Pompa aksial

1. Pompa Aksial (Axial Pump)

2. Pompa Aksial
• Pompa aksial merupakan salah satu pompa yang termasuk
kedalam pompa dinamik. Prisip kerja pada pompa aksial berbeda
dengan pompa sentrifugal pada pembahasan sebelumnya
• Pada pompa aksial, bilah bilah impeller bekerja seperti pada
sayap pesawat terbang yang menghasilkan daya angkat akibat
perubahan momentum pada saat impeller berputar seperti
gambar 14-47
• Contohnya pada rotot helikopter, helikopter dapat terangkat
karena adanya gaya angkat yang dihasilkan oleh rotor ,
sementara gaya angkat tersebut timbul karena perbedaan
tekanan antara bagian atas dan bawah permukaan propeller,
dan perubahan arah aliran mengarah ke downwash (Area
turun udara) melalui rotor pesawat. Dari waktu rata-rata
ketika berputar, ada peningkatan tekanan di rotor pesawat
yang menginduksi bawah aliran udara(Gambar.14-48).

3. Pompa Aksial
• Pada helikopter dan juga pesawat baling baling termasuk Open axial - flow fans dikarenakan
tidak memiliki saluran yang menutupi rotor atau baling baling yang bekerja. Seperti gambar 1
• Sedangkan pada blower yang digunakan di rumah dan juga kipas pendingin pada komputer
yang kita gunakan termasuk kedalam jenis ducted - axial flow fan . Dikarenakan pada ujung
baling baling terdapat casing yang berfungsi untuk mengarahkan aliran udara dan mengurangi
loses pada ujung baling baling seperti gambar 2
1 2

4. Pompa Aksial
• Bila melihat lebih dekat pada baling baling pesawat pada gambar 1,
rotor bada helikopter ,bahkan baling baling pada kipas pada
jendela rumah akan melihat “twist” pada masing masing baling
baling (Blade). Khususnya pada airfoil yang berada dekat pada
penampang hub atau root dari pisau berada pada sudut pitch yang
lebih tinggi (θ) dari airfoil yang dekat pada ujung penampang
seperti gambar (figure 14-50) disamping
• Hal ini disebabkanoleh kecepatan tangensial dari blade akan
meningkat seiring dengan bertambahnya radius.(persmaan 14-26)

5. Pompa Aksial
• Pada radius tertentu, kecepatan dari udara pada blade
dapat diperkirakan menjadi jumlah vector dari kecepatan angin
dan negatif dari kecepatan blade , negatif karena arah
kecepatan blade belawanan dengan arah kecepatan angin
• Jika besar dari sama dengan besarnya kecepetan
tangensial 𝑢 𝜃 Seperti yang ditunjukkan pada persamaan 14-26.
Arah pada adalah tangensial sesuai dengan jalur putaran pada
blade. Posisi blade pada gambar 14-50 disamping.
𝑉𝐵𝑙𝑎𝑑𝑒 mengarah ke kiri

6. Pompa Aksial
• Pada gambar 14-51 kita dapat menghitung menggunakan persamaan pada
dua radius yaitu root radius dan tip radius pada blade rotor sesuai dengan gambar 14-50 sudut
relatif ∝ besarnya sama, namun faktanyajumlah twist ditentukan dengan mengatur pitch angel
𝜃 yang mana nilai ∝ sama pada tiap radius
• Tekanan dinamis yang dilalui pada bagian lintasan dari meningkatnya blade dengan radius, dan
gaya angkat per unit lebar juga meningkat dengan radius seperti pada (Gambar. 14-51)
.

