Infotekmesin Vol.
No.
Juli 2025 p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 DOI: 10.
35970/infotekmesin.
2546, pp.
Efek Variasi Sudut Lidah Volute Terhadap Laju Aliran Udara Pada Blower Tipe Forward Blade Husna Endry SyafaAoat1.
Ipung Kurniawan2.
Radhi Ariawan3*.
Agus Santoso4 1,2Program Studi Teknik Mesin.
Politeknik Negeri Cilacap 3,4Program Studi Teknologi Rekayasa Energi Terbarukan.
Politeknik Negeri Cilacap 1,2,3,4Jln.
Dr.
Soetomo No.
1 Karangcengis Sidakaya.
Kabupaten Cilacap, 53212.
Indonesia E-mail: husnasyafaat007@email.
com1, ipung.
k@pnc.
id3, radhi.
4riawan@gmail.
com3, agus.
santoso@pnc.
Abstrak Info Naskah:
Naskah masuk: 26 November 2024 Direvisi: 18 Juni 2025 Diterima: 25 Juni 2025 Optimalisasi desain volute penting untuk performa pompa sentrifugal dan blower Penelitian ini menganalisis pengaruh variasi sudut lidah volute terhadap kecepatan dan laju aliran udara pada desain volute casing menggunakan simulasi aliran Desain volute diuji dengan variasi sudut lidah 15A, 30A, 45A, 60A, dan 75A berdasarkan persamaan teoritis debit aliran dan radius volute.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa peningkatan sudut lidah volute memperbesar luas penampang volute.
Secara umum perbesaran luas penampang volute menurunkan kecepatan aliran udara, namun meningkatkan laju alirannya.
Sudut 75A menghasilkan laju aliran tertinggi sebesar 4,860 mA/s, sedangkan kecepatan tertinggi tercatat pada sudut 15A sebesar 21,35 m/s.
Fenomena ini sejalan dengan prinsip konservasi massa, di mana peningkatan area penampang menurunkan kecepatan fluida.
Hal ini mengindikasikan bahwa desain volute dengan sudut lidah yang lebih besar dapat mengoptimalkan kapasitas aliran.
Abstract Keywords:
sentrifugal blower .
volute tongue angle.
volute design.
fkow simulation.
Optimization of volute design is essential for the performance of centrifugal pumps and blowers.
This study investigates the effect of volute tongue angle variation on air velocity and flow rate in volute casing design using flow The volute design was tested with tongue angles of 15A, 30A, 45A, 60A, and 75A, based on theoretical equations of flow rate and volute radius.
Simulation results indicated that increasing the volute tongue angle enlarges the volute crosectional area.
Generally, this enlargement decreases air velocity but increases the flow rate.
A 75A tongue angle produced the highest flow rate of 4.
860 mA/s, while the highest velocity, 21.
35 m/s, was observed at 15A.
This behavior aligns with the principle of mass conservation, where a larger cross-sectional area leads to reduced fluid velocity.
These findings suggest that volute designs with larger tongue angles can optimize the flow capacity.
*Penulis korespondensi:
Radhi Ariawan E-mail: radhi.
4riawan@gmail.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pendahuluan Salah satu metode pengurangan kelembaban adalah menggunakan sistem pengering .
Teknologi sistem pengering yang umum digunakan adalah blower sentrifugal.
Blower jenis ini bekerja dengan mengalirkan fluida .
dari tekanan rendah .
ke tekanan tinggi .
dengan memanfaatkan putaran impeller yang digerakkan motor penggerak .
Pada bagian ujung blower sentrifugal terdapat volute casing yang mentransmisikan aliran udara output dengan loses seminimal mungkin.
Aliran udara dengan kelajuan tertentu ini dimanfaatkan dalam proses Laju aliran udara yang keluar melalui volute casing memiliki relevansi terhadap proses pengeringan menggunakan blower, dimana laju aliran udara berpengaruh kepada efisiensi pengeringan.
Secara statistik, laju aliran udara 4,5 Ae 6,1 m3/s berpengaruh signifikan terhadap efisiensi pengeringan .
