FAN - Ventilasi Industri

PERANCANGAN
FAN
ETAPRIMA SAFETY ENGINEERING, M.ARIEFF.L
I.
PENDAHULUAN
FAN , BLOWER & KOMPRESOR
Di bedahkan oleh metode yang digunakan untuk menggerkan udara, dan oleh
tekanan sistim operasinya. ASME (The American Society of Mechanical Engineers)
menggunkan rasio spefik, yaitu tekanan pengeluaran terhadap tekanan hisap,
untuk mendefenisikan fan, blower dan kompresor (lihat tabel.5.9)
Tabel.5.9
Perbedaan fan , blower dan kompresor (ganasean)
Nama Alat
Perbndingan spesifik
Kenaikan tekanan (mm
WG)
Fan
Blower
Kompresor
Sampai 1,11
1136
Sampai 1,11 sampai 1,20
1136- 2066
Lebih dari 1,20
-
Jenis- Jenis Fan
Terdapat dua jenis fans, yaitu ;
(i) Fans aksial, menggerakkan aliran udara sepanjang
sumbuh fans (terpasang pada poros berputar)
(ii) Fans sentrifugal, menggunakan impeler berputer
untuk menggerakan aliran udara,
1.
FAN
AKSIAL
Cara kerjanya fan seperti impeller pesawat terbang;
blades fan menghasilkan pengangkatan aerodinamis
yang menekan udara.
Fan aksial meliputi ;
Impeller
Pipa aksial
Impeler aksial
2.
FAN SENTRIFUGAL
Fans sentrifugal (gambar.5.16) meningkatkan kecepatan aliran udara
dengan impeller berputar, Kecepatan meningkat sampai mencapai ujung
blade dan kemudian diubah ke tekanan.
Fan ini mampu menghasikan tekanan tinggi, dan cocok untuk kondisi
operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu yang tinggi, aliran udara kotor
atau lembab dan handling padatan yang terbang (debu ,serpih kayu, dan
skrap logam).
Gambar. 5.16 Kompenen-kompenen Fans strifula (i. udara masuk/gas inlet, ii. Motor(roda fans/fans wheel), iii.
Rumah fans/housing, dan iv udara keluar/gasout)
Kompenen-komponen Fans sentrifugal terdiri dari :
o Motor (meliputi, roda fan, impelleer yang terdiri dari
sejumlah blade dipasang di sekitarnya),
o rumah/housing, dan
o
inlet dan oulet fan,
Gambar.5.22
Gambar.5.23
Fan sentrifugal Impeller
Tipe Fan sentrifugal dan aksials
Gbr, Centri fugal Fan Komponen
Gbr, 2 contoh Fans
Gr, 3 tipe roda fan
[Gambar 3 (c)], yang sering digunakan pada partikulat-sarat aliran gas karena ini yang paling
tidak sensitif terhadap padatan membangun-up pada pisau.
JENIS-JENIS BLOWER
Blower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi dari fan,
sampai 1,20 kg/cm2, dan dapat digunakan untuk
menghasilkan tekanan negative untuk sistim vakum industri.
Ada Dua Jenis Blower, yaitu ;
(i)
blower sentrifugal, dan
(ii)
blower positive displament
Blower Sentrifugal
Blower sentrifugal terlihat seperti pompa sentrifugal dari pada fan. Impellernya
digerakan oleh gir yang berputar 1.500 rpm.
Pada blower multi tahap, udara dipercepat setiap melewati impeller.
Pada blower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyak belokan, sehingga lebih
efisien
Gambar.5.24 Tekanan Blowers tahap tunggal
Blower jenis positive Diplasement
Blower jenis ini memiliki
o
o
o
o
o
motor, yang menjebak udara dan mendorongnya melalui rumah
blower.
volum udara yang konstan
tekanan pada sistimnya bervariasi.
Putaran tinggi dari blower sentrifugal (3.600 rpm)
digerakan dengan belt untuk mengfalitasi perubahan kecepatan
Cocok digunakan untuk sistim yang cenderung terjadi penyumbatan, karena
dapat menghasikan tekanan yang cukup (biasanya sampai mencapai 1,25
kg/cm2) untuk menghebus bahan-bahan yang menyumbat sampai tak terbebas..
Tipe fan
Batas Peak Efisiensi
Fan sentrifugal :

