Kompresor sorrr

PRAKTIKUM PRESTASI MESIN 201

1. RIKO KURNIA

2. WIDODO TIRTANA

3. BOY MARTA KURNIA

4. RAHMAD EFFENDI

5. M. TAUFIK ESMAN

6. TOMMY APRINALDO

LABORATORIUM MOTOR BAKAR & OTOMOTIF

LABORATORIUM TEKNIK PENDINGIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

LAPORAN AKHIR

PRAKTIKUM PRESTASI MESIN 2012/201

Oleh :

KELOMPOK 15

Anggota kelompok

( 07171024 )

WIDODO TIRTANA ( 0810911015)

BOY MARTA KURNIA ( 0810912018 )

RAHMAD EFFENDI ( 0810913123 )

M. TAUFIK ESMAN ( 0910912039 )

TOMMY APRINALDO ( 0910912071 )


LABORATORIUM TEKNIK PENDINGIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG, 2012

/2013


UNIVERSITAS ANDALAS

Abstrak

Sebagai calon sarjana teknik mesin, pengetahuan yang umum dan

mendasar seperti itu sangat penting kiranya dipahami dan dikuasai dengan baik.

Penggunaan mesin di dunia industri sangat luas sekali cakupannya. Oleh karena

itu, seorang sarjana teknik mesin harus menguasai tentang karakteristik tentang

keteknikan secara mendetail sesuai dengan kapasitas seorang sarjana. Jangan

sampai seorang sarjana teknik mesin dikalahkan oleh para mekanik yang hanya

latar belakang ilmunya dari tamatan sekolah menengah kejuruan. Untuk itu,

sangat perlu kiranya dilaksanakan suatu praktikum tentang sistim prestasi mesin

ini untuk mengetahui dan membandingkannya dengan teori yang diperoleh dari

perkuliahan.

Dengan adanya praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat memahami

proses-proses yang terjadi didalam mesin. Dengan mengetahui masing-masing

fungsi komponen yang terdapat didalamnya, apabila suatu saat terjadi

permasalahan pada mesin dapat ditemukan solusinya dengan cepat dan tepat.

Selain itu, mahasiswa dapat melakukan perekayasaan untuk mendapatkan kerja

mesin yang optimal. Apabila nantinya di dunia kerja diperlukan sebuah motor

bakar pada sistem operasinya, ia mampu memilih motor bakar yang cocok sesuai

dengan kondisi yang diinginkan.

i

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas rahmat dan

nikmatnya-Nya. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW. Kami

bersyukur dapat menyelesaikan Laporan Akhir Praktikum Prestasi Mesin bidang

Konversi Energi di Laboratorium Motor bakar & Otomotif Dan Laboratorium

Tekik Pendingin Semester Ganjil 2012/2013.

Penyelesaian Laporan Akhir Praktikum Prestasi Mesin ini tidak lepas dari

bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak

langsung. Oleh karena itu Kami mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. H. Adly Havendri, M.Sc selaku Kepala Laboratorium Teknik Pendingin

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas.

2. Adek Tasri Ph.D selaku Kepala Laboratorium Motor Bakar & Otomotif


3. Muhammad Ifzan selaku Koordinator Asisten Praktikum Prestasi Mesin

Jurusan Teknik Mesin.

4. Edo Gusti Ramanda selaku Koordinator Pratikum Prestasi Mesin bidang

Konversi Energi di Laboratorium Motor bakar & Otomotif Dan

Laboratorium Teknik Pendingin Semester Ganjil 2011/2012.

5. Tim Asisten Laboratorium Motor bakar & Otomotif Dan Laboratorium

Tekik Pendingin Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Andalas.

6. Semua pihak yang telah memberikan bantuan baik moril ataupun materil

sehingga Laporan Akhir Pratikum Prestasi Mesin.

Semoga Laporan Akhir Pratikum Prestasi Mesin ini dapat memberikan

manfaat bagi semua pihak yang membutuhkannya.

Padang, Desember 2012

Penulis

KOMPRESOR TORAK

LABORATORIUM

KOMPRESOR TORAK

LABORATORIUM

KONVERSI

ENERGI

i

DAFTAR ISI

LEMBAR ASISTENSI

DAFTAR ISI........................................................................................................ i

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ............................................................................................... iv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang................................................................................. 1

1.2 Tujuan .............................................................................................. 1

1.3 Manfaat ............................................................................................ 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian kompresor ...................................................................... 3

2.2 Jenis-Jenis Kompresor ..................................................................... 3

2.3 Klasifikasi Kompresor ..................................................................... 14

2.4 Prinsip Kerja Kompresor Secara Umum ........................................ 16

2.5 Cara Kerja Kompresor ..................................................................... 17

2.6 Teori Kompresi ................................................................................. 20

2.7 Proses Kompresi Gas ........................................................................ 21

2.8 Efisiensi Volumetrik dan Adiabatik.................................................. 23

2.9 Tekanan Udara .................................................................................. 27

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan (Gambar Peralatan) .......................................................... 29

3.2 Alat Ukur ......................................................................................... 30

3.3 Prosedur Percobaan.......................................................................... 30

BAB IV DATA

4.1 Data Percobaan ................................................................................ 32

4.2 Contoh Perhitungan ......................................................................... 33

4.3 Tabel Hasil Perhitungan................................................................... 43

4.4 Grafik hasil Percobaan..................................................................... 49

ii

4.5 Analisa dan Pembahasan ................................................................. 54

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 56

5.2 Saran ................................................................................................ 56

DAFTAR PUSTAKA

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram pembagian jenis-jenis kompresor....................................... 3

Gambar 2.2 Kompresor dinamik........................................................................... 4

Gambar 2.3 Skema kerja dari kompresor sentrifugal............................................ 5

Gambar 2.4 Skema kerja kompresor axial ............................................................ 6

Gambar 2.5 Kompresor perpindahan positif......................................................... 7

Gambar 2.6 Skema Kerja Kompresor Torak......................................................... 7

Gambar 2.7 Single Acting Compressors ............................................................... 8

Gambar 2.8 Double Acting Compressors ............................................................. 9

Gambar 2.9 Kompresor diafragma........................................................................ 9

Gambar 2.10 Skema Kerja Kompresor Rotary ..................................................... 10

Gambar 2.11Liquid ring compressor .................................................................... 11

Gambar 2.12Kompresor helical screw.................................................................. 12

Gambar 2.13 Kompresor scroll............................................................................. 13

Gambar 2.14Kompresor sliding vane ................................................................... 13

Gambar 2.15Langkah Kerja Kompresor ............................................................... 14

Gambar 2.16 Susunan Silinder Torak .................................................................. 15

Gambar 2.17 Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal.............................................. 18

Gambar 2.18 Proses Pemampatan Udara Pada Kompresor Torak........................ 19

Gambar 2.19 Diagram P – V dari kompresor torak .............................................. 24

Gambar 2.20 Diagram p – v yang menggambarkan proses suatu pemampatan

. banyak tingkat dengan pendinginan antara, dan kerja yang

. dihemat........................................................................................... 27

Gambar 2.21 Diagram Tekanan Udara ................................................................. 27

Gambar 3.1 Peralatan percobaan........................................................................... 29

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data praktikum.................................................................................................................. 32

Tabel 4.3 Hasilperhitungan................................................................................................................ 43

UNIVERSITAS ANDALAS

Kompresor Torak 1Kelompok 15

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi menuntut kerja manusia untuk menghasilkan produk

dan inovasi – inovasi yang bisa mempermudah kerja manusia. Suatu kerja manusia

yang berat memakan waktu lama dapat digantikan dengan tenaga pembantu seperti

robot, begitu juga bekerja dengan tingkat keadaaan kerja suatu sistem. Dapat

dipermudah dengan menggunakan komponen pembantu. Disini kompresor

merupakan salah satu komponen pembantu dalam suatu sistem.

Dari praktikum yang akan dilakukan praktikan akan mengerti bagaimana prinsip

kerja dari kompresor, sehingga akan menjadi dasar pengetahuan dalam menganalisa

permasalahan yang berhubungan dengan kompresor.

Aplikasi kompresor yang sangat menunjang suatu operasional industri menjadi

suatu hal yang penting bagi praktikan yang berlatar belakang teknik mesin, karena

kompresor digunakan untuk menyuplai udara yang bertekanan tinggi untuk tujuan

tertentu. Dengan banyaknya macam dan jenisnya maka perlulah dilakukan praktikum

tentang kompresor ini

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari praktikum kompresor torak ini, adalah :

1. Mengetahui dan memahami jenis-jenis kompresor

2. Dapat menentukan berbagai karakteristik dari kompresor torak pada beberapa

putaran.

UNIVERSITAS ANDALAS


1.3 Manfaat

Manfaat yang didapat setelah dilakukan praktikum kompresor torak ini,

adalah dapat mengetahui jenis-jenis kompresor, pemilihan dan pemakaiannya,

mengetahui cara-cara pengujian kompresor torak serta dapat menentukan

karakteristik kompresor torak pada beberapa putaran dan mampu mengetahui

prestasi dari sebuah kompresor torak.

UNIVERSITAS ANDALAS


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian kompresorKompresor merupakan mesin fluida yang menambahkan energi ke fluida

kompresibel yang berfungsi untuk menaikkan tekanan. Kompresor biasanya bekerja

dengan perbedaan tekanan antara tekanan atmosfir dan didalam kompresor dimana

tekanan didalam kompresor lebih rendah dari tekanan atmosfir. Jika kompresor

bekerja pada tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir maka kompresor disebut

sebagai penguat (booster), dan jika kompresor bekerja dibawah tekanan atmosfir

maka disebut pompa vakum.