Volute casing didesain untuk menjaga distribusi tekanan udara merata pada impeller.
Sebagian fluida melewati jarak bebas lidah volute dan celah antara impeller dan dinding samping casing.
Sisanya mengalir ke saluran keluar, diperlambat hingga kecepatan pelepasan dan kemudian dibuang .
Desain yang buruk dari variasi luas penampang volute menyebabkan distribusi tekanan yang tidak merata di dalam volute.
Akibat distribusi tekanan tidak merata, terbentuk resultan gaya radial yang dapat berpengaruh pada performa bantalan dan poros, sehingga menyebabkan kegagalan fungsi pada komponen tersebut .
Meskipun desain impeller sama untuk semua turbin, kinerja turbin bervariasi tergantung pada desain volute casing.
Konsep desain kecepatan rata-rata konstan dan momentum sudut konstan diadaptasi secara luas untuk volute.
Aliran yang relatif lebih seragam diamati pada volute dengan desain kecepatan rata-rata konstan daripada pendekatan sudut Desain volute yang tepat harus memberikan distribusi tekanan yang seragam pada saluran masuk volute atau pinggiran saluran keluar impeller .
Jarak bebas dan radius lidah volute berpengaruh pada performa blower.
Geometri tertentu lidah volute dapat mengurangi kebisingan dari blower sentrifugal tanpa mengurangi performanya .
Selain itu, geometri lidah volute berupa sudut lidah volute berpengaruh kepada tingkat kebocoran aliran udara yang berimbas kepada efisiensi dan tekanan blower .
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan data laju aliran udara dari variasi sudut lidah volute.
Secara teoritis, variasi sudut lidah volute akan berimbas kepada ukuran radius lidah volute.
Nilai radius ini digunakan untuk mengetahui luas penampang yang dilewati udara, sehingga dapat diperhitungkan laju aliran udara yang dihasilkan.
Metode Penelitian ini menggunakan metode penelitian deskriptif kuantitatif.
Metode penelitian deskriptif kuantitatif merupakan metode penelitian yang menggambarkan suatu objek atau subjek yang diambil berdasarkan data yang ada dilapangan dan fakta yang sebenarnya.
Pendekatan menggunakan metode perancangan yang digagas oleh Pugh.
Alur metode penelitian ditampilkan pada gambar 1.
Gambar 1.
Alur Metode Penelitian Penelitian dimulai dengan melakukan desain pada volute, dilanjutkan dengan perhitungan radius lidah volute berdasarkan variasi sudut lidah volute 15o, 30o, 45o, 60o, dan Semakin besar sudut lidah volute, semakin besar laju aliran udara yang dihasilkan .
Radius lidah volute digunakan untuk menghitung luas penampang yang Simulasi menggunakan perangkat lunak SolidWork dilakukan untuk mengamati laju aliran udara yang keluar melalui lidah volute berdasarkan variasi sudut lidah volute.
1 Desain Volute Volute mempunyai bentuk seperti rumah keong yang mempunyai laluan berbentuk spiral dengan penampang yang meluas pada sisi buang.
Struktur volute memiliki impak yang signifikan terhadap performa pompa sentrifugal.
Pompa sentrifugal dan blower sentrifugal memiliki bentuk serupa berupa rumah keong.
Terdapat beberapa parameter penting dalam desain volute yaitu diameter sisi keluar impeller.
, radius volute.
, lebar volute.
, sudut lidah volute.
, bentuk penampang volute.
, dan geometri lidah volute.
Parameter Ae parameter tersebut mempengaruhi efisiensi blower, aliran dalam casing, dan tingkat kebisingan.
Volute ini diasumsikan memiliki distribusi kecepatan konstan.
Asumsi tersebut didasarkan pada salah satu syarat mendapatkan efisiensi yang tinggi, perlu untuk mempertahankan kecepatan fluida yang konstan dalam saluran volute pada parameter desain.
Hal tersebut juga akan memberikan distribusi tekanan statis yang seragam di sekitar impeller, tampaknya karena fluks massa yang konstan pada setiap penampang volute tertentu .
