Makalah Alat Proses tentang Fan

Fan

A.    Model Skala Fan

            Secara teknis, fan dan blower merupakan dua alat/mesin yang berbeda yang memiliki fungsi yang sama yaitu memindahkan sejumlah udara atau gas pada tekanan tertentu. Istilah fan digunakan untuk menyatakan mesin yang tekanannya tidak melebihi 2 psig, sedangkan blower untuk menyatakan mesin dengan tekanan discharge antara 2 – 10 psig. Untuk mesin dengan tekanan discharge di atas 10 psig disebut sebagai kompresor. Istilah blower juga digunakan untuk kompresor rotari (positive displacement) kapasitas aliran rendah yang memiliki rasio kompresi tinggi (Sanjaya, P, 2010)

            Fan, blower dan kompresor dibedakan oleh metode yang digunakan untuk menggerakan

udara, dan oleh tekanan sistim operasinya. The American Society of Mechanical Engineers (ASME) menggunakan rasio spesifik, yaitu rasio tekanan pe ngeluaran terhadap tekanan hisap, untuk mendefinisikan fan, blower, dan kompresor (UNEP, 2010)

            Tabel 1 Pebedaan Fan, Blower dan Kompresor

Peralatan	Perbandingan Spesifik	Kenaikan tekanan (mmWg)
Fan	Sampai 1,11	1136
Blower	1,11 sampai 1,20	1136 –2066
Kompresor	Lebih dari 1,20	-

(Unep, 2010)

B.     Hukum Fan

            Fan beroperasi dibawah beberapa hukum tentang kecepatan, daya dan tekanan. Perubahan dalam kecepatan (putaran per menit atau RPM) berbagai fan akan memprediksi perubahan kenaikan tekanan dan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan fan pada RPM yang baru (UNEP, 2010)

            Tabel 2 Kecepatan, Tekanan, dan Daya Fan

(UNEP, 2010)

C.    Jenis- Jenis Fan

                Fan dapat diklasifikasikan dalam 2 (dua) tipe yaitu: axial dan centrifugal. Axial fan beroperasi seperti propeler, yang menghasilkan aliran udara disepanjang porosnya (Sanjaya, 2010)

A.     Fan sentrifugal

            Berfungsi untuk meningkatkan kecepatan aliran udara dengan impeler berputar. Kecepatan meningkat sampai mencapai ujung blades dan kemudian diubah ke tekanan. Fan ini mampu menghasilkan tekanan tinggi yang cocok untuk kondisi operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu tinggi, aliran udara kotor atau lembab, dan handling bahan.

A.1 Tabel Jenis- Jenis fan

Jenis fan dan blade	Keuntungan	Kerugian
Fan radial dengan blade datar (Gambar 1)	Cocok untuk tekanan statis tinggi (sampai 1400 mmWC) dan suhu tinggi § Rancangannya sederhana sehingga dapat dipakai untuk unit penggunaan khusus § Dapat beroperasi pada aliran udara yang rendah tanpa masalah getaran § Sangat tahan lama § Efisiensinya mencapai 75% § Memiliki jarak ruang kerja yang lebih besar yang berguna untuk handling padatan yang terbang (debu, serpih kayu, dan skrap logam)	§ Hanya cocok untuk laju aliran udara rendah sampai medium
Fan yang melengkung kedepan dengan blade yang melengkung kedepan (Gambar 2)	Dapat menggerakan volum udara yang besar terhadap tekanan yang relativ rendah § Ukurannya relatif kecil § Tingkat kebisingannya rendah (disebabkan rendahnya kecepatan) dan sangat cocok untuk digunakan untuk pemanasan perumahan, ventilasi, dan penyejuk udara (HVAC)	§ Hanya cocok untuk layanan penggunaan yang bersih, bukan untuk layanan kasar dan bertekanan tinggi § Keluaran fan sulit untuk diatur secara tepat § Penggerak harus dipilih secara hati-hati untuk menghindarkan beban motor berlebih sebab kurva daya meningkat sejalan dengan aliran udara § Efisiensi energinya relatif rendah (55-65%)
Backward inclined fan dengan miring jauh dari arah perputaran datar, lengkung dan air foil (Gambar 3)	§ Dapat beroperasi dengan perubahan tekanan statis (asalkan bebannya tidak berlebih ke motor) § Cocok untuk sistim yang tidak menentu pada aliran udara tinggi § Cocok untuk layanan  forced-draft § Fan dengan blade datar lebih kuat § Fan dengan blades lengkung lebih efisien (melebihi 85%) § Fan dengan blades air-foil yang tipis adalah yang paling efisien	§ Tidak cocok untuk aliran udara yang kotor (karena bentuk fan mendukung terjadinya penumpukan debu) § Fan dengan blades air-foil kurang stabil karena mengandalkan pada pengangkatan yang dihasilkan oleh tiap blade § Fan blades air-foil yang tipis akan menjadi sasaran erosi

