Fan Test
BAB I PENDAHULUAN
I. TUJUAN UMUM
1. Setelah kami melakukan praktikum,kami dapat mengerti fungsi dan cara kerja peralatan pengujian Fan.
2. Kami dapat mengenali, memahami, dan mengerti tentang penggunaan Nosel, Nosel, venture, dan orifice untuk mengukur mengukur laju aliran udara.
II. TUJUAN KHUSUS
1.
Setelah melakukan praktikum kami dapat menggambarkan karakteristik tekanan terhadap laju aliran udara untuk putaran tetap. a. Karakteristik daya terhadap laju aliran untuk putaran tetap. b. Karakteristik effisiensi terhadap laju aliran untuk putaran tetap.
2. Kami mampu menganalisis dan mengevaluasi hasil pengujian Fan.
1
Fan Test
BAB II DASAR TEORI
I. PENGERTIAN FAN
Fan adalah alat untuk mengalirkan udara. Karena itu fan dikenal dengan sebutan penukaran, penghembus atau pembuang udara. Alat ini banyak dijumpai pada system ventilasi dan peralatan pendingin udara juga pada instalasi yang mengalirkan udara panas dan gas buang. Selain itu, masih banyak lagi penggunaan fan ini di Industri.Tinggi tekan yang dihasilkan fan, pada umumnya, rendah dibandingkan jenis mesin-mesin pengalir udara yang lain seperti blower dan kompresor. kompresor. Daya masukan yang digunakan diperoleh dari motor listrik. Effisiensi fan adalah perbandingan antara daya aliran udara disbanding daya poros untuk menggerakkan fan. Daya aliran udara yang dihasilkan tergantung pada tekanan dan laju aliran udara.Pada pengujian ini, pengukuran laju aliran udara dapat dipilih menggunakan nosel, venture atau tabung pilot statik.
2
Fan Test
II. KARAKTERISTK SISTEM
Istilah “resistansi sistim” digunakan bila mengacu tekanan statis. Resistansi sistim merupakan jumlah kehilangan tekanan statis dalam sistim. Resistansi sistim merupakan fungsi pola susunan saluran, pengambilan, lengkungan dan penurunan tekanan yang melintasi peralatan, sebagai contoh bag filter atau siklon. Resistansi sistim bervariasi terhadap kuadrat volum aliran udara yang memasuki sistim. Untuk volum udara tertentu, fan dalam sistim dengan saluran sempit dan banyak tikungan dengan radius pendek akan bekerja lebih keras untuk mengatasi resistansi sistim yang lebih besar dari pada dalam sistim dengan saluran yang lebih besar dan dengan lebih sedikit jumlah belokan dan panjang. Saluran panjang yang sempit dengan banyak bengkokan dan tikungan akan memerlukan lebih banyak energi untuk menarik udara untuk melaluinya. Sebagai akibatnya, untuk kecepatan fan yang sama, fan akan mampu menarik lebih sedikit melalui sistim ini daripada yang melalui sistim pendek tanpa ada belokan. Dengan begitu maka resistansi sistim meningkat secara substansial jika volum udara yang mengalir ke sistim meningkat kuadrat aliran udara.
3
Fan Test
Sebaliknya, resistansi berkurang jika alirannya berkurang. Untuk menentukan berapa volum fan yang akan dihasilkan, penting untuk mengetahui karakteristik resistansi sistim. Pada sistim yang ada, resistansi sistim dapat diukur. Pada sistim yang sudah didesain, namun tidak dibangun, resistansi sistim harus dihitung. Kurva resistansi sistim dihasilkan dengan berbagai laju aliran pada sumbux dan resistansinya pada sumbu-y.