Gas mempunyai kemampuan besar untuk menyimpan energi persatuan

volume dengan menaikkan tekanannya, namun ada hal-hal yang harus diperhatikan

yaitu : kenaikan temperatur pada pemampatan, pendinginan pada pemuaian, dan

kebocoran yang mudah terjadi. (Turbin, Pompa, dan Kompresor, Fritz Distzel, Dakso

Sriyono:1990)

2.2 Jenis-jenis Kompresor

Kompresor dibagi atas 2 tipe dasar yaitu kompresor perpindahan positif dan

dinamik. Kompresor perpindahan positif dibagi atas kompresor torak dan kompresor

rotary. kompresor dinamik juga dibagi atas kompresor sentrifugal dan axial.

Gambar 2.1 Diagram pembagian klasifikasi kompresor

(Sumber: Panduan Praktikum Prestasi Mesin 2012/2013 )

UNIVERSITAS ANDALAS


1) Kompresor Dinamik

Kompresor Dinamik merupakan mesin alir udara yang berputar secara kontinu,

dengan menggunakan suatu elemen yang berputar dengan cepat sehingga

mengahsilkan gaya sentrifugal yang arahnya keluar, membuat udara tersebut akan

termampatkan sehingga tekanannya akan naik. Kompresor Dinamik terbagi atas 2

tipe yaitu : Kompresor Sentrifugal dan Kompresor Axial. [www.thermalfluids.net].

Contoh aplikasi dari kompresor dinamik ini adalah kompresor yang digunakan

pada mesin jet pesawat.

Gambar 2.2 Kompresor dinamik(Sumber: en.wikipedia.com)

a. Kompresor Sentrifugal

Kompresor Sentrifugal mengahasilkan tekanan yang tinggi melalui perputaran

impeller dengan kecepatan tinggi, ekspansi udara yang masuk menyebabkan

pertambahan massa yang nantinya menimbulkan gaya sentrifugal yang

mementalkan udara tersebut ke luar, ditambah dengan adanya pembesaran

penampang pada diffuser yang menyebabkan tekanan menjadi tinggi.

Kompresor sentrifugal sering juga disebut orang dengan Kompresor Radial,

artinya arah masukan udara tegak lurus terhadap hasil udara keluarannya.

Aksial Sentrifugal

UNIVERSITAS ANDALAS


Agar lebih efisien Kompresor Sentrifugal berputar sangat cepat bila

dibandingkan dengan tipe kompresor lainnya. Kompresor ini juga dirancang

untuk kapasitas yang lebih besar karena aliran udara yang melewati

kompresor kontinu. Contoh aplikasinya adalah pada kompresor untuk chiller

pada gedung atau bangunan [www.thermalfluids.net].

Step 1 Step 2

Step 3 Step 4

Gambar 2.3 Skema kerja dari kompresor sentifugal (Sumber: www.thermalfluids.net)

Pada skema kerja diatas dapat kita lihat bahwa :

Step 1 : Udara luar masuk diputar oleh impeller dengan kecepatan tinggi.

Step 2 : Udara masuk diekspansikan sehingga terjadinya pertambahan

massa dari udara tersebut.

Step 3 : Udara masuk dipentalkan oleh impeller ke dinding silinder

kompresor.

Step 4 : Difuser pada kompresor akan menambah tekanan dari udara yang

UNIVERSITAS ANDALAS


dipentalkan, sehingga didapatkan udara yang bertekanan tinggi.

b. Kompresor Axial

Pada kompresor axial, aliran udara parallel terhadap sumbu putar. Kompresor

ini tersusun atas beberapa tingkat impeller . Beberapa tingkat tersebut disebut

rotor yang dihubungkan dengan poros sentral yang berputar dengan kecepatan

tinggi. Dengan kata lain, arah aliran udara yang masuk searah dengan udara

yang dimampatkan oleh kompresor. Kompresor ini biasanya banyak

digunakan pada industri pesawat terbang.

Step 1 Step 2

Step 3 Step 4

Gambar 2.4 Skema kerja kompresor axial (Sumber: www.thermalfluids.net)


Step 1 : Udara masih berada di luar kompresor.

Step 2 : Udara mulai terhisap masuk ke dalam kompresor

UNIVERSITAS ANDALAS


Step 3 : Udara masuk dipentalkan oleh impler ke dinding silinder

kompresor.

Step 4 : Udara bertekanan tinggi setelah dimampatkan mulai meninggalkan

kompresor

2) Kompresor Perpindahan Positif (Possitive displacement):

Kompresor torak dan rotary merupakan 2 jenis dari kompresor

perpindahan positif. Pada kompresor perpindahan positif ini menaikan tekanan

udara dengan cara mengkompres udara tersebut pada ruang tertutup sehingga

menyebabkan penaikan tekanan. [www.thermalfluids.net].

Gambar 2.5 Kompresor perpindahan positifSumber: www.thermalfluids.net

a) Kompresor Torak (Reciprocating Compresor)

Step 1 Step 2

Step 3 Step 4

Gambar 2. 6 Skema Kerja Kompresor Torak

(sumber : [www.thermalfluids.net] )

UNIVERSITAS ANDALAS



Step 1 : Udara dari lingkungan dihisap ke dalam silinder kompresor

Step 2 : Udara terhisap memenuhi silinder dan piston mencapai posisi terbawah

Step 3 : Udara masuk dimampatkan atau ditekan sehingga tekanannya naik

Step 4 : Udara bertekanan tinggi setelah dimampatkan didorong keluar dari silinder

Aplikasi dari kompresor yaitu sering digunakan di kehidupan sehari- hari yang

digunakan di bengkel- bengkel sepeda motor dan mobil dan pencucian mobil untuk

menghasilkan air yang bertekanan

Single Acting Compressor

Pada kompresor ini satu kali putaran poros kompressor menghasilkan satu kali

udara bertekanan. Aplikasinya terdapat pada kompresor untuk menekan air pada

pencucian mobil.

Gambar 2. 7 Single Acting Compressors(sumber : Maritim.org)

Double Acting Compressor

Pada kompresor ini tekanan dihasilkan pada kedua sisi compressor, tekanan

dihasilkan silih berganti antara kedua sisinya dalam satu putaran poros

kompresor. kompresor yang kedua bertindak sebagai boster kompresor pertama.

Aplikasi dari kompresor torak satu silinder dan dua silinder banyak digunakan

UNIVERSITAS ANDALAS


dalam kehidupan sehari- hari seperti kompresor yang digunakan pada pencucian

mobil agar menghasilkan air bertekanan.

Gambar 2. 8 Double Acting Compressors

(sumber: continuousairsystems.com)

Diaphragm Compressors

Gambar 2. 9 Kompresor diafragma

(Sumber: sinelectronic.blogspot.com)

Diapraghm kompresor juga dikenal dengan nama membrane compressor.

Kompresor ini merupakan varian konvesional dari reciprocating compressor.

Kompresor ini mlakukan kompresi udara dengan menggunakan membrane yang

bergerak berputar, untuk manrik udara masuk ke daerah kompresi dan

memberinya tekanan untuk selanjutnya disimpan pada bagian tabung penyimpan.

Kompresor diafragma terdiri dari 2 sistem hidrolik dan sistem tekanan udara.

Metal diafragma adalah komponen pelindung diantara sistem itu. Sistem tekanan

UNIVERSITAS ANDALAS


udara terdiri dari 3 piringan metal diafragma yang mana diapit diantara dua

rongga alat, proses masukan dan keluaran udara. Sistem hidrolik pengendali

motor poros engkol yang memindahkan piston dalam tekanan rendah. Cairan

hidrolik berlawanan untuk merendahkan bagian dari samping dari diafragma.

Ayunan rongga menyebabkan pergantian proses udara. Aplikasi dari kompresor

diafragma sering digunakan pada industri kimia, farmasi dan obat- obatan.

b) Kompresor Putar (Rotary)

Pembagian kompresor rotary

1. Lobe Compressors

Udara masuk dimampatkan melalui Blade (Mata Pisau) yang berputar cepat.

Blade tersebut digerakkan untuk memampatkan udara yang masuk.

Step 1 Step 2

Step 3 Step 4

Gambar 2.10 Skema Kerja Kompresor Rotary[www.thermalfluids.net]

Pada skema kerja di atas terlihat bahwa :

Step 1 : Udara luar masuk melalui perbedaan tekanan antara

kompresor dengan tekanan udara lingkungan.

Step 2 : Udara masuk, mulai mengembang/ di ekspansikan oleh

UNIVERSITAS ANDALAS


Blade.

Step 3 : Udara dimampatkan ke dinding silinder oleh Blade.

Step 4 : Udara bertekanan tinggi keluar melalui katup keluar.

Tekanan dihasilkan melalui pergerakan roda gigi dalam sebuah rumah yang

dirancang memiliki clearance yang sangat kecil sehingga tidak ada kontak antara

roda gigi dan chasing kompresor. Udara masuk ketika terbentuk rongga antara

dua roda gigi dan udara yang terjebak didalam rongga akan terkompres melalui

perputaran roda gigi. Aplikasi dari kompresor jenis ini yaitu kompresor yang

digunakan pada industri makanan karena memiliki kualitas udara terkompresi

yang tinggi.

2. Liquid Ring CompressorsKetika impeller berputar, gaya sentrifugal menyebabkan berkumpulnya liquid

menjauhi impeller dan terbentuk lubang pada bagian casing yang dekat dengan

ujung impeller . Inlet diletakkan pada bagian lobang yang terbentuk akibat gaya

sentrifugal dan outlet pada bagian tengah impeller . Udara bertekanan dihasilkan

dari putaran dan liquid membuat kebocoran sangat kecil dan menghindari

terjadinya kontak antara dan chasing. Liquid berperan dalam pemampatan udara

yang terhisap kedalamnya sehingga menghasilkan udara bertekanan dan untuk

mencegah kebocoran fluida yang dimampatkan. Contoh aplikasi jenis kompresor

ini yaitu industri kimia dan petrokimia. Jenis liquid yang sering digunakan adalah

air dan oli.

Gambar 2.11 Liquid ring compressor[thermofluid.net]

Liquid

UNIVERSITAS ANDALAS


3. Helical Screw Compressors

Kompresor ini memiliki sudu helix untuk memampatkan udara. Pada

kompresor ini digunakan screw sebagai pemampat udara dengan putaran dan

ukuranya yang mengerucut sehingga udara termampatkan. Aplikasinya

terdapat pada mesin kontruksi untuk memasok udara.