(UNEP, 2010)

A.2 Gambar Jenis-Jenis Fan

Gambar 1 Fan Sentrifugal	Gambar 2 Fan Sentrifugal dengan blade radial
Gambar 3 Forward Curved Fan	Gambar 4 Backward Inclined Fan

(UNEP, 2010)

A.3 Jenis Blade Centrifugal

(a) forward curve                                          (b) radial blade

(c) radial tip                                                  (d) backward-inclined

                                      

                                                                        (e) air foil.

            Forward curve fan memiliki kecepatan putar yang sangat rendah untuk mengalirkan sejumlah udara serta bentuk lengkungan blade menghadap arah putaran, sehingga kurang efisien dibandingkan tipe air foil dan backward inclined. Fan jenis ini biasanya diaplikasikan untuk sistem pemanas bertekanan rendah, ventilasi, dan air conditioning radial blade fan secara umum yang paling efisien diantara centrifugal fan yang memiliki bentuk blade mengarah titik poros. Fan jenis ini digunakan untuk pemindahan bahan dan industri yang membutuhkan fan dengan tekanan di atas menengah.

            Radial tip fan lebih efisien dibandingkan fan tipe radial blade yang di desain tahan terhadap keausan dan aliran udara yang erosif.

            Backward-inclined fan memiliki blade yang lurus dengan ketebalan tunggal. Fan ini diaplikasikan pada sistem pemanas, ventilasi, air conditioning dan industri dimana blade akan mengalami lingkungan yang korosif dan lingkungan yang erosif.

            Air foil fan adalah tipe centrifugal fan yang dikembangkan untuk memperoleh efisiensi tinggi. Fan ini diaplikasikan pada sistem pemanas, ventilasi, air conditioning dan udara bersih industri dimana penghematan energi sangatlah penting (Sanjaya, 2010)

D.    Axial Fan

Fan aksial (Gambar 5) menggerakan aliran udara sepanjang sumbu fan. Cara kerja fan

seperti impele r pesawat terbang: blades fan menghasilkan pengangkatan aerodinamis yangmenekan udara. Fan ini terkenal di industri karena murah, bentuknya yang kompak danringan.