Airfoil, backward curved/inclined
79 – 83

Modified radial
72 – 79

Radial
69 -75

Pressure blower
58 – 68

Forward curved
60 – 65
Fan Aksial

Vanaxil
78 – 85

Tubeaxial
67 – 72

Propoller
45 – 50
2. FAN SECTION
Fans - Prinsip Operasional
Tujuan
•
Gunakan hukum fans untuk menjelaskan hubungan antara
parameter ventilasi industri: kecepatan, laju aliran udara, dan fan
tekanan statis.
•
Nama dua parameter yang paling penting untuk dipertimbangkan
saat memilih sebuah fan yang sesuai untuk sistem pengendalian
pencemaran udara.
•
Jelaskan bagaimana perubahan dalam perlawanan sistem dan
kondisi fans yang bekerja dapat mempengaruhi dasar operasi itik
dan laju aliran gas.
•
Jelaskan bagaimana perubahan dalam laju aliran gas dan fans
untuk meningkat tekanan
2.1. KONSIDERASI FANS SELECTION
Kapasitas dari fan, sangat berhubungan dengan :
Besarya debit yang dihisap atau Flow rate (Q), yaitu
aliran udara aktual yang dihisap atau aktual cubic feet
per menit (Cfm) masuk kedalam Fan (fan-inlet)
Tekanan, yang dimaksudkan adalah Tekanan Statik Fan atau
Fan Static Pressure (FSP) dan Tekana Tokanan Fan atau Fan
Total Pressure (FTP), dalam in WG,
Dengan “Standar kondisi (0,075 lbm/ft 3)
Tabel,- 1 Karakteristik Fan Aksial
Jenis fan
1.
(1)
Fan propeller
Kelebihan





Gambar. 5.13 Fan propeller
(2)
Menghasilkan laju aliran udara yang tinggi
pada tekanan rendah
Tidak membtuhkan saluran kerja yang
luas (karena tekanan yang dihasilkan lbih
kecil)
Murah, karea kontruksinya sederhana
Mencapai efesiensi maksimum, hamper
seperti aliran yang mengalir sendiri, dan
sering digunakan pada ventilasi atap
Dapat mnghasilkan aliran dengan arah
berlawanan, yang membantu dalam
penggunaan ventilasi
kelemahan


(3)
Efisiensi energy
relative rendah
Bising
(1)
Fan pipa aksial,
prinsinya dimana fan
propoler ditemapatkan
dibagian dalam
selinder.





Gambar 5.14 Fan tabung aksila

Fan dengan balingbaling
Gabar.5.15. Fan poropeller
(2)
Tekanan lebih tinggi
dan efisiensi
operasinya lebih baik dari pada fan
propoler
Cocok
untuk
tekanan
menengah,
penggunaan laju aliran udara yang tinggi
Dapat dpercepat sampai sampai ke nilai
kecepatan
tertentu(karena
putaran
massanya rendah) dan menghasikan
aliran pada arah berlawanan, yang
berguna dalam berbagai penggunaan
ventilasi
Menciptakan tekanan yang cukup untuk
mengatasi kehilangan di saluran dengan
ruang yang relative efisien, yang berguna
untuk pembuangan
1. Cocok untuk tekanan sedang sampai
dengan tekanan tinggi(sampai 500
mm WC) pada
buangan boilerinduced draft
2. Dapat dpercepat sampai sampai ke
nilai
kecepatan
tertentu(karena
putaran massanya rendah) dan
menghasikan
aliran
pada
arah
berlawanan, yang berguna dalam
berbagai penggunaan ventilasi
3. Cocok untuk hubungan langsung ke
as motor
4. Kebanayakan energinya, efisiensi
(mencapai 85 % jika dilengkapi
dengan fan air foil dan jarak ruang
yang kecil)