7. Pompa aksial
Persamaan tidak dapat digunakan untuk
beberapa alasan:
1. Pertama, gerakan berputar rotor menggunakan beberapa
swirl ke airflow(gambar 14-52) mengurangi kecepatan efektif
tangensial pada kecepatan udara.
2. Kedua, karena hub dari rotor ukurannya terbatas, maka
kecepatan udara disekitarnya meningkat sehingga menyebabkan
kecepatan angina meningkat pada blade dekat dengan root.
3. Ketiga, sumbu pada rotor atau baling-baling mungkin tidak
sejajar seperti gerak paralel angin.
4. Dan yang terakhir, kecepatan angin itu sendiri tidak mudah
ditentukan karena ternyata angin terjadi peningkatan kecepatan
saat mendekati putaran rotor.

8. Contoh
soal
• Misalkan Anda sedang merancang baling-baling dari pesawat model
radio kontrol. Diameter keseluruhan baling-baling adalah 34,0 cm, dan
perakitan hub dengan diameter 5,5 cm (Gambar. 14-53). baling-baling
berputar pada 1700 rpm, dan airfoil yang dipilih untuk bagian baling-
baling lintas mencapai efisiensi maksimum pada sudut 14°. Ketika
pesawat terbang pada 30 mil / jam (13.4 m / s), Hitunglah sudut blade
pitch dari root ke ujung pisau dengan α= 14 ° pada blade propeller
secara keseluruhan.
• Solusi: Kita dapat menghitung jarak antar blade menggunakan sudut θ
dari root menuju tip pada propeller seperti sudut serang α= 14 ° pada
setiap radius sepanjang blade propeller.
• Asumsikan:
1. Udara pada kecepatan rendah dan kondisi incompressible
2. Kita abaikan efek sekunder dari pusaran dan kecepatan udara saat
mendekarti udara yang besarnya dengan asumsi sama dengan
kecepatan pesawat terbang
3. Setara dengan pesawat terbang, seperti sudut propeller yang sejajar
dengan kecepatan udara.

9. Analysis
• kecepatan yang berhubungan dengan blade didekati dengan
menggunakan persamaan 14-27 . Seketsa dari kecepatan vector
ditunjukan pada (Gambar 14.54) Dengan menggunakan persamaan
sudut pada radius sembarang
𝜃 = 𝛼 + ϕdanϕ = arctan
⃒𝑉 𝑊𝑖𝑛𝑑⃒
⃒𝑉 𝐵𝑙𝑎𝑑𝑒⃒
= arctan
⃒𝑉 𝑊𝑖𝑛𝑑⃒
𝜔𝑟
• Kita juga dapat menggunakan persamaan 𝑢 𝜃 = 𝜔𝑟 dengan kondisi
root ( 𝑟 =
𝐷ℎ𝑢𝑏
2
= 2.75 𝑐𝑚 ) menjadi :
𝜃 = 𝛼 + ϕ = 14° + arctan
13.4 𝑚/𝑠
1700𝑟𝑒𝑣/𝑚𝑖𝑛 0.0275𝑚
1𝑟𝑜𝑡
2𝜋𝑟𝑎𝑑
60𝑠
1 𝑚𝑖𝑛
= 𝟖𝟑. 𝟗°
• Sama dengan sudut pitch pada tip 𝑟 =
𝐷 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑟
2
= 17 𝑐𝑚 adalah:
𝜃 = 𝛼 + ϕ = 14° + arctan
13.4 𝑚/𝑠
1700𝑟𝑒𝑣/𝑚𝑖𝑛 0.17𝑚
1𝑟𝑜𝑡
2𝜋𝑟𝑎𝑑
60𝑠
1 𝑚𝑖𝑛
= 𝟑𝟕. 𝟗°

