[Materi 3] Mesin Fluida

image
3.1 Definisi Mesin Fluida
Mesin fluida adalah mesin yang berfungsi untuk mengubah energi mekanis poros menjadi energi potensial atau sebaliknya mengubah energi fluida (energi kinetik dan energi potensial) menjadi energi mekanik poros. Fluida yang dipergunakan berupa : fluida cair, fluida gas, fluida uap. Mesin fluida dibagi jadi dua yaitu mesin tenaga dan mesin kerja. Mesin Tenaga, yaitu mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros. Contoh : turbin, kincir air, dan kincir angin. Mesin Kerja, yaitu mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi energi fluida (energi potensial dan energi kinetik). Contoh : pompa, kompresor, kipas (fan). Pada modul ini akan membahas mesin kerja yaitu pompa dan kompresor.

.
3.2 Macam-Macam Mesin Fluida

Mesin yang berfungsi untuk merubah energi mekanik menjadi energi potensial dan sebaliknya, merubah energi mekanik dalam bentuk fluida, dimana fluida yang dimaksud adalah air, uap, dan gas. Berikut merupakan mesin fluida :

3.2.1 Pompa

Mesin fluida yang digunakan untuk mengalirkaan fluida inkompressible / tidak mampu mampat, dari suatu tempat ketempat yang lain, dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi atau dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi. Definisi pompa menurut Sularso , & Tohar. (1985). Pompa dan Kompresor adalah pemilihan, pemakaian dan pemeliharaan adalah suatu peralatan mekanis yang digunakan untuk memindahkan fluida cair dari suatu tempat ke tempat lain, melalui suatu media pipa dengan cara menambahkan energi pada fluida cair tersebut secara terus menerus. Energi tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.

Pada sisi hisap (suction) elemen pompa akan menurunkan tekanan dalam ruang pompa sehingga akan terjadi perbedaan tekanan antara ruang pompa dengan permukaan fluida yang dihisap. Akibatnya fluida akan mengalir ke ruang pompa. Oleh elemen pompa fluida ini akan didorong atau diberikan tekanan sehingga fluida akan mengalir ke dalam saluran tekan (discharge) melalui lubang tekan. Proses kerja ini akan berlangsung terus selama pompa beroperasi. Perpindahan zat cair dapat terjadi menurut arah komponen-komponen secara mendatar maupun tegak. Perpindahan zat cair yang menurut arah mendatar, maka hambatan terdiri dari gesekan-gesekan di dalam pipa (friksi) dan pusaran (turbulensi) aliran. Pada perpindahan zat cair yang tegak lurus yang diakibatkan karena adanya perbedaan tinggi antara permukaan isap dan permukaan tekan, maka hambatan-hambatannya harus diatasi.

Bedasarkan jenis dan arah alirannya, pompa terbagi jadi beberapa tipe yaitu radial, aksial, sekrup (screw), dan Reciprocating.

3.2.1.1 Radial

Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran radial pada bidang yang tegak lurus terhadap poros dan head yang timbul akibat dari gaya sentrifugal itu sendiri. Pompa aliran radial mempunyai head yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan pompa jenis yang lain.
image
Gambar 3.1 Pompa radial/sentrifugal

Pompa ini menggunakan impeler jenis radial atau francis Konstruksinya dibuat sedemikian rupa sehingga aliran fluida yang keluar dari impeler akan melalui bidang tegak lurus pompa. Impeler jenis radial digunakan untuk tinggi tekan (head) yang sedang dan tinggi, sedangkan impeler jenis francis digunakan untuk head yang lebih rendah, jenis francis digunakan untuk head yang lebih rendah dengan kapasitas besar.

3.2.1.2 Aksial

Pompa aksial bisa juga disebut dengan pompa propeler. Pompa ini menghasilkan sebagian besar tekanan dari propeller dan gaya lifting dari sudu terhadap fluida. Pompa ini banyak digunakan pada sistem drainase dan irigasi. Pompa aksial vertikal single stage lebih umum digunakan, akan tetapi kadang pompa aksial two stage lebih ekonomomis penerapannya. Pompa aksial horisontal digunakan untuk debit aliran fluida yang besar dengan tekanan yang kecil dalam alirannya. Arah aliran dalam sudu gerak pada pompa aliran aksial terletak pada bidang yang sejajar dengan sumbu poros dan head yang timbul akibat dari besarnya gaya angkat dari sudu – sudu geraknya. Pompa aliran aksial mempunyai head yang lebih rendah tetapi kapasitasnya lebih besar.
image
Gambar 3.2 Pompa aksial

