PERANCANGAN F A N ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

Transkripsi

1 PERANCANGAN F A N ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L

2 I. PENDAHULUAN

3 FAN, BLOWER & KOMPRESOR Di bedahkan oleh metode yang digunakan untuk menggerkan udara, dan oleh tekanan sistim operasinya. ASME (The American Society of Mechanical Engineers) menggunkan rasio spefik, yaitu tekanan pengeluaran terhadap tekanan hisap, untuk mendefenisikan fan, blower dan kompresor (lihat tabel.5.9) Tabel.5.9 Perbedaan fan, blower dan kompresor (ganasean) Nama Alat Perbndingan spesifik Kenaikan tekanan (mm WG) Fan Sampai 1, Blower Sampai 1,11 sampai 1, Kompresor Lebih dari 1,20 -

4 Jenis- Jenis Fan Terdapat dua jenis fans, yaitu ; (i) Fans aksial, menggerakkan aliran udara sepanjang sumbuh fans (terpasang pada poros berputar) (ii) Fans sentrifugal, menggunakan impeler berputer untuk menggerakan aliran udara,

5 1. FAN AKSIAL Cara kerjanya fan seperti impeller pesawat terbang; blades fan menghasilkan pengangkatan aerodinamis yang menekan udara. Fan aksial meliputi ; Impeller Pipa aksial Impeler aksial

6

7

8 2. FAN SENTRIFUGAL Fans sentrifugal (gambar.5.16) meningkatkan kecepatan aliran udara dengan impeller berputar, Kecepatan meningkat sampai mencapai ujung blade dan kemudian diubah ke tekanan. Fan ini mampu menghasikan tekanan tinggi, dan cocok untuk kondisi operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu yang tinggi, aliran udara kotor atau lembab dan handling padatan yang terbang (debu,serpih kayu, dan skrap logam).

9 Gambar Kompenen-kompenen Fans strifula (i. udara masuk/gas inlet, ii. Motor(roda fans/fans wheel), iii. Rumah fans/housing, dan iv udara keluar/gasout) Kompenen-komponen Fans sentrifugal terdiri dari : o Motor (meliputi, roda fan, impelleer yang terdiri dari sejumlah blade dipasang di sekitarnya), o rumah/housing, dan o inlet dan oulet fan,

10 Gambar.5.22 Fan sentrifugal Impeller Gambar.5.23 Tipe Fan sentrifugal dan aksials

11 Gbr, Centri fugal Fan Komponen

12 Gbr, 2 contoh Fans Gr, 3 tipe roda fan [Gambar 3 (c)], yang sering digunakan pada partikulat-sarat aliran gas karena ini yang paling tidak sensitif terhadap padatan membangun-up pada pisau.

13 JENIS-JENIS BLOWER Blower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi dari fan, sampai 1,20 kg/cm 2, dan dapat digunakan untuk menghasilkan tekanan negative untuk sistim vakum industri. Ada Dua Jenis Blower, yaitu ; (i) blower sentrifugal, dan (ii) blower positive displament

14 Blower Sentrifugal Blower sentrifugal terlihat seperti pompa sentrifugal dari pada fan. Impellernya digerakan oleh gir yang berputar rpm. Pada blower multi tahap, udara dipercepat setiap melewati impeller. Pada blower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyak belokan, sehingga lebih efisien Gambar.5.24 Tekanan Blowers tahap tunggal

15 Blower jenis positive Diplasement Blower jenis ini memiliki o motor, yang menjebak udara dan mendorongnya melalui rumah o o o o blower. volum udara yang konstan tekanan pada sistimnya bervariasi. Putaran tinggi dari blower sentrifugal (3.600 rpm) digerakan dengan belt untuk mengfalitasi perubahan kecepatan Cocok digunakan untuk sistim yang cenderung terjadi penyumbatan, karena dapat menghasikan tekanan yang cukup (biasanya sampai mencapai 1,25 kg/cm 2 ) untuk menghebus bahan-bahan yang menyumbat sampai tak terbebas..

