Rabu, 01 Mei 2013

Mekanika Fluida



Pompa Centrifugal secara prinsip terdiri dari casing pompa dan impeller yang terpasang pada poros putar. Casing pompa berfungsi sebagai pelindung, batas tekan dan juga terdiri dari saluran- saluran yang untuk masukan (suction) dan keluaran (discharge). Casing ini memiliki vent dan drain yang berguna untuk melepas udara atau gas yang terjebak dalam casing selain untuk juga berguna perawatannya.
Gambar ilustrasi di bawah ini merupakan diagram sederhana daripada pompa sentrifugal yang menunjukkan lokasi dari suction pompa, impeller, volute dan discharge. Casing pompa sentrifugal menuntun aliran suatu cairan dari saluran suction menuju mata (eye) impeller. Vanes daripada impeller yang berputar meneruskan dan memberikan gaya putar sentrifugal kepada cairan ini sehingga cairan bergerak menuju keluar impeller dengan kecepatan tinggi. Cairan tersebut kemudian sampai dan mengumpul pada bagian terluar casing yaitu volute. Volute ini merupakan area atau saluran melengkung yang semakin lama semakin membesar ukurannya, dan seperti halnya diffusor, volute berperan besar dalam hal peningkatan tekanan cairan saat keluar dari pompa, merubah energi kecepatan menjadi tekanan. Setelah itu liquid keluar dari pompa melalui saluran discharge.
Pompa Sentrifugal juga bisa dibuat dengan dua volute. Pompa semacam ini biasa disebut double volute pumps, dimana discharge nya berbeda posisi 180. Untuk aplikasinya bisa meminimaliskan gaya radial yang mengenai poros dan bantalan sehubungan dengan ketidakseimbangan tekanan di sekitar impeller. Perbandingan antara single dan double volute sentrifugal bisa dilihat di bawah ini : 
Membaca Selanjutnya ....
TURBIN GAS / TURBIN UAP
Ada beberapa jenis turbin yang saya ketahui :
Mungkin anda pernah mendengar tentang steam turbine. Hampir kebanyakan pembangkit atau power plant menggunakan batubara, gas alam, minyak atau reaktor nuklir untuk memproduksi uap/steam. Uap tersebut akan dialirkan melalui turbin bertingkat dengan ukuran yang sangat besar dan dengan desain yang rumit, untuk memutar poros output turbin dimana poros inilah yang biasa digunakan untuk memutar generator pembangkit.
Turbin air digunakan PLTA dengan menggunakan prinsip yang hampir sama dengan turbin uap untuk membangkitkan listrik. Turbin air secara desain atau bentuk berbeda dengan apa yang terlihat pada turbin uap, dikarenakan fluida kerja yang berupa air ini memiliki densitas yang lebih besar (bergerak lebih lambat) dibandingkan uap, namun secara prinsip kerja adalah sama.
Sedangkan turbin angin menggunakan angin sebagai tenaga penggeraknya. Nah, kalo turbin yang satu ini sama sekali berbeda dengan kedua turbin di atas karena angin yang digunakan angin alam yang bergerak sangat lambat, ringan , namun sekali lagi turbin angin juga menggunakan prinsip yang sama.
Di dalam turbin gas, gas bertekanan tinggi memutar turbin. Pada mesin turbin gas modern sekarang ini , mesin itu bisa memproduksi gas bertekanan sendiri dengan membakar bahan seperti propana, natural gas, kerosene atau bahan bakar jet. Panas yang dihasilkan dari pembakaran tersebuat akan mengembangkan udara sehingga udara panas dengan kecepatan sangata tinggi ini mampu memutarkan turbin.
Mesin turbin gas memiliki rasio power-to-weight yang besar dibandingkan dengan mesin diesel reciprocating. Sudah barang tentu ini sangat bermanfaat untuk meminimaliskan bobot daripada tank M-1 namun tetap memiliki tenaga yang besar.
Mesin turbin gas memiliki ukuran yang relatif lebih kecil dibanding dengan mesin reciprocating dengan daya yang sama.
Namun bukan berarti turbin gas tidak memiliki kelemahan dibanding mesin reciprocating , kelemahan tersebut yaitu masih mahalnya biaya rakit dan material komponennya. Hal ini wajar mengingat bahwa turbin gas beroperasi pada kecepatan dan pada temperatur yang sangat tinggi sehingga diperlukan perencanaan yang rumit sekaligus proses produksinya yang tidak mudah. Selain itu turbin gas juga cenderung lebih banyak menghabiskan bahan bakar saat mesin idle karena memang lebih banyak beroperasi pada beban kontan daripada fluktuatif. Hal – hal yang telah saya kemukakan tadi membuat kenapa turbin gas lebih suka dipakai pada mesin jet pesawat terbang dan juga pada pembangkit listrik.
Proses Singkat Pada Turbin Gas
Turbin gas secara teori tidak begitu rumit untuk menjelaskannya. Terdapat 3 komponen atau bagian utama yaitu :
1. Compressor
Menaikkan tekanan udara yang masuk.
Compressor

2. Combustion Area
Membakar bahan bakar yang masuk dan menghasilkan tekanan yang sangat tinggi begitu pula dengan kecepatannya.
3. Turbin
Mengkonversi energi dari gas dengan tekanan dan kecepatan yang tinggi hasil dari combustion area menjadi energi mekanik berupa rotasi poros turbin.