5.
(3)
Relatif mahal
Tingkai
kebisingan dan
aliran udara
sedang
Efesiensi energy
relative lebih
rendah (65 %)
Relative mahal
dibandingkan fan
impeller
Tabel-2, Centrifugal fan ,
terdiri atas lima klasifikasiyaitu:
1.. Tipe Forward Curved
Gambar.5.17 Fan Forward Curve
Pada fan tipe ini roda-roda yang terdapat didalamnya
berukuran kecil dan membelok kedalam searah
dengan arah rotasi roda-roda. Fan ini beroperasi pada
kecepatan yang relatif rendah. Jenis fan ini biasa juga
disebut sebagai squirrel cage wheel.Tipe ini biasa
digunakan pada kegiatan proses pemanasan dengan
tekanan rendah, ventilasi dan pendingin ruangan
seperti pada tungku pembakaran domestik dan pada
alat pendingin lainnya.
1.2. Tipe Radial Blade
Gambar 5.18 Radial Blade
Pada fan tipe ini roda-roda yang terdapat didalamnya
berbentuk seperti paddle. Blade yang ada memiliki
arah tegak lurus dengan arah rotasi fan. Fan ini
cenderung
beroperasi
pada
kecepatan
yang
sedang.Tipe ini biasa digunakan pada kegiatan
material handling, memiliki bentuk yang kokoh serta
mudah untuk diperbaiki dilapangan. Jenis fan ini juga
digunakan pada industri yang membutuhkan tekanan
yang tinggi.
1.3. Tipe Backward Inclined
Gambar 5.19 Fan Backward Inclined
Pada fan tipe ini roda-roda yang terdapat didalamnya
berbentuk rata dan memiliki arah yang condong dan
menjauhi arah dari rotasi roda. Fan ini cenderung
beroperasi pada kecepatan yang tinggi. Tipe fan ini
lebih efisien daripada kedua jenis fan diatas. Tipe ini
biasa digunakan pada pemanas biasa, ventilasi dan
sistem pendingin udara. Digunakan pada berbagai
kegiatan di industri, dimana jenis airfoil blade tidak
dapat digunakan karena memiliki kemungkinan
terkena korosi akibat debu halus.
1.4. Tipe Airfoil Blade
Gambar.5.20 Fan Airfoil Blade
Walaupun tipe fan ini bukan tipe yang umum, namun
tipe ini merupakan tipe penyempurnaan pada desain
tipe Backward Inclined. Fan ini memiliki efisiensi yang
paling tinggi dan cenderung memiliki kecepatan yang
lebih cepat. Tipe ini biasa digunakan pada industri
yang memiliki keadaan udara yang cukup bersih.
Selain itu jenis fan ini dapat dirancang dengan
konstruksi khusus pada udara yang berdebu.
1.5. Tipe Radial Tip
Gambar.5.21 Fan Radial Tip
Pada tipe fan ini roda-roda yang terdapat didalamnya
memiliki bentuk yang cenderung melengkung ke arah
rotasi roda-roda tetapi blade yang terdapat didalamnya
bersandar kebawah, sehingga bagian luarnya akan
mencapai posisi radial. Fan ini berkerja dengan
kecepatan yang hampir sama dengan fan backward
inclined. Tipe ini juga dirancang untuk menangani
pada kegiatan material handling atau pada kegiatan
yang menyebabkan erosive, dan juga lebih efisien
daripada blade radial.
Untuk melihat Karakteristik kelebihan dan kelemahan fan sentrifugall, diringkas
pada tabel -3.
Jenis fan dan blade
(1)
Fan radial dengan
blades datar
Kelebihan






