SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176
Daftar Isi
RANCANG BANGUN BLOWER SENTRIFUGAL PENSIRKULASI UDARA
UNTUK
Yadi Yunus, Zaenal Abidin, Sigit Sudrajat Jurusan Teknofisika Nuklir STTN-BATAN, JI.Babarasari Kotak pos 6101 YKBB 55281 telp 0274-484085, 489716 Fax 0274-489715, email www.ac.id
ABSTRAK RANCANG BANGUN BLOWER SENTRIFUGAL UNTUK SIRKULATOR UDARA. Dengan mengingat pentingnya peranan blower sentrifugal sebagai sirkulator udara dalam menunjang aktifitas kerja di lab-lab ataupun tempat-tempat kerja yang perlu kenyamanan,maka perlu dilakukan rancang bangun sebuah blower sentrifugal untuk sirkulator udara.Hal itu juga mengingat kondisi mesin blower lemari asam di Lab Kimia STTN mengalami kerusakan sehingga dilakukan rancang bangun ini sekaligus sebagai media pembelajaran dalam merancang dan membuat suatu komponen mesin. Dengan putaran maksimum 2890 rpm blower direncanakan dapat berfimgsi sebagai sirkulator udara dengan debit 80 m3/menit dan head 150 mRancang bangun ini meliputiperhitungan atas daya yang ingin dihasilkan, penentuan dimensi / ukuran dari impeler dan rumah keong, pemilihan bahan, pembuatan komponen hingga pengujian atas hasil rancang bangun.Hasii rancang bangun berupa blower dengan diameter sisi isap 01 200mm, diameter luar impeler 02 350 mm, jumlah sudu impeler z sebanyak 20 sudu,lebar sudu/panjang impeler 110 mm.Hasil pengujian, menunjukkan bahwa blower mampu beroperasi dengan kemampuan daya hisap sebesar 74,4 m3/menit pada putaran 1456 rpm , dengan tinggi-tekan:::: 0, dan kondisi kebisingan rata-rata 108,47 dB tanpa ducting dan peredam dudukan. Blower sengaja tidak diuji dengan putaran 2890 rpm karena daya hisap serta tingkat kebisingan sudah cukup tinggi meskipun head sangat rendah. Kata kunci : Rancang bangun, blower sentrifugal, sirkulator IIdara.
ABSTRACT DESIGN OF CENTRIFUGAL BLOWER FOR AIR CIRCULATOR.A design of centrifitgal blower as air circulator was carried out and analyzed because it is the most usefitl mechanical rotodynamic machine in fluid works which widely used for ventilation and industrial process requirements,so that has been designed a centrifugal blower as for air circulator. A design also was carried out because the blower machine of the acid cabinet on STTN Chemical laboratory has broken and this is also for learning by doing how to design of blower machine. On maximum rotation of 2890 rpm the volume flow rate 80 m3/menit , pressure head 150 m . The design include calculation the working capability, the determination of dimension and measurement of the impeller and the volute, choosing of materials, components assembling, testing and discussion of the result. The result of design is the blower machine with outside impeller diameter 350 mm, inlet/suction and outlet/ discharge diamter duct 200 mm. After the result was tested the blower by revolution-speed of 1456 rpm, it get sucking capacity of 74.4 m3/second that achieved at and head of:::: 0, and mean noice level 108,47 dB without connect to duct and reducer. Tests with 2890 rpm rotation was not done intentionally because they spin 1470 rpm with just aflow rate and the noice level is quite high despite the low head. Keywords: design, centrifugal blower. air circulator.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
352
Yadi Yunus dkk
SEMINAR NASIONAL SOM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 1. PENDAHULUAN Penggunaan blower saat ini sudah bersifat universal, mulai dari industri, laboratorium hingga gedunggedung perkantoran komersial.Aplikasiblower di industri lebih banyak sebagai salah satu komponen dalam proses produksi. Sedangkan penggunaan blower pada rumah-rumah dan gedung-gedung perkantoran kebanyakan sebagai circulator dan penyegar udara (I). Oisampingblower sebagai sirkulator udara juga dapat berfungsi sebagai pembuang gas-gas beracun yang ada di dalam ruangan, baik itu gas beracun yang keluar akibat dari aktivitas kerja di dalam ruangan terse but maupun gas-gas beracun yang secara alamiah keluar dari permukaan bumi. Oi sinilah letak pentingnyablower sebagai sebagai saranapenunjang aktifitas kerja. Sebenamya blower jenis sentrifugal telah banyak diproduksi oleh industri-industri besar nasional maupun intemasional, sebagai contohnya blower sentrifugalyang dibuat oleh CONTINENTAL INDUSTRIE Company dengan model multistage.Oimana blower hanya dengan gay a sentrifugal kecil dapat membangkitkan tekanan hingga 15 PSIG. Kemudian ada model blower sntrifugal regenratif yaitu dengan jumlah sudu yang diperbanyak dan susunannya