COMPRESSOR

COMBUSTION AREA

TURBIN
Pada Mesin Turbin seperti diatas, udara dengan tekanan normal masuk dihisap oleh compressor yang biasanya berbentuk silinder kerucut dengan beberapa fan blade yang terpasang berbaris ( 8 baris atau lebih ). Udara tersebut kemudian mengalami kompresi bertingkat, di beberapa mesin turbin kenaikan tekanan bisa mencapai faktor 30. Ada 2 macam kompressor yang digunakan yaitu axial flow dan radial flow.

AXIAL FLOW COMPRESSOR
RADIAL FLOW
AXIAL FLOW
KEUNTUNGAN
Efisien
Rasio kompresi tinggi (20:1)
Simple dan tidak mahal
Relatif ringan bobotnya.
KELEMAHAN
Desain kompleks
Mahal
Kurang efisien
Frontal Area yang besar
Rasio Kompresi terbatas (4:1)

Sistem pendinginan dalam mesin kendaraan adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menjaga supaya temperatur mesin dalam kondisi yang ideal. Mesin pembakaran dalam (maupun luar) melakukan proses pembakaran untuk menghasilkan energi dan dengan mekanisme mesin dirubah menjadi tenaga gerak. Mesin bukan instrumen dengan efisiensi sempurna, panas hasil pembakaran tidak semuanya terkonversi menjadi energi, sebagian terbuang melalui saluran pembuangan dan sebagian terserap oleh material disekitar ruang bakar. Mesin dengan efisiensi tinggi memiliki kemampuan untuk konversi panas hasil pembakaran menjadi energi yang dirubah menjadi gerakan mekanis, dengan hanya sebagian kecil panas yang terbuang. Mesin selalu dikembangkan untuk mencapai efisiensi tertinggi, tetapi juga mempertimbangkan faktor ekonomis, daya tahan, keselamatan serta ramah lingkungan.
Proses pembakaran yang berlangsung terus menerus dalam mesin mengakibatkan mesin dalam kondisi temperatur yang sangat tinggi. Temperatur sangat tinggi akan mengakibatkan desain mesin menjadi tidak ekonomis, sebagian besar mesin juga berada di lingkungan yang tidak terlalu jauh dengan manusia sehingga menurunkan faktor keamanan. Temperatur yang sangat rendah juga tidak terlalu menguntungkan dalam proses kerja mesin. Sistem pendinginan digunakan agar temperatur mesin terjaga pada batas temperatur kerja yang ideal.
Prinsip pendinginan adalah melepaskan panas mesin ke udara, tipe langsung dilepaskan ke udara disebut pendinginan udara (air cooling), tipe menggunakan fluida sebagai perantara disebut pendinginan air.
  
1. Pendinginan udara
Silinder mesin dengan sirip pendingin.
Dalam sistem ini, panas mesin langsung dilepaskan ke udara. Mesin dengan sistem pendinginan udara mempunyai desain pada silinder mesin terdapat sirip pendingin. Sirip pendingin ini untuk memperluas bidang singgung antara mesin dengan udara sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Sebagian dilengkapi dengan kipas (kipas eletkris atau mekanis) untuk mengalirkan udara melalui sirip pendingin, sebagian yang lain tanpa menggunakan kipas.
Kelebihan
Tipe ini memiliki kelebihan :
·                     Desain mesin lebih ringkas.
·                     Berat mesin secara keseluruhan lebih ringan dibandingkan tipe pendinginan air.
·                     Mudah perawatannya.
·                     Tipe ini memiliki kekurangan, harus ada penyesuaian untuk digunakan di daerah dingin atau panas terutama mesin berkapasitas besar.
Tipe ini banyak diaplikasikan pada mesin pesawat, sebagian besar sepeda motor, mobil tipe lama dan sebagian kecil mobil tipe terbaru. Hampir semua mesin dengan kapasitas kecil menggunakan tipe ini, seperti mesin pemotong rumput, mesin genset dibawah 10 Kva, mesin pemotong kayu (chain saw) dan sebagainya.

2. Pendinginan air
Sistem ini menggunakan media air sebagai perantara untuk melepaskan panas ke udara.
Komponen utama
Komponen utama dalam sistem ini adalah :
·                     Radiator, berfungsi untuk melepaskan panas.
·                     Saluran berupa pipa (tube) atau selang karet (hose).
·                     Pompa, berfungsi untuk sirkulasi air dalam sistem.
·                     Thermostat, berfungsi untuk menutup atau membuka jalur sirkulasi.
·                     Kipas, berfungsi untuk membantu pelepasan panas pada radiator.
Sistem ini sangat umum dipakai pada mobil, sedangkan sepeda motor jarang menggunakan tipe ini.

Pendingin lain
Oli mesin dalam bak poros engkol, selain berfungsi untuk pelumas bagian dalam mesin juga turut serta dalam proses pendinginan mesin.

