Fan, HVAC

Macam-macam Kipas (Fan)Mechanical

by Onny

Kipas adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menghasilkan aliran pada fluida gas seperti udara. Kipas memiliki fungsi yang berbeda dengan kompresor sekalipun media kerjanya sama, dimana kipas menghasilkan aliran fluida dengan debit aliran yang besar pada tekanan rendah, sedangkan kompresor menghasilkan debit aliran yang rendah namun tekanan kerja yang tinggi. Dengan fungsi yang berbeda dari kompresor tersebut, kipas banyak diaplikasikan seperti untuk kenyamanan ruangan (kipas meja/dinding), sistem pendingin pada kendaraan atau sistem permesinan, ventilasi, penyedot debu, sistem pengering (dikombinasikan dengan heater), membuang gas-gas berbahaya, dan juga supply udara untuk proses pembakaran (seperti pada boiler).

Kipas Pendingin Pada Radiator

Berdasarkan prinsip kerjanya, kipas dibagi menjadi dua macam yaitu:

1. Kipas SentrifugalKipas sentrifugal ini menggunakan prinsip gaya sentrifugal untuk membangkitkan aliran fluida gas. Mirip dengan pompa sentrifugal, udara masuk melalui sisi inlet yang berada di pusat putaran kipas sentrifugal tersebut, lalu terdorong menjauhi poros kipas akibat gaya sentrifugal dari sudu-sudu kipas yang berputar. Pada debit aliran yang sama, kipas sentrifugal menghasilkan tekanan udara outlet yang lebih besar dibandingkan dengan kipas aksial. Pada dunia industri kipas ini sering diberi istilah blower.

Kipas Sentrifugal

Sisi inlet kipas sentrifugal dapat didesain dengan dua inlet atau satu inlet saja. Hal ini tentu disesuaikan dengan kebutuhan debit aliran fluida yang ingin dihasilkan. Dengan menggunakan sistem double inlet akan didapatkan debit aliran yang lebih besar dibandingkan dengan yang single inlet.

Kipas Sentrifugal Dengan Double Inlet

Karakteristik performansi dari kipas sentrifugal tergantung pada jenis dari bentuk sudu kipas yang digunakan. Secara umum bentuk sudu kipas sentrifugal ada tiga jenis yakni:

1. Backward Curved Blades. Dengan bentuk sudu ini, kipas sentrifugal akan memiliki beberapa keuntungan sebagai berikut:

Efisiensi yang tinggi, di atas 90%. Beroperasi dengan sangat stabil. Tidak berisik. Ideal untuk digunakan pada kecepatan tinggi. Tidak memiliki karakter daya overload.

Tipe Sudu Backward Curve Beserta Kurva Karakteristiknya

2. Sudu Lurus (Straight Blade). Tipe sudu ini memiliki kelebihan sebagai berikut: Tahan terhadap abrasi. Perawatan yang simpel. Kapasitas yang luas.

Namun di sisi lain kipas sentrifugal jenis ini memiliki kelemahan yakni nilai efisiensi yang rendah, serta karakternya yang tidak bebas overload power.

Tipe Sudu Lurus Beserta Kurva Karakteristiknya

3. Radial Tip Blades. Tipe ini sangat dianjurkan digunakan pada fluida-fluida gas yang sifatnya abrasif. Selain itu kipas sentrifugal tipe ini memiliki keuntungan lain seperti berikut:

Tidak memiliki karakter daya overload. Menghasilkan kapasitas besar. Beroperasi dengan sangat stabil. Kemampuan untuk dapat membersihkan permukaan sudu dengan

sendirinya.

Tipe Sudu Radial Tip Beserta Kurva Karakteristiknya

Salah satu aplikasi kipas sentrifugal pada dunia industri adalah Primary Air Fan (PA Fan) pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap. PA Fan berfungsi men-supply udara ke pulverizer dan digunakan untuk mendorong pulverizer fuel ke furnace boiler untuk proses pembakaran. PA Fan ini menggunakan sistem dua inlet dengan sudu tipe Backward Curve.

Primary Air Fan

2. Kipas AksialSesuai dengan namanya, Axial Fan menghasilkan aliran fluida gas dengan arah yang searah dengan poros kerja kipas tersebut. Kipas tipe ini adalah yang paling banyak penggunaannya di kehidupan sekitar kita. Hal tersebut tidak terlepas dari kemudahan desain serta harga yang lebih ekonomis jika dibandingkan dengan kipas sentrifugal. Karena desainnya yang tidak terlalu rumit serta dapat menghasilkan flow yang besar, kipas ini banyak digunakan sebagai alat pendingin pada berbagai keperluan. Dari pendingin CPU hingga komponen pendingin mesin kendaraan bermotor menggunakan kipas tipe aksial.