sedemikian mpa sehingga udara yang terhisap masuk blower oleh sudu-sudu yang berputar dan terdorang oleh gay a sentrifugal dan mengarah ke dinding casing yang dibentuk ~piral sehingga udara mengarah kembali masuk hampir ke awal mula udara mas uk blower sehingga sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa tekanan output udara pada blower regeneratif ini setingkat dengan tekanan output udara pada blower multi stage(2). Ketika blower lemari asam lab kimia dasar STTNBATAN mengalami kerusakan dan juga perlu pengembangan karena adanya peningkatan gedung, dimanastack pembuangan udara output blower harus dipertinggi yang semula 4 m menjadi 16 m. Kebutuhan blower untuk mensirkulasi udara lemari asam terse but begitu mendesak.Karena itu penulis berinisiatif untuk merancang bangun blower konvensional tingkat tunggal kemudian disajikan dalam bentuk makalah dengan judul "Rancang Bangun Blower Sentrifugal Untuk Sirkulator Udara". Blower pad a prinsipnya terdiri atas dua komponen utama, yaitu rada impeller dan rumah keong Iblower casing(volute). Impeller bagian yang berputar bekerja sebagai transformer fluida dari tekanan rendah ke tinggi dan cassing bagian yang diam sebagai pengungkung, agar udara tidak buyar ke berbagai arah (4). B/ower(3) berdasarkan penggunaannya sebagai sirkulator udara,jika sebagaiventi/ator diklasifikasikan sebagai berikut:
Yadi YlInlls dkk
a. Tekanan rendah: 0-160 mm kolom air. b. Tekanan sedang: 160-400 mm kolom air. c. Tekanan tinggi: 400-1000 mm kolom air. Sedangkan berdasarkan rasio tekanan Pd/Ps (tekan, isap): 1. Ventilator Pd/Ps = lebih besar 1-1,1 2. Blower Pd/Ps = lebih besar 1,1-3,0 Lingkup permasalahan pad a penelitian ini dibatasi padajenis blower yang akan dirancang-bangun adalahblowwer sentrifugal konvensional tingkat tunggal, denganputaran 2800 rpm kemampuan hisap 80 m3/menit,dengan tinggi-tekan total H = 150 m, sedangkanketinggian stack riil (16 m) . Tujuan penelitian rancang bangun iniadalah merancang dan membuatblower sentrifugal yang dapat digunakan untukmensirkulasi udara, dengan spesifikasi kecepatan putaran 2890 rpm daya hisapnya mencapai 80 m3 per menit guna memenuhi kebutuhan lemari asam pada lab kimia dasar STTNBATAN. 2. METODE RANCANG BANG UN Situasi di lapangan menginginkan laju aliran udara blower (80 m3 per men it), ketinggian stack (16 m) dan putaran serta daya motor (2890 rpm, 5 Hp). Selanjutnya berdasar pada beberapa literatur dilakukan perancangan dan perhitungan, penyiapan alat dan bahan, pembuatan komponen, perakitan dan dilakukan pengujian. 2.1. Perancangan Perancangan meliputi perhitungan untuk penentuan ukuran, dimensi dan pemilihan bahan dengan didasarkan pada kapasitas blower yang dinginkan serta faktor kekuatan mekanis dari bahanyang akan digunakan.Agar dimensi dan ukuran yang dimaksud mudah diacu dalam pelaksanaan pembuatan, maka harus dilakukanpembuatan gambar, mulai dariimpeler,poras impeller, rumah keong (volute), hinggakerangka dudukan. Blower sentrifugal tersebut disamping dirancang mampu beroperasi pada putaran maksimal 2890 rpm, kemampuan hisap udara sebesar 80 m3/menit, juga dengan tekanan yang dihasilkan ± 200 mm kolom air yang setara 2000 N/m2, pada kondisi suhu udara ruangan ± 26,7°C dengan rapat jenis 1,176 kg/m3 (Tabel. I. b, Lampiran I ) dan dikondisikan pada tinggi-tekan (head) maksimal ISO m. 2.1.1. Perancangan
Impeler
Oalam merancang impeler kecepatan spesifik diketahui.Jika dengan putarann = 2890 kemampuan hisap udara yang diinginkanQ m3/menit= 1,333 m3/detik, dengan tinggi-tekan H = 150 m, maka kecepatan spesifik ditentukan dengan (DietzeI.F),
353
perlu rpm, = 80 total dapat
Sekolah Tinggi Teknologi Nuk/ir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 n.•
diperbesar hingga menjadi 25 mm. Sedangkan dari tabel bearing dengan diameter poros 25 mm diambilkan bearing yang diameter dalam 30 mm dan diameter luar 70 mm. Bila digambarkan bentuk dan ukuran poros yang direncanakan adalah seperti diperlihatkan Gambar I.
n/Q H3/4
77,84 rpm Denga kecepatan spesifik IIs= 77,84 rpm, maka impeler merupakan impeler putaran cepat dengan bentuk roda sekrup. 2.1.2. Perhitungan
Perhitungan poros impeler dilakukan untuk menghitung daya yang bekerja dan momen torsi yang akan dideritanya. Dengan asumsi rapat jenis udara pada suhu ruangan sebesar 26,7°C adalah 5. Lampiran I), gravitasi 1,176 kg/m3(Tabel dianggapg = 9,8 m/detik2, dan sementara efisiensi b/owerdirancang '7tr= 82% , maka daya kerja pada poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (DetzeI.F)yaitu,
p
00
poros impeler
J
..