3.2.1.3 Sekrup (Screw)

Pompa jenis ini digunakan untuk memompa sampai tekanan 50 kg/cm2 dengan putaran mencapai 3.500 Rpm, namun umumnya hanya pada putaran 1.750 Rpm. Pengaturan jumlah aliran dilakukan dengan mengubah putaran atau mengembalikan ke sisi hisap / reservoir.
image
Gambar 3.3 Pompa Sekrup (Screw)

3.2.1.4 Reciprocating

Pompa dimana energi mekanik dari penggerak pompa diubah menjadi energi aliran dengan menggunakan elemen bolak-balik ( reciprocating ) yang ada di dalam silinder.
image
Gambar 3.4 Pompa Reciprocating

Adapun terdapat ganguan-gangguan pada pompa; Gangguan pada pompa dapat menyebabkan menurunnya kinerja pompatersebut untuk mengumpan air. Gangguan pada pompa juga dapat memperpendek umur pompa tersebut. Gangguan-ganggguan tersebut disebabkan beberapa factor salah satunya yaitu kurangnya perawatan pompa yang dilakukan. Adapun gangguan yang sering terjadi pada pompa sebagai berikut:

  • Pompa sulit dipancing,
  • Pompa tidak bisa berputar setelah tombol ditekan,
  • Pompa berputar tetapi air tidak mau keluar,
  • Motor mengalami pembebanan lebih,
  • Bunyi dan getaran terlalu berlebih,
  • Temperatur bantalan melebihi batas,
  • Kebocoran dan pemanasan kotak packing,
  • Terjadi kavitasi,
  • Impeller macet atau tidak berputar normal,
  • Terbentuknya kerak pada bagin dalam pompa.

3.2.2 Kompresor

Kompresor adalah mesin atau alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan atau memampatkan fluida gas atau udara. Kompresor biasanya menggunakan motor listrik, mesin diesel atau mesin bensin sebagai tenaga penggeraknya. Udara bertekanan hasil dari kompresor biasanya diaplikasikan atau digunakan pada pengecatan dengan teknik spray / air brush , untuk mengisi angin ban, pembersihan, pneumatik, gerinda udara (air gerinder) dan lain sebagainya. Prinsip kerja kompresor dapat dilihat mirip dengan paru-paru manusia. Misalnya ketika seorang mengambil napas dalam – dalam untuk meniup api lilin, maka ia akan meningkatkan tekanan udara di dalam paru-paru, sehingga menghasilkan udara bertekanan yang kemudian digunakan atau dihembuskan untuk meniup api lilin tersebut.

3.2.2.1 Radial

Kompresor Radial adalah Kompresor yang menggunakan sistem sentrifugal. Kompresor sentrifugal merupakan kompresor yang memanfaatkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeller untuk mempercepat aliran fluida udara (gaya kinetik), yang kemudian diubah menjadi peningkatan potensi tekanan (menjadi gaya tekan) dengan memperlambat aliran melalui diffuser.

3.2.2.2 Aksial

Kompresor yang berputar dinamis yang menggunakan serangkaian airfoil untuk menekan aliran fluida. Aliran udara yang masuk akan mengalir keluar dengan cepat tanpa perlu dipindahkan ke samping seperti yang dilakukan kompresor sentrifugal. Kompresor aksial secara luas digunakan dalam turbin gas/udara seperti mesin jet, mesin kapal kecepatan tinggi, dan pembangkit listrik skala kecil.
image
Gambar 3.5 Kompresor aksial

3.2.2.3 Sekrup (Screw)

Kompresor screw merupakan jenis kompresor dengan mekanisme putar, yang umumnya digunakan untuk mengganti kompresor piston, bila diperlukan udara bertekanan tinggi dengan volume yang lebih besar.

3.2.2.4 Reciprocating

Merupakan salah satu jenis kompresor yang telah digunakan untuk aplikasi yang sangat luas. Kecepatan alir masuknya dapat mencapai 100 hingga 10.000 cfm ( cubic feet per meter ).

