Separasi Aliran Tiga Dimensi pada Kaskade Kompressor Aksial dengan Sudu Berbeda Kelengkungan
ABSTRAK: Pada kompresor
aksial, fenomena aliran sekunder tiga dimensi yang sangat rumit terjadi pada
interaksi antara lapisan batas sudu dengan lapisan batashub/casing. Akibat yang
ditimbulkan fenomena ini adalah terpengaruhnya karakteristik medan aliran di
daerah interaksi tersebut yang pada akhirnya berkaitan dengan efek penyumbatan
(blockage effect) serta kerugian sekunder (secondary losses) yang dapat
menurunkan tekanan kompresor.
Kerugian sekunder diketahui menyumbang sekitar 50% dari total kerugian
hidrolis yang terjadi pada kompresor aksial, sementara kerugian akibat friksi
pada dinding annulus serta kerugian friksi dan separasi dua dimensi pada profil
berkontribusi 30% dan 20%. Dengan demikian, upaya serius untuk mengurangi
kerugian aliran sekunder akan banyak membantu meningkatkan kinerja (efisiensi)
kompresor aksial. Berdasarkan kajian pustaka beberapa hasil eksperimen, bentuk
geometri dan susunan konfigurasi kaskade (cascade) kompresor diduga mempunyai
pengaruh signifikan terhadap terbentuknya aliran sekunder. Pada penelitian ini dilakukan
visualisasi karakteristik (struktur) separasi aliran tiga dimensi di dalam
lorong sudu berupa visualisasi jejak aliran, distribusi vektor kecepatan,
distribusi koefisien tekanan (Cp) dan distribusi koefisien kerugian tekanan
(ξv). Parameter yang berpengaruh terhadap susunan konfigurasi kaskade adalah
perubahan kelengkungan sudu, sedangkan
profil sudu yang digunakan adalah profil sudu British 9C7/32,5C50 dan
9C7/42,5C50 yang secara geometris mirip satu sama lain namun memiliki
kelengkungan berbeda. Eksperimen dilakukan pada lorong anginh dengan kecepatan
20 m/s(Rel= 1,6 x 105) dan visualisasi aliran dengan teknik oil flow
visualization (OFV)menggunakan campuran serbuk titanium dan minyak nabati.
Pengukuran tekanan menggunakan pressure transducerdan inclined manometer,
sedangkan Computational Fluid Dynamics
(CFD) untuk mempresentasikan
vektor kecepatan aliran menggunakan perangkat lunak Fluent 6.0, 3d-dp, segregated, RNG k-. Hasil penelitian terbukti
mampu memvisualisasikan separasi aliran di dalam lorong sudu maupun di keluaran
kaskade. Pada susunan konfigurasi kaskade, kelengkungan sudu pada sudut
pembebanan yang tetap, sangat berpengaruh terhadap formasi separasi aliran tiga
dimensi (terbentuknya horse shoe vortex) di depan leading edgeyang diawali
dengan terbentuknya forward saddle
point. Pada kaskade 9C7/42,5C50 posisi forward saddle pointlebih jauh di depan
leading edgenamun hampir segaris terhadap chord linesudu, sebaliknya untuk
kaskade 9C7/32,5C50 posisi forward saddle pointlebih dekat terhadap leading
edgetetapi lebih jauh di bawah chord linesudu. Bergesernya lokasi saddle
pointlebih ke atas untuk sudu yang lebih lengkung juga berakibat bergesernya
daerah tekanan rendah pada zona upper sidedan daerah tekanan tinggi pada zona lower
sidelebih ke belakang. Hal inilah yang mendorong penguatan intensitas cross
passage flowpada bagian belakang blade passagedan curl flowpada trailing
edgesudu. Penguatan intensitas aliran sekunder di dekathub junctiontersebut,
berakibat pada menguatnya penyumbatan aliran dan kerugian tekanan total.
Kata kunci: Separasi aliran
tiga dimensi,blockage effect,secondary losses, saddle point,horse shoe vortex
Penulis: Herman Sasongko dan
Heru Mirmanto
Kode Jurnal: jptmesindd080019