16 Tipe fan Batas Peak Efisiensi Fan sentrifugal : Airfoil, backward curved/inclined Modified radial Radial Pressure blower Forward curved Fan Aksial Vanaxil Tubeaxial Propoller 45 50

17 2. FAN SECTION

18 Fans - Prinsip Operasional Tujuan Gunakan hukum fans untuk menjelaskan hubungan antara parameter ventilasi industri: kecepatan, laju aliran udara, dan fan tekanan statis. Nama dua parameter yang paling penting untuk dipertimbangkan saat memilih sebuah fan yang sesuai untuk sistem pengendalian pencemaran udara. Jelaskan bagaimana perubahan dalam perlawanan sistem dan kondisi fans yang bekerja dapat mempengaruhi dasar operasi itik dan laju aliran gas. Jelaskan bagaimana perubahan dalam laju aliran gas dan fans untuk meningkat tekanan

19 2.1. KONSIDERASI FANS SELECTION Kapasitas dari fan, sangat berhubungan dengan : Besarya debit yang dihisap atau Flow rate (Q), yaitu aliran udara aktual yang dihisap atau aktual cubic feet per menit (Cfm) masuk kedalam Fan (fan-inlet) Tekanan, yang dimaksudkan adalah Tekanan Statik Fan atau Fan Static Pressure (FSP) dan Tekana Tokanan Fan atau Fan Total Pressure (FTP), dalam in WG, Dengan Standar kondisi (0,075 lbm/ft 3)

20 Tabel,- 1 Karakteristik Fan Aksial Jenis fan Kelebihan kelemahan (1) (2) (3) 1. Fan propeller Menghasilkan laju aliran udara yang tinggi pada tekanan rendah Efisiensi energy relative rendah Tidak membtuhkan saluran kerja yang luas (karena tekanan yang dihasilkan lbih kecil) Murah, karea kontruksinya sederhana Mencapai efesiensi maksimum, hamper seperti aliran yang mengalir sendiri, dan sering digunakan pada ventilasi atap Dapat mnghasilkan aliran dengan arah Bising berlawanan, yang membantu dalam Gambar Fan propeller penggunaan ventilasi

21 (1) (2) (3) Fan pipa aksial, Tekanan lebih tinggi dan efisiensi Relatif mahal prinsinya dimana fan operasinya lebih baik dari pada fan Tingkai propoler ditemapatkan propoler kebisingan dan dibagian dalam Cocok untuk tekanan menengah, aliran udara selinder. penggunaan laju aliran udara yang tinggi sedang Dapat dpercepat sampai sampai ke nilai Efesiensi energy kecepatan tertentu(karena putaran relative lebih massanya rendah) dan menghasikan rendah (65 %) aliran pada arah berlawanan, yang berguna dalam berbagai penggunaan ventilasi Menciptakan tekanan yang cukup untuk Gambar 5.14 Fan tabung aksila mengatasi kehilangan di saluran dengan ruang yang relative efisien, yang berguna untuk pembuangan Fan dengan balingbaling Gabar Fan poropeller 1. Cocok untuk tekanan sedang sampai dengan tekanan tinggi(sampai 500 mm WC) pada buangan boilerinduced draft 2. Dapat dpercepat sampai sampai ke nilai kecepatan tertentu(karena putaran massanya rendah) dan menghasikan aliran pada arah berlawanan, yang berguna dalam berbagai penggunaan ventilasi 3. Cocok untuk hubungan langsung ke as motor 4. Kebanayakan energinya, efisiensi (mencapai 85 % jika dilengkapi dengan fan air foil dan jarak ruang yang kecil) 5. Relative mahal dibandingkan fan impeller

22 Tabel-2, Centrifugal fan, terdiri atas lima klasifikasiyaitu: 1.. Tipe Forward Curved Gambar.5.17 Fan Forward Curve 1.2. Tipe Radial Blade Gambar 5.18 Radial Blade Pada fan tipe ini roda-roda yang terdapat didalamnya berukuran kecil dan membelok kedalam searah dengan arah rotasi roda-roda. Fan ini beroperasi pada kecepatan yang relatif rendah. Jenis fan ini biasa juga disebut sebagai squirrel cage wheel.tipe ini biasa digunakan pada kegiatan proses pemanasan dengan tekanan rendah, ventilasi dan pendingin ruangan seperti pada tungku pembakaran domestik dan pada alat pendingin lainnya. Pada fan tipe ini roda-roda yang terdapat didalamnya berbentuk seperti paddle. Blade yang ada memiliki arah tegak lurus dengan arah rotasi fan. Fan ini cenderung beroperasi pada kecepatan yang sedang.tipe ini biasa digunakan pada kegiatan material handling, memiliki bentuk yang kokoh serta mudah untuk diperbaiki dilapangan. Jenis fan ini juga digunakan pada industri yang membutuhkan tekanan yang tinggi.