00
Gambar I. Rencana dimensi poros impeler (ukurandalam mm) 2.1.3. Perhitungan
dimensi impeler
PugQH Perhitungan dimensi impeler diawali dengan menentukan diameter leher poros (hub) pada bagian depan D"yang ditentukan sebesar 1,4 x diameter poros Ds". = (1,4)Ds" D" = 35 mm, danuntuk diameter leher poros pada bagian belakang (D,,') lazimnya dibuat lebih besar daripada diameter leher poros pad a bagian depan (Dh), yaitu : D,,' = (1,5)Ds" = 37,5 mm Selajutnya dengan kecepatan sisi isap melalui mata impeler ditentukan Vo sebesar 50 m/detik dan debit aliran udara Q yang masuk pada mulut isap adalah 1,333 m3/detik, maka luasan mulut isap adalah, 2 Q ;rDh = Ao
'7p
= 2810,22 W dan mom en puntir dapat ditentukan dengan, 30P
T 1m
= 9,29 N.m Bahan yang digunakan untuk poros adalah baja as Fe 360 yangtegangan tariknyaa-B= 150000 kPa (I Pa = I N/m2) (Tabel 8. Lampiran 2) dandengan mengambil faktor keamanan Sfi sebesar 6, dan faktor konsentrasi tegangan Sh sebesar 2 maka tegangan yang diijinkan untuk perancangan To adalah, a-B
-+--
Sfl + Sh =12500 kN/m2
Va
=
_O_ ~A ff
= 187 mm=diambil 190 mm. Agartidak terjadi aliran turbulensi yang berlebihan, diameter ujung sudu sisi masuk Dldibuat =Do, atau bisa juga dibuat sedikit lebih besar, yaitu Dldirencanakan 200 mm. Dengan mengganggap bahwa kecepatan pada sisi masuk pada arah radialadalah VI = Vrl, maka Vldibuat lebih besar dari pad a Va. Dimana nilai Vaadalah 50 m/detik maka untuk VI ditentukan 53 m/detik, sedangkan debit aliran udara yang tiap 1 detik dianggap tetap yaitu 1,333 m3, maka dengan menggunakan persamaan (Church, A) luasan sisi masuk impeler AI adalah :
fJ
= 0,0204 m = 20,4 mm Dengan memperhatikan pengaruh momen puntir sebenarnyaukuran poroscukup20,4 mm, tetapi berhubung poros juga harus dapat menahan momen bengkok yang terjadi. maka diameter poros yang diproleh dari hasil perhitungan perlu sedikit
Seko/ah Tinggi Tekn%gi Nuk/ir-BATAN
4
= 0,02756 m2 dan diameter diameter mulut isapnya,
Beban puntir yang bakal terjadi pada paros ini adalah beban dengan kejutan ringan dan fluida yang dipindahkan merupakan fluida gas, maka dianggap tidak terjadi tumbukan, sehingga faktor koreksi beban puntir untuk bahan dapat diambil = I, dan faktor beban lenturnya= 2, maka diameter poros didapatkan dengan (Church, A),
D.I,,= [5.1 -;;; KtCbT
I
354
Yadi Yunus dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 =
-+-Q
2
lTD1
VI
=
m2
Karena diemeter sisi isap DIdan luasan sisi masuk impeler Altelah diketahui maka dengan mengambil faktor ketebalan sudu pada sisi masuk €I= 0,85 maka lebar sudu pada sisi masuk hi dapat dihitung yaitu,
lTD2 E 2
E
1
= 0,106 m dan akan diambil 110 mm. Selanjutnya untuk menghitung sudut sudu pada sisi masuk fJI, kecepatan tangensial pada sisi masuk impeler III dihitung terlebih dahulu. Dengan diketahuin = 2890 rpm dan diameter sisi isap DI= 0,2 , maka dengan persamaan (Dietze1.F). lTDln
60
= 30,240 m/detik sehingga tangen sudut fJlpada sisi masuk adalah, = tan
4
m2
Jika dengan mengambil faktor ketebalan sudu untuk sisi keluar <=2= 0,95 maka lebar sudu sisi keluar juga dapat ditentukan yaitu, A2
Al 7TD1
2
lTD2
Vr2 = 0,1194
4
= 0,05655
-+-Q2
Gambar 3.Bentuk dan dimensi impeler (dalam m
= 0,114 m diambil 110 mm. Pada perancangan impeler pada sebuah blower sudut sisi keluar sudu fJ2berkisar antara 45° dan 90°. Dengan sudut sudu pada sisi masuk fJI = 61°, maka untuk mengurangi beban tekanan udara yang lebih besar pada volute, penentuan sudut sudu pada sisi keluar /32 harus dibuat
-1 VI ul
= tan -11,752 Harga ini dibuat 3% lebih besar untuk mengimbangi kontraksi aliran pada sisi mas uk, fJJ = tan -11,752 x 1,03 = 61,01° akan diambil fJI ~ 61 0. Selanjutnya untuk menghitung diameter luar impeler D2 dapat dicari dengan menentukan kecepatan tangensial lI2 pada sisi keluarnya dengan persamaan (Dietze1.F) lI2
Gambar 2. Gambar 2. Sudut sudu sisi hisap dan sisi keluar
= ~2gH = 54,22 mJdetik
sehingga, 60u2 Jm
= 0,358 m dan akan diambil D2= 350 mm. Dengan kemungkinan ada kebocoran-kebocoran maka laju aliran udara pada sisi keluar impeler Q2
Selanjutnya jumlah sudu z ditentukan berdasar diameter sisi isapDI= 0,2 m, dan diameter luar impeler D2= 0,35 m, . Dengan persamaan (Church, A) jumlah sudu impeler z dapat dihitung z
+ DI =6,5---smD2
fJ2
D2 - Dl
+ fJI 2
= 20,03::::diambil 20 sudu. Kemudian dengan faktor ketebalan sudu dan sudut sudu pada sisi keluar yaitu [;2 = 0,95 dan /32= 55° makadengan persamaan (CHURCH, A) tebal sudu (,dapat dihitung,
1fD2 I.,
Yadi Yllnus dkk
355
= 0,002 m= 2 mm.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Sedangkan ketebalan piringan (impeler) trdidapat, tr = 2 x t" =4mm. Bentuk dan ukuran impelerbila digambarkan seperti Gambar 3.
:-1
....~" ~-'''--.'-
~.;w-~
~ \_--.J::""'~ 2.1.4. Perhitungan
gaya radial di poros
Akibat adanya distribusi tekanan yang tidak merata di sekeliling vaillte maka akan timbul gaya radial, sehingga mengakibatkan detleksi tambahan pada poros. Bila kecepatan spesifik ns= 77,84 rpm pada kondisi Q = Qn maka koefisien gaya radialdapat ditentukan Kr = 0,03. Dengan kondisi blower yang bekerja pada tekanan p = 2000 N/m2dandengan diameter luar impeler D2= 0,35 m, lebar sudu pada sisi keluar b2 = 0,11 m maka besar gaya radial dapat dihitung dengan, Tr = K,pD2b2= 2,31 N. Sedangkan pada kecepetan spesifik sarna pada kondisi Q = 0,5Qn diperoleh nilai Kr = 0,15dan didapat,Tr = KrP D2b2= 11,55 N. 2.1.5. Perhitungan
c..