.
Adapun gangguan-gangguan yang umum terjadi pada kompresor yaitu :

Terjadi overload dan overheating

Seperti yang diketahui bahwa kompresor merupakan sebuah mesin yang dapat bekerja dengan menggunakan energi dari sumber lain. Energi tersebut bisa berupa motor penggerak dengan menggunakan bahan bakar, ataupun yang menggunakan motor listrik. Dan yang sering menjadi masalah adalah daya yang dibutuhkan kompresor kurang dari ketetapan normalnya. Bila sudah seperti ini, biasanya kinerja dari motor penggerak sendiri akan bekerja lebih berat dan akan mendapatkan beban yang lebih besar. Kejadian ini disebut juga dengan overload yang memaksa mesin untuk bekerja lebih ekstra dari batas kemampuannya. Jika sudah terjadi overload, biasanya juga akan berdampak pada motor listrik yang semakin panas dan bahkan dapat mengalami kebakaran di bagian lilitan magnetnya, dan inilah yang disebut dengan overheat. Jika kedua kejadian ini sering terjadi, maka dapat cepat merusak mesin dan membuat mesin menjadi tidak tahan lama. Solusinya, dalam setiap instalasi kompresor, haruslah dipikirkan dan dipertimbangkan tiap faktor koreksi daya yang ada. Jadi dengan kata lain, kemampuan mesin dapat menyesuaikan dengan daya yang ada sehingga tidak memaksa mesin bekerja diluar batas kemampuannya.

Terjadinya Pemanasan Berlebih Pada Udara Hisap

Dalam sebuah rumus dasar dari kompresor udara, apabila udara hisap memiliki temperature yang lebih tinggi, maka dapat berdampak juga terhadap temperature udara tekan. Hal ini tentu akan berdampak buruk pada mesin kompresor , karena dapat menghambat terjadinya proses pemampatan angin / udara. Tak hanya itu efek negatif lainnya yang akan terjadi pada mesin kompresor adalah kerusakan yang terjadi pada tiap katup, proses kompresi yang berhenti total, piston yang macet, hingga timbulnya karbit yang menempel pada tiap katup peralatan lainnya. Solusi untuk mengatasi hal ini adalah dengan memasang beberapa alat pendingin di bagian mesin kompresor udara, khususnya pada tangki yang menampung udara.

Terbukanya Katup Pengaman Kompresor

Jika katup pengaman sudah mengalami kerusakan atau terbuka, maka sistem kontrol tekanan menjadi kacau balau bahkan bisa melebihi batas normal dan tak terkontrol. Kondisi ini sangat membahayakan bagi operator ataupun wilayah sekitar mesin kompresor berada. Solusi untuk mengatasi hal ini adalah dengan secara teliti memperhatikan dan melakukan penyetelan yang presisi dan memenuhi standar operasional mesin kompresor. Para operator juga harus melakukan pengecekan kebersihan dari tiap katup tersebut agar tidak ada kotoran-kotoran yang menyumbat.

Timbulnya Korosi (karat)

Udara tentunya akan mengandung senyawa air. Dan jika udara yang masuk kedalam kompresor dan tercampur dengan berbagai senyawa asam dan basa lainnya, maka akan berubah menjadi sangat korosif. Jika mesin sedang tidak beroperasi, maka udara tekan yang ada di dalam tabung akan mengalami pendinginan dan uap air justru akan mengembun dan menempel di beberapa komponen mesin, sementara lainnya bercampur dengan pelumas. Proses pengembunan inilah yang dapat mengakibatkan korosi ataupun karatan pada berbagai bahan logam yang ada pada mesin. Tak hanya udara, minyak pelumas juga bisa memicu timbulnya korosi. Solusinya, adalah dengan memilih komponen komponen mesin berbahan logam yang pas dan tahan terhadap korosi. Atau bisa dengan cara kedua yaitu dengan memasangkan sistem katup cegah air otomatis pada bagian luar kompresor, untuk mengurangi porsi air yang terlarut pada udara tekan.

.
Referensi:
ppt mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi prodi teknik mesin UPN Veteran Jakarta

h*ttp://eprints.umg.ac.id/1510/3/7%20BAB%202.pdf

h*ttp://blog.unnes.ac.id/antosupri/pengertian-dan-macam-macam-kompresor/

h*ttp://eprints.undip.ac.id/80596/1/Course6a-Fluid_Machinery.pdf

h*ttp://eprints.umm.ac.id/60517/6/BAB%20II.pdf