Gambar 2.12 Kompresor helical screw

(sumber: www.Hydrocarbon-technology.com)

4. Scroll Compressors

Elemen scroll kompresor terdiri dari sepasang spiral yang ditempatkan dalam

rumah kompresor, dimana spiral digerakkan oleh sebuah motor. Intake diletakkan

diatas dari casingnya, ketika spiral berputar searah jarum jam, udara dihisap dan

dikompres secara kontinu kepusat spiral yang telah dirancang dengan memberi

katub searah agar udara tidak balik kebelakang. Aplikasi dari kompresor scroll ini

yaitu pada pabrik es untuk menyirkulasikan refrigeran.

UNIVERSITAS ANDALAS


Gambar 2.13 Kompresor scroll(Sumber : jbarrownews.blogspot.com)

5. Sliding Vane Compressors

Kompresor jenis ini terbagi dua, yaitu jenis lembab dan jenis kering. Dimana

terdiri dari sebuah slinder, sebuah slot rotor dan beberapa bilah ”vanes” yang

dipasang pada slot rotor. Bilah ”vane” bebas untuk menyisip kedalam dan keluar

(slide in and out) pada slot karena terdapat jarak diantara rotor dan dinding

silinder. Aplikasi dari kompresor sliding vane. Aplikasi kompresor ini dapat

ditemukan pada proses pengkompresian udara untuk menyemprotkan oksidan

inlet pada sebuah sistem sel bahan bakar.

Gambar 2.14 Kompresor sliding vane

(www.china-aircon.com)

UNIVERSITAS ANDALAS


2.3 Klasifikasi Kompresor

Berdasarkan alat rasio tekanan :

1. Kompresor (pemampat) dipakai untuk jenis yang bertekanan tinggi, kompresor

mempunyai rasio tekanan > 3.

2. Blower ( peniup ) untuk yang bertekanan agak rendah, blower mempunyai rasio

tekanan 1-3.

3. Fan ( kipas ) untuk yang bertekanan sangat rendah, fan mempunyai rasio

tekanan < 1.

Berdasarkan cara pemampatan :

1. Jenis turbo, menaikkan tekanan dan kecepatan gas dengan gaya sentrifugal yang

ditimbulkan oleh impeler, atau dengan gaya angkat (lift) yang ditimbulkan oleh

sudu yang dibedakan dalam arah aliran udara : kompresor aksial dan dan

kompresor sentifugal.

2. Jenis perpindahan, menaikkan tekanan dengan memperkecil atau memampatkan

volume gas yang diisap ke dalam silinder atau stator oleh torak atau sudu.

Kompresor jenis perpindahan dibagi menjadi : jenis putar dan bolak-balik.

Kompresor putar dibagi : jenis roots, sudu luncur, dan sekrup.

Berdasarkan konstruksinya :

1. Berdasarkan jumlah tingkat kompresi : 1 tingkat, 2 tingkat, dan banyak tingkat.

Gambar 2.15 Kompresor berdasarkan tingkatnya

( Sumber : Turbin, Pompa, dan Kompresor, Fritz Distzel, Dakso Sriyono)

UNIVERSITAS ANDALAS


2. Berdasarkan langkah kerja (pada torak) : kerja tunggal, dan kerja ganda.

Tunggal Ganda

Gambar 2.16 Langkah Kerja Kompresor


Perbedaannya adalah pada proses pemampatannya, dimana pada kerja tunggal

udara dimampatkan pada 1 langkah saja, sedangkan pada kerja ganda, udara

dimampatkan untuk 2 langkah.

3. Berdasarkan susunan silinder (pada torak) : mendatar, tegak, bentuk L, bentuk V,

bentuk W, bentuk bintang, lawan berimbang (balance oposed).

Gambar 2.17 Susunan Silinder Torak


UNIVERSITAS ANDALAS


4. Berdasarkan cara pendinginan : pendinginan air, dan udara.

5. Berdasarkan transimisi penggerak : langsung, sabuk V, dan roda gigi.

6. Berdasarkan penempatannya : permanen, dan portable.

7. Berdasarkan cara pelumasan : dengan minyak, dan tanpa minyak.

2.4 Prinsip Kerja Kompresor Secara Umum

Mesin kompresor udara memiliki prinsip kerja yang sudah terorganisir dengan

baik. Prinsip kerja kompresor merupakan satu kesatuan yang saling mendukung,

sehingga kompresor dapat bekerja dengan maksimal. Prinsip kerja dari sebuah

kompresor biasanya terbagi menjadi empat prinsip utama, yaitu:

Staging

Selama proses kerja kompresor, suhu dari mesin kompresor menjadi tinggi dan

meningkat sesuai dengan tekanan yang terdapat dalam kompresor tersebut. Sistem ini

lebih dikenal dengan nama polytopic compression. Jumlah tekanan yang terdapat

pada kompresor juga meningkat seiring dengan peningkatan dari suhu kompresor itu

sendiri.

Kompresor mempunyai kemampuan untuk menurunkan suhu tekanan udara

dan meningkatkan efisiensi tekanan udara. Tekanan udara yang dihasilkan oleh

kompresor mampu mengendalikan suhu dari kompresor untuk melanjutkan proses

berikutnya.

Intercooling

Pengendali panas, atau yang lebih dikenal dengan intercooler merupakan salah

satu langkah penting dalam proses kompresi udara. Intercooler mempunyai fungsi

untuk mendinginkan tekanan udara yang terdapat dalam tabung kompresor, sehingga

mampu digunakan untuk keperluan lainnya. Suhu yang dimiliki oleh tekanan udara

dalam kompresor ini biasanya lebih tinggi jika dibandingkan dengan suhu ruangan,

UNIVERSITAS ANDALAS


dengan perbedaan suhu berkisar antara 10°Fahrenheit (sekitar -12°Celcius) sampai

dengan 15°Fahrenheit (sekitar -9°Celcius).

Compressor Displacement

Secara teori, kapasitas kompresor adalah sama dengan jumlah tekanan udara

yang dapat ditampung oleh tabung penyimpanan kompresor. Kapasitas sesungguhnya

dari kompresor dapat mengalami penurunan kapasitas. Penurunan ini dapat

diakibatkan oleh penurunan tekanan pada intake, pemanasan dini pada udara yang

masuk ke kompresor, kebocoran, dan ekspansi volume udara.

Specific Energy Consumption

Yang dimaksud dengan specific energy consumption pada kompresor adalah

tenaga yang digunakan oleh kompresor untuk melakukan kompresi udara dalam

setiap unit kapasitas kompresor. Biasanya specific energy consumption pada

kompresor ini dilambangkan dengan satuan bhp/100 cfm.

2.5 Cara Kerja Kompresor

a. Kompresor Sentrifugal (Dinamik)

Sebuah kompresor sentrifugal menghasilkan tekanan dengan meningkatkan

kecepatan gas yang melewati impeler, dan selanjutnya pengaturan kecepatan dengan

peralatan pengontrol sehingga diperoleh aliran dan tekanan yang diinginkan.

Kompresor sentrifugal ini konstruksi dan cara kerjanya sangat mirip dengan

pompa sentrifugal. Fluida yang dialirkan udara dan gas dengan kerapatan

)(kg/m3 yang cukup kecil, dan sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur

gas. Agar kompresor bisa bekerja, kompresor membutuhkan atau memperoleh daya

dari mesin penggerak kompresor di dalam roda jalan fluida kerja mendapat

percepatan sedemikian rupa sehingga fluida itu mempunyai kecepatan mengalir

keluar dari sudu-sudu roda jalan. Kecepatan keluar fluida ini selanjutnya akan

UNIVERSITAS ANDALAS


berkurang dan berubah menjadi head ketinggian H di sudu-sudu pengarah atau di

rumah keong.

Diagram skematis kompresor sentrifugal diberikan pada gambar dibawah.

Impeler berputar bersama poros sementara sudu pengarah difuser dipasang tetap pada

rumah kompresor. Gas yang dimampatkan harus dibuang melalui rumah keong

(volut), yang mengelilingi diffuser. Untuk pemampatan tiap tingkat, buangan dari

diffuser tingkat pertama disalurkan kembali ke pusat perputaran untuk memasuki

impeler tingkat yang berikutnya yang dipasang pada poros yang sama. dengan cara

ini, perbandingan tekanan yang agak tinggi dapat dicapai pada mesin-mesin

sentrifugal, yang biasanya adalah kompak dan dalam kesetimbangan yang baik.

keseluruhan kerja pemampatan dilakukan pada impeler, sementara ada penurunan

kecepatan dan dengan demikian kenaikan tekanan statik dalam difuser stasioner, tidak

akan terdapat perubahan entalpi stagnasi di sana.

Pada jalan masuk ke impeler, sudu-sudu dilengkungkan ke depan untuk

memberikan, sedekat mungkin, kecepatan relatif tangensial antara gas yang masuk ke

permukaan yang berputar. Contour sudu dibelakangnya dapat berupa radial,

bengkok ke belakang, atau bengkok ke depan, seperti yang ditunjukkan pada gambar

di bawah. . [Turbin, Pompa, dan Kompresor, Fritz Distzel, Dakso Sriyono]

Gambar 2.17 Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal

( Sumber: Turbin, Pompa, dan Kompresor, Fritz Distzel, Dakso Sriyono)

UNIVERSITAS ANDALAS


b. Kompresor Positive Displacement

Untuk kompresor jenis positif displacement yaitu kompresor torak, cara

kerjanya adalah sebagai berikut, jika torak ditarik ke atas, tekanan dalam silinder

dibawah torak akan menjadi negatif (lebih kecil dari tekanan atmosfir) sehingga udara

akan masuk melalui celah katup isap. Katup ini dipasang pada torak yang sekaligus

berfungsi juga sebagai perapat torak. kemudian jika torak ditekan kebawah, volume

udara yang terkurung dibawah torak akan mengecil sehingga tekanan akan naik.

