LAPORAN PRAKTIKUM (FAN TEST)
Disusun Oleh : Kelompok 6 Rian Hidayat
(33211301009)
Venny Oktaviana
(33211301019)
Wira Kusuma Halim
(33211301023)
Mohammad Imam Basri
(33211301025)
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN ALAT BERAT POLITEKNIK NEGERI MADURA 2015 BAB I PENDAHULUAN
TIU : - Diharapkan setelah melakukan praktikum mahasiswa dapat menjelaskan Fungsi dan cara kerja peralatan pengujian Fan - Mengerti penggunaan Nosel, venture, dan orifice untuk mengukur laju aliran udara. TIK : - Diharapkan
setelah
melakukan
praktikum
mahasiswa
dapat
menggambarkan karakteristik tekanan terhadap laju aliran untuk putaran tetap.
-
Karakteristik daya terhadap laju aliran untuk putaran tetap
Karakteristik efisiensi terhadap laju aliran untuk putaran tetap Menganalisis dan mengevaluasi hasil pengujian,
BAB II DASAR TEORI
2
2.1 Pengertian Fan Fan adalah alat untuk mengalirkan udara. Karena itu fan dikenal dengan sebutan penukaran, penghembus, atau pembuang udara. Alat ini banyak dijumpai pada sistem 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. Daya masukan yang digunakan diperoleh dari motor listrik. Efisiensi fan adalah perbandingan udara 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, venturi atau tabung pilot statik. Tabel 2.1 Perbedaan antara Fan, Blower, dan Kompresor Peralatan Fan Blower Kompresor
Perbandingan
Kenaikan tekanan
Spesifik
(mmWg)
Sampai 1,11
1136
1,11 sampai 1,20
1136 –2066
Lebih dari 1,20
-
a. Karakteristik sistem Istilah “resistansi sistem” digunakan bila mengacu tekanan statis. Resistansi sistem merupakan jumlah kehilangan tekanan statis dalam sistem. Resistansi sistem merupakan fungsi pola susunan saluran, pengambilan, lengkungan, dan penurunan tekanan yang melintasi peralatan, sebagai contoh bag filter atau siklon. Resitansi sistem bervariasi terhadap volume aliran udara yang memasuki sistem. Untuk udara volume tertentu, fan dalam sistem dengan saluran sempit dan banyak tikungan dengan radius pendek akan lebih bekerja keras untuk mengatasi resistansi sistem yang lebih besar daripada sistem 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 3
banyak energy untuk menarik udara untuk dilaluinya. Sebagai akibatnya, untuk kecepatan fan yang sama, fan akan mampu menarik lebih sedikit melalui sistem ini daripada yang melalui sistem pendek tanpa ada belokan. Dengan begitu maka resistansi sistem meningkat jika volum udara yang mengalir ke sistem meningkat. Sebaliknya, resistansi berkurang jika alirannya berkurang. Untuk menentukan berapa volume fan yang akan dihasilkan, penting untuk mengetahui karakteristik resistansi sistem dapat diukur. Pada sistem yang sudah didesain, namun tidak dibangun, resistansi sistem harus dihitung. Kurva resistansi sistem dihasilkan dengan berbagai laju aliran pad sumbu –x dan resistansinya pada sumbu –y.
Gambar 2.1Kurva Sistem Fan dan Pengaruhnya pada Resistansi Sistem (sumber: www.energyeffesiensiasia.org) b. Karakteristik sistem Karakteristik fan dapat dinyatakan dalam bentuk kurva fan. Kurva fanmerupakan kurva kinerja untuk fan tertentu pada sekumpulan kondisi yangspesifik.
Kurva
fan merupakan penggambaran grafik dari sejumlah parameter yang saling terkait. Biasanya sebuah kurva akan dikembangkan untuk sekumpulankondisi yang diberikan termasuk: volum fan, tekanan statis sistem, kecepatan fan,dan tenaga yang diperlukan untuk menggerakan fan pada kondisi yang diketahui.Beberapa kurva
fan
juga
akan
melibatkan
kurva
efisiensi
sehingga
desainer
systemakan mengetahui kondisi pada kurva fan dimana fan akan beroperasi (lihat
4
Gambar 2.2). Dari banyak kurva yang diketahui pada gambar, kurva tekanan statis(SP)versusaliran pada merupakan kuva yang sangat penting. Perpotongan kurva sistem dan tekanan statis merupakan titik operasi. Bila,resistansi sistem berubah, titik operasi juga berubah. Sekali titik operasiditeta pkan, daya yang diperlukan dapat ditentukan dengan mengikuti garis tegak lurus yang
melintas
melalui
titik
operasi
ke
titik
potong
dengan
tenaga(BHP).Sebuah garis
kurva
lurus yang
digambar melalui perpotongan dengan kurvatenaga akan mengarah ke daya yang diperlukan pada sumbu tegak lurus sebelahkanan. Pada kurva yang digambarkan, efisiensi kurva juga disuguhkan.