Fan yang melengkung
kedepan, dengan blade
yang
melengkung
kedepan
1.
2.
3.
(2)
Cocok
untuk
tekanan
statis
tinggi (sampai 1400 mm WC)
dan suhu tinggi.
Rancangan sederhana sehingga
dapat
dipakai
untuk
unit
penggunaan khusus
Dapat beroperasi pada aliran
udara
yang
rendah
tanpa
masalah getaran/vibrasi
Sangat tahan lama
Efisiensi mencapai 75 %
Memiliki jarah ruang kerja yang
lebih besar yang berfungsi untuk
handling padatan yang terbang
(debu, serpih kayu, dan skrap
logam)
Dapat mengerakan volume
udara yang besar terhadap
tekanan yang relative rendah
Ukurannya relative kecil
Tingkat kebisingan rendah
(diakibatkan rendahnya
kecepatan) dan sangat cocok
untuk pemanasan perumahan,
ventilasi dan penyejuk udara
Kelemahan





(3)
Hanya cocok untuk laju
aliran udara rendah
sampai sedang
Hanya cocok untuk
layanan yang bersih,
untuk layanan kasar,
dan bertekanan tingggi
Keluaran fan sulit
untuk diatur secara
tepat
Penggerak harus
dipilih secara hati-hati
untuk menghindarkan
beban motor lebih,
sebab kuva daya
meningkat sejalan
dengan aliran udara
Efisiensi energy
relative rendah (55 –
65 %)
(1)
Backward inclined fan,
dengan blades yang
miring jauh darai arah
perputaran ; datar,
lengkung, dan airfoil






(2)
Dapat
beroperasi
dengan
perubahan
tekanan
statis
(asalkan
bebannya
tidak
berlebih ke motor)
Cocok untuk sisitim yang tidak
menentu pada aliran udara yang
tinggi
Cocock untuk layanan forced –
draft
Fan dengan balade datar lebih
kuat
Fan dengan blades lengkung
lebih efisien (melebihi 85 %)
Fan dengan blades air foil yang
tipis adalah yang paling efisien



