03 mfl analisis mesin turbo(1)
Post on 16-Jan-2016
228 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
1
MESINTURBO
Dosen Pengampu:M. Zahri Kadir
Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik UNSRI
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
2
o Apakah Mesin Fluida itu ? Mesin yang mengtransfer energi mekanik (work) ke fluida atau sebaliknya. Energi fluida ke energi mekanik (poros mesin)
o Mesin fluida secara umum digolongkan dua jenis, Positive displacement (Static) dan Dynamic
o Positive displacement machines, transfer energi dilakukan melalui perubahan volume/perpindahan batas sistem fluida yang berada dalam suatu ruang tertutup.
o Dynamic machines atau Mesinturbo , transfer energi dilakukan melalui sebuah rotor langsung ke atau dari sejumlah aliran massa fluida (fluida tidak berada dalam ruang tertutup).
o Pompa Sentrifugal adalah mesinturbo yang mengtransferkan energi dari sebuah rotor (impeller) ke fluida liquid.
o Termasuk mesinturbo adalah turbin dan kompressor sentrifugal. Turbin mengtransferkan energi dari fluida ke rotor, dan kompressor sentrifugal mengtransferkan energi dari rotor ke fluida.
o Mesinturbo –mesinturbo mempunyai hubungan dasar yang sama yaitu: hukum Newton kedua –gerak dan persamaan energi Euler.
Pendahuluan dan Klasifikasi Mesin Fluida
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
3
Fluid Machinery
Positive Displacement/Static Turbomachines/Dynamic
Berdasarkan Arah transfer Energi
Dilakukan kerja terhdap fluidaPump, fan, blower,
compressor
Fluida melakukan kerja Hydraulic Turbine,
Wind/Gas/Steam Turbine
Radial-Flow (Centrifugal) Axial-FlowMixed-Flow
Berdasarkan Arah lintasan aliran (saat fluida melalui sudu/rotor )
RotaryGear, Vane, Cam and piston, Screw, Lobe
ReciprocatingDirect acting, Diaphragm, Rotary piston
Klasifikasi Mesin Fluida
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
4
Contoh Mesin Positive displacement
GEAR PUMP
X
r0o
180o
90o
270o
360o
x
V
RECIPROCATING PUMP
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
5
Contoh Mesin Dynamic
CENTRIFUGAL PUMP
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
6
Centrifugal fan (Radial-flow)
Transfer Energi pada Mesinturbo
Tabung alir
sW
Energi Kinetik fluida dikonversikan menjadi Kerja out poros
12
Aliran fluida
Fluida melakukan kerja pada Mesin.(Energi fluida diambil/ diserap)
Aliran fluida
1
2
Aliran fluida Energi tinggi
Aliran fluida Energi rendah
Aliran Fluida Energi rendah
Aliran fluida energi tinggi
Energi ditambahkan ke fluida oleh kerja input poros
sW
Mesin melakukan Kerja pada Fluida (Energi fluida ditambah)
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
7
Fluida melakukan kerja pada Mesin.Mesin melakukan Kerja pada Fluida[ Winput poros] [ Woutput poros ]
Mesinturbo
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
8
Klasifikasi mesinturbo berdasarkan arah lintasan aliran fluida
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
9
Diagram skematikMesinturbo jenis aliran-sentrifugal
Centrifugal pump Centrifugal blower Centrifugal compressor
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
10
Diagram skematikMesinturbo jenis axial-flow dan mixed-flow
axial-flow compressor stage mixed-flow pump stage
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
11
Multiple-stage axial-flow compressor rotor for a gas turbine
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
12
[Machines for Extracting Work (Power) from a Fluid]
Impulse turbine (Pelton wheel)
Reaction turbine(Francis type)
Propeller turbine(Kaplan type)
Diagram skematikJenis Turbin Air (Hydraulic turbine)
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
13
Steam turbine rotorPelton wheel Wind turbine
Machines for Extracting Work (Power) from a Fluid
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
14
Hydraulic Power Jumlah aktual energi mekanik (mechanical energy = me), yang fluida terima atau serahkan saat mengalir dari inlet 1 ke exit 2
Hydraulic Power
12
)()(:PowerHydraulic 12
AA
mdmemdmeMEME
2
2
1v Vgzpme
Energi massa fluida:Pv = flow energygz = potential energy.1/2 V2 = kinetic energy
1 2 12 MEME
Recall: Hydraulic Power ( Daya Hidraulik) dan Shaft Power (Daya poros)
mefluida = P/ρ + gz + V2/2 ..(J/kg)
H = Hstatik + Hdinamik
P/ɤ + z = Hstatik
V2/2g = Hdinamik
dimana:
H = P/ρg + z + V2/2g ...(m)H = P/ɤ + z + V2/2g ...(m kolom Fluida)
: g
Energi Fluida dalam satuan Head :
Energi alir massa fluida:
TWporos
1 2
outWporosoutW ,
Kerja output
1 2
inWporosinW ,
Kerja input
fluidaME
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
15
Analisis Mesinturbo• Prinsip Momentum sudut
Terapkan ke Control Volume:
• abaikan torsi gaya permukaan, rxFs
• abaikan torsi gaya bodi, r x рg.dV
• asumsi aliran stedi, / t =0
Didapat:
Untuk aliran seragam pada seksi 1 & 2 :
Dalam bentuk skalar:
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
16
Torsi mesin
...Pers Mesinturbo Euler
r1
1V
2V
sT
1
22U
1U
dalam bentuk skalar:
V1 = kecepatan absolut fluida masuk Volume KendaliV2 = kecepata absolut fluida keluar Volume KendaliVt1 = kecepatan tangensial fluida masuk Volume KendaliVt2 = kecepata tangensial fluida keluar Volume Kendali r = vektor posisi, |r|=radius rotorm = laju aliran massa melalui volume kendali
[Torsi yang bekerja pada volume kendali sama dengan perubahan momentum sudut fluida]
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
17
Daya Mekanik:
Head Teoritis:Daya per unit berat fluida :
dimana: U = rU = kecepatan sudu/ rotor, m/sr = radius rotor = kecepatan sudut rotor, rad/s
r1 1V
2V
sT
1
2
1U
2U
r2
r1
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
18
• Diagram kecepatanMenggambarkan komponen-komponen kecepatan fluida pada penampang masuk dan keluar rotor.