Tabel I. Volume serta gaya berat pada poros dan impeler Volume Gaya Berat Bagian (N) (mm3) 63 817887 Impeler 31890 2,456 Poros, bagian 1 28260 2,176 Poros, bagian2 17168 1,322 Poros, bagian3 Total 895205 68,954
=
Kcv~2gH
=14,639 m/detik Setelah Cv diketahui, luas valuteA,. untuk sembarang sudut sentral merupakan fungsi jari-jari A,. = fir) dapat dicari. Agar kecepatan rerata konstan maka luas valuteA" = fir) harus sarna dengan luasan tertentu yang merupakan fungsi sudut sentral. Jika debit aliran udara yang melewati valutQjdianggap=I,333 m3/detik, maka luas volute Av yang harus dipenuhi adalah, A"
Q3
Cv = 0,796 m2 Kemudian jari-jari leher vol lite r,didapat,
=f: = 0,15 m = 150 mm dan berarti diameter leher voillte= 300 mm. Diameter volute Djsendiribiasa dibuat 1,5-1,8 kali diameter luar impeler D2. Pada perancangan ini di ambil 1,7 sebagai faktor pengalinya, sehingga didapat, Dj = 1,7xD2 = I, 7x350 = 595 mm. Lebar valllleb 3 biasa dibuat lebih besar I,4-1 ,8kalib2. Hal itu dimaksudkan agar voillte dapat digunakan bagi impeler dengan tebal dan Iebar yang berbedabeda dan juga untuk mengantisipasi ketidaktelitian dalam pembuatan cetakan. Sehingga lebarvalutebj dibuat maksimalyaitu,
gaya berat pada poros
Gaya berat W yang membebani poros bergantung pada massa jenis bahanpb ,volume bahan v (impeler dan poros) serta gravitasi bumi g, yang dihitung dengan mengunakan persamaan : W = Ph g v Bahan yang digunakan untuk poros adalah baja as yang memiliki massa jenis Ph = 7,86 gr/cm3 = 7860 kgim3, dengan gaya gravitasi g= 9,8 m/detik2, setelah dikalkulasirincian gaya berat poros dengan memperhatikan volume bahan seperti disajikan pada Tabell.
2.1.6. Perancangan
Vailltedirancang mampu untuk menahan tinggitekan akibat kecepatan aliran tluida yang keluardariimpeler.Perhitungan dimensi volute diawali dengan menghitung kecepatan udara rerata. Pada n" = 77,84 rpm,menurut grafikGambar 5. diperoleh koefisien kecepatan rerata valuteK,v = 0,27, sehingga kecepatan rerata udara dalam valuteC"dapat dihitung (DietzeI.F) yaitu,
b3
= (1,8)b2
= 1,8 x 110 = 198 mm. Ukuran lain yang harus diperhatikan adalah jarak antara impeler dan lidah volute. Karena jika jaraknya terlalu kecil maka blower akan berisik dan efisiensirendah dan jika terlalu besar, efisiensi juga akan turlln dan akan diblltllhkanenergi tambahan, karena adanya sirkulasi pad a celah. Untuk itu jarak tersebutdapat dibuat 10% lebih besar dari jari-jari impeler R2• Diameter luar impeler D2 = 350 mm, brarti jari-jari impelerR2= 175 mm, maka jarak tersebut dapat dibuat, S = I, I X R2 = 192,5 mm Bentuk dan ukuran Volute adalah seperti Gambar 4.
Volute
Sekalah Tinggi Teknalagi NlIklir-BATAN
356
Yadi lZlnus dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 volule dan pembuatan rangka. Sebagian besar komponen blower dibuat dengan pengerjaan langsung dan sebagian dibeli dipasaran seperti bearing/bantalan peluru, mur baut.
Gambar 4. Dimensi ukuran volute (dalam mm) 2.1.7. Perhitungan
rangka
Rangka dihitung berdasarkan pada beban yang diderita.Karena beban mencakup seluruh komponen blowerterdiri dari impeler, poros impeler, volule dan motor penggerak ± 55 kg yang setara dengan 55 x 9,81 = 539,55 N. Bahan yang digunakan besi siku L 45 x 45 x 3 mm dengan elastic section modulus S sebesar 1,58 x 103 mm3, (}" ijin untuk bahan steel struktural adalah 400 x 106 N/m2.Karena angka keamanan diambil 3-4, maka dianggap a ijin = 100 x 106 N/m2 = 100 N/mm2
a,=
4.1. Pembuatan Impeler Diameter luar impeler berarti = diameter piringan impellerD2 = 350 mm dengan tebal Ir= 4 mm, diameter ujung sudu sisi masuk DJ = 200 mm, diameter lubang poros D.•,,= 25 mm, diameter leher poros (hub) pada bagian depan D" = 35 mm, diameter hub pad a bagian belakang D,,' = 37,5 mm, jumlah sudu z sebanyak 20, lebar sudu pada sisi masuk bJdan pada sisi keluar b2 adalah sama yaitu 110 mm dengan tebal sudu I, = 2 mm dan sudut sudu pada sisi masuk fJJ= 61°, sisi keluar sudu fJ2= 55°. Gambar 5 memperlihatkan susunan sudu-sudu pada piringan impeler.
(w/4)x(l/2)
S
dengan beban w = 539,55 newton, 1= 700 mm, dan S = 1,58 x 103 mm3, diperoleh nilai a 1= 29,88
Gambar 5. Susunan sudu-sudu pada piringan impeller
N/mm2.
