MESIN-MESIN FLUIDA Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 1
Mesin-Mesin Fluida : Pendahuluan an Mesin yan diperunakan untuk menubah eneri mekanik menjadi eneri aliran atau sebaliknya. Contohnya : E. Mekanik E. aliran : Pompa, kompresor E. Aliran E. Mekanik : Turbin air,as,uap Mech. En. Depth. Gadjah Mada University
Penertian : Impact of Jet Pancaran (jet) dari suatu fluida selalu mempunyai kecepatan, oleh karena itu jet jua memiliki eneri kinetik. Jika ada penhalan yan berada pada lintasan erak dari pancaran maka akan menerima aya dinamik (dynamic force) yan disebut sebaai impact of jet. Impact of jet dibai : 1. Tekanan pada plat diam. Tekanan pada plat bererak 3. Tekanan pada Fixed Curved Vane 4. Tekanan pada Movin Curved Vane 5. Tekanan pada Radial Vane Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 3
1. Tekanan pada Plat Diam a. Plat berdiri teak lurus ( vertikal ) Pancaran air meninalkan plat secara tanensial setelah menabrak plat, sehina momentum jet pada arah normal ( ) pada plat menjadi nol a penampan melintan pancaran (m ) V kecepatan pancaran (m/sec) berat / waktu Maka ωav (k) Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 4
Gaya normal pada plat laju perubahan momentum perubahan momentum / sec massa fluida yan menumbuk plat / sec x perubahan kecepatan normal terhadap plat F x( v 0) wav xv wav k Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 5
b. Pada Plat Mirin Jika plat pada posisi mirin terhadap arah pancaran dan membentuk sudut θ, maka aya dapat dipisahkan menjadi komponen normal. (a) (b) Dari ambar aya yan dipakai oleh pancaran x ( v 0) k Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 6
Gaya yan dipisahkan oleh pancaran pada arah normal plat (( Gambar b) ) wav F xvx sinθ sinθθ Gaya normal F dapat dipisah menjadi komponen Fx dan Fy Gaya yan dipisahkan i pancaran pada arah aliran Fx F sin θ wav wav sinθxsinθ sin θ Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 7
Pada arah yan sama, aya yan dipisahkan pancaran pada arah normal dari aliran, Fy Fy F Cos θ wav wav sinθx cosθ sinθ cosθ wav sin θ Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 8
. Tekanan pada Plat bererak a. Plat teak lurus ( Vertikal ) Ketika plat jua bererak pada arah pancaran denan kecepatan u, maka kecepatan ketika air menabrak akan menjadi kecepatan relatif (V-u) dan mempunyai kecepatan u setelah menabrak plat. massa air menabrak plat / detik wa ( V u) Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 9
jadi aya pada plat massa air / sec x perubahan kecepatan wa( V u) wa( V x ( v u ) x ( V u) ) denan kerja yan dilakukan oleh jet aya x jarak wa ( V u ) xu k.m/sec u) k Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 10
effisiensi i i jet : enerikinetikjet / sec ker jajet / sec dimana eneri kinetik, jet / sec : 1 mv / sec Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 11
b. Plat Mirin Disini posisi plat dalam keadaan mirin, denan θ adalah axis dari jet. Gaya normal pada plat massa x perub.kecep pada arah normal plat x( v u) sinθ wa ( V u) ) x( V wa( V u) sinθθ u)sinθ Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 1
c. Pada Plat Bererak Sinle movin flat plate termasuk kasus yan komplek, dikarenakan plat bererak menjauhi jet dan sebelumnya jet tidak dapat menabrak plat secara continu. Pada kelilin dari wheel dipasan plat dan jet Tumbukan antara jet denan menabrak baian palin bawah dari plat vertikal. plat dan plat bererak denan kecepatan u m/s. Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 13
Berat aktual air yan menabrak plat berat air dari nosel wav k/sec aya normal pada plat wav F ( V u) k kerja yan dilakukan oleh jet Gaya x perubahan jarak /sec mav x( V u) xu m-k/sec input dari jet Eneri Kinetik dari jet/sec 1 wav x xv m-k/sec Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 14