Gambar 2.1. Kurva Sistim Fan dan Pengaruhnya pada Resistansi Sistim
4
Fan Test
III. KARAKTERISTIK FAN
Karakteristik fan dapat dinyatakan dalam bentuk kurva fan. Kurva fan merupakan kurva kinerja untuk fan tertentu pada sekumpulan kondisi yang spesifik. Kurva fan merupakan penggambaran grafik dari sejumlah parameter yang saling terkait. Biasanya sebuah kurva akan dikembangkan untuk sekumpulan kondisi yang diberikan termasuk: volume fan, tekanan statis sistim, kecepatan fan, dan tenaga yang diperlukan untuk menggerakan fan pada desainer sistim akan mengetahui kondisi pada kurva fan dimana fan akan beroperasi. Dari banyak kurva yang diketahui pada gambar, kurva tekanan statis (SP) versus aliran pada merupakan kuva yang sangat penting. Perpotongan kurva sistim dan tekanan statis merupakan titik operasi. Bila resistansi sistim berubah, titik operasi juga berubah. Sekali titik operasi ditetapkan, daya yang diperlukan dapat ditentukan dengan mengikuti garis tegak lurus yang melintas melalui titik operasi ke titik potong dengan kurva tenaga (BHP). Sebuah garis lurus yang digambar melalui perpotongan dengan kurva tenaga akan mengarah ke daya yang diperlukan pada sumbu tegak lurus sebelah kanan. Pada kurva yang digambarkan, efisiensi kurva juga disuguhkan.
5
Fan Test
Gambar 2.2. Kurva Efisiensi Fan
IV. KARAKTERISTIK SISTEM DAN KURVA FAN Pada berbagai sistim fan, resistansi terhadap aliran udara (tekanan) jika aliran udara meningkat. Sebagaimana disebutkasn sebelumnya, resistansi ini bervariasi dengan kuadrat aliran. Tekanan yang diperlukan oleh sistim pada suatu kisaran aliran dapat ditentukan dan “kurva kinerja sistim” dapat dikembangkan (ditunjukkan sebagai SC). Kemudian kurva sistim ini dapat diplotkan pada kurva fan untuk menunjukan titik operasi fan yang sebenarnya pada "A" dimana dua kurva (N1 dan SC1) berpotongan. Titik operasinya yaitu aliran udara Q 1 terhadap tekanan P1. Sebuah fan beroperasi pada 6
Fan Test
kinerja yang diberikan oleh pabrik pembuatnya untuk kecepatan fan tertentu. (grafik kinerja fan memperlihatkan kurva untuk serangkaian kecepatan fan). Pada kecepatan fan N1, fan akan beroperasi sepanjang kurva kinerja N1 sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 4. Titik operasi fan yang sebenarnya tergantung pada resistansi sistim, titik operasi fan “A” adalah aliran (Q1) terhadap tekanan (P1). Dua metode yang dapat digunakan untuk menurunkan aliran udara dari Q1 ke Q2: 1. Metode pertama adalah membatasi aliran udara dengan menutup sebagian damper dalam sistim. Tindakan ini menyebabkan kurva kinerja sistim yang baru (SC2) dimana tekanan yang dikehendaki lebih besar untuk aliran udara yang diberikan. Fan sekarang akan beroperasi pada "B" untuk memberikan aliran udara yang berkurang Q2 terhadap tekanan yang lebih tinggi P2. 2. Metode kedua untuk menurunkan aliran udara adalah dengan menurunkan kecepatan dari N1 ke N2, menjaga damper terbuka penuh. Fan akan beroperasi pada "C" untuk memberikan aliran udara Q2 yang sama, namun pada tekanan P3 yang lebih rendah. Jadi, menurunkan kecepatan fan merupakan metode yang jauh lebih efisien untuk mengurangi aliran udara karena daya yang diperlukan berkurang dan lebih sedikit energi yang dipakai.
7
Fan Test
Gambar 2.3. Kurva kinerja fan
V. HUKUM FAN Fan beroperasi dibawah beberapa hukum tentang kecepatan, daya dan tekanan. Perubahan dalam kecepatan (putaran per menit atau RPM) berbagai fan akan memprediksi perubahan kenaikan tekanan dan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan fan pada RPM yang baru.