Hal ini berarti nilai a,yang didapat masih dibawah a ijin, yaitu 100 N/mm2• 4.2. Pembuatan
piringan impeler
Pembuatan impeller diawali dengan pembuatan piringanimpellerdariplat besi tebal 4 mm. Awalnya pada platdibuat gambar lingkaran-lingkaran diameter piringan dan lain-lain serta sketsatempat dudukansudu-sudu pada piringan. Hasilnya seperti Gambar 5.Pembentukan plat menjadi lingkaran diameter 355 mmdilakukan dengan menggunakan las asitelin, kemudian dibllbllt lIntllkfinishing menjadi diameter 350 mm. Pembubutan juga dilakukan untuk membuat lubang pada titik pusat roda putar dengan diameter 37,5 mmuntuk tempat dudukan leher poros.Hasilnya bentuk dan ukuran sesuai dengan Gambar 6.
3.ALAT DAN BAHAN 3.1. Alat-alat yang diperlukan Dalam rancang bangun ini peralatan yang digunakan terdiri atasmesin-perkakas dan peralatan penunjangdi antaranya adalah, mesin bubut, mesin gerinda, mesin pemotong plat, mesin roll plat, gergaji, mesin bor, las listrik, las asitelin, tang, obeng, palu dan lain-lain. 3.2. Bahan Bahan yang akan digunakan antara lain: baja as Fe 360 diameter 42,5 mm, plat besi tebal 4 mm, plat besi tebal 2 mm, besi siku 45 x 45 x 3 mm, murbaut 12 mm, elektroda las, bearing 6302 Z dll.
4. PEMBUATAN Pembllatan blower dibagi menjadi 4 bagian yaitu pembuatan impeler, pembuatan poros, pembuatan
Yadi Yunus dkk
357
Sekolah 7inggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, ]6 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 perakitan komponen-komponen impeler (rod a putar, leher poros dan sudu-sudu) dilakukan dengan las listrik. 4.6. Pembuatan
Volute
Pada perhitungan perancangan volute telah didapat ukuran-ukuran antara lain: ]. jari-jari leher voluter,= 150 mm 2. diameter voluteDJ = 595 mm 3. lebar volutebJ = 200 mm 4. jarak impeler dengan lidah volute= 192,5 mm. Volute ini terbuat dari serat fiber yang proses pembuatannya menggunakan cetakan. Gambar 6.Piringan impeler 4.7. Pembuatan 4.3. Pembuatan
Pembuatan poros diawali dengan pemotongan baja as pejal diameter 42,5 mm, panjang 150 mm. Selanjutnya dilakukan pengerjaan dengan mesin bubut untuk membentuk poros dengan diameter 25 mm panjang 65 mm, diameter 30 mm sepanjang 40 mm dan diameter 27 mm panjang 30 mm, seperti Gambar ]. Pembubutan pad a diameter 25 mm sepanjang 65 mm dilakukan secara presisi, agar poros yang dibuat dapat secara tepat masuk kedalam leher poros impeler yang dibuat sebelumnya.
Leher poros dibuat dari bahan baja as pejal, yang dilakukan dengan pemotongan bahan dan pembubutanluar dan dalam yang hasilnya menjadi bentuk dan ukuran seperti Gambar 7. Perlu diketahui bahwa dari perhitungan diameter leher poros bagian belakang dengan ukuran 37,5 mm. Namun dalam pembuatan direalisasikan 40 mm. Hal ini dimaksudkan untuk memperkuat dudukan leher poros pada piringan putar.
1
•...
4.8. Pemilihan Rantalan
~
..•
J
Mengingat gaya radial yang bekerja pada poros lebih besar jika dibandingkan dengan gaya aksial, maka bantalan yang dipilih untuk blower ini adalah bantalan gelinding radial jenis banta Ian peluru dua baris.Selain itujenis bantalan ini mudah didapatkan dipasaran.Bantalan yang digunakan adalah banta Ian merk Nachi dengan nomor seri 30BG05S2DS produksi dari Jepang.
~~~ Gambar 7. Dimensi ukuran leher poros (dalam mm) Pada posisi diameter leher poros 36,75 mm dibor melintang tembus 2 sisi untuk membuat lubang ulir sebagai tempat pena penguci poros. 4.4. Pembuatan
4.9. Pembuatan
sudu-sudu
komponen
Rangka
Kerangka merupakan tempat dudukan komponen blower yaitu volute, impeler, poros, bantalan poros dan penggerak. Kerangka dibuat dari bahan besi siku 45 x 45 x 3 mm.Ukuran panjangjadi 700 mm, lebar 600 mm dan tinggi untuk dudukan penggerak 140 mm.Hasil bentuk rangka seperti Gambar 8. Adapun proses pembuatannya adalah dengan pemotongan dan pengelasan listrik.
Sesuai perhitungan sudu-sudu impeler dibuat dari pelat besi tebal 2 mm. Sedangkan lebar sudu pada kedua sisi adalah sarna yaitu 110 mm, dan jumlah sudu 20 buah. Proses pembuatannya adalah pemotongan dengan gunting mesin menjadi plat-plat persegi panjang ukuran 110 mm x 120 mm. Selanjutnya potongan pelat dibentuk sesuai dengan pola yang telah digambar pada lingkaran roda putar dengan mesin roll. 4.5. Perakitan
Poros
leher poros(hub)
impeller
Mengingat komponen-komponen impeller ketebalannya cukup, pemgerjaan lebih mudah dan praktis serta hasilnya juga lebih kuat, maka
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
358
Yadi Yunus dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Tabel 2.Data kecepatan/debit udara Putaran Kecepatanudara Debit udara (m3/detik) (rpm) (m/detik) 1470 20,80 1,45 1456 17,77 1,24 1446 15,23 1,06 1438 13,20 0,92 1422 12,44 0,87 1380 11,68 0,81 1300 11,11 0,77 1250 10,97 0,76 1200 10,15 0,71 1040 9,39 0,66
No.
I. 2. 3.
4. 5. 6.
7. 8. 9. 10.
Gambar 8. Sketsa rangka 4.10. Perakitan
Blower
Perakitan blower dilakukan dengan sambungan mur baut M-12, agar nantinya mudah dilakukan perawatan dan perbaikan bila perlu.Komponenkomponen ini dipasang secara simetris, tegak lurus, alignment poros juga harus sesejajar mungkin agar blower dapat beroperasi dengan lancar dan balans serta efisien.