Identitas penampang volute ditampilkan pada Gambar 2.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Setelah mendapatkan diameter dasar maka dilanjutkan menghitung volute bundary dengan b3 = 465mm .
udut lidah volute 75.
dan K=35 pada persamaan .
yc4 = yc3 yceycuycy { yuE 360 yayca3 Dimana :
yc4 = radius boundary volute .
yc3 = radius dasar impeller .
yca3 = lebar volute casing .
ya = konstanta Persamaan diatas dapat memberikan informasi yang cukup sebagai parameter simulasi.
Desain volute dengan variasi sudut lidah volute terlihat pada Gambar 3.
Gambar 2.
Volute Casing.
Survei eksperimental pada kompresor sentrifugal tunggal telah dilakukan sebelumnya, bahwa meningkatkan sudut lidah volute dan mengurangi radius volute casing dapat menurunkan efisiensi serta peningkatan laju aliran fluida .
Celah antara impeller dan dengan lidah volute merupakan salah satu parameter yang dapat memberikan dampak penurunan kebisingan pada blower sentrifugal .
Celah ini sering disebut dengan jarak bebas lidah volute.
Kebocoran yang mungkin terjadi pada kesalahan desain bagian ini dapat menyebabkan penurunan efisiensi blower.
Analisis aerodinamika yang pernah dilakukan menunjukkan adanya korelasi antara struktur volute dengan kecepatan fluida.
Kecepatan fluida semakin meningkat pada bagian dekat permukaan impeller dan pada bagian antara ujung bawah impeller dengan volute .
Sebuah fluida yang bergerak memiliki tekanan .
dan kecepatan .
ecepatan aliran udar.
Berdasarkan penelitian terdahulu, seperti yang sebelumnya telah dijelaskan, semakin besar sudut lidah volute maka semakin besar pula laju aliran udara yang dihasilkan.
Fluida memiliki persamaan yang relevan dengan luas area yang dilewati, hal tersebut direpresentasikan dengan nilai debit, dan dinyatakan dalam persamaan .
ycE =yayycO .
Dimana :
ycE = laju aliran udara .
low rat.
ya = luas area .
ycO = kecepatan aliran udara .
Desain volute memerlukan perhitungan pada diameter dasar untuk mendapatkan dimensi penampang volute, dengan diameter impeller sebesar 742mm.
ditampilkan pada persamaan .
yc3 = ycc2 ycc ( 2 y 0,.
Dimana :
yc3 = radius dasar volute .
ycc2 = diameter luar impeller .
Gambar 3.
Desain Volute dengan Variasi Sudut Lidah Volute 15o, 30o, 45o, 60o, dan 75o Desain Volute pada gambar 3 menunjukkan adanya korelasi perbedaan sudut lidah volute terhadap area penampang volute, dimana semakin besar sudut lidah volute, maka semakin besar area penampang volute yang terbentuk dan mempengaruhi kecepatan aliran fluida yang melewatinya .
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 4.
Hasil Simulasi Aliran untuk Sudut Lidah Volute 15o, 30o, dan 45o Gambar 5.
Hasil Simulasi Aliran untuk Variasi Sudut Lidah Volute 60o, dan 75o 2 Simulasi Volute Simulasi volute dilakukan berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan menggunakan persamaan .
, .
, dan .
Simulasi mencakup gerakan aliran fluida berupa udara tak mampu mampat yang melintasi volute casing dengan asumsi faktor friksi pada dinding volute Variasi sudut lidah volute yang digunakan sebesar 15o, 30o, 45o, 60o, dan 75o.
Parameter simulasi teramati pada Tabel 1.
Tabel 1.
