BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Dasar Tentang Mesin Fluida Definisi fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tempatnya. Bila berada dalam keseimbangan, fluida tidak dapat menahan gaya tangensial atau gaya geser. Semua fluida memiliki suatu derajat kompresibilitas dan memberikan tahanan kecil terhadap perubahan bentuk. Fluida dapat digolongkan kedalam cairan atau gas. Perbedaan-perbedaan utama antara cairan dan gas adalah (a) cairan tak kompresibel, sedangkan gas kompresibel dan sering kali harus diperlakukan demikian dan (b) cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas sedangkan gas dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah tempatnya. Mesin blower termasuk bagian dari mesin fluida. Mesin fluida adalah mesin yang mengubah kerja menjadi energi mekanis fluida yaitu energi potensial dan energi kinetic atau sebaliknya. Suatu pompa sentrifugal atau blower sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih yang dilengkapi dengan sudusudu yang dipasangkan pada poros yang berputar dan diselubungi dengan atau oleh rumah (casing). Fluida memasuki impeller secara aksial di dekat poros dan mempumnyai energi, baik energi kinetic maupun energi potensial, yang diberikan padanya oleh sudu-sudu.begitu fluida meninggalkan impeller pada kecepatan yang relative
tinggi, fluida itu dikumpulkan didalam “volute” atau seri laluan difusser yang mentransformasikan energi kinetic menjadi tekanan. Ini tentu saja diikuti oleh pengurangan kecepatan. Sesudah konversi diselesaikan, fluida kemudian dikeluarkan dari mesin tersebut. Aksi itu sama untuk mesin-mesin pompa maupun blower-blower dengan kekecualian bahwa volume gas adalah berkurang begitu gas-gas tersebut melewati blower, sementara volume fluida secara praktis adalah tetap begitu fluida tersebut melewati pompa. Pompa-pompa dan blower-blower sentrifugal pada dasarnya adalah mesin-mesin berkecepatan tinggi dibandingkan jenis-jenis torak, rotary atau perpindahan. Perkembangan akhir-akhir ini pada turbin-turbin uap dan motor-motor listrik dan desain-desain system gigi berkecepatan tinggi telah memperbesar pemakaian dan penggunaan pompa-pompa dan blower-blower sentrifugal.
2.2 Blower Blower adalah sebuah mesin yang memampatkan udara tau gas oleh gaya sentrifugal ke tekanan akhir yang melebihi 35 psig. Blower ini tidak didinginkan dengan air karena penambahan biaya yang dibutuhkan untuk system pendingininan tidak menguntungkan atau efisien bila ditinjau dari keuntungan yang diperoleh begitu kecil untuk tekanan kerja blower ini.
2.2.1 Jenis -Jenis blower Blower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi daripada fan, sampai 1,20 kg/cm2. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan tekanan negatif untuk sistim vakum di industri. Blower sentrifugal dan blower positive displacement merupakan dua jenis utama blower, yang dijelaskan dibawah ini :
2.2.1.1 Blower sentrifugal Blower sentrifugal terlihat lebih seperti pompa sentrifugal daripada fan. Impelernya digerakan oleh gir dan berputar 15.000 rpm. Pada blower multi- tahap, udara dipercepat setiap melewati impeler. Pada blower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyak belokan, sehingga lebih efisien. Blower sentrifugal beroperasi melawan tekanan 0, 35 kg/cm2,
sampai 0,70
namun dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi. Satu
karakteristiknya adalah bahwa aliran udara cenderung turun secara drastis begitu tekanan sistim meningkat, yang dapat merupakan kerugian pada sistim pe ngangkutan bahan yang tergantung pada volum udara yang mantap. Oleh karena itu, alat ini sering digunakan untuk penerapan sistim yang cenderung tidak terjadi penyumbatan.
Gambar 2.1 Blower Sentrifugal
2.2.1.2 Blower Jenis Positive-Displacement Blower jenis positive displacement memiliki rotor, yang "menjebak" udara dan mendorongnya melalui rumah blower. Blower ini menyediakan volum udara yang konstan bahk an jika tekanan sistimnya bervariasi. Cocok digunakan untuk sistim yang cenderung terjadi penyumbatan, karena dapat menghasilkan tekanan yang cukup (biasanya sampai mencapai 1,25 kg/cm2 ) untuk menghembus bahan- bahan yang menyumbat sampai terbebas. Mereka
berputar lebih pelan daripada blower sentrifugal (3.600 rpm) dan seringkali digerakkan dengan belt untuk memfasilitasi perubahan kecepatan.