10. • Baling-baling pesawat memiliki variable pitch, yang berarti
bahwa pitch pada seluruh blade dengan memutar pisau
melalui hubungan mekanis pada hub. Sebagai contoh ketika
propeller bekerja ketika di airport, dan mesin sedang menyala
pada rpm tinggi, mengapa tidak mulai bergerak? Mungkin
untuk satu hal, rem memang sedang digunakan . Tetapi yang
terpenting hal ini terjadi karena baling baling pitch
disesuaikan sehingga rata rata sudut airfoil penampag adalah
nol dan tidak ada gerakan. Pada saat berjalan menuju runway
, pitch diatur sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan
sedikit dorongan pada pesawat, saat pesawat take off mesin
pesawat diatur dengan putara tinggi dan pitch diatur agar
memberikan beban yang maksimal, sehingga pesawat dapat
bergerak dan terbang.
• Disampinnng adalah gambar (14-56) dari grafik kualitaas
performa pada propeller fan, tidak seperti pompa sentrifugal
brake horse power cenderung menurunbersam flow rate,
namun efisiensi makin bertambah.

11. • Ketika digunakan untuk memindahkan aliran di suatu
saluran, axial-flow fan dapat dikatakan tabung aksial
(gambar 14-57a). Dalam dunia teknik aplikasi aliran
axial terdapat pada, seperti kipas angin, bangunan
ventilasi,radiator, dsb (gambar 14-57a)
• Pada gambar 14-57b merupakan sebuah rotor dengan
gerak counter rotating dengan aliran aksial, pada
system ini terdapat dua rotor, dengan yang satu kerja
searah dengan gerak aliran dan yang satunya
berlawanan.
• Kipas aliran aksial dengan satu set rotor blades
(Impeller atau rotor) dan satu set stator blade dengan
kata lain baling-baling (stator) dapat disebut kipas
baling-baling arah aksial.(gambar 14-57c)
Pompa Aksial

12. Pompa aksial
• Dibawah ini adalah contoh Axial-flow fan ,
dibawah ini ada 2 macam axial-flow fan yaitu
axial flow fan yang menggunakan penggerak
belt dan penggerak langsung. Pada axial flow
fan yang menggunakan penggerak langsung
motor penggerak terletak di tengah tengah
duct, sedangkan pada axial flow fan yang
penggeraknya menggunakan penggerak belt
motor terletak di atas duct dan menggunakan
belt untuk menggerakkan poros pada
rotor(blade) seperti gambar disamping ini,
gambar 14-58 a menunjukkan axial flow fan
dengan penggerak belt, dan gambar 14-58 b
menunjukkan axial flow fan dengan motor
penggerak langsung

13. • Cukup mudah untuk untuk merancang bentuk dari blade pada axial flow fan, langkah
pertama asumsikan menggunakan thin blade daripada menggunakan airfoil-shaped blade
sebagai contoh , sebuah vane axial flow fan dengan rotor blade diatas stator blades (fig 14-
59). Jarak antara rotor dan stator yang dilebihkan pada gambar tersebut untuk
memperlihtkan vektor kecepatan yang digambar diantara kedua blade tersebut.
• Pada gambar b vektor kecepatan dilihat dari kerangka acuan yang mutlak
• Pada gambar c Gambar (c) dilihat dengan kerangka acuan yang relative terhadap putaran
blade pada rotor.

14. Contoh aplikasi axial-flow fan
• Turbin gas pada pesawat terbang
yang sering kita temui menggunakan
prinsip kerja yang sama pada
kompresor aksial dan turbin aksial.
• Gambar di samping merupakan
skema dimana udara masuk melalui
blade yang memberikan dorongan
seperti pada baling baling. Kemudian
mengalirkan udara melalui low
preasure compressor , high pressure
compressor, combustion chamber,
dan high pressure turbine, low
pressure turbine.

15. Contoh soal
• Sebuah kipas beraliran axial sedang dirancang
untuk memenuhi pembuatan kincir angin. Pada
proses perancangan tidak boleh adanya pusaran
dalam hilir kincir angin sehingga stator blades
harus dirancang secara upstream untuk
menghindari kerusakan apabila ada benda asing
yang masuk kedalam propeller karena terhisap
pada kipas (gambar 14-63). Untuk mengurangi
factor biaya dari proses pembuatan stator dan
rotor keduangan dibuat menggunakan pelat
logam. Ujung dari baling baling masing masing
sejajar dengan sumbu axial (βsL = 0.0°) dan pada
pinggir dari baling baling menggunakan sudut (βst
= 60.0°). Terdapat 16 stator blade. Pada proses
desain kecepatan blade harus berada pada 47,1
m/s dan putaran impeller 1750 rpm. Pada radius
r: 0,40 m, hitunglah sudut leading dan trailing
yang bekerja pada pisau rotor, gambarkan
sketsanya. Dan berapa banyak rotor blade yang
seharusnya berada disana?