Gambar 2.2 Kurva Efisiensi Fan (sumber: www.energyeffesiensiasia.org) c. Karakteristik sistem dan kurva fan Pada
berbagai
sistem
fan,
resistansi
terhadap
aliran
udara
(tekanan)
jikaaliran udara meningkat. Sebagaimana disebutkasnsebelumnya, resistansi inibe rvariasi dengan kuadrat aliran. Tekanan yang diperlukan oleh sistem pada suatukisaran
aliran
dapat ditentukan
dan “kurva
kinerja
sistem”
dapat dikembangkan(ditunjukkan sebagai SC). Kemudian kurva sistem ini dapat diplotkan pada kurva fan untuk menunjukan titik operasi fan yang sebenarnya pada "A" dimana dua kurva (N1dan SC1) berpotongan. Titik operasinya yaitu aliran udara Q1 terhadaptekananP1. Sebuah
5
fan
beroperasi
pada
kinerja
yang
diberikan
oleh
pabrik
pembuatnyauntuk kecepatan fan tertentu(grafik kinerja fanmemperlihatkan kurva untuk serangkaian kecepatan fan). Pada kecepatan fanN1, fan akan beropera si,sepanjang kurva kinerja N1 sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 2.3. Titik operasi fan yang sebenarnya tergantung pada resistansi sistem, titik operasi fan “A” adalah aliran (Q1) terhadap tekanan (P1). Dua metode dapat digunakan untuk menurunkan aliran udara dari Q1 ke Q2:Metode pertama adalah membatasi aliran udara dengan menutup sebagiandam per dalam sistem. Tindakan ini menyebabkan kurva kinerja sistem yang baru(SC2) dimana tekanan yang dikehendaki lebih besar untuk aliran udara yangd iberikan. Fan sekarang akan beroperasi pada "B" untuk memberikan aliran udarayang berkurang Q2 terhadap tekanan yang lebih tinggi P2. Metode
kedua
untuk
menurunkan
aliran
udara
adalah
dengan
menurunkankecepatan dari N1 ke N2, menjaga damper terbuka penuh. Fan akan beroperasi pada "C" untuk memberikan aliran udara Q2 yang sama, namun pada tekanan P3yang lebih rendah. Jadi, menurunkan kecepatan fan merupakan metode yang efisien untuk mengurangi aliran udara karena daya yang diperlukan berkurang dan lebih sedikit energi yang dipakai.
Gambar 2.3Kurva Kinerja Fan (sumber: www.energyeffesiensiasia.org) d. Hukum fan Fan beroperasi di bawah beberapa hukum tentang kecepatan, daya dantek anan.
Perubahan
dalam
kecepatan
berbagai fanakanmemprediksiperubahan
(putaran kenaikan
6
per menit
atau RPM)
tekanan dan
daya yang
diperlukan untuk mengoperasikan fan pada RPM yang baru. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Kecepatan, Tekanan, dan Daya Fan (sumber: www.energyeffesiensiasia.org) e. Jenis-jenis fan Jenis-jenis fan antara lain fan sentrifugal dan fan aksial. Fan sentrifugalmenggunakan impellerberputar untuk menggerakan sedangkan fanaksial menggerakan aliran udara sepanjang sumbu fan.