Katup isap akan menutup dengan merapatkan celah antara torak dan dinding silinder.

Jika torak ditekan terus volume akan semakin kecil dan tekanan didalam silinder akan

naik. katup isap akan menutup dengan merapatkan celah antara torak dan dinding

silinder.

Gambar 2.18 Proses Pemampatan Udara Pada Kompresor Torak

( Sumber:Turbin, Pompa, dan Kompresor, Fritz Distzel, Dakso Sriyono)

Sebagai penggerak kompresor digunakan motor listrik jenis sangkar bajing

(squirrel cage). Transmisi daya adalah transmisi sabuk. Besar kerja mekanik yang

dilakukan oleh motor dapat ditentukan dengan mengukur torsi. Sedangkan putaran

motor diukur dengan tachometer.

Kondisi-kondisi udara pada stasion-stasion yang penting dapat diketahui dengan

mengukur tekanan dan temperaturnya (bola basah dan bola kering). Laju aliran udara

UNIVERSITAS ANDALAS


diukur dengan menggunakan orifis dan manometer. Massa jenis () cairan

manometer adalah 787 kg/m3

2.6 Teori Kompresi

1. Hubungan tekanan dan volume.

Jika gas dikompresikan (atau diexpansikan) pada temperatur tetap maka

tekanannya akan berbanding terbalik dengan volumenya (Hukum Boyle).

P1 V1 = P2 V2 = Konstan

2. Hubungan temperatur dan volume.

Seperti halnya zat padat dan cair, gas akan mengembang jika dipanaskan pada

tekanan tetap dan pengembangannya jauh lebih besar karena gas mempunyai

koefisien muai yang jauh lebih besar. Hukum charles menyatakan : semua gas

apabila dinaikkan temperaturnya sebesar 1 oC pada tekanan tetap, akan

mengalami pertambahan volume sebesar 1/273 dari volumenya pada 0 oC dan

sebaliknya.

2

1

2

1

212

101

t273

t273

V

V

273

t1VV

273

t1VV

dimana : Vo = Volume gas pada temperatur 0 oC

V1 = Volume gas pada temperatur t1 pada tekanan yang sama

dengan V0 (0 oC)

V2 = Volume gas pada temperatur t2 pada tekanan yang sama

dengan V0 (0 oC)

t1 dan t2 = Temperatur (oC)

3. Persamaan keadaan.

UNIVERSITAS ANDALAS


Gabungan dari hukum Charles dan hukum Boyle yang digunakan untuk gas ideal

yang dinyatakan dengan :

PV = m R T

2.7 Proses Kompresi Gas

1. Cara Kompresi

Kompresi dapat dilakukan dengan : Isotermal, Isentropik (adiabatik), dan

politropik.

a. Kompresi Isotermal.

Bila gas dikompresi, maka ada energi mekanik yang diberikan dari luar ke gas.

Energi ini dirubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas naik jika

tekanan semakin tinggi. Namun jika proses kompresi dibarengi dengan

pendinginan untuk mengeluarkan panas, temperatur dapat dijaaga tetap disebut

dengan kompresi isotermal.

P = Konstan

Kompresi ini sangat berguna dalam analisa teoritis, namun secara praktek jauh

sekali perbedaannya.

b. Kompresi Isentropik

Jika silinder diisolasi secara sempurna, maka kompresi akan berlangsung tanpa

ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke gas. Proses ini disebut adiabatik.

Dalam praktek proses ini tidak pernah terjadi secara sempurna, namun sering

dipakai dalam kajian teoritis.

P k = Konstan

Dimana : v

p

C

Ck

Jika rumus ini dibandingkan dengan rumus kompresi isotermal dapat dilihat

bahwa untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatik akan

UNIVERSITAS ANDALAS


menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dari pada proses isotermal dengan

demikian kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatik juga lebih besar.

c. Kompresi politropik

Karena sesungguhnya kompresi bukan isotermal karena ada kenaikan temperatur,

dan juga bukan adiabatik karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses

kompresi yang sesungguhnya ada diantara keduanya dan disebut kompresi

politropik.

P n = Konstan

dimana : n = Indeks politropik (1 < n < k)

2. Perubahan Temperatur

Pada waktu kompresi, temperatur gas dapat berubah tergantung pada jenis proses

yang dialami. Hubungan temperatur dan tekanan untuk masing-masing proses :

a. Proses Isotermal, dimana proses ini temperatur dijaga tetap.

b. Proses Isentropik.

Dalam kompresi adiabatik tidak ada panas yang dibuang keluar atau

dimasukkan ke silinder sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan

dalam proses ini akan dipakai untuk menaikkan temperatur gas.

k1k

s

dsd P

PTT

dimana : Td = Temperatur keluar (K)

Ts = Temperatur masuk (K)

Pd = Tekanan keluar (Pa)

Ps = Tekanan masuk (Pa)

c. Proses Politropik.

Jika selama proses kompresi udara didinginkan, misalnya dengan memakai

air pendingin untuk silinder, maka sebagian panas yang timbul akan

dikeluarkan.

UNIVERSITAS ANDALAS


n1n

s

dsd P

PTT

2.8 Efisiensi Volumetrik dan Adiabatik

a. Efisiensi Volumetrik.

Efisiensi volumetrik merupakan fungsi dari kecepatan udara yang

terisap, dimana maksimum terjadi pada suatu putaran poros tertentu. Dengan

demikian merupakan fungsi dari faktor kelebihan udara, yaitu turun dengan

turunnya kerapatan udara. Efisiensi volumetrik (Volumetric Efficiency, VE)

sebuah mesin (dalam hal ini mesin piston) dapat dikatakan sebagai ukuran

seberapa banyak udara yang masuk ke dalam silinder/ruang bakar. Ukurannya

adalah massa/berat udara bukan volumenya. Jika ukurannya volume, tentu

saja jumlah udara selalu tetap yaitu sama dengan volume silinder. Sebagai

contoh, untuk mesin berkapasitas 100cc, jumlah udaranya 100cc. Jumlah

udara dengan volume sama dan massa yang berbeda artinya massa jenisnya

berbeda. Namun, ukuran yang paling sering digunakan bukan massa atau

massa jenis melainkan tekanan karena tekanan dapat langsung diukur oleh

sensor tekanan. Tekanan tinggi artinya massa jenisnya besar dan tekanan

rendah artinya massa jenisnya kecil. VE dinyatakan dalam persen. VE 100%

artinya silinder terisi dengan udara yang mempunyai tekanan sama dengan

tekanan luar (tekanan atmosfer, 1 atm).

UNIVERSITAS ANDALAS


Gambar 2.19 Diagram P – V dari kopresor torak

(Sumber : maintenance-group.blogspot.com)

Keterangan :

1-2 : Isotermal / Kompresi

Pada posisi ini piston bergerak ke kiri dan menekan udara sampai

volumenya menjadi kecil (V2) dan tekanan meningkat.

2-3 : Isobarik / Langkah Buang

Setelah mencapai tekanan tertentu (P2 – P3) maka katup keluar

akan terbuka sehingga terjadi percampuran udara dalam silinder

dengan reservoir meskipun volume diperkecil lagi (sampai V3)

namun tekanan tetap konstan.

3-4 : Expansi Adiabatik

Disini piston mulai bergerak ke kanan sehingga volume membesar

dan tekanan menjadi turun.

4-1 : Langkah Buang

Katup masuk terbuka dan terjadi percampuran udara luar dengan

udara dalam silinder sehingga meskipun diperbesar tekanan akan

tetap konstan.

UNIVERSITAS ANDALAS


relatifsisaVolumeV

V

1P

P1

Q

Q

s

c

n1

s

dv

th

sv

dimana :

Qs = Volume gas yang dihasilkan pada kondisi tekanan dan temperatur isap

(m3/min)

Qth = Perpindahan torak (m3/min)

n = Koefisien ekspansi gas yang tertinggal di dalam volume sisa, untuk

udara n =1,2

b. Efisiensi adiabatik keseluruhan.

Efisiensi adiabatik keseluruhan didefinisikan sebagai daya yang

diperlukan untuk memampatkan gas siklus adiabatik, dibagi dengan daya

yang sesungguhnya diperlukan oleh kompresor pada porosnya.

1P

P

60000

QP

1k

mk)kW(L

)kW(L

)kW(L

mk1k

s

dssad

s

adad

dimana : Lad = Daya adiabatik teoritis

Ls = Daya yang masuk pada poros kompresor

Ps = Tekanan isap tingkat pertama (Pa)

Pd = Tekanan keluar tingkat terakhir (Pa)

Qs = Debit yang masuk (m3/min)

m = Jumlah tingkat kompresi

UNIVERSITAS ANDALAS


Semakin tinggi efisiensi adiabatik keseluruhan, berarti semakin kecil

daya poros yang diperlukan untuk perbandingan kompresi dan debit yag

sama.

Yang sangat penting untuk menunjukkan prestasi dan ekonomi sebuah

kompresor. Efisiensi volumetris hanya koefisien yang diperlukan oleh

perencana kompresor dan tidak penting untuk pemakainya.

Secara umum daya yang dibutuhkan suatu kompresor adalah :

P = g Q H

Dimana : H = p/( g) = tinggi tekan (m (kolom udara))

P = Daya kompresor (kW)

= kerapatan gas (kg/m3)

g = percepatan grafitasi (m/s2)

Q = debit aliran (m3/s)

Pada kompresor sentrifugal tinggi tekan H bisa menentukan konstruksi dari

roda jalan (impeler) kompresor yaitu dengan menggunakan rumus-rumus

perancangan pada pompa sentrifugal. Untuk menghasilkan tekanan yang besar dan

juga untuk menaikkan efisiensi kompresor harus dibuat dengan bahan yang

berkualitas tinggi dan dibuat bayak tingkat (jumlah tingkat = i), dimana tinggi tekan

H masing-masing tingkat : H = H/i

Pada kompresor bertingkat volume udara karena pemampatan akan mengecil,

maka debit udara akan menurun yang menyebabkan roda jalan kompresor bertingkat

akan bertambah kecil dari tigkat yang pertama ke tingkat berikutnya.