16. Solusi
• Asumsi
1. Udara mendekati incompressible
2. Luas aliran antara hub dan tip konstan
3. Analisi 2 dimensi dianggap sesuai
• Analisis
1. Menanalisis kecepatan aliran melalui stator dari titik acuan
absolut, dengan menggunakan pendekatan 2 dimensi pada
stator blade (gambar 14-64). Aliran masuk secara
aksial(horisontal) dan beberlok kebawah sebesar 60°.
Mencari besarnya kecepatan yang meninggalkan pojok dari
stator. Dengan persamaan sebagai berikut
𝑣 𝑠𝑡 =
𝑣 𝑖𝑛
cos 𝛽 𝑠𝑡
=
47.1 𝑚/𝑠
cos 60°
= 94,2 m/s
Arah dari 𝐶 diasumsikan mengarah ke ujung stator,
dengan kata lain mengarah degan baik melewati barisan
blade seperti yang ditunjukkan pada fig 14-64 disamping

17. Analisis
2. Mengubah nilai 𝑣 𝑠𝑡 menjadi nilai kerangka acuan relative yang
bergerak menggunakan rotor blade. Dengan menggunakan radius
0,4 m. Dan kecepatan tangensial yang dicari adalah
𝑢 𝜃 = 𝜔𝑟 = (1750 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛)
2𝜋𝑟𝑎𝑑
𝑟𝑜𝑡
1𝑚𝑖𝑛
60 𝑠
0.40 = 73.30 𝑚/𝑠
Sudut pada leading edge dan trailing edge dapat dicari dengan
menggunakan persamaan trigonometri
𝛽𝑟𝑙 = arctan
𝜔𝑟+𝑉 𝑖𝑛 𝑡𝑎𝑛 𝛽 𝑠𝑡
𝑉 𝑖𝑛
𝛽𝑟𝑙 = arctan
73.30 𝑚/𝑠 + 47.1𝑚/𝑠 𝑡𝑎𝑛 (60°)
47.1 𝑚/𝑠
= 73.09°
𝛽𝑟𝑡 = arctan
𝜔𝑟
𝑉 𝑖𝑛
= arctan
73.30 𝑚/𝑠
47.1 𝑚/𝑠
= 57.28°

18. Kesimpulan
• Pompa axial adalah salah satu jenis pompa yang
masuk kedalam kelompok pompa dinamik. Pompa
jenis ini berfungsi untuk mendorong fluida kerja
denagn arah yang sejajar terhadap sumbu/poros
impellernya.
• Energy mekanik yang dihasilkan oleh sumber
penggerak ditransmisikan melalui poros impeller
untuk menggerakkan impeller pompa. Putaran
impeller memberikan gaya aksial yang mendorong
fluida sehingga menghasilkan energi kinetik pada
fluida kerja tersebut. Pada beberapa desain pompa
aksial, terpasang sudu-sudu tetap (diam) yang
membentuk diffuser pada sisi keluaran pompa.
Fungsinya adalah untuk menghilangkan efek
berputar dari fluida kerja dan mengkonversikan
energi kinetik yang terkandung didalamnya
menjadi tekanan kerja
• Pompa axial digunakan pada sistem-sistem yang
membutuhkan debit tinggi, dengan besar head
yang rendah.

19. Sumber
• Fluid Me hanic Fundamentals and Applications
Yunus A. Cengel

20. Terimakasih