23 1.3. Tipe Backward Inclined Gambar 5.19 Fan Backward Inclined 1.4. Tipe Airfoil Blade Gambar.5.20 Fan Airfoil Blade Pada fan tipe ini roda-roda yang terdapat didalamnya berbentuk rata dan memiliki arah yang condong dan menjauhi arah dari rotasi roda. Fan ini cenderung beroperasi pada kecepatan yang tinggi. Tipe fan ini lebih efisien daripada kedua jenis fan diatas. Tipe ini biasa digunakan pada pemanas biasa, ventilasi dan sistem pendingin udara. Digunakan pada berbagai kegiatan di industri, dimana jenis airfoil blade tidak dapat digunakan karena memiliki kemungkinan terkena korosi akibat debu halus. Walaupun tipe fan ini bukan tipe yang umum, namun tipe ini merupakan tipe penyempurnaan pada desain tipe Backward Inclined. Fan ini memiliki efisiensi yang paling tinggi dan cenderung memiliki kecepatan yang lebih cepat. Tipe ini biasa digunakan pada industri yang memiliki keadaan udara yang cukup bersih. Selain itu jenis fan ini dapat dirancang dengan konstruksi khusus pada udara yang berdebu.

24 1.5. Tipe Radial Tip Gambar.5.21 Fan Radial Tip Pada tipe fan ini roda-roda yang terdapat didalamnya memiliki bentuk yang cenderung melengkung ke arah rotasi roda-roda tetapi blade yang terdapat didalamnya bersandar kebawah, sehingga bagian luarnya akan mencapai posisi radial. Fan ini berkerja dengan kecepatan yang hampir sama dengan fan backward inclined. Tipe ini juga dirancang untuk menangani pada kegiatan material handling atau pada kegiatan yang menyebabkan erosive, dan juga lebih efisien daripada blade radial.

25 Untuk melihat Karakteristik kelebihan dan kelemahan fan sentrifugall, diringkas pada tabel -3. Jenis fan dan blade Kelebihan Kelemahan Fan radial dengan blades datar (1) (2) (3) Cocok untuk tekanan statis tinggi (sampai 1400 mm WC) dan suhu tinggi. Rancangan sederhana sehingga dapat dipakai untuk unit penggunaan khusus Dapat beroperasi pada aliran udara yang rendah tanpa masalah getaran/vibrasi Sangat tahan lama Efisiensi mencapai 75 % Memiliki jarah ruang kerja yang lebih besar yang berfungsi untuk handling padatan yang terbang (debu, serpih kayu, dan skrap logam) Hanya cocok untuk laju aliran udara rendah sampai sedang Fan yang melengkung kedepan, dengan blade yang melengkung kedepan 1. Dapat mengerakan volume udara yang besar terhadap tekanan yang relative rendah 2. Ukurannya relative kecil 3. Tingkat kebisingan rendah (diakibatkan rendahnya kecepatan) dan sangat cocok untuk pemanasan perumahan, ventilasi dan penyejuk udara Hanya cocok untuk layanan yang bersih, untuk layanan kasar, dan bertekanan tingggi Keluaran fan sulit untuk diatur secara tepat Penggerak harus dipilih secara hati-hati untuk menghindarkan beban motor lebih, sebab kuva daya meningkat sejalan dengan aliran udara Efisiensi energy relative rendah (55 65 %)

26 (1) (2) (3) Dapat beroperasi dengan perubahan tekanan statis (asalkan bebannya tidak berlebih ke motor) Backward inclined fan, dengan blades yang miring jauh darai arah perputaran ; datar, lengkung, dan airfoil Cocok untuk sisitim yang tidak menentu pada aliran udara yang tinggi Cocock untuk layanan forced draft Fan dengan balade datar lebih kuat Fan dengan blades lengkung lebih efisien (melebihi 85 %) Fan dengan blades air foil yang tipis adalah yang paling efisien Tidak cocok untuk aliran udara yang kotor (karena fan mendukung terjadinya penumpukan debu) Fan dengan blades air foil kurang stabil karena mengandalkan padapenangkatan yang dihasilkan oleh setiap blade Fan blades air foil yang tipis akan menjadi sasaran erosi.

27 2.1 Pengurangan Faktor Fisik Bunyi yang bersumber dari Fan, baik lewat tali sabuk mengirimkan energi mekanik dari motor ke fan, roda fan, diameter puli, kontruksi fan, dan putaran motor (rpm), dapat menimbulkan bising antara ( ) dba, Untuk memenuhi kabilitas, flow rate, tekanan dan efisiensi Fan dalam persamaan-1. BPF = Rpm * N * CF (1) Dimana : BPF = blade passage frequency, Hz Rpm = Rotasi permenit, rpm N = Jumlah blade CF = Conversion factor = 6356 atau 1/60