BAB III PROSEDUR PRAKTIKUM 3.1 PERALATAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN 1. Instalasi Pengujian Fan Test
7
aliran udara,
2. Termometer 3. Meter Torsi 4. Meter Kecepatan 5. Meter Tegangan dan Arus 6. Meter Tekanan 7. Dua buah Manometer 3.2 PERALATAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN a. Persiapan Percobaan : 1. Menyusun pipa-pipa sesuai pengujian yang akan dilakukan atau ditentukan oleh pembimbing. 2. Menghubungkan 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. Menghubungkan manometer yang besar dengan udara luar dan ujung satunya dengan saluran pipa pengarah. Dengan demikian, perbedaan tekanan di dalam saluran danb udara luar dapat diketahui. 4. Menutup ujung saluran keluaran udara (jangan rapat sekali sekali, ini akan mengakibatkan torsi start yang besar). 5. Percobaan siap dilakukan.
b. Urutan Percobaan : 1. Menyiapkan tabel data pengukuran. 2. Mengkalibrasi pengukur tekanan dan torsi. 3. Menghidupkan catu daya listrik.
8
4. Membesarkan kecepatan motor fan sampai mencapai harga tertentu (10001200 rpm). Catatlah besaran-besaran yang diperlukan. 5. Membuka katup keluar sampai diperoleh laju aliran yang kira-kira sma dengan beda tekanan 0.505 kPa pada venturi meter. Bila kecepatan turun, kembalikanlah sesuai dengan kecepatan pengujian dengan menambah putaran. Catatlah besaran-besaran yang diperlukan. 6. Mengulangi prosedur 1-5 untuk berbagai pembukaan katup. 7. Mengulangi prosedur 1-6 untuk berbagai kecepatan.
9
BAB IV KERTAS KERJA KK 1 I. TUJUAN Mempelajari rumus-rumus yang relevan mengenai objek praktikum. II. TUGAS : Tabel 2.2. Rumus-rumus yang relevan No
Parameter
Rumus
Unit 10
Keterangan
1.
Daya Poros
N=T.W
Watt
2.
Efisiensi Fan
Η = Nu / N
%
3.
Laju Aliran Udara V = 1,291
4.
Bilangan Reynold
√P . V
m/s
d.v . ρ μ
Re =
T = Torsi W= Kecepatan sudut Nu = Daya udara statis N = Daya pemasukan P = Tekanan v = Kecepatan D = Diameter v = kecepatan ρ = Kerapatan udara μ = Kekentalan kinematis α ε = Koefisien
5.
ε√
Laju Aliran Udara Qv = 0.01 α
∆P ρ
3
m /s
v = 759.4 6.
7.
Kecepatan Udara
Tekanan dinamik
√T . Pv
m/s
PG (105 + PS) Pd4 =
V2 xρ 2
N/m2
∆ P = Meter tekanan
venturi ρ = Kerapatan udara T = Temperatur absolute Pv= Tekanan kecepatan PG= Tekanan udara PS= Tekanan static pipa V = Kecepatan udara ρ = Kerapatan udara PδG = Tekanan statis di
8.
Tekanan statis pada fan
PδF =PδG +δ 24 . Pd 4
pengukuran N/m
2
δ 24 = Koefisien gesek Pd 4 = Tekanan dinamik
9.
10.
Daya penggerak poros
Daya statis udara
N=
2 πn x τq 60
Np = Qv x
Watt
PδF
Watt
n = Putaran per menit τ q = Torsi Qv = Laju aliran udara PδF = Tekanan statis pada Fan
11.
Efisiensi
ε=
N Nu
%
N = Daya poros Nu= Daya udara statis
Contoh perhitungan detail (pada percobaan ketiga kondisi terbuka 25 %) :
11
Dari parameter yang terukur diperoleh data : Pembukaan katup = kondisi terbuka 50% Rpm = 800 Torsi = 0,21 Nm Psg = 0,12 kPa = 120 Pa ∆ P = 0,12 kPa = 120 Pa Tekanan udara atmosfer = 101400 Pa Temperatur = 32 °C Rapat massa udara = 1,158 kg/m3 (diperoleh dari interpolasi data tabel) Dari parameter yang terukur diperoleh data : 1. Perbandingan tekanan dapat diperoleh : R pd=1−
( Psf terlalu kecil jika dibanding dengan
Patm ,
Psf
maka ¿ 1−
∆P Patm+ Psf
120 Pa 1014 00 Pa+ 0 dianggap 0 ). = 0,9989
2. Untuk mencari nilai α ε berdasarkan data tabel venturi nozzle terhadap R pd
dengan cara interpolasi data.