8
Fan Test
Gambar 2.4. Kecepatan, tekanan dan daya fan
VI. MACAM-MACAM FAN 1. Fan Sentrifugal Fan sentrifugal meningkatkan kecepatan aliran udara dengan impeler berputar. Kecepatan meningkat sampai mencapai ujung blades dan kemudian diubah ke tekanan. Fan ini mampu menghasilkan tekanan tinggi yang cocok untuk kondisi operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu tinggi, aliran udara kotor atau lembab, dan handling bahan. Fan sentrifugal dikategorikan oleh bentuk bladenya.
9
Fan Test
Gambar 2.5 Fan Sentrifugal
2. Fan Axial Fan aksial (Gambar 10) menggerakan aliran udara sepanjang sumbu fan. Cara kerja fan seperti impeler pesawat terbang: blades fan menghasilkan pengangkatan aerodinamis yangmenekan udara. Fan ini terkenal di industri karena murah, bentuknya yang kompak dan ringan. Jenis utama fan dengan aliran aksial (impeler, pipa aksial dan impeler aksial).
Gambar 2.6. Fan Axial
10
Fan Test
BAB III PROSEDUR DAN LANGKAH KERJA
I. ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Termometer 2. Meter Torsi 3. Meter Kecepatan 4. Meter Tegangan dan Arus 5. Meter Tekanan 6. Mesin Fan 7. Dua buah Manometer II. LANGKAH KERJA a. Persiapan Percobaan
1. Susun pipa-pipa sesuai pengujian yang akan dilakukan atau ditentukan oleh pembimbing. 2. Hubungkan ujung-ujung manometer yang pendek pada saluran masukan dan keluaran peukur laju aliran dengan menggunakan pipa plastik yang tersedia. Cek agar arahnya tidak terbalik. 3. Hubungkan manometer yang besar dengan udara luar dan ujung satunya dengan saluran pipa, setelah pipa pengarah. Dengan demikian, perbedaan tekanan di dalam saluran dan udara luar dapat diketahui.
11
Fan Test
4. Tutup ujung saluran keluaran udara ( jangan rapat sekali, ini akan mengakibatkan torsi start yang besar). 5. Percobaan siap dilakukan.
b. Urutan Percobaan
1. Siapkan table data pengukuran. 2. Kalibrasi peukur tekanan dan torsi. 3. Hidupkan catu daya listrik. 4. Besarkan kecepatan motor fan sampai mencapai harga tertentu ( 1500-2000 rpm ). Catatlah besaran-besaran yang diperlukan. 5. Bukalah katup keluar sampai diperoleh laju aliran yang kira-kira sama dengan beda tekanan 0.505 Kpa pada venture. Bila kecepatan turun, kembalikanlah sesuai dengan kecepatan pengujian dengan menambah putaran. Catatlah besaran-besaran yang diperlukan. 6. Ulangi prosedur 1-5 untuk berbagai pembukaan katup. 7. Ulangi prosedur 1-6 untuk berbagai kecepatan. c. Prosedur Percobaan
1. Siapkan table data pengukuran. 2. Kalibrasi peukur tekanan dan torsi. 3. Hidupkan catu daya listrik. 4. Besarkan kecepatan motor fan sampai mencapai harga tertentu ( 1500-2000 rpm ). Catatlah besaran-besaran yang diperlukan. 12
Fan Test
5. Bukalah katup keluar sampai diperoleh laju aliran yang kira-kira sama dengan beda tekanan 0.505 Kpa pada venture. Bila kecepatan turun, kembalikanlah sesuai dengan kecepatan pengujian dengan menambah putaran. Catatlah besaran-besaran yang diperlukan. 6. Ulangi prosedur 1-5 untuk berbagai pembukaan katup. Ulangi prosedur 1-6 untuk berbagai kecepatan III. PERHITUNGAN
Besaran-besaran grafik karakteristik Fan : Tabel 3.1 Tabel Perhitungan
No.