2.2.2 Konstruksi Blower 2.2.2.1 Poros dan Selongsong Poros. Poros biasa dibuat dari baja karbon tempa, yang diproses dengan mesin sesudah proses pengolahan panas dilakukan. Selongsong poros sering dipasang pada poros untuk mencegah terjadinya keausan dan korosi pada poros. Selongsong-selongsong ini dipasangkan pada poros dengan memakai mur yang arah ulirnya berlawanan dengan arah putaran poros dan dikunci dengan pin. Mur ini gunanya adalah untuk menjamin agar selongsong itu tetap pada tempatnya. Diameter poros umumnya lebih ditentukan ukurannya oleh kecepatan kritis karena kecepatan operasi lebih tinggi untuk blower dari pada kecepatan operasi untuk pompa dan kecepatan kritis biasanya selalu berada jauh diatas kecepatan operasi, diameter poros dibuat sedikit lebih besar. Untuk memudahkan perakitan (pemasangan) poros biasanya dibuat bertingkat dengan diameter yang terbesar berada pada bagian tengah.
2.2.2.2 Bantalan-Bantalan Baik selongsong atau bantalan luncur maupun bantalan anti gesek dipakai blower. Bantalan luncur lebih sering dipakai untuk mesin-mesin yang bertingkat banyak yang mempunyai beban bantalan yang lebih besar dan kecepatan pergesekan yang lebih besar. Bantalan-bantalan
jenis bantalan
luncur adalah yang lebih umum digunakan untuk blower disebabkan oleh kecepatan geseknya (rubbing speed) yang lebih tinggi. Bantalan-bantalan ini biasanya dilapisi dengan lapisan babit dan dapat saja dilumasi dengan
menggunakan cincin pemberi oli atau dengan pelumasan paksa dengan pompa atau pendingin oli yang terpadu dengannya. Bila dorongan aksial ringan, dorongan aksial ini dapat ditumpu dengan bantalan dorongan jenis kelepak (collar type). Bila dorongan aksialnya lebih besar, dorongan aksial ini dapat ditumpu dengan bantalan kingsbury. Hampir semua dorongan aksial pada blower-blower yang bertingkat banyak diimbangi oleh piston pengimbang atau drum pengimbang. Pada setiap hal, kelepak dorong (thrush collar) harus dipakai untuk menempatkan poros pada tengahtengahnya dan menerima setiap perubahan beban dorong yang terjadinya secara tiba-tiba.
Gambar 2.2 Penampang blower yang digerakkan dengan motor listrik, hisapan dari depan
2.2.2.3 Rumah Blower Rumah blower bisa dibuat dari besi cor, yang terpisah dua secara mendatar atau dapat juga dibuat dari las-lasan pelat baja, dengan memberikan rusuk-rusuk penguat. Jenis yang terpisah dua secara mendatar mungkin saja mempunyai pipa hisap dan pipa buang yang menghadap kebawah yang
maksudnya adalah untuk memudahkan pemeriksaan dan perbaikan. Jenis blower dengan hisapan dari depan adalah jenis yang terpisah secara vertical. Oleh karena jenis ini tidak mempunyai pipa hisap, jenis ini akan memberikan kemudahan pada pekerjaan pemeriksaan.
Gambar 2.3 Posisi konvensional flens buang rumah blower keong.
Blower-blower yang bertingkat banyak sering dibuat dari jenis yang terpisah secara mendatar, dengan rumah yang terbuat dari besi cor. Beberapa pabrik pembuat kompresor dengan rumah yang berbentuk tabung, bagianbagian kompresor dirakit untuk masing-masing tingkat dan kemudian disorongkan secara aksial yang kemudian diikat dengan baut. Rumah blower haruslah ditumpu sedekat mungkin dengan sumbu poros untuk mencegah terjadinya ketidaksebarisan (missalignment) akibat ekspansi termis bila unit tersebut di start. Nosel buang dapat ditempatkan pada berbagai kedudukan.
2.2.2.4 Impeler dan Sudu-Sudu. Impeller dapat saja dibuat dari jenis hisapan ganda atau hisapan tunggal, terbuka atau tertutup, dengan kata lain impeller-impeller itu bisa saja mempunyai satu, atau dua dinding atau tanpa dinding sama sekali. Impeller yang menpunyai dua dinding tidak akan tergantung pada ruang bebas aksial yang sempit untuk mencegah terjadinya kebocoran oleh karena impeller-
impeller ini telah dilengkapi dengan cincin-cincin radial yang dapat digantiganti. Jadi impeller-impeller ini biasanya akan menpunyai efisiensi yang tinggi untuk jangka waktu yang lebih lama. Oleh karena sudu-sudu lebih baik ditumpu oleh impeller yang tertutup, kegagalan akibat getaran akan jarang terjadi pada impeller jenis ini. Untuk alasan ini, impeller jenis yang tertutup adalah jenis paling umum dipakai untuk blower.