D.1 Jenis-Jenis Axial Fan

Jenis Fan	Keuntungan	Kerugian
Fan propeller (Gambar 6)	§ Menghasilkan laju aliran udara yang tinggi pada tekanan rendah § Tidak membutuhkan saluran kerja yang luas (sebab tekanan yang dihasilkannya kecil) § Murah sebab konstruksinya yang sederhana § Mencapai efisiensi maksimum, hampir seperti aliran yang mengalir sendiri, dan sering digunakan pada ventilasi atap § Dapat menghasilkan aliran dengan arah berlawanan, yang membantu dalam penggunaan ventilasi	§ Efisiensi energinya relatif rendah § Agak berisik
Fan pipa aksial, pada dasarnya fan propeller yang ditempatkan dibagian dalam silinder (Gambar 7)	§ Tekanan lebih tinggi dan efisiensi operasinya lebih baik daripada fan propeller § Cocok untuk tekanan menengah, penggunaan laju aliran udara yang tinggi, misalnya pemasangan saluran HVAC § Dapat dengan cepat dipercepat sampai ke nilai kecepatan tertentu (karena putaran massanya rendah) dan menghasilkan aliran pada arah berlawanan, yang berguna dalam berbagai penggunaan ventilasi § Menciptakan tekanan yang cukup untuk mengatasi kehilangan di saluran dengan ruang yang relatif efisien, yang berguna untuk pembuangan	§ Relatif mahal § Kebisingan aliran udara sedang § Efisiensi energinya relatif rendah (65%)
Fan dengan baling-baling aksial (Gambar 8)	§ Cocok untuk penggunaan tekanan sedang sampai tinggi (sampai500 mmWC), seperti induced draft untuk pembuangan boiler § Dapat dengan cepat dipercepat sampai ke nilai kecepatan tertentu (disebabkan putaran massanya yang rendah) dan menghasilkan aliran pada arah berlawanan, yang berguna dalam berbagai penggunaan ventilasi § Cocok untuk hubungan langsung ke as motor § Kebanyakan energinya efisien (mencapai 85% jika dilengkapi dengan fan airfoil dan jarak ruang yang kecil)	§ Relatif mahal dibanding fan impeler

                                                Tabel Axial Fan

                                                (UNEP, 2010)

D.2 Gambar Axial Fan

Gambar 5 Fan Axial	Gamabar 6 Fan Propeler
Gambar 6 Fan Tabung Axial	Gambar 7 Fan Axial Fan

                                                     Gambar Axial Fan

                                                     (UNEP, 2010)

E.     Jenis Blade Axial

                                                            Gambar Jenis Blade Axial

                                                                        (Sanjaya, 2010)

F.     Kinerja/Efisiensi Fan

Efisiensi fan adalah perbandingan antara daya yang dipindahkan ke aliran udara dengan daya

yang dikirimkan oleh motor ke fan. Daya aliran udara adalah hasil dari tekanan dan aliran, dikoreksi untuk konsistensi unit.

            Efisiensi fan tergantung pada jenis fan dan impelernya. Dengan meningkatnya laju aliran,

efisiensi meningkat ke ketinggian tertentu (“efisiensi puncak”) dan kemudian turun dengan kenaikan laju alir lebih lanjut (lihat Gambar 9). Kisaran efisiensi puncak untuk berbagai jenis fan sentrifugal dan aksial diberikan dalam Tabel 5.

Gambar 9 Efisiensi Versus Laju Reaksi                       Tabel 5 Efisiensi Berbagai Fan

                                                            (UNEP,2010)

            Kinerja fan biasanya diperkirakan dengan menggunakan sebuah grafik yang memperlihatkan berbagai tekanan yang dihasilkan oleh fan dan daya yang diperlukannya. Pabrik pembuat umumnya menyediakan kurva kinerja fan tersebut. Grafik ini penting untuk dimengerti dalam merancang, mencari sumber, dan mengoperasikan sistim fan dan merupakan kunci bagi pemilihan fan yang optimal.

G.    Metodologi Kinerja Fan

            Sebelum efisiensi fan dapat dihitung, sejumlah parameter operasi harus diukur, termasuk

kecepatan udara, head tekanan, suhu aliran udara pada fan dan input kW listrik dari motor. Dalam rangka mendapatkan gambaran operasi yang benar harus diyakinkan bahwa:

            § Fan dan komponennya beroperasi dengan benar pada kecepatannya

            § Operasi berada pada kondisi stabil; suhu, berat jenis, resistansi sistim yang stabil dll.

            Perhitungan efisiensi fan dijelaskan dalam beberapa tahap.