Parameter
Rumus
1
Daya poros
N = T . W
2
Efisiensi fan
η= Nu/ N
3
Laju aliran udara
V = 1,291√ P.V
4
Bilangan Reynold
Re
dv
Unit
Note
T = Torsi Watt W = Kecepatan sudut Nu = Daya udara statis % N = Daya pemasukan m/s Pv = Tekanan kecepatan D = diameter V = kecepatan = kerapatan udara = kekentalan kinematis
13
Fan Test
= koefisien Qv
0.01
P '
5
Laju aliran udara
6
Kecepatan udara
7
Tekanan dinamik
8
Tekanan statis pada fan
P sF P sg 24 P d 4
9
Daya penggerak poros
2 n N xT q 60
Watt
10
Daya statis udara
N n
Watt
m3/s
TPv
V 759.4 P 0 (105
P d 4
V 2
2
x
Qv xP sF
= meter tekanan venturi = kerapatan udara T = temperatur absolute Pv = tekanan kecepatan P0 = tekanan udara (mili Bar) PS = tekanan static pipa V = kecepatan udara = kerapatan udara = tekanan P sg statis di pengukuran 24= koefisien gesek = tekanan P d 4 dinamik
m/s
N/m2
N/m2
N = putaran per menit Tq = torsi Qv = laju aliran udara P s = tekanan statis pada 14
Fan Test
fan
11
Efisiensi
Efisiensi =
N N u
%
N = daya poros Nu = Daya udara statis
Contoh perhitungan detail (pada percobaan pertama kondisi terbuka 7 cm) sebagai berikut :
A. Dari parameter yang terukur diperoleh data : Pembukaan katup : 7 cm Rpm : 1000 Torsi : 0,03 Nm Psg : 60 Pa ∆P : 25 Pa Tekanan udara atmosfer : 100900 Pa Temperature : 36°C Rapat massa udara : 1,1769 kg/m3 B. Perhitungan : a) Perbandingan tekanan dapat diperoleh : ∆ Rpd = 1- (Psf masih terlalu kecil di bandingkan
Patm, maka Psf dianggap 0) = 1- = 0,99975 , b) Dari grafik terhadap rpd untuk β = = , = 0,65 c) Untuk mencari nilai αε dari kurva αε terhadap R pd bentuk β = 0,65 Dengan R pd = 0,99975 ditarik garis keatas sehinngga berpotongan dengan garis linier, kemudian perpotongannya ditarik garis kekiri sehingga akan mendapatkan nilai αε = 1,053 (grafik terlampir) 15
Fan Test
d) Laju aliran :
∆ = 0,01.1,053. ,
Qv = 0,01. αε.
= 0,49 m3/s
, . 0,1462
V =
= 2,898 m/s e) Bilangan Reynold (Re)
,,, = ,
Re =
= 17546,706
f) Koefisien gesekan udara (δ24) Mencari nilai δ24 dari kurva δ24 terhadap bilangan reynold.Dengan bilangan reynold = 17546,706 ditarik garis keatas sehingga berpotongan dengan kurva. Perpotongan tersebut ditarik garis kekiri sehingga akan mendapatkan nilai δ24 = 0,368 (Grafik terlampir) g) Tekanan dinamik Pd4
=
,
= x 1,1769 = 4,941 Pa h) Tekanan statis pada fan Psf = Psg + δ24. Pd4 = 60 + 0,368.4941 = 61,720 Pa i) Daya masukan untuk menggerakkan fan N = xTq =
.x0,03 = 3,143 watt
16
Fan Test
j)
Keluaran daya Nu = Qv . Psf = 0,49 . 61,720 = 2,995 watt k) Efisiensi fan (ηF) ηF = x 100%
,
= , x 100% = 95,307 %\
17
Fan Test
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
I. EFFISIENSI FAN Efisiensi fan adalah perbandingan antara daya yang dipindahkan ke aliran udara dengan daya yang dikirimkan oleh motor menuju ke fan. Daya aliran udara adalah hasil dari tekanan dan aliran. Efisiensi fan
tergantung
pada
jenis
fan
dan
impelernya.
Dengan
meningkatnya laju aliran, efisiensi meningkat pada ketinggian tertentu (“efisiensi puncak”) dan kemudian turun dengan kenaikan laju aliran udara lebih lanjut
Gambar 4.1 Efisiensi versus Laju alir Kinerja fan biasanya diperkirakan dengan menggunakan sebuah grafik yang memperlihatkan berbagai tekanan yang dihasilkan oleh fan dan daya yang diperlukannya.
