Upload
aria-ardiansyah
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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 ⁄
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
9/23
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
12/23
= , ⁄ /, ⁄⁄ , ⁄ , = 17,600 . ⁄ = 32,0 ℎ
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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, = = ( )
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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 ⁄
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
20/23
TURBIN IMPLUS VS TURBIN REAKSI
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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
8/18/2019 MekFlu2 Tugas Aria Ardiansyah 1304102010088
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.