Dimana:-
R pdx
= 0,997
-
R pd 1
-
R pd 2
= 0,999
-α ε
1
= 0,998 = 1,05
- α ε 2= 1,06 Ditanya :α ε x ? α ε = 1,05 + {(1,06 – 1,05) x (0,998 – 0,997)/(0,999 – 0,997)} x
= 1,06
3. Laju aliran : Qv = 0.01 α ε
√
∆P ρ
12
= 0,01. 1,06.
√
12 0 1,158
= 0,1017 m3/s Qv V=
π .d 4
2
0.1017 . 2 π (0.146 )/ 4 = 6.356 m/s
V dapat dicari =
4. Bilangan Reynold (Re) Re =
=
d.v . ρ μ 0,095 x 6,356 x 1,158 18,76
5. Koefisien gesekan udara ( Untuk mencari nilai
δ 24
= 3727204,47 δ 24
)
berdasarkan data tabel venturi nozzle terhadap
Re dengan cara interpolasi data. Dimana:-Rex = 3727204,47 - Re2 = 40000 Ditanya : δ 24(x)
δ 24(2) δ 24(x)
- Re1 = 60000 -
δ 24(1)
= 0,320
= 0,33 ?
= 0,320 + {(0,33 – 0,320) x (3727204,47– 40000)/(60000 –
40000)} = 2,181 Tekanan dinamik
13
2
Pd4 =
=
V xρ 2 6.356 2 x 1,158 2
= 23,390 Pa 6. Tekanan statis pada fan Psf = PSG +(δ 24 . P d 4 ) = 120 + (2,181 . 23,390) = 171,013
7. Daya masukan untuk menggerakkan fan Nf =
=
2 πn x τq 60 2. π .800 x 0,21 60
= 17.58 watt 8. Keluaran daya Nu =
Qv . P sf
= 0,1017 . 171,013 = 17.39 watt 9. Efisiensi fan (ηf) ηf =
Nu x 100 Nf
14
=
17.39 x 100 17.58
= 98 %
PENGOLAHAN DATA BERDASARKAN VARIASI RPM DAN DAMPER. Tabel Hubungan Qv dan Tq dengan Variasi RPM pada Kondisi Terbuka 50% kondisi pembukaan damper (%)
No
N (Rpm)
1
50
800
2
50
900
3
50
1000
4
50
1100
5
50
1200
15
Qv (m3/s) 0.10 8 0.12 5 0.13 9 0.15 6 0.16 7
Tq (N.m) 0.21 0.22 0.29 0.23 0.3
GRAFIK DAN ANALISA DATA Grafik Hubungan Qv dengan Variasi RPM pada Kondisi Terbuka 50%
Grafik Hubungan Qv dan Rpm pada kondisi terbuka 50% 0.18 0.16 0.14 Q
0.12 0.1 0.08 750
800
850
900
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 RPM
Gambar 1. Grafik Hubungan Qv dengan Variasi RPM pada Kondisi Terbuka 50% Analisa : Pada pembukaan katup kondisi terbuka 50% semakin besar RPM Qv mengalami peningkatan, sehingga dapat dikatakan semakin besar RPM maka nilai Qv semakin besar. Pada pembukaan katup kondisi terbuka 50% terjadi peningkatan nilai Qv yang cenderung konstan. Hal ini disebabkan Qv juga dipengaruhi oleh
ρ
udara
dan α ε . Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa nilai Qv terbesar pada pembukaan RPM 1200.
16
GRAFIK DAN ANALISA DATA Grafik Hubungan Tq dengan Variasi RPM pada Kondisi Terbuka 50%
Grafik Hubungan Tq dan Rpm pada kondisi terbuka 50% 0.32 0.3 0.28 Tq 0.26 0.24 0.22 0.2 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 RPM
Gambar 1. Grafik Hubungan Qv dengan Variasi RPM pada Kondisi Terbuka 50% Analisa : Pada pembukaan katup kondisi terbuka 50% semakin besar RPM Tq mengalami peningkatan, sehingga dapat dikatakan semakin besar RPM maka nilai Tq semakin besar. Pada pembukaan katup kondisi terbuka 50% terjadi peningkatan nilai Tq yang cenderung tidak stabil. Hal ini disebabkan Qv juga dipengaruhi oleh
ρ
udara dan α ε . Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa nilai Tq terbesar pada pembukaan RPM 1200.
17
