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..