Gambar 2.4 Metoda-metoda manufacturing (pembuatan impeller) : (a) Impeler jenis terbuka dg sudu-sudu aksial pada sisi masuknya; (b) Impeler dan poros yang terbuat dari tempaan padat; (c) Impeler baja tahan karat yang difrais dari bahan tempaan padat; (d) Blower satu tingkat dg impeller aluminium yang dicor menjadi satu kesatuan.
Impeller dapat terbuat dari baja paduan, brons atau aluminium dan bila impelernya dari jenis terbuka, atau semi terbuka, dapat mempunyai sudu-sudu yang dicor secara terpadu dengan impeller atau difrais dari bahan tempahan yang padu. Bila impelernya dari jenis tertutup, pelat-pelat samping atau dinding dapat dibuat dari baja paduan tempa dan sudu-sudunya dikeling pada tempatnya. Bila kecepatannya rendah, impeller lengkap dicor secara terpadu dalam satu kesatuan. Sudu-sudu bila dibuat terpisah bisa saja mempunyai ketebalan yang bervariasi dan dapat dirakit atau sudu-sudu tersebut dapat dibuat dari pelat-pelat logam yang ditempa panas menjadi profil-profil dan dikelingkan ke dinding impeller.
Gambar 2.5 Langkah-langkah pembuatan dan perakitan sudu-sudu impeller yang tebal.
Tegangan-tegangan pada dinding dan hubungan impeller harus dihitung sesuai dengan metoda. Oleh karena sudu-sudu tidak akan mempengaruhi kekuatan, gaya sentrifugal akibat massa sudu-sudu ini haruslah dianggap sebagai beban tambahan pada cakranya. Untuk keperluan pendesainnan dapat dianggap bahwa sudu-sudu
yang dikelingkan dibagi
menjadi beberapa penampang dan bahwa paku-paku keling pada setiap penampang akan menerima beban bagian penampang tersebut. Paku-paku keling ini dihitung berdasarkan kekuatan geser ultimat dengan factor keamanan yang besarnya kira-kira 5. Akibat tegangan yang diakibatkan sewaktu impeller berputar, hubungan akan mengembangkan. Oleh sebab itu sesuaian yang dipakai haruslah cukup ketat untuk mencegah longgarnya cakra pada poros sewaktu berputar pada kecepatan operasinya. Impeller biasanya seimbang secara statis, kemudian dioperasikan kira-kira pada kecepatan 25 persen diatas kecepatan operasinya sebagai tindakan pengamanan dan untuk mendapatkan kondisi “pra tegang” kemudian impeller ini dimasukan ke poros dengan sesuaian yang cukup dan diberi pasak dan rakitan komplit ini diseimbangkan lagi secara dinamis.
2.2.2.5 Difuser dan Diafragma Kebanyakan blower mempunnyai diffuser yang tidak mempunyai sudu, baik dari jenis cincin (annular) maupun jenis rumah keong atau kombinasi dari keduanya. Untuk tinggi-tekan (head) yang besar dimana ruangan adalah terbatas seperti supercharger-supercharger pesawat terbang dipakai diffuser-difuser yang mempunyai sudu. Sudu-sudu diffuser dapat mempunyai penampang dengan ketebalan yang tidak sama atau dapat juga dibuat dari pelat-pelat baja yang dibentuk menjadi sudu. Sudu-sudu ini dapat dicor terpadu dengan atau dipasangkan ke diafragma antar-tingkat. Untuk mengarahkan gas yang meninggalkan rumah keong atau diffuser memasuki tingkat yang berikutnya dalam arah yang radial atau aksial, sudu pengarah balik biasanya dicor secara terpadu dengan diafragma antar-tingkat.