Debit udara pada sisi tekan dan sisi hisap hampir sama berarti rugi-rugi kebocoran pad a rumah keong kecil dan blower cukup efisien. Blower yang semula dirancang pada putaran 2890 rpm mampu sirkulasi udaranya 80 m3/menit ::=1,33 m3/detik, pada head total 150 m. Dari data pengujian temyata pad a putaran 1456 rpm debit udara telah mencapai 1,24 m3/detik::= 74,4 m3/menit. Setelah dianalisa ternyata karena saat pengujian blower, debit diukur pad a kondisi head He:::. O.Gambar 9 menunjukkan hubungan debit/mampu sirkulasi blower yang bergantung pada putaran.
5. PENGUJIAN
1.6 1,4
5.1. Pengujian
secara manual
~
.., M
i E
1,2
1
Pengujian secara manual adalah pengujian yang dilakukan setelah perakitan komponen-komponen mekanik selesai, kemudian secara manual digerakkan dengan tangan dan hasilnya diamati, apakah bagian mekanik yang telah dirakit dapat berfungsidengan baik. Perihal yang diamati dan diperhatikan di antaranya adalah, apakah alignment poros sudah benar, putaran balans atau tidak, terjadi gesekan atau tidak.
Gambar 9. Grafik perbandingan putaran dengan debit udara yang dihembus
5.2. Uji coba sebenarnya
5.2.2.Pengujian
Blower sentrifugal hasilrancang bangun diuji cobadenganputaran bervariasi antara 1000 rpm, hingga ± 1500 rpm.Pada tiap putaran tertentudiamati dan didata, kecepatan udara, tekanan, tingkat kebisingan, serta debit aliran yang dicapai. Tujuannya untuk mengetahui unjuk kerja blower hasil rancang bangun.
Pengujian ini untuk mengetahui tingkat kebisingan blower saat beroperasi.Pengujian pertama dilakukan dengan menempelkan alat ukur/desibel meter padacassing blower ( jarak 0 m). Data yang diperoleh adalah seperti disajikan pada Tabel3.
5.2.1. Pengujian
5. 6. 3. I. Kemampuan 4. 2.
0,8
-g
0,6
~
0,4 0,2
200
400
600
BOO
1000
1200
1400
1600
puta ra n (rpm)
Tingkat Kebisingan Blower
Tabel 3. Tingkat kebisingan blower pada jarak 0 m 1470 1422 1380 1438blower 1446 1456 Putaran No. 109,6 112,5 110,5 110,2 111,7 kebisingan 111,3 blower(dB) Tingkat
Sirkulasi (rpm) Udara
Pengujian dilakukan dengan penggerak motor listrik 3 fase yang putarannya diatur dengan memberikan variasi tegangan.Data-data yang diperoleh adalah : Diameter sisi tekanlkeluaran 0,3 m, berarti luasan sisi tekan adalah 0,070 m2. Data lengkap dari pengujian ini ditampi\kan pada Tabe\ 2.
Yadi Yllnlls dkk
359
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 201 1 ISSN 1978-0176 7. 1300 107,4 8. 1250 105,8 9. 1200 104,3 10. 1040 101,4 Dari data di atas bila ditampilkan dalam bentuk grafik ada]ah seperti Gambar 10.
menurunnya putaran dan semakin jauhnya jarak titik pengukuran. Pada kondisi blower tidak berperasidesibe] meter menunjukkan 64 dB, dan ketika mesin beroperasi alat ukur pad a jarak 0 m menunjuk antara 1]2,5
114
112 1D 110 :!!.
:i '"
.
108
.~ :D
106
.;,t
104
102
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
putaran (rpm)
Gambar 10. Grafik tingkat kebisingan fungsi putaran pada jarak 0 m dari mesin blower Pengujian kedua dilakukan dengan alat ukur pada jarak I m dari blower. Data pengujian yang diperoleh sepertti ditampilkan pada Tabe] 4. Tabe] 4. Tingkat kebisingan bower pada jarak I m No. Putaran blower Tingkat kebisingan (rpm) blower(dB) I. 1470 99,8 2. 1456 99,2 3. 1446 99,0 4. 1438 98,6 5. 1422 98,5 6. 1380 98,3 7. 1300 98,0 8. 1250 97,8 9. 1200 97,6 10. 1040 96,3 Data yang didapat di atas bila ditampilkan grafiknya adalah seperti Gambar I I. 100 99,5
99 iD :!!. 98,5
;
go 'iij
98
:;; 97,5
.. ""
97 96,5
96 o
200
400
BOO
BOO 1000
1200
1400
1600
puta.an (rpm)
Gambar I I.Grafik tingkat kebisingan fungsi putaran pada jarak 1 m Dari data menunjukkan kebisinganmenurun seiring
bahwa dengan
Sekolah Tinggi Teknologi NlIklir-BATAN
tingkat semakin
360
Yadi Yunus dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 101,4 dB. Tingkat kebisingan ini untuk sebuah blower sebagai sirkulator udara termasuk tinngi. Hal ini di antaranya disebabkan pada saat pengujian dan pengambilan data pengoperasian blower dilakukan didalam ruangan yang tertutup sehingga bunyi pantulan juga juga terukur,blower belum disambung dengan ducting pad a sisi hisap maupun tekan serta dudukan blower bel urn diberi peredam.