(3)
Tidak cocok untuk
aliran udara yang kotor
(karena fan
mendukung terjadinya
penumpukan debu)
Fan dengan blades air
foil kurang stabil
karena mengandalkan
padapenangkatan
yang dihasilkan oleh
setiap blade
Fan blades air foil yang
tipis akan menjadi
sasaran erosi.
2.1
Pengurangan Faktor Fisik
Bunyi yang bersumber dari Fan, baik lewat tali sabuk mengirimkan energi
mekanik dari motor ke fan, roda fan, diameter puli, kontruksi fan, dan putaran
motor (rpm) , dapat menimbulkan bising antara (100 – 120) dbA,
Untuk memenuhi kabilitas, flow rate, tekanan dan efisiensi Fan dalam
persamaan-1.
BPF = Rpm * N * CF
Dimana :
BPF = blade passage frequency,
Hz
Rpm = Rotasi permenit, rpm
N
= Jumlah blade
CF
= Conversion factor = 6356 atau 1/60
----------- (1)
2.2. Tekanan Total Fan
Tekanan
Total Fan (FTP) merupakan kebutuhan energi
untuk mengerakan udara melalui sistem ventilasi.
Tekanan total fan sering disebut sebagai penurunan total fan
tekanan statis.
FTP = TP outlet - TP inlet
FTP =( SPout + VP out )- (SPinlet + VP inlet) ……………. (2)
FTP = SPout - SPin
Fan SP = SP outlet - SP inlet - VP inlet
----------- (3)
Contoh
Dari data :
Dari gambar -4
SP out = +5.797 “wg
SP in = - 4.216 “ wg
VP in = 1,1383 “ wg
Gbr, 4
Fan SP = SP outlet - SP inlet - VP inlet
= 5.797 – (-4216) - 1,1383
= 8.88 ‘’ wg
Fan Static Pressure/ Takanan statik Fan
Tekanan statik keluar dari fan didefinisikan sebagai tekanan total
fan dikurangi tekanan kecepatan rata-rata keluar dari fan
FSP = Fan TP - VPout
Dari data :
VP out = 0.994 “wg
FSP = Fan TP - VPout
Fan TP = F SP + VP out
= 8.88 + 0.994
= 9.87 “wg
Untuk menghitung koefisien efsiensi dari fan, untuk mendapat besara tenaga
atau daya yang dibutuhkan untuk menarik udara dari Hood, ke pembersih
udara/partikulat ke Fan (fan-inlet), dengan menggunakan persamaan (4)
Ƞ =
Q * FTP
CF *PWR
=
Q * (FSP + VP0ulet)
CF * PWR
Dimana
Ƞ = mechanic eficiensy, garafik-1
Q = volumetric rate , chm
FTP = fan tekanan total
FSP = fan tekanan static
PWR= power rekruitmen, HP
CF = Konfersi factor, 6356
……. (4)
Grafik-1, Mecahanical Eficiency
Fan TP = 9,81
Commercial Fan Curves
Commercial Fan Curves
Commercial Fan Curves
Six-and-Three Rule
Dari persamaan persamaan (4), dapat dihitung PWR, persamaan 5
PWR=
Q * FTP
6356 * Ƞ
PWR=
1.200 * 9,87
6356 * 0,75
Putaran motor =
=
……. (5)
= 2,48 HP
2.500 rpm
pada grafik
Bila diketahu i
Ƞ = mechanic eficiensy = 75 %
Q = volumetric rate
= 1.200 chm
FTP = fan tekanan total = 9.87 “wg
Air Horsepower
Menhitung besarnya daya untuk Fan .
Hp = ( FanTP * Q * d)/6356 ----
Fan TP = Fan Tekan Total
Q = volumetric rate , cfm
Hp = hourse pawer
6356 = confersi faktor
d = density correction factor
Shaft Horsepower
Besar daya Fan aktual atau Shaft horsepower SHP, ditambah
kehilangan pada poros/dirve losses, bantalan/bearing, dan katrol
antara kipas dan poros motor.
SHP = BHP * Kdl
Kdl = 1,10, 1,30 motor < 2 HP, dan 1,05 u/ direct dirve
What is the required power for the system and what
rated power motor would you use?
FanTP = 5.0 in. w.g. ,
Q = 12000 scfm
ME = 0.60, Kdl = 1.10, d = 1,
f = 6356
Exercise 8-7
Estimate the ahp, bhp, shp, and the rated
power motor you would choose for the
following system.
Fan TP = 10.0 in. w.g.,
Q = 5000 scfm
Kdl = 1.15, STP(densitas =1),
Cf = 6356, Mechanical Eficiency = 0.65
Fan Laws
1.
Fans Sentrifugal
Sabuk mengirimkan energi mekanik dari motor ke fan. Kecepatan roda kipas hanyalah rasio dari
diameter roda kipas dengan diameter puli katrol sheave bermotor sebagaimana ditunjukkan dalam
persamaan.5.1.
Rpm fan = Rpmmotor x Dmotor
Dfan
(5.1)
Dimana:
Rpmfan
Rpmmotor
Dfan
Dmotor
= fan speed, revolution per menit
=
motor speed, revolution per menit
= diameter of fan sheave, inches
= diameter of motor sheave, inches
Hubungan Putaran Kipas (Fan Sped) dan Laju
Alir Gas (airflow rate)
Putaran kipas, dinyatakan sebagai putaran per menit (rpm),
Laju aliran udara bergerak melalui kipas tergantung pada kecepatan rotasi
roda kipas. Dengan meningkatnya putaran, tingkat aliran udara meningkat
seperti ditunjukkan dalam contoh data pada
Adalah penting untuk mengakui bahwa penurunan 10% dalam hasil
kecepatan kipas penurunan 10% dalam tingkat aliran udara melalui sistem
ventilasi. Hubungan ini dinyatakan dalam hukum kipas angin pertama.
Q2 = Q1 (rpm2/rpm1)
(2)
Dimana:
Q1 = Baseline air flow rate, ACFM
Q2 = New airflow rate, ACFM
Rpm1 = Baseline fan wheel rational
Rpm2 = New fan wheel rotational speed, revolution per menit