2.2.2.6 Dorongan Aksial Dorongan aksial dikenakan pada impeller blower-blower sebagai mana halnya dengan terjadi pada pompa-pompa, akan tetapi oleh karena kenaikan tekanan yang terjadi umumnya adalah kecil, besarnya gaya dorong ini tidaklah begitu besar. Dorongan ini dapat dikurangi dengan membuat lubang melalui impeller. Pada mesin-mesin yang bertingkat banyak, satu piston penyeimbang digunakan untuk mengabsorbsi dorongan aksial. Dorongan tekanan resultante
yang besarnya adalah kira-kira ()Τϕ π / 4 ()Τϕ D02 /Φ3 − DH2 ()Τϕ p15.809 /Φ3 19.184 dimana Τφ15.809 p1 0 Τφ p0 11302.16 1 00 0 0 1 1 d − p s ,/Φ3 d dan s Τφ masing-masing adalah tekanan blower pada sisi buang dan sisi hisap. Dengan menempatkan labirin pada Do pada ujung blower yang bertekanan tinggi sedemikian sehingga satu permukaan dikenakan tekanan sebesar p d dan permukaan yang lain pada tekanan p s , gaya dorong itu akan disamakan.
Tekanan hisap p s diperoleh dengan menghubungkan ruangan pada sisi labirin ke saluran hisap.
2.2.2.7 Kopling Kopling yang dipakai adalah kopling fleksibel untuk dapat menerima ketidaksebarisan yang tidak begitu besar akibat perubahan temperature. Kopling-kopling logam jenis falk dan fast biasa dipakai dan bila rumah blower terpisah secara vertical, dibutuhkan kopling penjarak (spacer coupling) untuk memudahkan pekerjaan pemeriksaan dan perbaikan.
2.2.3 Penggunaan Blower 2.2.3.1 Blower Udara Tekanan Tinggi Banyak pabrik yang membutuhkan udara yang bertekanan tinggi (60 sampai 120 psig) untuk mengoperasikan perkakas, membersihkan cor-coran dan lainlain. Untuk kapasitas yang lebih kecil, kira-kira kurang dari (1000 ft.kubik per menit) kompresor torak adalah yang umum dipakai sebab kerugian-kerugian akibat kebocoran dan lain-lain pada kompresor sentrifugal akan menyebabkan efisiensi yang rendah. Untuk kapasitas 10.000 ft3 per menit atau lebih, kompresor sentrifugal yang bertingkat delapan sampai dua belas yang beroperasi pada kecepatan antara 4000 sampai 5000 rpm. Dapat digunakan dengan dua atau tiga pendingin-antara. Kompresor-kompresor ini digerakan langsung oleh turbin uap atau digerakan oleh motor listrik melalui roda gigi pemercepat.
2.2.3.2 Blower Pembilas Diesel Dua-Langkah Blower sentrifugal digunakan untuk membilas gas-gas sisa pembakaran dan memasukan udara baru kedalam silinder motor-motor diesel yang berukuran besar. Untuk yang berukuran kecil unit-unit rotary atau torak yang dipakai. Blower-blower ini adalah satu tingkat, beropersi kira-kira 3550 rpm dan
digerakkan oleh motor listrik atau dapat juga dihubungkan langsung dengan poros engkol dengan perantaraan roda gigi. Udara dikeluarkan pada tekanan dari 2 sampai 5 psig dan kapasitas yang biasa adalah berkisar antara 10.000 sampai 30.000 ft3 per menit.
2.2.3.3 Blower Tanur Kupola. Blower ini dipakai untuk mensuplai udara kekupola pengecoran pada tekanan 1 sampai 2 psig. Blower ini biasa saja dari jenis hisapan tunggal atau hisapan ganda, tergantung kepada kapasitasnya. Blower ini umumnya dioperasikan pada kecepatan 3550 rpm dan mempunyai kapasitas dari 600 sampai 15.000 ft3 per menit. Sebuah katup gerbang dipasang pada saluran buang untuk mengatur laju aliran. Bila unit-unit ini beroperasi secara parallel sebuah katup satu arah diperlukan pada saluran buang untuk mencegah aliran balik yang dapat menggerakkan impeller blower yang sedang tidak bekerja dalam arah yang terbalik sebagai turbin. Blower jenis ini dipakai untuk keperluan ventlasi terowongan, tambang dan lain-lain.
2.2.3.4 Blower Converter Bessemer. Blower yang mensuplai udara kedalam converter bassemer adalah sama dengan yang dipakai untuk tanur tinggi kecuali, karena blower converter bassemer ini lebih kecil, penggerak motor listrik lebih sering dipakai. Tekanan yang dibutuhkan berkisar 5 sampai 35 psig dan kapasitasnya berkisar antara 10.000 dan 40.000 ft3 per menit. Pensuplaian adalah berselang-selang karena waktu yang dibutuhkan untuk setiap kali pemanasan adalah 15 sampai 20 menit. Blower ini berada dibawah pengawasan operator converter, yang dapat memvariasikan tekanan dan lamanya pengoperasian agar memenuhi kebutuhan logam yang sedang diproduksi.