28 2.2. Tekanan Total Fan Tekanan Total Fan (FTP) merupakan kebutuhan energi untuk mengerakan udara melalui sistem ventilasi. Tekanan total fan sering disebut sebagai penurunan total fan tekanan statis. FTP = TP outlet - TP inlet FTP =( SPout + VP out )- (SPinlet + VP inlet). (2) FTP = SPout - SPin Fan SP = SP outlet - SP inlet - VP inlet (3)

29 Contoh Dari data : Dari gambar -4 SP out = wg SP in = wg VP in = 1,1383 wg Gbr, 4 Fan SP = SP outlet - SP inlet - VP inlet = (-4216) - 1,1383 = 8.88 wg

30 Fan Static Pressure/ Takanan statik Fan Tekanan statik keluar dari fan didefinisikan sebagai tekanan total fan dikurangi tekanan kecepatan rata-rata keluar dari fan FSP = Fan TP - VP out

31 Dari data : VP out = wg FSP = Fan TP - VP out Fan TP = F SP + VP out = = 9.87 wg

32 Untuk menghitung koefisien efsiensi dari fan, untuk mendapat besara tenaga atau daya yang dibutuhkan untuk menarik udara dari Hood, ke pembersih udara/partikulat ke Fan (fan-inlet), dengan menggunakan persamaan (4) Ƞ = Q * FTP = Q * (FSP + VP 0ulet ). (4) CF *PWR CF * PWR Dimana Ƞ = mechanic eficiensy, garafik-1 Q = volumetric rate, chm FTP = fan tekanan total FSP = fan tekanan static PWR= power rekruitmen, HP CF = Konfersi factor, 6356

33 Fan TP = 9,81 Grafik-1, Mecahanical Eficiency

34

35 Commercial Fan Curves

38 Six-and-Three Rule

39 Dari persamaan persamaan (4), dapat dihitung PWR, persamaan 5 PWR= Q * FTP =. (5) 6356 * Ƞ PWR= * 9,87 = 2,48 HP 6356 * 0,75 Putaran motor = rpm pada grafik Bila diketahu i Ƞ = mechanic eficiensy = 75 % Q = volumetric rate = chm FTP = fan tekanan total = 9.87 wg

40 Air Horsepower Menhitung besarnya daya untuk Fan. Hp = ( FanTP * Q * d)/ Fan TP = Fan Tekan Total Q = volumetric rate, cfm Hp = hourse pawer 6356 = confersi faktor d = density correction factor

41 Shaft Horsepower Besar daya Fan aktual atau Shaft horsepower SHP, ditambah kehilangan pada poros/dirve losses, bantalan/bearing, dan katrol antara kipas dan poros motor. SHP = BHP * Kdl Kdl = 1,10, 1,30 motor < 2 HP, dan 1,05 u/ direct dirve

42 What is the required power for the system and what rated power motor would you use? FanTP = 5.0 in. w.g., Q = scfm ME = 0.60, Kdl = 1.10, d = 1, f = 6356

43 Exercise 8-7 Estimate the ahp, bhp, shp, and the rated power motor you would choose for the following system. Fan TP = 10.0 in. w.g., Q = 5000 scfm Kdl = 1.15, STP(densitas =1), Cf = 6356, Mechanical Eficiency = 0.65

44 Fan Laws

45 1. Fans Sentrifugal Sabuk mengirimkan energi mekanik dari motor ke fan. Kecepatan roda kipas hanyalah rasio dari diameter roda kipas dengan diameter puli katrol sheave bermotor sebagaimana ditunjukkan dalam persamaan.5.1. Rpm fan = Rpm motor x D motor (5.1) D fan Dimana: Rpm fan = fan speed, revolution per menit Rpm motor = motor speed, revolution per menit D fan = diameter of fan sheave, inches D motor = diameter of motor sheave, inches

46 Hubungan Putaran Kipas (Fan Sped) dan Laju Alir Gas (airflow rate) Putaran kipas, dinyatakan sebagai putaran per menit (rpm), Laju aliran udara bergerak melalui kipas tergantung pada kecepatan rotasi roda kipas. Dengan meningkatnya putaran, tingkat aliran udara meningkat seperti ditunjukkan dalam contoh data pada

47 Adalah penting untuk mengakui bahwa penurunan 10% dalam hasil kecepatan kipas penurunan 10% dalam tingkat aliran udara melalui sistem ventilasi. Hubungan ini dinyatakan dalam hukum kipas angin pertama. Q 2 = Q 1 (rpm 2 /rpm 1 ) (2) Dimana: Q1 = Baseline air flow rate, ACFM Q2 = New airflow rate, ACFM Rpm1 = Baseline fan wheel rational Rpm2 = New fan wheel rotational speed, revolution per menit