Gambar di bawah menunjukkan kerja yang dihemat kompresor bertingkat jika

dibandingkan dengan tidak bertingkat.

UNIVERSITAS ANDALAS


Gambar 2.20 Diagram p – v yang menggambarkan proses suatu pemampatan banyak tingkat dengan pendinginan antara, dan kerja yang dihemat

[Sumber:Turbin, Pompa, dan Kompresor, Fritz Distzel, Dakso Sriyono]

2.9 Tekanan Udara.

Gambar 2.21 Diagram Tekanan Udara(sumber : Fluid Mechanics )

1. Tekanan gas.Menurut teori ilmu fisika, gas terdiri dari molekul-molekul yang

bergerak terus menurus secara seimbang. Karena gerakan ini, dinding

bejana yang ditempati akan mendapatkan tumbukan terus menerus dan

inilah yang dirasakan sebagai tekanan pada dinding. Jika temperatur gas

UNIVERSITAS ANDALAS


dinaikkan, maka gerakan molekul akan semakin cepat dan tumbukan

akan semakin sering dan dengan impuls yang semakin besar. Jadi jika

volume bejana tetap tekanan akan semakin besar.

2. Tekanan mutlak dan tekanan lebih.

a. Tekanan lebih (gage pressure) adalah tekanan ukur dimana harga nol

diambil sama dengan tekanan atmosfir (tekanan yang terbaca pada alat

ukur tekanan)

b. Tekanan mutlak adalah tekanan ukur dimana harga nol diambil sama

dengan tekanan vakum mutlak (0 atm)

Dalam spesifikasi kompresor, angka yang terpenting adalah laju volume gas

yang dikeluarkan serta tekanan kerjanya. Dengan demikian bisa dihitung keperluan

daya untuk kompresor.

Persyaratan dalam pemilihan kompresor :

1. Tekanan isap dan keluar

2. Jenis dan sifat-sifat gas yang ditangani

3. Temperatur dan kelembaban gas dan kondisi lingkungan tempat instalasi

4. Kapasitas aliran yang diperlukan dan peralatan pengaturnya

5. Cara pendinginan

6. Sumber tenaga dan jenis penggerak mula

7. Jenis kompresor, pelumasannya, tingkat kompresi. Permanen atau portable

8. Bahan kompresor dan instalasi

Hal lain yang harus diperhitungkan dalam pemilihan kompresor :

1. Biaya investasi

2. Biaya operasi

3. Biaya maintenance

UNIVERSITAS ANDALAS


BAB III

METODOLOGI

3.1 Gambar Peralatan Percobaan

Gambar 3.1 Peralatan percobaan

UNIVERSITAS ANDALAS


Spesifikasi Kompresor

Kompresor yang digunakan pada pengujian ini mempunyai spesifikasi sebagai

berikut :

- Volume langkah : VL

= 2,54 ⋅ 10-5

m3

- Volume clearance : VC

= 2,83 ⋅ 10-5

m3

- Tekanan Maksimum = 800 bar

- Jumlah silinder = 2 buah

- Nmotor

/Nkompresor

, i = 1,47

3.2 Alat Ukur

Alat ukur yang digunakan dalam pengujian, yakni :

a. Tachometer : mengukur putaran

b. Termometer : mengukur temperatur

c. Pressure gauge : mengukur tekanan

d. Neraca pegas

e. Rotameter

3.3 Prosedur Percobaan

A. Pemekriksaan sebelum pengujian

1. Periksalah kondisi peralatan, apakah seluruhnya dalam keadaan baik.

2. Periksa ketinggian cairan termometer.

3. Periksa kondisi air pembasah pada termometer bola basah.

4. Periksa keadaan minyak pelumas kompresor, pelumas yang dipakai adalah

oli SAE 30 atau yang sejenis.

5. Periksa tegangan listrik yang diminta, apakah sesuai dengan tegangan

motor yang digunakan.

UNIVERSITAS ANDALAS


B. Menjalankan kompresor

1. Buka katub pengontrol aliran udara pada penampung . Periksa apakah tekanan

udara pada penampung menunjukkan angka nol.

2. Tutup katub udara aliran keluar penampung jika tekanan uji menunjukkan

angka nol.

3. Masukkan tombol listrik untuk menghidupkan motor.

4. Seimbangkan kedudukan motor dengan menggunakan pemberat.

5. Pada saat tekanan keluar kompresor (P2) mencapai harga yang dikehendaki,

buka katub pengatur perlahan hingga tekanannya konstan.

6. Sesuaikan kembali keseimbangan motor dengan menambahkan pemberat

kemudian hitung berat beban pada saat setimbang.

7. Ukur tekanan dan temperatur pada tiap satuan.

8. Untuk menghentikan motor tombol dari sumber listrik dilepas.

9. Jika telah selesai percobaan , buang udara penampung dengan membuka katub

pada bagian bawah tangki.

BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Praktikum

No P1 (atm) P2 (bar) P3 (bar) Q (L/min) T1 (0C) Tdb1 (

0C) Twb1 (0C) Tdb2 (

0C) Twb2 (0C) Tdb3 (

0C) Twb3 (0C) F (kg) N (rpm) P2(Pa) P3(Pa)

1 1 0,5 0,2 20 27 27 27 32 17 29 28 4 980 50000 200002 1 0,7 0,5 30 27 27 27 33 15 29 28 4 970 70000 500003 1 1 0,75 32 27 27 27 35 14 29 28 4 970 100000 750004 1 1,3 1 35 27 27 27 37 13 29 28 4 955 130000 1000005 1 1,8 1,25 38 27 27 27 38 12 29 28 4 955 180000 1250006 1 1,9 1,5 41 27 27 27 39 11 29 28 4 970 190000 1500007 1 2 1,75 44 27 27 27 40 10 30 29 4 965 200000 1750008 1 2,1 2 50 27 27 27 42 9 30 29 4 960 210000 200000

UNIVERSITAS ANDALAS


4.2 Contoh Perhitungan

Penentuan indeks politropik (n)

n1n

1

2

1

2

P

P

T

T

1

2i T

TlnY , 2

1

ln absi

PX

P

Yi = ln (286/300) = 0,0477

Xi = ln (221325/ 101325)= 0,781299

Yi = a XI

2i

2

iiii

XXN

YXYXNa

i

2

8 0,22 (4,7 0,17)

8(6.1) (4,7)

x xa

a =

= 0,9780108

a= (0,9780108 – 1) / 8

n = - 0, 022484

1. Pembuatan Diagram P vs V

a. Isotermal

n = 1

A = P1 V1n V1 = 2,543.10-4 m3

= 101325. (2,543.10-4 m3)1

= 25.7669

P3 = P2abs = 291325 Pa

V3 = 2.63.10-5 m3

B = P3 V3n

B = 101325.(2,63.10-5 m3)1

UNIVERSITAS ANDALAS


= 6,62634

n1

22 P

AV

n1

44 P

BV

11

2

25.7669

261325V

11

4

7,395498

101325V

V2 = 0.00011642 m3 V4 = 0,0006182 m3

Menentukan titik-titik sepanjang garis 1-2

Untuk tekanan : dimana

P1 =101325 Pa

P2 = 261325 Pa

Pa = P1 + ∆P/4

= 101.325+ (261.325-101.325)/4

= 131.325 Pa

Untuk Volome ;

Va 1

nA

Pa

= 1125.7669

121325

= 0,001,96 m3


Untuk tekanan :

P4 =101.325 Pa

P3 = 261.325 Pa

Pa = P4 - ∆P/4

= 101325 - (261325-101325)/4

= 131,325 Pa

Untuk Volome ;

UNIVERSITAS ANDALAS


V3 = 0.0000131 m3

V4 = 0.0000106 m3

Va 1

nB

Pa

= 117,395498

141325

= 2,22 x 10 -4 m

b. Isentropis

n = 1.4

A = P1 V1n V1 = 2,543.10-4 m3

= 101325. (2,543.10-4 m3)1.4

= 0.94015

P3 = P2abs = 261.325 Pa

V3 = 2.83.10-5 m3

B = P3 V3n

B = 261.325.(2.83.10-5 m3)1.4

= 0,09495

n1

22 P

AV

n1

44 P

BV

11.4

2

0.940159

261325

0.00012925

V

11.4

4

3

0.11212

101325

0.00005568

V

m


Untuk tekanan :

P1 =101.325 Pa

P2 = 261.325 Pa

Pa = P1 + ∆P/4

= 101.325+ (291.325-101.325)/4

= 131.325 Pa

UNIVERSITAS ANDALAS


Untuk Volome ;

Va 1

nA

Pa

= 1 1.4

0.94016

121.325

= 0.0000334 m3


Untuk tekanan :

P4 =101325 Pa

P3 = 291325 Pa

Pa = P3 - ∆P/4

= 261325- (261325-101325)/4

= 281325 Pa

Untuk Volome ;

V3 = 0.0000283 m3

V4 = 0.0000886 m3

Va 1

nB

Pa

= 11,40.11212

121325

= 4,94.10-5 m3

c. Politropik

n = 1.047

A = P1 V1n V1 = 2,543.10-4 m3

= 101325. (2,543.10-4 m3)1.04

= 18,3917

P3 = P2abs = 261325 Pa

V3 = 2.83.10-5 m3

B = P3 V3n

B = 501325.(2.83.10-5 m3)1.0

UNIVERSITAS ANDALAS


= 4,827012

n1

22 P

AV

n1

44 P

BV

11.047

2

18.3917

261325

0.00010233

V

11.04

4

3

4,827012

101325

0.00007033

V

m


Untuk tekanan :

P1 =101325 Pa

P2 = 261325 Pa

Pa = P1 + ∆P/4

= 101325+ (261325-101325)/4

= 121325 Pa

Untuk Volome ;

V1 = 0.00010233 m3

V2 = 0.000078 m3

Va 1

nA

Pa

= 11.0418,3917

121325

= 0.00021388 m3


Untuk tekanan :