2.2.3.5 Blower Gas Tanur Tinggi. Gas yang meninggalkan tanur tinggi pada umumnya dibakar lagi dalam ketel guna mempertinggi efisiensi pabrik. Dalam beberapa tempat gas ini dicampur lagi dengan gas oven kokas sebelum dibakar. Blower gas tanur tinggi dipakai untuk mengalirkan gas ini kedalam ketel. Tekanan yang dihasilkan adalah kirakira 2 psig dan karena bobot spesifik gas adalah kira-kira satu, blower satu tingkat adalah sudah mencukupi. Gas-gas ini mula-mula didinginkan didalam suatu penukar panas dan dicampur dengan udara, dengan demikian temperatur masuk ke blower adalah kira-kira 100o F. Blower ini digerakkan oleh motor listrik maupun turbin dan beroperasi kirakira pada putaran 3550 rpm. Impeller dapat saja dari jenis hisapan tunggal ataupun hisapan ganda tergantung kepada kapasitasnya.
2.2.3.6 Blower Gas Air Dalam pembuatan gas air, udara dihembuskan melalui suatu lapisan kokas secara berselang seling untuk periode 1 sampai 3 menit. Untuk periode yang selebihnya sementara uap dan oli dihembuskan, udara tidak dibutuhkan. Bila dipakai penggerak turbin uap blower dapat diistirahatkan (bergerak tanpa beban idle) pada saat ini, sedangkan bila blower ini digerakkan oleh motor listrik blower haruslah beroperasi pada kondisi katup buang tertutup (shut-off) atau aliran dilangkaukan. Tekanan yang dibutuhkan adalah 1 sampai 3 psig yang dengan demikian blower satu tingkat sudah cukup memuaskan dan biasanya blower ini dioperasikan pada putaran 3550 rpm. Kapasitas blower adalah antara 15.000 sampai 50.000 ft3 per menit.
2.3 Pertimbangan Pemilihan Blower. Dalam hal pemilihan blower yang digunakan harus selektif, dibawah ini disebutkan berbagai hal-hal yang harus diperhatikan dalam memilih blower : 1. Kebisingan 2. Kecepatan perputaran 3. Karakteristik aliran udara 4. Kisaran suhu 5. Variasi dalam kondisi operasi 6. Ketidakleluasaan ruang dan tata letak sistim 7. Harga pembelian
Namun, sebagai aturan umum, penting untuk diketahui bahwa untuk memperbaiki kinerja sistim blower secara efektif, perancang dan pemakai juga harus mengerti bagaimana fungsi komponen sistim lain. “Pendekatan sistim” membutuhkan pengetahuan tentang interaksi antara mendukung operasi
blower, peralatan yang
blower, dan komponen yang dilayani oleh
blower.
Penggunaan “Pendekatan sistim” dalam proses pemilihan blower akan menghasilkan sistim yang lebih tenang, lebih efisien, dan lebih handal. Masalah yang umum adalah bahwa konsumen pembeli blower yang kebesaran kapasitasnya. Blower tersebut tidak akan beroperasi pada titik efisiensi terbaiknya
(BEP)
dan dalam kasus yang ekstrim blower tersebut mungkin
beroperasi pada kondisi yang tidak stabil disebabkan titik operasi pada kurva aliran udara tekanan blower. Blower yang kebesaran mengakibatkan kelebihan aliran energi, menyebabkan tingginya kebisingan aliran udara dan meningkatkan stress pada blower dan sistim. Sebagai akibatnya, Blower yang kebesaran tidak hanya mahal harganya dan pengoperasiannya, tetapi juga menciptakan masalah kinerja sistim yang sebetulnya dapat dihindarkan. Penyelesaian yang mungkin adalah mengganti blower, mengganti motor, atau menggunakan motor penggerak variasi kecepatan (variable speed drive).
2.4 Pemeliharaan Blower Perawatan
secara teratur adalah penting untuk meningkatkan
tingkat
kinerja dan efisiensinya. Dibawah ini disebutkan langkah-langkah yang dilakukan untuk menjaga keawetan dari blower yang kita pakai : 1. Pemeriksaan berkala seluruh komponen sistim 2. Pelumasan dan penggantian bearing 3. Pengencangan dan penggantian belt 4. Perbaikan atau penggantian motor 5. Pembersihan fan (kipas).