Parameter simulasi aliran dalam volute Bagian Dimensi Bentuk Penampang Volute Square Diameter poros Diameter hub Diameter sisi hisap impeller Diameter sisi keluar impeller 741,4mm Tebal sudu sisi masuk impeller Tebal sudu sisi keluar impeller Radius dasar volute casing Kecepatan putar Flowrate 9,72m3/h Diameter sisi hisap impeller Diameter sisi keluar impeller 741,4mm Tebal sudu sisi masuk impeller Hasil dan Pembahasan Kinerja volute bergantung pada kualitas aliran yang diteruskan dari impeller atau diffuser, kinerja impeller atau diffuser juga bergantung pada lingkungan yang diciptakan oleh volute di sekitarnya.
Distribusi tekanan tidak seragam di sekitar impeler yang disebabkan oleh volute-nya mampu menimbulkan dorongan radial yang tidak diinginkan .
Jika luas volute terlalu kecil dibandingkan dengan nilai optimum, efisiensi puncak akan sedikit menurun dan bergerak ke arah kapasitas yang lebih rendah.
Jika luas volute terlalu besar, efisiensi puncak mungkin akan meningkat tetapi bergerak ke arah kapasitas yang lebih tinggi.
Volute dengan lebar lebih besar dari impeller lebih efisien dibandingkan dengan volute yang memiliki lebar yang sama.
Kisaran lebar volute yang dioptimalkan bervariasi dari 1,25 hingga 2 kali lebar impeller.
Hal ini karena lebar yang lebih besar memungkinkan ekspansi lateral, yang cukup alami dan logis.
Berdasarkan hasil perhitungan radius boundary volute dengan variasi sudut lidah volute, didapatkan nilai luas penampang volute seperti yang ditampilkan pada Tabel 2.
0,419 0,441 0,453 Tabel 2.
Volute boundary A.
yu(A) 0,172 0,192 0,222 0,262 0,307 Tabel 2 menunjukkan bahwa semakin besar sudut lidah volute, maka semakin besar luas penampang yang Pada penelitian terdahulu yang dilakukan dengan p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Kecepatan .
15 Derajat 30 Derajat 45 Derajat 60 Derajat 75 Derajat Iterasi Gambar 6.
Grafik Kecepatan Aliran Udara untuk Masing Ae Masing Variasi Sudut Lidah Volute variasi sudut lidah volute 20o, 25o, dan 30o, laju aliran udara cenderung meningkat ke arah sudut lidah volute yang semakin besar .
Hasil simulasi aliran terlihat pada Gambar 4 dan Gambar 5, dimana aliran udara cenderung semakin meningkat dengan seiring dengan sudut lidah volute yang semakin besar.
Teramati juga celah atau clearance .
itunjukkan oleh panah hita.
antara lidah volute dengan impeller semakin besar.
Efek dari semakin besarnya clearance juga berpengaruh kepada laju aliran udara yang melewati volute dan efisiensi secara keseluruhan, dimana 15% clearance dapat meningkatkan efisiensi keseluruhan mencapai 89,21% .
Untuk mengamati lebih detail terkait kecepatan aliran udara yang dihasilkan, data kuantitatif dari simulasi aliran diolah menjadi grafik kecepatan aliran udara untuk masing Ae masing variasi sudut lidah volute.
Simulasi aliran dengan luaran kecepatan aliran udara dilakukan hingga kondisi konvergen tercapai.
Tercatat jumlah iterasi hasil simulasi yang berbeda Ae beda untuk mencapai kondisi konvergen pada masing Ae masing variasi Hasil simulasi disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 6.
Data yang diambil berdasarkan kecepatan aliran udara terhadap jumlah iterasi.
Jumlah iterasi menunjukkan tingkat konvergensi hasil simulasi, sehingga dapat dipastikan bahwa simulasi berhasil dilakukan.
Teramati bahwa pada sudut lidah volute 15o kecepatan aliran udaranya merupakan yang tertinggi dengan nilai kecepatan maksimum 21,35m/s.
Sudut lidah volute 30o mempunyai nilai kecepatan aliran udara maksimum sebesar 19,75 m/s.
Sudut lidah volute 45o tercatat nilai kecepatan aliran udara maksimum sebesar 16,68m/s.
Sudut lidah volute 60o, kecepatan aliran udara maksimum sebesar 15,66m/s.