P4 =101325 Pa

P3 = 261325 Pa

Pa = P3 - ∆P/4

= 261325- (261325-101325)/4

= 221325 Pa

UNIVERSITAS ANDALAS


Untuk Volome ;

V3 = 0.00010233 m3

V4 = 0.00007033 m3

Va 1

nB

Pa

= 11.0479.66

401325

= 3.32 x 10 -5 m3

1. Laju aliran massa udara

ρu = 1.204 kg/s

3 350 / min 10 / 60.1.204 /

0.00076 /am l x kg m

kg s

(kg/s)

Rasio kompresi ( rp )

1

2

P

Prp

261325

1013252,5790772

rp

2. Kerja politropik

1rTRm1n

nW n/)1n(

p1apol

(kW)

0.04491,040.00076.0,2871 300[(2.58 1)]

1,04 1polW x x

polW = 0,0747 kW

3. Kerja isothermal

)r(lnTRmW p1aiso (kW)

UNIVERSITAS ANDALAS


2613250.00076 0,2871 300 ln ( )

101325isoW x x x

= 0,06222459 kW

4. kerja Mekanis

FN1039,3W komp5

mek (kW)

53,39 10 975.4 19.62mekW x

= 1,2836777 kW

5. Efisiensi politropik

%100W

W

mek

polpol (%)

0,06222459100%

1, 2836777pol

= 6,570 %

6. Efisiensi isothermal

%100W

W

mek

isoiso (%)

0,0730100%

0.4722iso

= 6,67 %

7. Efisiensi volumetris

6100%

4,43 10volkomp

m

N

(%)

6

0.000803100%

4,43 10 910vol x

UNIVERSITAS ANDALAS


= 30,16 %

UNIVERSITAS ANDALAS


4.3 Tabel Hasil Perhitungan

4.3 Tabel Data Hasil Perhitungan

No P1 (Pa) P2 (Pa) P2 abs (Pa) P3 (Pa) Q (m3/s) T1 (K) Tdb1 (K) Twb1 (K) Tdb2 (K) Twb2 (K) Tdb3 (K) Twb3 (K) F (N) N (rpm)1 101325 120000 221325 100000 0.0010833 300 300 298 286 294 302 301 39.24 9762 101325 160000 261325 140000 0.00125 300 300 298 286 293 302 301 39.24 9733 101325 200000 301325 301325 0.0014167 300 300 298 286 292 302 301 39.24 9694 101325 240000 341325 341325 0.0015833 300 300 298 285 290 302 301 39.24 9655 101325 280000 381325 381325 0.0016667 300 300 298 283 288 302 301 39.24 9646 101325 320000 421325 421325 0.0018333 300 300 298 282 287 302 301 39.24 964

Indeks Politropik

No Xi Yi XiYi Xi2 a n rp

1 0.781299 -0.04779 -0.03734 0.6104282 2.18430792 0.947432 -0.04779 -0.04528 0.8976268 2.57907723 1.089856 -0.04779 -0.05208 1.1877866 2.97384654 1.214502 -0.05129 -0.0623 1.4750149 3.36861585 1.325319 -0.05834 -0.07731 1.7564701 3.76338516 1.425071 -0.06188 -0.08818 2.0308283 4.1581545

Σ = 6.783479 -0.31488 -0.0131 7.9581549

-1.47E-01 0.8719114

UNIVERSITAS ANDALAS


N ma(kg/s) Wpol(kW) Wiso(kW) Wme(KW) ηpol(%) ηiso(%) ηvol(%)

1 0.001304 0.082923 0.087773 1.2983103 6.3870086 6.7605602 30.1672642 0.001505 0.114648 0.122812 1.2943196 8.8577919 9.4885134 34.9157043 0.001706 0.14795 0.16011 1.2889987 11.477926 12.421276 39.7344794 0.001906 0.182636 0.199412 1.2836777 14.227528 15.534467 44.5932035 0.002007 0.208142 0.229061 1.2823475 16.231292 17.862622 46.9889076 0.002207 0.244451 0.270932 1.2823475 19.062811 21.127792 51.687798

1. Isothermal

No A B V2 V4 Vx1 Vx2 Vx3 Vx4 Vx5 Vx1 Vx2 Vx3 Vx4 Vx5

1 2.58E+01 2.83 0.000116 2.793E-05 0.0002543 0.0001962 0.0001597 0.0001347 0.000116421 0.0000283 2.82E-05 2.81137E-05 2.8E-05 2.793E-052 25.76695 3.962 9.86E-05 3.91E-05 0.0002543 0.0001823 0.0001421 0.0001164 9.86012E-05 0.0000283 3.04E-05 3.28354E-05 3.57E-05 3.9102E-053 25.76695 8.527498 8.55E-05 8.416E-05 0.0002543 0.0001703 0.000128 0.0001025 8.55121E-05 0.0000283 3.39E-05 4.23569E-05 5.64E-05 8.416E-054 25.76695 9.659498 7.55E-05 9.533E-05 0.0002543 0.0001597 0.0001164 9.159E-05 7.54909E-05 0.0000283 3.43E-05 4.3644E-05 5.99E-05 9.5332E-055 25.76695 10.7915 6.76E-05 0.0001065 0.0002543 0.0001504 0.0001068 8.277E-05 6.75721E-05 0.0000283 3.47E-05 4.47177E-05 6.3E-05 0.00010656 25.76695 11.9235 6.12E-05 0.0001177 0.0002543 0.0001421 9.86E-05 7.549E-05 6.11569E-05 0.0000283 3.49E-05 4.56271E-05 6.58E-05 0.00011768

Garis 1-2 Garis 3-4

Garis 1-2 Garis 3-4n V1 V3 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px5 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px5

1 2.54E-04 2.83E-05 30000 101325 131325 161325 191325 221325 -331.25 100000 100331.3 100662.5 100993.8 1013251 2.54E-04 2.83E-05 40000 101325 141325 181325 221325 261325 9668.75 140000 130331.3 120662.5 110993.8 1013251 2.54E-04 2.83E-05 50000 101325 151325 201325 251325 301325 50000 301325 251325 201325 151325 1013251 2.54E-04 2.83E-05 60000 101325 161325 221325 281325 341325 60000 341325 281325 221325 161325 1013251 2.54E-04 2.83E-05 70000 101325 171325 241325 311325 381325 70000 381325 311325 241325 171325 1013251 2.54E-04 2.83E-05 80000 101325 181325 261325 341325 421325 80000 421325 341325 261325 181325 101325

UNIVERSITAS ANDALAS


2. Isentropis


1 0.940159 0.042904 0.000146 2.804E-05 0.0002543 0.0002113 0.0001824 0.0001615 0.000145539 0.0000283 2.82E-05 2.81668E-05 2.81E-05 2.8035E-052 0.940159 0.060066 0.000129 3.565E-05 0.0002543 0.0002005 0.0001678 0.0001455 0.000129254 0.0000283 2.98E-05 3.14701E-05 3.34E-05 3.5652E-053 0.940159 0.129281 0.000117 6.164E-05 0.0002543 0.000191 0.0001557 0.0001329 0.000116751 0.0000283 3.22E-05 3.77472E-05 4.63E-05 6.1641E-054 0.940159 0.146443 0.000107 6.738E-05 0.0002543 0.0001824 0.0001455 0.0001226 0.000106806 0.0000283 3.25E-05 3.8563E-05 4.83E-05 6.7381E-055 0.940159 0.163605 9.87E-05 7.293E-05 0.0002543 0.0001747 0.0001368 0.0001141 9.86776E-05 0.0000283 3.27E-05 3.92383E-05 5.01E-05 7.2931E-056 0.940159 0.180767 9.19E-05 7.832E-05 0.0002543 0.0001678 0.0001293 0.0001068 9.18913E-05 0.0000283 3.29E-05 3.98066E-05 5.17E-05 7.8317E-05

Garis 1-2 Garis 3-4

n V1 V3 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px5 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px51.4 2.54E-04 2.83E-05 30000 101325 131325 161325 191325 221325 -331.25 100000 100331.3 100662.5 100993.8 1013251.4 2.54E-04 2.83E-05 40000 101325 141325 181325 221325 261325 9668.75 140000 130331.3 120662.5 110993.8 1013251.4 2.54E-04 2.83E-05 50000 101325 151325 201325 251325 301325 50000 301325 251325 201325 151325 1013251.4 2.54E-04 2.83E-05 60000 101325 161325 221325 281325 341325 60000 341325 281325 221325 161325 1013251.4 2.54E-04 2.83E-05 70000 101325 171325 241325 311325 381325 70000 381325 311325 241325 171325 1013251.4 2.54E-04 2.83E-05 80000 101325 181325 261325 341325 421325 80000 421325 341325 261325 181325 101325

3.PolitropisGaris 1-2 Garis 3-4


1 74.38702 10.82333 0.000104 2.788E-05 0.0002543 0.0001889 0.0001492 0.0001227 0.000103797 0.0000283 2.82E-05 2.80865E-05 2.8E-05 2.7876E-052 74.38702 15.15266 8.58E-05 4.1E-05 0.0002543 0.0001736 0.0001305 0.0001038 8.57898E-05 0.0000283 3.07E-05 3.35603E-05 3.69E-05 4.1004E-053 74.38702 32.61339 7.29E-05 9.877E-05 0.0002543 0.0001605 0.0001157 8.972E-05 7.28609E-05 0.0000283 3.48E-05 4.4942E-05 6.24E-05 9.8773E-054 74.38702 36.94272 6.32E-05 0.000114 0.0002543 0.0001492 0.0001038 7.883E-05 6.31552E-05 0.0000283 3.53E-05 4.65117E-05 6.68E-05 0.000113955 7.44E+01 41.27205 5.56E-05 0.0001294 0.0002543 0.0001392 9.399E-05 7.018E-05 5.56176E-05 0.0000283 3.57E-05 4.78265E-05 7.08E-05 0.00012946 74.38702 45.60138 4.96E-05 0.0001451 0.0002543 0.0001305 8.579E-05 6.316E-05 4.9605E-05 0.0000283 3.6E-05 4.89436E-05 7.44E-05 0.00014508