Turbocharger adalah sebuah kompresor yang digunakan dalam mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan massa oksigen yang memasuki mesin. Kunci keuntungan dari turbocharger adalah mereka menawarkan sebuah peningkatan yang lumayan banyak dalam tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat. Sebuah kerugian dalam mesin petrol adalah rasio kompresi harus direndahkan (agar tidak melewat tekanan kompresi maksimum dan untuk mencegah knocking mesin) yang menurunkan efisiensi mesin ketika beroperasi pada tenaga rendah. Kerugian ini tidak ada dalam mesin diesel diturbocharge yang dirancang khusus. Namun, untuk operasi pada ketinggian, pendapatan tenaga dari sebuah turbocharger membuat perbedaan yang jauh dengan keluaran tenaga total dari kedua jenis mesin. Faktor terakhir ini membuat mesin pesawat dengan turbocharge sangat menguntungkan; dan merupakan awal pemikiran untuk pengembangan alat ini.
Termometer Bola Kering dan Termometer Bola Basah
Dry Bulb temperature (Temperatur bola kering),  yaitu suhu yang ditunjukkan dengan thermometer bulb biasa dengan bulb dalam keadaan kering. Satuan untuk suhu ini bias dalam celcius, Kelvin, fahrenheit. Seperti yang diketahui bahwa thermometer menggunakan prinsip pemuaian zat cair dalam thermometer. Jika kita ingin mengukur suhu udara dengan thermometer biasa maka terjadi perpindahan kalor dari udara ke bulb thermometer. Karena mendapatkan   kalor maka zat cair (misalkan: air raksa) yang ada di dalam thermometer mengalami pemuaian sehingga tinggi air raksa tersebut naik. Kenaikan ketinggian cairan ini yang di konversika dengan satuan suhu (celcius, Fahrenheit, dll).
Wet Bulb Temperature (Temperatur bola basah), yaitu suhu bola basah. Sesuai dengan namanya “wet bulb”, suhu ini diukur dengan menggunakan thermometer yang bulbnya (bagian bawah thermometer) dilapisi dengan kain yang telah basah kemudian dialiri udara yang ingin diukur suhunya.
Perpindahan kalor terjadi dari udara ke kain basah tersebut. Kalor dari udara akan digunakan untuk menguapkan air pada kain basah tersebut, setelah itu baru digunakan untuk memuaikan cairan yang ada dalam thermometer.
Untuk menjelaskan apa itu wet bulb temperature, dapat kita gambarkan jika ada suatu kolam dengan panjang tak hingga diatasnya ditutup.  Kemudian udara dialirka melalui permukaan air. Dengan adanya perpindahan kalor dari udara ke permukaan air maka terjadilah penguapan.  Udara menjadi jenuh diujung kolam air tersebut. Suhu disinilah yang dinamakan Wet Bulb temperature.
Untuk mengukur dua sifat (Dry dan Wet bulb temperature) ini sekaligus biasanya menggunkan alat yang namanya sling, yaitu dua buah thermometer yang di satukan pada sebuah tempat yang kemudian tempat tersebut dapat diputar.  Satu thermometer biasa dan yang lainnya thermometer dengan bulb diselimuti kain basah.
Dew Point, yaitu suhu dimana udara telah mencapai saturasi (jenuh). Jika udara tersebut mengalami pelepasan kalor sedikit saja, maka uap air dalam udara akan mengembun.

Prinsip-prinsip dasar Hydrolik
Perpindahan Gaya Hidraulik

Bentuk tangki bukan merupakan suatu faktor yang penting karena  tekanan dapat bekerja pada semua sisi dan besarnya sama. untuk dapat bekerja dengan tekanan ,yang berasal dari gaya luar. Kita menggunakan sistem seperti gambar 3. Jika kita menekan dengan gaya F1 atas permukaan A1 maka kita dapat menghasilkan tekanan   P  = F1 / A2 

Tekanan P beraksi diseluruh tempat dan sistem tersebut .juga atas permukaan A2  Gaya yang dapat dicapai (sama dengan beban yang diangkat) yaitu  F2  =  p .A2
Sehingga :        F1/A1 =  F2/A2  
Atau                   F2/F1  = A2/A1 
Perbandingan Gaya sebanding dengan perbandingan Luas
Tekanan dalam sistem seperti ini selalu tergantung dari besarnya beban  dan permukaan yang efektif Artinya tekanan dalam sistem meningkat sampai dapat mengalahkan hambatan yang gerakanya berlawanan dengan gerakan fluida.
Jika dengan Gaya F1 dan permukaan A1 kita dapat menghasilkan tekanan yang diperlukan untuk mengalahkan gaya F2 atas permukaan A2 maka beban F2 dapat ditingkatkan F1 nya  (kehilangan akibat gesekan disini tidak perlu diperhatikan ) perbandingan jarak S1 dan S2  dari dua piston berbanding terbalik dengan perbandingan luas permukaan
S1/S2 = A1/A2
Jadi : Fungsi dari piston gaya W1 sama dengan piston W2
W1= F1 . S1
W2= F2 . S2

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar