BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang"

Suhendra Rachman
6 tahun lalu
Tontonan:

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Ejector adalah salah satu jenis mesin fluida yang banyak digunakan untuk mendukung salah satu proses pada industri, antara lain: proses vacuum destilation, pompa untuk fluida berbahaya (Tesar, 2011), desalination (Yuan, dkk, 2011; Khumar, dkk, 2005; El-Nashar A.M,dkk, 1984, micro bubbles generator (Evans, dkk, 1996), refrigeration (Ruangtrakoon, 2011; Huang dkk, 2010; Butterworth dan Sheer, 2007; Chunnanond, dkk, 2004), pengolahan dan pengawetan produk pangan (McDonald, dkk, 2000), pemotongan material (Osman, dkk, 2004), mixer (Balamurugan, dkk, 2007; Evans, dkk, 2001), passive core injection system (Narabayashi, 2000). Berdasarkan aplikasi ini, secara fungsi ejector dapat bekerja sebagai compressor, vacuum pump, mixer, bubble generator, booster pump. Ejector juga mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan mesin fluida lain, yaitu: mampu beroperasi dengan fluida multi fase, konstruksinya relatif sederhana, perawatan relatif mudah, dan pengadaan relatif murah. Berdasarkan fase fluida yang digunakan pada ejector dikenal beberapa jenis ejector, yaitu: liquid-liquid ejector, gas-gas ejector, gas-liquid ejector, dan liquid-gas ejector. Pada proses-proses tekanan rendah atau vacuum banyak digunakan liquid-gas ejector sebagai vacuum pump, sebagaimana pada proses flash desalination dan proses vacuum frying. Flash desalination adalah metode pemurnian air laut menjadi fresh water dengan cara menguapkan air laut pada tekanan di bawah tekanan atmosfir (Khumar, dkk, 2005). Proses vacuum frying adalah metode pengolahan produk perkebunan di bawah tekanan atmosfir untuk menghasilkan hasil olahan berkualitas tinggi. Pemilihan liquid-gas ejector pada proses ini dengan pertimbangan antara lain: ejector mampu bekerja dengan baik pada fluida multi fase, fluida yang bersifat korosif, dan tidak memerlukan pelumasan. 1

2 2 Ditinjau dari kontruksinya, ejector merupakan vacuum pump yang paling sederhana dibandingkan dengan vacuum pump jenis: sentrifugal, aksial, twoimpeller straight lobe, helical lobe, reciprocating, sliding-vane rotary, rotary oilsealed, rotary piston type. Kesederhanaan tersebut tercermin dari kontruksi ejector yang terdiri dari: nozzle, vacuum chamber, throat, dan diffuser. Konfigurasi bagian-bagian tersebut diperlihatkan pada Gambar 1.1. Prinsip kerja ejector adalah berdasarkan pada transfer momentum antara aliran motive fluid dengan suction fluid yang terjadi di dalam suction chamber dan throat. Transfer momentum di dalam throat menyebabkan terjadinya perubahan tekanan dan mixing. Mixing antara liquid dan gas yang terjadi pada throat mengakibatkan perubahan pola aliran jet flow menjadi froth flow. Perubahan pola aliran ini melalui mekanisme plunging jet (Cunningham, dkk, 1974; Biswas, dkk, 1981; Brahim, dkk, 1984; Cramer, 1992; Balamurugan, 2007; Dvorak, 2007; Rahman, dkk, 2010; Daru dkk, 2012). Gas (Suction fluid) Gambar 1.1 Skema konstruksi liquid-gas ejector.

3 3 Permasalahan umum yang terjadi pada mesin-mesin fluida yang berhubungan dengan kinerja adalah efisiensi yang cenderung rendah. Penyebab hal ini diduga sebagai akibat dari proses konversi energi yang tidak maksimum dan rugi-rugi aliran yang cenderung besar. Permasalahan yang serupa juga terjadi pada ejector. Kinerja ejector dipengaruhi oleh faktor transfer momentum (Rahman dkk, 2010; Elger, D.F., dkk, 1994; Brahim, dkk, 1984) dan rugi-rugi aliran yang terjadi akibat skin friction dan drag (Neve, 1991; Ando, dkk, 2007; McDonald, 1966). Berbagai penelitian mengenai liquid-gas ejector telah dilakukan, antara lain: mengenai rugi-rugi aliran yang terjadi pada beberapa bagian, yaitu: nozzle, suction chamber, throat, dan diffuser. Berdasarkan literatur ilmiah yang telah ditemukan, penelitian mengenai nozzle, suction chamber, throat telah banyak dilakukan, namun penelitian mengenai perlakuan diffuser pada liquid-gas ejector masih sedikit ditemukan. Pemetaan permasalahan yang berhubungan dengan komponen utama liquidgas ejector menggambarkan bahwa beberapa penelitian mengenai diffuser dilakukan secara terpisah dan terbatas pada fluida berfase tunggal (Lampiran 1). Penelitian mengenai pengaruh rugi-rugi aliran pada diffuser yang digunakan pada liquid-gas ejector sebagai vacuum pump, peneliti hingga saat ini belum menemukan. Berdasarkan hal ini, maka penelitian pada diffuser menjadi perlu dilakukan untuk mengungkapkan dan memahami akibat dari rugi-rugi aliran pada diffuser terhadap kinerja liquid-gas ejector sebagai vacuum pump untuk berbagai kondisi operasional. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang masalah dapat dipahami bahwa untuk meningkatkan kinerja liquid-gas ejector dapat dilakukan dengan cara menurunkan rugi-rugi aliran pada diffuser. Hambatan aliran pada diffuser salah satu penyebabnya adalah adverse pressure gradient yang memicu terjadinya sirkulasi aliran. Ada beberapa metode yang dapat diterapkan untuk menurunkan