UNIVERSITAS ANDALAS


Garis 1-2 Garis 3-4n V1 V3 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px5 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px50.871911 2.54E-04 2.83E-05 30000 101325 131325 161325 191325 221325 -331.25 100000 100331.3 100662.5 100993.8 1013250.871911 2.54E-04 2.83E-05 40000 101325 141325 181325 221325 261325 9668.75 140000 130331.3 120662.5 110993.8 1013250.871911 2.54E-04 2.83E-05 50000 101325 151325 201325 251325 301325 50000 301325 251325 201325 151325 1013250.871911 2.54E-04 2.83E-05 60000 101325 161325 221325 281325 341325 60000 341325 281325 221325 161325 1013250.871911 2.54E-04 2.83E-05 70000 101325 171325 241325 311325 381325 70000 381325 311325 241325 171325 1013250.871911 2.54E-04 2.83E-05 80000 101325 181325 261325 341325 421325 80000 421325 341325 261325 181325 101325

UNIVERSITAS ANDALAS


2. Isentropis


1 0,940159 0,008581 0,000191 8,881E-06 0,0002543 0,000234 0,0002172 0,0002031 0,000190951 0,0000283 1,71E-05 1,28109E-05 1,04E-05 8,8805E-062 0,940159 0,021452 0,000175 1,709E-05 0,0002543 0,0002269 0,0002057 0,0001887 0,000174749 0,0000283 2,4E-05 2,10513E-05 1,88E-05 1,7088E-053 0,940159 0,086377 0,000156 4,621E-05 0,0002543 0,0002172 0,000191 0,0001712 0,000155726 0,0000283 3,11E-05 3,47015E-05 3,95E-05 4,6214E-054 0,940159 0,099248 0,000141 5,103E-05 0,0002543 0,0002085 0,0001785 0,0001571 0,000141017 0,0000283 3,15E-05 3,58194E-05 4,18E-05 5,1034E-055 0,940159 0,120701 0,000123 5,869E-05 0,0002543 0,0001956 0,0001615 0,0001389 0,000122621 0,0000283 3,21E-05 3,72721E-05 4,51E-05 5,869E-056 0,940159 0,124991 0,00012 6,017E-05 0,0002543 0,0001932 0,0001585 0,0001358 0,0001196 0,0000283 3,21E-05 3,7516E-05 4,57E-05 6,0173E-057 0,940159 0,129281 0,000117 6,164E-05 0,0002543 0,000191 0,0001557 0,0001329 0,000116751 0,0000283 3,22E-05 3,77472E-05 4,63E-05 6,1641E-058 0,940159 0,133572 0,000114 6,31E-05 0,0002543 0,0001887 0,000153 0,0001301 0,00011406 0,0000283 3,23E-05 3,79666E-05 4,68E-05 6,3096E-05

3.PolitropisGaris 1-2 Garis 3-4


1 11,52754 0,204561 0,000176 6,449E-06 0,0002543 0,0002287 0,000208 0,0001909 0,000176433 0,0000283 1,49E-05 1,02939E-05 7,91E-06 6,4493E-062 11,52754 0,511404 0,000158 1,487E-05 0,0002543 0,0002199 0,000194 0,0001738 0,00015756 0,0000283 2,3E-05 1,94004E-05 1,68E-05 1,4867E-053 11,52754 2,059166 0,000136 5,291E-05 0,0002543 0,000208 0,0001764 0,0001535 0,000136012 0,0000283 3,19E-05 3,67106E-05 4,33E-05 5,2912E-054 11,52754 2,366008 0,00012 6,005E-05 0,0002543 0,0001973 0,0001619 0,0001376 0,000119838 0,0000283 3,25E-05 3,82263E-05 4,66E-05 6,0054E-055 1,15E+01 2,877412 0,0001 7,178E-05 0,0002543 0,0001819 0,0001425 0,0001175 0,000100262 0,0000283 3,32E-05 4,02154E-05 5,13E-05 7,1779E-056 11,52754 2,979693 9,71E-05 7,41E-05 0,0002543 0,0001791 0,0001392 0,0001142 9,71202E-05 0,0000283 3,33E-05 4,05515E-05 5,22E-05 7,4101E-057 1,15E+01 3,081973 9,42E-05 7,642E-05 0,0002543 0,0001764 0,000136 0,0001111 9,41782E-05 0,0000283 3,34E-05 4,08707E-05 5,3E-05 7,6416E-058 1,15E+01 3,184254 9,14E-05 7,872E-05 0,0002543 0,0001738 0,000133 0,0001082 9,14171E-05 0,0000283 3,35E-05 4,11741E-05 5,38E-05 7,8724E-05

Garis 1-2 Garis 3-4

UNIVERSITAS ANDALAS



1 2,54E-04 2,83E-05 12500 101325 113825 126325 138825 151325 -20331,3 20000 40331,25 60662,5 80993,75 1013251 2,54E-04 2,83E-05 17500 101325 118825 136325 153825 171325 -12831,3 50000 62831,25 75662,5 88493,75 1013251 2,54E-04 2,83E-05 25000 101325 126325 151325 176325 201325 25000 201325 176325 151325 126325 1013251 2,54E-04 2,83E-05 32500 101325 133825 166325 198825 231325 32500 231325 198825 166325 133825 1013251 2,54E-04 2,83E-05 45000 101325 146325 191325 236325 281325 45000 281325 236325 191325 146325 1013251 2,54E-04 2,83E-05 47500 101325 148825 196325 243825 291325 47500 291325 243825 196325 148825 1013251 2,54E-04 2,83E-05 50000 101325 151325 201325 251325 301325 50000 301325 251325 201325 151325 1013251 2,54E-04 2,83E-05 52500 101325 153825 206325 258825 311325 52500 311325 258825 206325 153825 101325


1,4 2,54E-04 2,83E-05 12500 101325 113825 126325 138825 151325 -20331,3 20000 40331,25 60662,5 80993,75 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 17500 101325 118825 136325 153825 171325 -12831,3 50000 62831,25 75662,5 88493,75 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 25000 101325 126325 151325 176325 201325 25000 201325 176325 151325 126325 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 32500 101325 133825 166325 198825 231325 32500 231325 198825 166325 133825 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 45000 101325 146325 191325 236325 281325 45000 281325 236325 191325 146325 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 47500 101325 148825 196325 243825 291325 47500 291325 243825 196325 148825 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 50000 101325 151325 201325 251325 301325 50000 301325 251325 201325 151325 1013251,4 2,54E-04 2,83E-05 52500 101325 153825 206325 258825 311325 52500 311325 258825 206325 153825 101325

UNIVERSITAS ANDALAS


Garis 1-2 Garis 3-4n V1 V3 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px5 Range Px1 Px2 Px3 Px4 Px51,097179 2,54E-04 2,83E-05 12500 101325 113825 126325 138825 151325 -20331,3 20000 40331,25 60662,5 80993,75 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 17500 101325 118825 136325 153825 171325 -12831,3 50000 62831,25 75662,5 88493,75 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 25000 101325 126325 151325 176325 201325 25000 201325 176325 151325 126325 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 32500 101325 133825 166325 198825 231325 32500 231325 198825 166325 133825 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 45000 101325 146325 191325 236325 281325 45000 281325 236325 191325 146325 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 47500 101325 148825 196325 243825 291325 47500 291325 243825 196325 148825 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 50000 101325 151325 201325 251325 301325 50000 301325 251325 201325 151325 1013251,097179 2,54E-04 2,83E-05 52500 101325 153825 206325 258825 311325 52500 311325 258825 206325 153825 101325

isothermalgaris 1-2 garis 2-3 garis 3-4 garis 4-1Pi Vi Pi Vi Pi Vi Pi Vi

1 101325 0,0002543 231325 0,000111389 231325 0,0000283 101325 6,46089E-052 133825 0,000192542 231325 2,83E-05 198825 3,29259E-05 101325 2,54E-043 166325 0,000154919 281325 166325 3,93597E-054 198825 0,000129596 291325 133825 4,89183E-055 236325 0,000111389 301325 101325 6,46089E-056 243825 9,15914E-05 3113257 251325 8,84474E-05 08 258825 8,55121E-05 0

UNIVERSITAS ANDALAS


isemtropisgaris 1-2 garis 2-3 garis 3-4 garis 4-1Pi Vi Pi Vi Pi Vi Pi Vi

1 101325 0,0002543 231325 0,000141017 231325 0,0000283 101325 5,10343E-052 133825 0,000208471 231325 2,83E-05 198825 3,1532E-05 101325 2,54E-043 166325 0,000178485 166325 3,58194E-054 198825 0,000157122 133825 4,18371E-055 231325 0,000141017 101325 5,10343E-05

politropisgaris 1-2 garis 2-3 garis 3-4 garis 4-1Pi Vi Pi Vi Pi Vi Pi Vi

1 101325 0,0002543 231325 0,000119838 231325 0,0000283 101325 6,00536E-052 133825 0,000197345 231325 2,83E-05 198825 3,24873E-05 101325 2,54E-043 166325 0,000161871 166325 3,82263E-054 198825 0,000137569 133825 4,66036E-055 231325 0,000119838 101325 6,00536E-05

UNIVERSITAS ANDALAS


4.4 Grafik

UNIVERSITAS ANDALAS


UNIVERSITAS ANDALAS


4.5. Analisa dan Pembahasan

Dalam percobaan kompresor torak ini menggunakan kompresor jenis

displacement (piston) , dengan menggunakan motor sebagai penggerak. Pengujian

ini dilakukan dengan memvariasikan tekanan keluaran dari kompresor.

Secara umum , semakin besar tekanan keluaran kompresor maka nilai

temperature keluaran kompresor yaitu Tdb cenderung meningkat. Begitu juga

dengan nilai penyeimbang pada motor (E), semakin besar tekanan keluaran, gaya

yang dibutuhkan juga semakin besar. Nilai putaran motor penggerak kompresor.