Sedangkan Sudut lidah volute 75o kecepatan aliran udara kembali meningkat dengan nilai maksimum sebesar 16,18m/s Kecepatan aliran udara ini semakin menurun seiring bertambahnya nilai sudut lidah volute.
Semakin besar sudut lidah volute, maka semakin besar celah clearance dan luas penampangnya .
Akibat dari luas penampang yang semakin besar, kecepatan aliran udara yang terhitung menjadi semakin bernilai rendah.
Hal tersebut relevan dengan persamaan .
yang menyatakan bahwa kecepatan aliran fluida berbanding lurus dengan laju aliran fluida, namun berbanding terbalik dengan luas penampangnya.
Untuk mendapatkan gambaran laju aliran fluida pada masing Ae masing variasi sudut, hasil perhitungan laju aliran fluida ditampilkan dalam bentuk tabel yaitu Tabel 3.
yu(A) Tabel 3.
Laju Aliran Udara pada Volute A.
Vavg.
Koefisien Laju Aliran 0,172 0,192 0,222 0,262 0,307 Tabel 3 memperlihatkan bahwa kecepatan aliran udara yang digunakan sebagai dasar perhitungan merupakan kecepatan aliran udara rata Ae rata pada kondisi simulasi Laju aliran udara terendah tercatat sebesar 3,624m3/s dan yang tertinggi sebesar 4,860m3/s.
Mulai dari sudut 15o sampai 45o, laju aliran fluida tercatat tidak berubah Laju aliran udara mulai berubah signifikan pada sudut 60o hingga 75o, dimana terjadi kenaikan sebesar p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 7.
Simulasi Tekanan untuk Masing Ae Masing Variasi Sudut Lidah Volute 19,64%.
Koefisien laju aliran cenderung meningkat seiring bertambahnya nilai sudut lidah volute.
Peningkatan laju koefisien tidak signifikan teramati pada simulasi ini.
Meskipun demikian, fenomena ini menunjukkan bahwa luas penampang volute yang besar berdampak pada besar.
Secara teoritis, kecepatan aliran fluida akan berkebalikan dengan tekanan .
Gambar 7 menunjukkan hasil simulasi aliran dengan terhadap tekanan dinamis yang Simulasi Tekanan dengan variasi sudut lidah volute menunjukkan bahwa nilai tekanan cenderung meningkat seiring meningkatnya sudut lidah volute.
Secara berurutan mulai sudut 15o sampai 75o, tercatat tekanan sebesar 1023,454kPa, 1027,571 kPa, 1027,161 kPa, 1032,141 kPa, dan 1068,544 kPa.
Simulasi dilakukan sampai kondisi konvergen tercapai untuk masing Ae masing variasi sudut.
lonjakan tekanan signifikan teramati pada sudut lidah volute 60o ke 75o sebesar 36,403kPa.
Jika diamati, hal sama terjadi terhadap luas area yang terbentuk antara sudut 60 o dan 75o dengan kenaikan sebesar 17,37%.
Kenaikan nilai sudut lidah volute menyebabkan semakin besarnya luas area volute yang dihasilkan, akibatnya nilai tekanan cenderung naik .
Berdasarkan hal tersebut, kecepatan aliran udara di dalam volute dengan tekanan yang dihasilkan memiliki korelasi yang berkebalikan.
Kesimpulan Sudut lidah volute dapat mempengaruhi desain volute terutama pada luas area volute.
Secara teoritis terbukti bahwa semakin besar sudut lidah volute, maka semakin besar pula luas area penampang volute yang dihasilkan.
Hal tersebut menyebabkan kecepatan aliran udara semakin rendah, namun disisi lain laju aliran fluida yang melewati volute dan nilai tekanan yang teramati semakin tinggi.
Semakin tinggi laju aliran udara, aliran tersebut memiliki kecenderungan koefisien laju aliran yang semakin besar pula.
Ucapan Terimakasih
Terimakasih kepada Institusi Politeknik Negeri Cilacap, dalam membantu menyelesaikan dari awal hingga tahap
akhir pembuatan jurnal
Daftar Pustaka