6. KESIMPULAN Kesimpulan dari aktivitas rancang bangun blower sentrifugaladalah : a. Blower yang semula dirancang pada putaran 2890 rpm mampu hisapnya mencapai 80 m3 per menit dengan head 150 m, temyata pad a putaran 1456 rpm mampu hisapnya sudah mencapai 74,4 m3/menit, tetapi posisi head < 1 m (::::;0 m). b. Belum terkoneksinya sisi tekan dan sisi hisap blower kemasing-masing ducting pasangannya dan juga dudukan bodi utama blower belum dipasang peredam, menjadikan tingkat kebisingan blower saat dioperasikan cukup tinggi, pada range putaran 1040-1470 rpm seacara gratis terlihat linier seiring dengan meningkatnya putaran yaitu dan 96,3-99,8 db. c. Mengingat pada putaran 1470 rpm « 2890 rpm tingkat getaran/kebisingan dan juga daya sirkulasi sudah cukup tinggi maka percobaan dengan putaran 2890 rpm tidak dilakukan. d. Blower sentrifugal hasil rancang bangun memiliki ukuran : diameter luar impeler350 mm diameter sisi hisap200 mm diameter poros impeler 25 mm jumlah sudu 20 tebal sudu 2 mm lebar sudu 110 mm sudut sudu sisi masuk dan keluar 610 dan 550 diameter volute 565 mm lebar vulote 200 mm diameter leher volute 300 mm e. Bentuk fisik impeller dan blower hasil rancang bangun seperti ditampilkan Gambar 12 dan 13 pada Lampiran 5.
pemakaian Bagian-bagian Pesawat Sederhana ", H. Starn, Jakarta (1952). 2. CHURCH, A., .. Pompa dan Blower Sentrifugal", Penerbit Erlangga, Jakarta (1986). 3. Dietzel, F., "Turbin, Pompa dan Kompresor", Penerbit Erlangga, Jakarta (1992). 4. FERDINAND.B,JOHNSONJr.RUSSEL, "Mecha nics of material .., Mc.Graw-Hill Ltd,Singapore ( 1987). 5. RUKIMIN," Desain sistem Lemari Asam Laboratorium Kimia Dasar di STTN-BATAN ", Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BadanTenaga Nuklir Nasional, Yogyakarta (2005). oleh H. 6. STOLK,J., KROS c., terjemah HERDARSIN," Elemen Konstruksi dari Bagian Mesin", Erlangga, Jakarta (1984). 7. SULARSO, TAHARA. H, "Pompa dan Kompresor .., Pradnya Paramita, Jakarta (1991).
7. UCAPAN TERIMAKASIH Atas kesempatan yang telah diberikan untuk penggunaan fasilitas dan dukungan,sehingga penelitian ini dapat dilakukan, maka diucapkan ban yak terimakasih kepada pengelola Laboratorium listrik dan mekanik di STTN BATAN Yogyakarta. 8. DAFTAR PUSTAKA 1. ASRIL, ABBAS, B., " Konstruksi, Perhitungan,
Yadi Yunus dkk
361
Sekolah Tinggi Teknologi Nuk/ir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 201 1 ISSN 1978-0176 Lampiran I.
Sifat-sifat tluida
Tabel 5. Sifat-sifat pendekatan dari beberapa gas
KerapatslJ j
kinematik v --.287.1 p Kekentalan pada 126 127.1 1.30 1AO 0667 2.720 1.40 0.718 1.204 20~C. 1.589 1.589 260.1 481.5 1.013 1.329 bar 0.845 1.793 1.533 1.32 296.8 187.8 518.5 1.I 1.841 65 1.486 Jikg xx 1O-~ K Q.520 10Pangkat Isentropik k \ m2fdtk Tetapan Gas R
pada 20° C, 1.013 bar
I,..
Tabel 6. Beberapa sifat udara pada tekanan atmosfir Suhu
1.756 1.109 1.163 t.M 180 1.90 1.468 1.356 1.274 x IO-~ 1.171 1.382 1.326 1.486,1.176 1.570 10-~ •1.79 168 1.73 Kekentalan Kekcntalan kine1.95 xJl Pa 1{}-~ 1.57 JO-~dtkdina· 1.672 Kerapatan kgfm~ 1.1'35 mik matik m2/dtk I p.1.222 1.202
Tabel 7.. Sifat-sifat mekanik air pad a tekanan atmosfir Kekentalan Dinamik 11700 1.9X xX:lO 10" 1.130 2.10 I179{} 170 0.0741 0.862 2.()4 1.550 2.16 227 827 0.07 995 )X 0.680 2::'8 (, 620 990 0.977 2.20 4:1520 2480 0.0709 1000 995 1.796 2.29 1.311 2.2-1 552 x1000 JOOO o.cms ;< 1000 10-; 10" 0.0750 0.560 Elastik )( 0.0699 10'.1 0.761 0.0725 Modulus Tarik:m Permukaan 0.0756 Tckanan Kerapat. O.06RO Nfm2 Pa an kgfm3 N/m Uap
Pa dtk
Suhu
Sekolah Tinggi Teknologi NlIklir-BATAN
362
Yadi Ylinus dkk
~ ~
--<\/J\/J ~OCJtTJ
ZO~~
:::::
--<...,z
§
r;;
~>-tTJ>-
~ ;>;-
00;;>;:;;>;:;;:0
b>-ZZ -"'0 TEGANGAN-DESAIN
,
I Fe 11 40 II690 100 144 dari 72 48 24 128 104 60 40 48 192 138 18 180 68 140 96 40 70 69 23 150 120 66 60 90 90 60 100 120 30 JJ 22 112 70 120 20 240 144 80 29 150 120 100 50 210 100 40 46 80 160 69 92 60 34 40 70 50 80 2J 87 9 60 27 120 II 46 150 11 35 105 48 58 160 50 72 54 11 32 64 dari dari' GST 120 56 Fa' Fe 490 590 38 64 140 60 II sampal sar:npal sampai sampai sampai GG 15 "'"j150 23 ,t; 40 12mSO o.
C'))"
I
1501 1.00 ~40210
I~.~1::~r~:::
dari
"':'""O~
-.):;:?r>-
dalam N/mm2 menurut C. Bach.
-00
"'-Z ZZ>-
180
Fe 360
r 1>0
3 -a ;:;. 1>0
::3
N ~ 0~ 00
~ vJ '" vJ
(JQ 1>0
::3 (JQ 1>0
::3
CJ (J)
(/) 1>0
::r "0
~ ;>;-
c
is""
a. 1>0 1>0
~
:::-
1>0
::j ~ ~-. ~ ~ c
1>0
c-
~-. :<: ::::
i:t :::;.
~ ~ :<:
()
3 :3 1>0 () 1>0
3 1:0 1>0
::r1>0
::3
----
\/J
o
:>? 0•••••
\D 00 .j::o '--'
oCr <;;>;:
tTJr
~;;:; 1:0< tTJ_
;;:o-
N o
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Lampiran 3. Tabel 9. Profil Besi Siku dan Elastic Section Modulus (Ferdinand, F.B., 1988)
r Appendix C.
ProP
n
Sh~P
Angles
Equal Legs
.
Jy
xz~
i I
i
sa•• nd Thldmon. mm =~g/m ... ,-
... " ....• .....--..
,,0 l!;,(J"
ISO x
44.0
16 10
x II. H.9 Ll~5 7.85 13.3 15.2 8.20 6.78 7.66 HU 4.90 2.52 :!.!Xi 5.84 iII 24.2 18.8 2.05
125 x 16 13
J7.0 5.15 I 23.1 H.O
10
j
29.3
3750
22.8
2900
'Arl.
Axil y.y
.~ ' .. x.::; .. ·z.;z' ;:;~:
2~
61.6
);.-1
19~
136
62.6
54.a
I
'.' .. 17.6 4S.S'II 2-1.8 27.2 '17.6 3:.3 27.6 30.0 43 34.2 42.:> 4!.2 21.0 16.0 H.b 24..7 23.S 1:!,4 18.5 23.3 )6.9 16.1 29.6 29.4 :!9.:i 17.9 12.8 28.1 14.6 46.0 30.·\ 38.8 ..\ 36.0 21..5 26.2 29.8 19.5 46.1 -46.9 27.2 22.8 110 30.8 14.9 19.2 1:1..1 •1,1.9 20.J 19.8 17.3 )406 11.0 22,4 8.9~ 39.1 30.15 15.7 8.7~ .8.76 14.1 10.; •lio4 38.0 2i.2 19.9 12.7 25.i IiI 19.5 19.7 2.00I I22.'1 14.S 2!lH 10.8 II 19.:' . M.4 112•7 57;1 .124.4 \ 34.9 24.7
-,
13
x
Z
H~
5600 \.(j , ',' '. 13,4 .. B.2 ...3.82 61.5: 7.11 0' .... . .... 20.2 35.7 6.44 12.7 4540 51.1' 15.8 74.7 90.3 8.58 4.54 40.2 ~~ 31.9 58.6 32.6 13.7. 2.:.9 1.58 . 8.56 139.3 . 38.3 25.6 17.310.2 25.2
:20
r
..AxI.X-X.and
" ..m~~",~ , Area, ~.. .•',~ ~: 7600 5030
159.,
13
.•
I
8~ 6~
39.3 39.i
..
I
0.177 2940 1200 2.96 1040 1.60 24;'.() 19'10 261 1160 1000 0.268 624 0.095 0.052 0.46!> 1.80 1.29 0.892 3.62 2.65 1.14 2170 1400 864 1700 656 0.300 0.826 0.459 2.24 LH 744 976' 5.41 O.OIJ·j !101 '3740 3080 0.383 9.725 321 2400 1900 1780
29.4 9:42 : 11.0 9.14 j
•. \ 0.118
8 , L!
w
x 100 x 16 13 10
5 L.SAJ
x
90
x
13
10
6 :...;;, x 7S xl3 10
6 L6S x 65 x 10
8 6
w;,
x 55 x 10
6 v• L-IS x 15 x 8 G ,3
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
364
Yadi Yunus dkk
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 201 I ISSN 1978-0176 Lampiran 4.Tabel 10. Bantalan Peluru Radial (Asril dan Abbas, 1952)
SERIKAT DAN
PERUSAHAAN
LEMB.
PEROAGANGAN
K 0 MIS I B E S A RUN
T U K NOR
MA LI S A S I DINEGERI
KER.
INSINJUR'
BF.lANDA H.'''~4'' 10.1 1'\••", ".1.1, h·•••••" 1;<'01", ,j: ••••••••
••
~u,~u"••h, •.•.h"" 'hri
bo,.H .•I.~.
\Jj!#PC~lhu ••,.h "!.III>.".I. :>
•.
"1 -
'.fh~."I."d,.tH ~u··ul.".
.~lb~."(.•h'hHI
•• I.hl 4JHI' •••••f
t.
t
,.,..t».~~•".,n'll).
••tNCI. •••• ~i •••,.'AAN~ HnW_ •••• C. 0 .t.", H'C,,,.C iihJMi .hn it'* 4¥I.IoM ,..."',' .• -.w ..•.•• t • .., f~ "''''Cj,'\U .•~UII\ •.•• ,if, (U). '(NjtMPANC-"N·\J¥V,,"A.N: U"'hf\ •• ~'''''.''J.'''"'if\-¥H''''. h~lla_ N .•••.,.
(n)
. BANT ALAN2.PEL'URU BANT o\,LAN',PELURU TEKANAN·MELINT PER$AMBUNGAN I DAN 2
Yadi YllnllS dkk
ANG
\Wllj.nd••"jutl
\fhnlu" p.rt'I\io~IH1~' Irl'qih·.~.I""." JUt 4.J •• u t-.·, ,-}
'C1h~,: (S) .~~ " .•nt ra), ••.•,ul~,., £ u·l .•j~
N 361 1.1.0:
365
621.821
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
SEMINAR NASIONAL SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011 ISSN 1978-0176 Lampiran 5, Gambar 12. Impeler hasil rancang bangun
Lampiran 6.Gambar 13. Blower hasil perancangan
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
366
Yadi Yunus dkk