U = kecepatan sudu/rotorVrb = kecepatan relatif fluida
terhadap sudu b = sudut sudu (arah Vrb )V = kecepatan absolut fluida = Vrb + UVt = kecepatan absolut
tangensial fluidaVn = kecepatan absolut
normal (radial) fluidaα = sudut arah kecepatan
absolut fluida
(rad/s) N 2
(m/s) Nr 2
etik)(putaran/d rev/s
U
N
rU
UVV rb
Komponen kecepatan pada inlet Komponen kecepatanpada outlet
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
19
Analisis Turbomesin• Contoh: Pompa Sentrifugal Ideal
Mengabaikan Torsi gaya-gaya permukaan (viskos dan tekanan).
Aliran Inlet dan exit, tangensial terhadap sudu. Aliran seragam pada inlet dan exit.
Pada turbomesin aktual tidak mematuhi/sesuai engan semua asumsi ini , sehingga hasil analisis ideal ini mempresentasikan batas atas performansi mesin aktual.
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
20
CONTOH 1Aplikasi pers turbomesin Euler pada pompa sentrifugal idealSebuah pompa sentrifugal digunakan memompa 150 gpm air. Air masuk impeller secara aksial melalui diameter inlet 1.25 in. Diameter outlet impeller 4 in. Aliran keluar impeller 10 ft/s relatif terhadap sudu dengan arah aksial. Kecepatan impeller 3450 rpm.Tentukan: a). Lebar impeller exit, b2
b). Torsi inputc). Daya.
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
21
R1= 0,625 in
Diketahui: Aliran seperti pada bambar:
• Vr2 = 510 ft/s• Q = 5150 gpm:
Ditanya: (a) b2.(b) Tporos
(c) Wm.Solusi:
Terapkan persamaan turbomesin Euler untuk volume kendali tetap.Asumsi:
(1) Abaikan torsi ditimbulkan oleh gaya bodi dan gaya permukaan.(2) Aliran stedi(3) Aliran seragam pada penampang inlet dan outlet.(4) Aliran inkompressibel.
Pers Kekekalan massa (kontinyuitas):
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
22
Untuk aliran inlet aksial kecepatan tangensial Vt1 = 0, dan untuk sudu exit radial Vt2 = R2ω, maka pers menjadi:
Torsi:
Dimana: m =ρQ (pers kontinuitas).
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
23
Daya mekanik (Power):
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
24
• Performansi dan Daya HidraulikUntuk Mesin yang melakukan kerja pada fluida (pompa)
Daya Hidraulik:
Efisiensi Pompa:
dimana:
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
25
• Performansi dan Daya HidraulikUntuk Fluida yang melakukan kerja pada Mesin (turbin)
Daya Hidraulik:
Efisiensi Turbin:
dimana:
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
26
• Analisis Dimensional dan Specific Speed
Flow Coefficient:
Head Coefficient:
Power Coefficient:
Parameter-parameter mesinturbo (Debit aliran, Head, Daya) dikelompokkan dalam bentuk koeffisien-koeffisien tanpa dimensi, yang dapat digunakan dan memberikan gambaran untuk pemilihan sebuah tipe mesin, merancang model uji, dan hasil-hasil pengskalaan.
Torque Coefficient:
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
27
Specific Speed:
Specific Speed(Customary Units):
Specific Speed(Customary Units):
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
28
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
29
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
30
CONTOH 2KOMPARASI DEFINISI DARI SPECIFIC SPEED
Pada best efficiency point (BEP) sebuah pompa sentrifugal dengan diameter impeller D = 8 in., menghasilkan H = 21.9 ft pada Q = 300 gpm dengan N = 1170 rpm. Hitunglah specific speed pompa tersebut menggunakan: U.S. customary units, SI units (rad/s, m3/s, m2/s2), European units (rev/s, m3/s, m2/s2). Tentukanlah faktor konversi relasi antara ketiga specific speed.
Diket: Pompa sentrifugal pada best efficiency point (BEP). Asumsi karakteristik pompa adalah H = 21.9 ft, Q = 300 gpm, dan N =1170 rpm.
Tentukan: (a) The specific speed in U.S. customary units.(b) The specific speed in SI units.(c) The specific speed in European units.(d) Faktor konversi relasi specific speed.
Solution:
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
31
Specific speed in U.S. customary units:
Konversi ke satuan SI (SI unit):
energi per satuan massa
Specific speed in SI units:
M Zahri Kadir Teknik Mesin FT Unsri
32
Konversi satuan kecepatan operasi dari rpm ke hertz:
Specific speed in European units
Hubungan specific speed, dalam bentuk ratio:
This problem demonstrates the use of
“engineering” equations to calculate
specific speed for pumps from each of
three commonly used sets of units and
to compare the results.
top related