18
Fan Test
II. Metodologi Pengkajian Kinerja Fan
Sebelum efisiensi fan dapat dihitung, sejumlah parameter operasi harus diukur, termasuk kecepatan udara, head tekanan, suhu aliran udara pada fan dan input kW listrik dari motor, serta alat ukur yang ada pada fan tersebut. Untuk mendapatkan gambaran operasi yang benar harus diketahui bahwa: - Fan dan komponennya beroperasi dengan benar pada kecepatannya. - Operasi fan berada pada kondisi stabil. a. Kesulitan dalam mengkaji kinerja fan
1. Ketidaktersediaannya data spesifikasi fan: Data spesifikasi fan penting dalam mengkaji kinerja fan. Hampir semua industri tidak menyimpan data tersebut secara sistimatis atau tidak memilikinya sama sekali. Dalam kasus terebut, hubungan persentase beban fan dengan aliran atau tekanan tidak dapat diperkirakan secara memuaskan. Data spesifikasi fan harus didapatkan dari data orisinil pabrik dan didokumentasikan. 2. Kalibrasi tabung pitot, manometer, anemometer & instrumeninstrumen pengukuran yang tidak benar : Seluruh instrumen instrumen pengukur daya lainnya harus dikalibrasi dengan benar untuk menghindari Pengkajian sebaiknya
tidak
pengkajian
dilakukan
fan yang
salah.
dengan penggunaan faktor
koreksi.
19
Fan Test
3. Terjadi trip pada saat proses pengujian Adanya trip selama pengujian disebabkan adanya variasi kecepatan yang melebihi batas kecepatan fan serta daya maksimal fan. b. Memelihara fan secara teratur
Perawatan fan secara teratur adalah penting untuk mendapatkan tingkat kinerjanya. Kegiatan perawatan meliputi: 1) Pemeriksaan berkala seluruh komponen sistim 2) Pelumasan dan penggantian bearing 3) Pengencangan dan penggantian belt 4) Perbaikan atau penggantian motor 5) Pembersihan fan III.
PEMBAHASAN HASIL PERCOBAAN
a) Grafik hubungan Qv dengan Tq pada kondisi pembukaan katup tertentu
0,3 0,25 0,2 v Q0,15 0,1 0,05 0
Hubungan Torsi dengan Qv pada 1000 rpm
open 5 cm 7 cm 12 cm
1
2 Torsi
Gambar 2.1 Hubungan Torsi dengan Qv pada 1000 Rpm
20
Fan Test
1. Jika nilai torsi kecil yaitu 0,01 Nm maka nilai Qv yaitu 0,053 m3/s ketika katub terbuka 12 cm. 2. Jika nilai torsi 0,03 Nm maka nilai Qv yaitu 0,049 m3/s ketika katub tertutup 7 cm. 3.