Kipas Aksial Pada Sebuah PLTU

Kipas tipe aksial sangat banyak digunakan di dunia industri. Salah satunya digunakan pada pembangkit listrik tenaga uap sebagai Secondary Air Fan. Kipas ini berfungsi untuk men-supply udara dalam jumlah banyak yang dibutuhkan untuk proses pembakaran pada furnace boiler. Kipas ini memiliki dua tingkat (stage) impeller, yang kedua-duanya dapat diatur besar bukaan pitch-nya. Hal tersebut berfungsi untuk mengatur jumlah (debit) udara yang akan dikirim untuk proses pembakaran.

HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning)Applied Science / Thermodynamics

by Onny

HVAC berfungsi menjaga kondisi udara sekitar untuk melindungi alat-alat, dan kenyamanan personal dengan cara mengatur ventilasi dan pengkondisian udara.

HVAC merupakan singkatan dari Heating, Ventilation, and Air Conditioning. Yang mana sistem pengkondisian udara ini merupakan aplikasi dari beberapa cabang ilmu Mechanical Engineering yaitu termodinamika, mekanika fluida, dan perpindahan panas.

HVAC termasuk vital penggunaannya di beberapa industri, terutama di gedung-gedung, perkantoran yang dipenuhi peralatan komputer yang perlu dijaga kelembaban udaranya, serta industri-industri besar yang memerlukan sistem ventilasi yang baik. Berikut akan saya jelaskan lebih mendetail mengenai HVAC.

1. HeatingSistem ini banyak digunakan di daerah-daerah yang beriklim dingin, yang sepanjang musim didominasi dengan suhu yang dingin. Tersusun oleh beberapa bagian penting antara lain boiler, furnace, heat pump, radiator, dan hydronic.

Furnace berfungsi sebagai sumber panas yang ditransfer ke media air bernama hydronic di boiler. Hydronic tersirkulasi berkat kerja dari heat pump, yang selanjutnya setelah dari boiler, hydronic menuju ke radiator untuk memindahkan panas yang dikandungnya ke udara yang tersirkulasi. Udara inilah yang digunakan untuk memanaskan ruangan.

2. VentilationVentilation adalah proses untuk mensirkulasikan udara di dalam suatu ruangan dengan udara luar, yang bertujuan untuk me-remove debu, kelembaban, bau-bauan yang tidak sedap, karbon dioksida, panas, bakteri di udara, serta meregenerasi oksigen di dalam ruangan. Ventilasi merupakan salah satu penerapan teori mekanika fluida.

Penggunaan Ventilation Fan pada Industri

Ada dua jenis ventilation, yaitu forced ventilation dan natural ventilation. Forced ventilation adalah sistem ventilasi yang menggunakan bantuan fan atau kipas untuk mensirkulasikan udara di dalam ruangan. Sistem ini banyak digunakan di perindustrian besar, gedung-gedung, dan contoh yang paling dekat dengan kita adalah di dapur dan di kamar mandi. Di dapur biasanya dipasang fan untuk menghisap asap dari kompor dan dibuang keluar. Sedangkan di kamar mandi jelas digunakan untuk mengusir bau-bauan yang tidak sedap dari dalam kamar mandi.

Exhaust Fan untuk Rumah-rumah

Sedangkan untuk natural ventilation tidak diperlukan bantuan kipas untuk mensirkulasikan udara. Biasanya hanya berupa jendela yang dibiarkan terbuka di suatu ruangan.

3. Air ConditioningAir Conditioning (AC) menggunakan prinsip siklus mesin pendingin, yang terdiri dari beberapa bagian penting yaitu refrigerant, kompresor, heat exchanger, dan katup ekspansi.

Kalau Anda googling pasti sudah banyak yang menjelaskan bagaimana prinsip kerja dari AC. Di sini yang perlu saya tekankan adalah adanya sedikit perbedaan antara AC yang biasa Anda gunakan di rumah, dengan AC yang digunakan di perkantoran, gedung-gedung, atau perindustrian. Ada satu media bernama liquid chiller yang digunakan.

Kompresor AC pada salah satu kantor

Jadi prosesnya menjadi seperti berikut. Udara yang tersirkulasi diserap panasnya melalui heat exchanger oleh liquid chiller di satu komponen bernama Air Handling Unit (AHU). Sedangkan panas dari liquid chiller diserap oleh refrigerant melalui heat exchanger yang lainnya. Jadi ada semacam proses pendinginan bertingkat di dalamnya.

Air Handling Unit

Ada satu alasan yang kuat mengapa AC yang digunakan di gedung-gedung besar menggunakan liquid chiller. Karena udara yang bersirkulasi di dalam gedung bervolume besar, maka akan lebih jauh efisien jika menggunakan media liquid chiller sehingga energi yang dibutuhkan untuk operasional AC lebih rendah jika dibandingkan tanpa menggunakan liquid chiller.

TEORI DASAR POMPA

2.1 Pengenalan Pompa

Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis yang digunakan untuk menaikkan cairan dari

dataran rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah ke

daerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan

perpipaan. Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau

suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa.

Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida.

Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi

tahanan-tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui.

Pompa juga dapat digunakan pada proses-proses yang membutuhkan tekanan hidraulik yang

besar. Hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan-peralatan berat. Dalam operasi, mesin-

mesin peralatan berat membutuhkan tekanan discharge yang besar dan tekanan isap yang rendah.

Akibat tekanan yang rendah pada sisi isap pompa maka fluida akan naik dari kedalaman tertentu,

sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi discharge akan memaksa fluida untuk naik

sampai pada ketinggian yang diinginkan.

2.2 Klasifikasi Pompa

Pompa dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori, yaitu:

1. Pompa perpindahan positif (positive displacement pump)

2. Pompa dinamik (dynamic pump)

2.2.1 Pompa perpindahan positif

Pada pompa perpindahan positif energi ditambahkan ke fluida kerja secara periodik oleh

suatu gaya yang dikenakan pada satu atau lebih batas (boundary) sistem yang dapat bergerak.

Pompa perpindahan positif terbagi menjadi :

1. Pompa torak ( Reciprocating pump )

2. Pompa putar ( Rotary pump )

3. Pompa diafragma (Diaphragm pump )

2.2.1.1 Pompa torak

Pompa torak adalah sebuah pompa dimana energi mekanis penggerak pompa dirubah menjadi

energi aliran fluida yang dipindahkan dengan menggunakan elemen yang bergerak bolak balik di

dalam sebuah silinder. Fluida masuk melalui katup isap dan keluar melalui katup buang dengan

tekanan yang tinggi. Pompa ini mengeluarkan cairan dalam jumlah yang terbatas dengan debit

yang dihasilkan tergantung pada putaran dan panjang langkah torak. Volume cairan yang

dipindahkan selama satu langkah piston atau plunyer akan sama dengan perkalian luas piston

dengan panjang langkah.

2.2.1.2 Pompa putar

Pompa putar adalah pompa yang mentransfer energi dari penggerak ke cairan menggunakan

elemen yang bergerak berputar didalam rumah (casing). Fluida ditarik dari reservoir melalui sisi

isap dan didorong melalui rumah pompa yang tertutup menuju sisi buang pada tekanan yang

tinggi. Berapa tekanan fluida yang akan keluar pompa tergantung pada tekanan atau tahanan

aliran sistem. Sedangkan debit yang dihasilkan tergantung pada kecepatan putar dari elemen

yang berputar. Elemen yang berputar ini biasanya disebut sebagai rotor.

2.2.1.3 Pompa diafragma

Pompa diafragma adalah pompa yang mentransfer energi dari penggerak ke cairan melalui

batang penggerak yang bergerak bolak-balik untuk menggerakan diafragma sehingga timbul

isapan dan penekanan secara bergantian antara katup isap dan katup tekan. Keuntungan pompa

diafragma ini adalah hanya pada diafragma saja yang bersentuhan dengan fluida yang ditransfer

sehingga mengurangi kontaminasi dengan bagian lain terutama bagian penggerak.

2.2.2 Pompa dinamik

Pompa dinamik terdiri dari satu impeler atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu, yang

dipasangkan pada poros-poros yang berputar dan menerima energi dari motor penggerak pompa

serta diselubungi dengan sebuah rumah (casing). Fluida berenergi memasuki impeler secara

aksial, kemudian fluida meninggalkan impeler pada kecepatan yang relatif tinggi dan

dikumpulkan didalam volute atau suatu seri laluan diffuser, setelah fluida dikumpulkan di dalam

volute atau diffuser terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan, yang diikuti

dengan penurunan kecepatan. Sesudah proses konversi ini selesai kemudian fluida keluar dari

pompa melalui katup discharge. Pompa dinamik dapat dibagi dalam beberapa jenis :

1. Pompa Sentrifugal (Centrifugal Pump)

Berdasarkan arah aliran di dalam impeler pompa sentrifugal dibagi menjadi :

a. Aliran radial (Radial flow)

b. Aliran aksial (Axial flow)

c. Aliran campur (Mixed flow)

2. Pompa Efek Khusus (Special Effect Pump)

a. Pompa Jet (Jet Pump)

b. Pompa Gas lift (Gas Lift Pump)

c. Hidraulik ram

2.2.2.1 Pompa sentrifugal

Pompa ini digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar

impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Akibat dari putaran impeler yang menimbulkan

gaya sentrifugal, maka zat cair akan mengalir dari tengah impeler keluar lewat saluran di antara

sudu-sudu dan meninggalkan impeler dengan kecepatan yang tinggi.

Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi kemudian melalui saluran yang

penampangnya semakin membesar yang disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari

head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head

totalnya bertambah besar. Sedangkan proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair

dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudu-sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan

terisap masuk.

Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk

disebut sebagai head total pompa. Sehingga dapat dikatakan bahwa pompa sentrifugal berfungsi

mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan

pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinu.

Sekarang ini pemakaian pompa sentrifugal sangat banyak digunakan dan telah berkembang

sedemikian maju sehingga banyak menggantikan pemakaian pompa-pompa lain.

Keuntungan pompa sentrifugal dibandingkan jenis pompa lain :

1. Pada head dan kapasitas yang sama, dengan pemakaian pompa sentrifugal umumnya paling

murah.

2. Operasional paling mudah

3. Aliran seragam dan halus.

4. Kehandalan dalam operasi.

5. Biaya pemeliharaan yang rendah.

Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam :

1. Menurut kapasitas

a. Kapasitas rendah (<20>3/jam)

b. Kapasitas sedang (20 – 60 m3/jam)

c. Kapasitas tinggi (>60 m3/jam)

2. Menurut tekanan yang dihasilkan :

a. Tekanan rendah (<5>2)

b. Tekanan menengah (5 – 50 kg/cm2)

c. Tekanan tinggi (>50kg/cm2)

3. Menurut kecepatan spesifik :

a. Kecepatan rendah

b. Kecepatan menengah

c. Kecepatan tinggi

d. Pompa aliran campur

e. Pompa aliran aksial

4. Menurut jumlah impeler dengan tingkatannya :

a. Pompa dengan impeler tunggal.

b. Pompa dengan impeler banyak.

5. Menurut sisi masuk impeler :

a. Pompa isapan tunggal (single suction)

b. Pompa isapan ganda (double suction)

6. Menurut perencanaan rumah pompa :

a. Rumah tunggal

b. Rumah bersekat-sekat, digunakan pada pompa multi tingkat.

7. Menurut letak poros :

a. Pompa poros horisontal

b. Pompa poros vertikal

8. Menurut sistem penggerak :

a. Dikopel langsung pada unit penggerak

b. Melewati beberapa macam jenis transmisi (belt, roda gigi, dll)

2.2.2.2 Pompa efek khusus

2.2.2.2.1 Pompa jet

Pompa jet merupakan suatu kombinasi pompa sentrifugal volut dan susunan venturi – nosel.

Pompa jet biasanya digunakan untuk mengangkat atau menarik air dari sumur yang dalam ke

suatu tempat yang lebih tinggi. Pada pompa jet, air pada tekanan tinggi dipompakan melewati

sebuah nosel dimana air akan dipercepat di dalam nosel, sehingga energi tekanan akan diubah

menjadi energi kinetik. Dan setelah melewati nosel air akan masuk ke dalam venturi, dimana air

yang telah dipercepat akan menyebabkan tekanan menjadi turun, sehingga pompa jet dapat

menghisap air.

2.2.2.2.2 Pompa gas lift

Prinsip dari pompa gas lift adalah memanfaatkan udara atau gas yang tertekan untuk

mengangkat air. Campuran udara dan air akan naik didalam pipa yang dikelilingi oleh air. Pada

dasarnya pompa gas lift terdiri dari pipa vertikal yang sebagian terendam dalam air dan tabung

supply udara yang menyediakan udara yang tertekan diberikan ke pipa vertikal. Campuran udara

dan air bisa naik sampai ke atas permukaan air karena massa jenis dari campuran udara dan air

tersebut lebih rendah dari massa jenis air itu sendiri.

2.2.2.2.3 Pompa hidraulik ram

Pompa hidraulik ram merupakan suatu alat untuk menaikkan sebagian dari sejumlah besar air

yang ada pada suatu tempat dengan ketinggian tertentu sampai ke tempat yang lebih tinggi.

Pompa hidraulik ram terpakai ketika beberapa sumber air alami seperti mata air atau sungai

berada pada ketinggian tertentu, misal pada daerah berbukit.

Pada prinsipnya, pompa hidraulik ram adalah pompa air yang memanfaatkan energi kinetik air yang mengalir untuk menaikkan air ke tempat yang lebih tinggi.