effisiensi dari Roda (heel) orkdone EneryInput ( V u) u wa( V u) xu 3 wav.pers 1 V untuk mendapatkan effisiensi maximum, diunakan differential du d ( Vu du u ) 0 V - u 0 u substitusikan ke pers.1 V Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 15
Maka effisiensi max ηmax ( V V u ) u V V V x V 1 ηmax 0,5 ( 50% ) Jadi effisiensi maximum yan dapat dihasilkan oleh wheel tipe ini hanyalah 50 % Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 16
3. Tekanan pada Fixed Curved Vane V1 kecepatan jet pada inlet V kecepatan jet pada outlet α Sudut antara V1 denan ab ab β Sudut antara V denan (a) (b) Deflection dari jet adalah 180 -( α + β ) a luas dari jet Berat cairan strikin/sec Gaya perubahan momentum/sec Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 17
Denan melihat Δs (a) dan (b) F x massa x perubahan kecepatan pada arah x x( V1 cosα ( V cos β )) - ve sama denan V yan berlawanan arah F y x( V1 cosα + V cos β ) x ( V1 sinα V sin β ) Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 18
4. Tekanan pada Movin Curved Vane Jika curved vane bererak pada arah xy denan kecepatan u dan jet menenai vane sebelumnya denan kecepatan V, maka kecepatan fluida pada blade adalah resultan dari dua kecepatan tersebut. Kecepatan antara jet denan vane pada entrance adalah Vr. Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 19
Kecepatan absolute dipisahkan menjadi dua komponen, komponen horizontal Vw disebut sebaai kecepatan putaran sedankan Vf sebaai kecepatan aliran. Dimana V kecepatan absolute jet pada inlet V 1 kecepatan absolute jet pada outlet Vr kecepatan relative jet pada inlet Vr 1 kecepatan relative jet pada outlet Vf kecepatan aliran pada inlet Vf 1 kecepatan aliran pada outlet u kecepatan vane Vw kecepatan putaran inlet Vw 1 kecepatan putaran outlet α sudut antara a V denan u β sudut antara V 1 denan u θ sudut antara Vr denan u Φ sudut antara Vr 1 denan u 1 Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 0
Jika air masuk dan keluar lewat vane tanpa uncanan, sudut blade antara inlet dan outlet harus sama denan θ dan Φ. Besarnya a aya a pada vane pada arah pererakan perubahan momentum/sec ( V w ( V w 1)) ( V w + V w 1) dimana berat fluida yan menalir pada vane/sec, - Vw1 sama denan punya arah yan berlawanan arah denan putaran vane. Jika Vw1 adalah arah kecepatan vane, F ) ( V w V w 1 Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 1
Kerja yan dilakukan vane / sec x u ( V w + V w1) Jika Vw 1 adalah arah kecepatan vane maka, Kerja /sec ( V ) w V w 1 x u Akan tetapi kerja jua sama denan perubahan eneri kinetik Kerja / sec V V1 ( V V1 ) Kerja 1 Eneryyan di supli lai effisiensi V 1-1 η V ( V V xv ) V V1 Mech. En. Depth. Gadjah Mada University V V
5. Tekanan pada Radial Vane Dimana r jari-jari pada entrance r1 jari-jari pada exit ω kecepatan anular roda u ω.r kecepatan tanensial blade pada inlet u1 ω.r 1 kecepatan tanensial blade pada outlet Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 3
Denan pertimbanan 1k cairan dan semua kecepatan pada arah pererakan dari roda ialah positif. momentum tanensial dari cairan yan masuk ke sudu V w per k of liquid. V w1 r Gaya dari momentum pada exit 1 per k of liquid. Torsi pada pada roda perubahan aya momentum V V w1 r w 1. r 1. 1. 1 Kerja yan dilakukan roda torsi x kecepatan anular V V w r w r ϖ. r Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 4
Akan tetapi ω.r r u dan ω.r r 1 u 1 V xu Vw 1. xu.d w 1 Jika cairan meninalkan sudu pada arah yan berlawanan denan sudu Vw 1 adalah neatif Vwxu Vw 1. xu1.d. + Jika cairan yan keluar adalah radial pada outlet, β 90 dan Vw 1 0maka.D.on the heel V w xu per k cairan Mech. En. Depth. Gadjah Mada University 5