            Tahap 1: menghitung berat jenis gas

                            Tahap pertama adalah menghitung berat jenis udara atau gas dengan menggunakan        persamaan sebagai berikut:

 

            Tahap 2: mengukur kecepatan udara dan menghitung kecepatan udara rata-rata

                            Kecepatan udara dapat diukur dengan menggunakan sebuah tabung pitot dan manometer, atau dengan sensor aliran (instrumen tekanan diferensial), atau anemometer yang akurat. Gambar 15 memperlihatkan bagaimana tekanan kecepatan diukur dengan menggunakan sebuah tabung pitot dan manometer. Tekanan total diukur denan menggunakan pipa bagian dalam dari tabung pitot dan tekanan statis diukur dengan menggunakan pipa luar dari tabung pitot. Jika ujung tabung luar dan dalam disambungkan ke manometer, didapatkan tekanan kecepatan (yaitu perbedaan antara tekanan total dan tekanan statis). Untuk mengukur kecepatan yang rendah, lebih disukai menggunakan manometer dengan pipa tegak keatas daripada manometer pipa-U. Lihat bab tentang Peralatan Pemantauan untuk penjelasan mengenai manometer.

                                               

                            Gambar 10. Pengukuran Tekanan Kecepatan Dengan Tabung Pitot

            Menghitung kecepatan udara rata-rata dengan mengambil sejumlah pembacaan tekanan kecepatan yang melintasi bagian melintang saluran dengan menggunakan persamaan berikut

            Dimana:

                        Cp = Konstanta tabung pitot, 0,85 (atau) yang diberikan oleh pabrik pembuatnya

                        Dp = Perbedaan tekanan rata-rata yang diukur oleh tabung pitot dengan mengambil                                   pengukuran pada sejumlah titik pada seluruh bagian melintang saluran.

            Tahap 3: menghitung aliran volumetrik

                            Tahap ketiga adalah menghitung aliran volumetrik sebagai berikut:

        § Ukur diameter saluran (atau dari sek itarnya dimana diameter dapat                                   diperkirakan).

        § Hitung volum udara/gas dalam saluran dengan hubungan sebagai berikut

            Tahap 4: menghitung efisiensi fan

                            Efisiensi mekanik dan statik dapat dihitung sebagai berikut:

a). Efisiensi mekanik :

                            b) Efisiensi Statik, yang sama kecuali jika tekanan kecepatan pada saluran keluar                              tidak ditambahkan ke tekanan statik fan

H.    Memilih fan yang benar

            Pertimbangan penting ketika memilih fan adalah (US DOE, 1989):

   § Kebisingan

   § Kecepatan perputaran

   § Karakteristik aliran udara

   § Kisaran suhu

   § Variasi dalam kondisi operasi

   § Ketidakleluasaan ruang dan tata letak sistim

   § Harga pembelian, biaya operasi (ditentukan oleh efisiensi dan perawatan), dan umur

                   operasi

            Namun, sebagai aturan umum, penting untuk diketahui bahwa untuk memperbaiki kinerja sistim fan secara efektif, perancang dan operator juga harus mengerti bagaimana fungsi komponen sistim lain. “Pendekatan sistim” membutuhkan pengetahuan tentang interaksi antara fan, peralatan yang mendukung operasi fan, dan komponen yang dilayani oleh fan. Penggunaan “pendekatan sistim” dalam proses pemilihan fan akan menghasilkan sistim yang lebih tenang, lebih efisien, dan lebih handal.

            Masalah yang umum adalah bahwa perusahaan membeli fan yang kebesaran kapasitasnya. Fan tersebut tidak akan beroperasi pada titik efisiensi terbaiknya (BEP) dan dalam kasus yang ekstrim fan tersebut mungkin beroperasi pada kondisi yang tidak stabil disebabkan titik operasi pada kurva aliran udara – tekanan fan. Fan yang kebesaran mengakibatkan kelebihan aliran energi, menyebabkan tingginya kebisingan aliran udara dan meningkatkan stress pada fan dan sistim. Sebagai akibatnya, fan yang kebesaran tidak hanya mahal harganya dan pengoperasiannya, tetapi juga menciptakan masalah kinerja sistim yang sebetulnya dapat dihindarkan. Penyelesaian yang mungkin adalah mengganti fan, mengganti motor, atau menggunakan motor penggerak variasi kecepatan/ variable speed drive..