4 4 hambatan aliran pada diffuser yang disebabkan oleh sirkulasi yaitu: metode injeksi aliran pada lokasi sirkulasi (Duggin, 1977; Nishi, 1998), mengarahkan aliran dengan swirl generator (Gulich, 2010; Sheen H.J, dkk, 1994; Shimizu, dkk, 1982), membentuk luas penampang diffuser bertambah berdasar pada gradien tekanan konstan (Long dan Yang, 2012; Gurulingam dkk., 2012). Pada penelitian ini, metode mengarahkan aliran dengan swirl generator dipilih sebagai metode yang diharapkan mampu memberi dampak perbaikan pada pada kinerja liquid-gas ejector. Pertimbangan pemilihan metode ini berdasarkan pada proses dan kontruksi swirl generator sesuai untuk diaplikasikan pada liquid-gas ejector. Rincian hal-hal yang diusulkan pada perlakuan aliran pada diffuser diperlihatkan pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Metode perlakuan aliran pada diffuser inlet. No Deskripsi Metode yang diusulkan Metode perlakuan aliran pada diffuser inlet 1 Pembangkitan swirl flow Sirip pengarah aliran 2 Geometri Sudut sirip terhadap arah aliran Injeksi fluida arah aksial dan tangensial. (Bosoic, 2010; Duggin,1977). Jumlah dan ukuran nosel (Duggin, 1977). 3 Arah sirip Sirip aksial Sirip radial (Okhio, 1983) Pada Table 1.1 diperlihatkan beberapa metode perlakuan aliran pada diffuser inlet. Metode perlakuan aliran dengan injeksi aliran dan pengarah aliran arah radial tidak memungkinkan untuk diterapkan pada liquid-gas ejector, sehingga diperlukan metode lain yang mampu menghasilkan efek serupa. Metode diusulkan untuk memperlakukan aliran adalah pembangkitan swirl dengan kumpulan sirip bersudut terhadap arah aliran. Keterbaharuan dari pembangkitan swirl adalah pada penelitian ini menggunakan swirl dengan kontruksi yang terdiri dari susunan sirip tipis tersusun annular pada dinding pipa dengan arah membentuk sudut terhadap arah aliran.

5 5 1.3 Asumsi dan Batasan Masalah Batasan masalah yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Fluida yang digunakan adalah air sebagai liquid dan udara sebagai gas. 2. Selama proses berlangsung tidak terjadi perpindahan massa. 3. Selama proses di dalam ejector tidak terjadi perubahan fase. 4. Posisi ejector adalah vertikal dengan arah aliran ke bawah. 5. Fluida dan air bersifat immiscibles 1.4 Tujuan penelitian Tujuan utama penelitian ini adalah memahami pengaruh penggunaan swirl generator sebagai perlakuan aliran pada diffuser pada sistem liguid-gas ejector yang difungsikan sebagai vacuum pump. Untuk mencapai tujuan utama tersebut diperlukan tujuan yang bersifat spesifik yaitu: 1. Mengetahui pengaruh parameter operasional (Debit motive flow dan debit suction flow) terhadap karakteristik liquid-gas ejector ditinjau dari profil distribusi tekanan, pola aliran, dan kinerja (efisiensi dan tekanan vacuum). 2. Mengetahui pengaruh penggunaan swirl generator sebagai pengarah aliran menuju diffuser terhadap karakteristik liquid-gas ejector. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini bermanfaat antara lain: 1. Memperkaya informasi berupa data dalam perencanaaan liquid-gas ejector yang digunakan sebagai vacuum pump. 2. Sebagai salah satu metode untuk memonitor kinerja liquid-gas ejector berdasarkan posisi mixing yang teridentifikasi melalui didtribusi tekanan pada throat. 3. Memberikan informasi pengaruh adanya perlakuan aliran jenis swirl generator pada diffuser inlet terhadap kinerja vacuum pump jenis liquid-gas ejector.

dokumen-dokumen yang mirip

Studi Eksperimen Pengaruh Area Ratio dan Throat Ratio Terhadap Kinerja Liquid Jet Gas Pump

Studi Eksperimen Pengaruh Area Ratio dan Throat Ratio Terhadap Kinerja Liquid Jet Gas Pump Dandung Rudy Hartana 1, Nizam Effendi 2 Jurusan Teknik Mesin STTNAS Yogyakartai 1,2 dandungrudyhartana@yahoo.co.id