Pada pembukaan katub kondisi open maka terjadi penurunan nila Qv seiring kenaikan nilai torsi. Qv di pengaruhi oleh ρ udara dan αε 0,6 0,5
Hubungan Torsi dengan Qv pada 1500 rpm
0,4 open
v Q0,3
5 cm
0,2
7 cm
0,1
12 cm
0 1
2 Torsi
Gambar 2.2 Hubungan Torsi dengan Qv pada 1500 Rpm
1. Ketika nilai Qv adalah 0,076 m3/s maka nilai torsinya yaitu 0,12 Nm. Ketika katub terbuka 12 cm 2. Saat nilai torsi menunjukkan angka 0,11 Nm maka nilai Qv menunjukkan angka 0,068 m3/s, saat katub terbuka 7 cm. 3. Maka semakin kecil nilai perubahan katubnya maka semakin besar nilai perubahan torsinya dan semakin kecil nilai perubahan torsinya
21
Fan Test
1 0,8
Hubungan Torsi dengan Qv pada 2000 rpm
0,6
open
0,4
5 cm
v Q
7 cm
0,2
12 cm
0 1
2 Torsi
Gambar 2.3 Hubungan Torsi dengan Qv pada 2000 Rpm
1. Ketika nilai Qv 0,102 m3/s maka nilai torsinya 0,13 Nm saat katub terbuka 12 cm. Saat nilai torsi 0,21 Nm maka nilai Qv yaitu 0,086 m3/s pada saat katub terbuka 7 cm. 2. Jadi semakin kecil katub yang terbuka maka nilai torsinya menjadi lebih besar dan nilai Qv menjadi lebih kecil hal ini dipengaruhi oleh ρ udara dan αε. 3. Diketahui bahwa pada pembukaan katub open nilai Qv yang terbesar yaitu 0,107 m3/s dan nilai torsi yang terbesar yaitu 0,27 Nm
22
Fan Test
b) Grafik hubungan η dengan Tq pada kondisi pembukaan katup tertentu
500 400
Hubungan η dengan torsi pada 1000 rpm
300
open
η
5 cm
200
7 cm
100
12 cm
0 1
2 Torsi
Gambar 2.4 Hubungan η dengan torsi pada 1000 Rpm
1. Saat nilai η menunjukkan angka 264,692 % maka nilai torsi yang terjadi yaitu 0,01 Nm pada pembukaan katub 12 cm dan ketika nilai η adalah 95,307% maka nilai torsi yang terjadi 0,03Nm ketika katub terbuka 7 cm. 2. Jadi semakin besar katub yang terbuka maka nilai η semakin kecil dan semakin besar nilai torsi yang terjadi.
23
Fan Test
200
Hubungan η dengan torsi pada 1500 rpm
150 open
η100
5 cm 7 cm
50
12 cm
0 1
2 Torsi
Gambar 2.5 Hubungan η dengan torsi pada 1500 Rpm
1. Ketika nilai η yaitu 28,139% maka nilai torsinya yaitu 0,12 Nm pada pembukaan katub 12 cm. Dan saat pembukaan katub 7 cm maka nilai η yang terjadi yaitu 75,954 % dan nilai torsinya 0,11 Nm. 2. Jika pembukaan katub semakin kecil maka efisiensi yang terjadi semakin besar dan nilai torsinya semakin kecil. Jadi berbanding terbalik antara η dengan torsi.
24
Fan Test
160 140 120
Hubungan η dengan torsi pada 2000 rpm
100 η 80 60 40 20 0
open 5 cm 7 cm 12 cm
1
2 Torsi
Gambar 2.6 Hubungan η dengan torsi pada 2000 Rpm
1. Ketika nilai η yaitu 26,103% maka nilai torsinya yaitu 0,27 Nm pada pembukaan katub open. Dan saat pembukaan katub 7 cm maka nilai η yang terjadi yaitu 30,619 % dan nilai torsinya 0,21 Nm. 2. Jika pembukaan katub semakin kecil maka efisiensi yang
terjadi semakin besar dan nilai torsinya semakin kecil. Jadi berbanding terbalik antara η dengan torsi.
25
Fan Test
BAB V KESIMPULAN
Dari data praktikum fan pada bab iv diatas, maka dapat disimpulkan bahwa : i.
Putaran berbanding lurus dengan total tekanan keluaran, artinya jika putaran semakin besar maka total tekanan keluarannya pun semakin besar.
ii.
Jika beban semakin kecil maka tegangan dan arus akan bertanbah besar.
iii.
Effisiensi fan juga dipengaruhi oleh kecepatan motor, semakin tinggi kecepatan motor fan maka semakin tinggi pula effisiensi fan.
iv.
Kesalahan dalam data hasil percobaan dan hasil dari grafik fan test, diakibatkan karena kurang teliti dalam membaca alat ukur dan kesalahan dalam perhitungan dari data hasil pengamatan pada alat ukur.
26
Fan Test
DAFTAR PUSTAKA
-
Priyonggo, Projek.2002. Buku Petunjuk Umum Praktikum Praktek Pemeliharaan dan Perbaikan II.Surabaya : PPNS-ITS.
-
Pedoman
Efisiensi
Energi
untuk
Industri
di
Asia
–
www.energyefficiencyasia.org
27
