai seorang engineer profesional. Berikut adalah beberapa topik training terkait topik pipa:
>> TRAINING PIPING AND PIPELINE TECHNOLOGY
>> FLUID FLOW CHARACTERISTIC AND PIPING
Kontributor: Feri Wijarnako (feriwijarnako@gmail.com)
aeroengineering services merupakan layanan dibawah CV. Markom dengan solusi terutama CFD/FEA.