Pada data yang didapatkan menunjukkan kenaikan tekanan outlet dari

reservoir namun lebih tinggi dari inlet. Semakin tinggi tekanan didalam reservoir,

putran motor pada mesin pada umumnya menurun.

Dari percobaan yang dilakukan pada kompresor torak didapatkan beberapa

grafik yang menunjukkan hubungan, yaitu :

I. Grafik ma vs rP

Grafik yang didapatkan memperlihatkan hubungan yang berbanding

lurus antara ma vs rp. Semakin besar harga ma maka nilai rp nya juga

semakin besar. Perbedaaan yang terjadi antara nilai teori dan

pengujian disebabkan oleh pengamatan yang kurang cermat dan

kurang teliti.

II. Grafik Wpol vs rp

Dari grafik didapatkan, menunjukkan kenaikan harga rp yang besar

juga akan nilai Wpol adalah berbanding lurus dengan rp

III. Grafik Wmek vs rp

Hubungan antara Wmek vs rp dapat dilihat dari grafik, grafik

menunjukkan hubungan antara keduanya adalah berbanding lurus.

Walaupun grafik yang didapat tidak linear. Secara umum data Wmek

dan rmek adalah benar. Secara logika, jika rasio kompresi semakin

besar maka gaya yang dihasilkan adalah gaya penyeimbang pada

motor yang tinggi. Gaya ini nantinya akan menghasilkan kerja

UNIVERSITAS ANDALAS


mekanik yang semakin tinggi pula, sehingga diperoleh hubungan

antara kerja mekanik dan rasio kumparan.

IV. Grafik nrol vs rp

Dari grafik diperoleh perbandingan dimana hasil efisiensi volumetrik

akan semakin besar seiring dengan kenaikan rp. Hal ini disebabkan

oleh nilai efisiensi volumetrik yang berbanding terbalik dengan

putaran motor (n).

V. Grafik Wiso vs rp

Kenaikan nilai rp juga mengakibatkan kenaikan nilai Wiso, Hal ini

menandakan hubungan linear antara keduanya.

Wiso = ma . R . T1 . ln (rp)


BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Pada kompresor antara Wpol , ma , Wmek . efisiensi isotermal, efisiensi

politropis , isentropis , dengan rp yang didaparkan

2. Tekanan yang dihasilkan pada kompresor torak ini sama untuk isotermal ,

isentropis , dan politropis.

3. Semakin tinggi tekanan didalam reservoir maka semakin besar harga

torak, namun jika tekanannya turun maka kerja torakpun semakin

mengalami penurunan.

5.2 Saran

Dalam melakukan praktikum kecermatan, ketelitian, dan keseriusan sangat

menentukan keakuratan data yang akan diperoleh. Oleh sebab itu perlu

dikembangkan dalam pelaksanaanya guna mengetahui dan memahami tujuan dari

praktikum yang dilakukan.


DAFTAR PUSTAKA

Team Asisten.2009. “Panduan Praktikum Sistem Energi”. Laboratorium

Konversi Energi. FT Unand : Padang

Yunus A, Cengel. 1989. “Thermodynamics an Engineering Approach”, Mc

Grawhill Book and Cooporation

Fritz Dietzel, Dakso Sriyono. 1990. “Turbin, Pompa, dan Kompresor”. Penerbit

Erlangga : Jakarta

LABORATORIUM

MPKU

LABORATORIUM

KONVERSI

ENERGI

i

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT atas rahmat dan

nikmatnya-Nya. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW. Kami

bersyukur dapat menyelesaikan Laporan Akhir Praktikum Prestasi Mesin bidang

Konversi Energi di Laboratorium Motor bakar & Otomotif Dan Laboratorium

Tekik Pendingin Semester Ganjil 2012/2013.

Penyelesaian Laporan Akhir Praktikum Prestasi Mesin ini tidak lepas dari

bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak

langsung. Oleh karena itu Kami mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. H. Adly Havendri, M.Sc selaku Kepala Laboratorium Teknik Pendingin


2. Adek Tasri Ph.D selaku Kepala Laboratorium Motor Bakar & Otomotif


3. Muhammad Ifzan selaku Koordinator Asisten Praktikum Prestasi Mesin

Jurusan Teknik Mesin.

4. Edo Gusti Ramanda selaku Koordinator Pratikum Prestasi Mesin bidang

Konversi Energi di Laboratorium Motor bakar & Otomotif Dan

Laboratorium Teknik Pendingin Semester Ganjil 2012/2013.

5. Tim Asisten Laboratorium Motor bakar & Otomotif Dan Laboratorium

Tekik Pendingin Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Andalas.

6. Semua pihak yang telah memberikan bantuan baik moril ataupun materil

sehingga Laporan Akhir Pratikum Prestasi Mesin.

Semoga Laporan Akhir Pratikum Prestasi Mesin ini dapat memberikan

manfaat bagi semua pihak yang membutuhkannya.

Padang, 7 Desember 2012

Penulis

i

Daftar Isi

Lembarasistensi

Daftarisi…………………………………………………………………..………… i

DaftarGambar……………………………………………………………………… iv

DaftarTabel……………………………………………………………..………….. vi

DaftarSimbol…………………………………………………………..………….. vii

Bab I Pendahuluan

1.1 LatarBelakang………………………………………………………………..1

1.2 Tujuan………………………………………………………………………...1

1.3 Manfaat……………………………………………………………………… 1

Bab II TinjauanPustaka

2.1 Refrigerasi ……………………………………………………………………2

2.1.1 Pengertian Sistim Refrigerasi dan Air Conditioning………………… 2

2.1.2 Refrigeran dan syaratnya………………………………………………2

2.1.3 Klasifikasi Refrigerant…………………………………………………4

2.1.4 Metode Pendinginan.............................................................................. 12

2.1.5Sistim Refrigerasi…………………………………………………..…19

2.1.5.1 Refrigerator dan pompa kalor………………..…………….…19

2.1.5.2 Daur refrigerasi carnot………………………………….……..21

ii

2.1.5.3 Siklus refrigerasi Gas…………………………………………23

2.1.5.4 Sistim refrigerasi absorbsi……………………………………. 25

2.1.5.5 SiklusKryogenik……….…………………………………….. 26

2.1.5.6 Water Chiller…………………………………………………. 27

2.1.6DaurkompresiUap…………………………………………………… 28

2.1.6.1 Daur Kompresi Uap Ideal………………………………….…. 28

2.1.6.2 Daur Kompresi Uap Nyata……………………………………30

2.1.7 .Komponen Siklus Kompresi Uap ideal.………………………………30

2.1.8Dasar – DasarPsikometri…….……………………………………….34

2.1.8.1KelembapanRelatif…………………………………………... 34

2.1.8.2RasioKelembapan…………………………………………..... 35

2.1.8.3Entalpi………………………………………………………… 35

2.1.8.4 Volume spesifik…………………………………….………… 35

2.1.8.5Temperatur bola basahdan bola kering………………………. 36

2.1.8.6Garisjenuh………………………...…….........……..……..…. 36

2.1.9Prestasi daur kompresi uap……..............................…………………. 36

2.1.10Panas sensible danpanaslaten…………………..........………….....36

2.1.11Aplikasi MPKU………………………………….……………….…. 37

2.2 TeoriDasaralatukur……………………………………………………….. 38

iii

Bab III Metodologi

3.1 PeralatanPercobaan………………………………………………………….40

3.2 Alatukur……………………………………………………………………..40

3.3 Asumsi-asumsi………………………………………………………….……40

3.4 ProsedurPercobaan……………………………………………………….…41

Bab IV Data

4.1 Data Percobaan………………………………………………………………42

4.2 Contohperhitungan…………………………………………………….….…43

4.3 Tabelhasilperhitungan…………………………………………………..….54

4.4 Grafik……………………………………………………………………….. 55

4.5 Analisadanpembahasan………………………………………………..…… 56

Bab V Kesimpulandan saran

5.1 Kesimpulan…………………………………………………………………..….58

5.2 Saran…………………………………………………………………….………58

Daftarpustaka

Lampiran

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar2.1Sistem pendingin langsung menggunakan es sebagai refrigeran ............

Gambar 2.2Sistem pendingin tak langsung menggunakan es sebagai refrigeran .......

Gambar 2.3 Sistem pendingin Kompresi Uap .............................................................

Gambar 2.4 Sistem pendingin dengan penyemprotan cairan nitrogen.........................

Gambar 2.5 Sistem Pendingin Plat...............................................................................

Gambar 2.6 Pendinginandenganeskering...................................................................

Gambar 2.7 Pendinginan evaporativ untuk pembuatan saljubuatan..........................

Gambar 2.8 Sistem Pendingin absorpsi........................................................................

Gambar 2.9Sistem pendingin daur udara sederhana....................................................

Gambar 2.10 Sistempencairanudara............................................................................

Gambar 2.11 Sistem pendingin jet kukus……….…………………………………..

Gambar 2.12 Skema refrigeratorHeat pump............….................................................

Gambar 2.13Aplikasi refrigerator (1)kulkas, (2) AC..................................................

Gambar2.14Aplikasipompakalorpadaheater.............................................................

Gambar 2.15 Diagram proses daur refrigerasi Carnot dan Diagram TS.......................

Gambar 2.16 Sistem daur refrigerasi gas dan diagram TS ...........................................

Gambar2.17Open cyclepadasistempendinginpesawatterbang.........…………............,.

Gambar 2.18 Siklus refrigerasi gas dengan regenerator dan diagram TS…..…….........

Gambar 2.19 Aplikasi siklus refrigerasi gas............................……………….............

Gambar 2.20 Siklus refrigerasi absorbsi dengan amonia............……………...............

Gambar2.21 Walk in cold room.........……………………………….………...............

v

Gambar2.22SiklusKryogenikdan Diagram T-s.........................................................

Gambar 2.23 Sistem AC central Wather Chiller...........................................................

Gambar 2.24 Skema daur kompresi uap dan diagram TS............................................

Gambar 2.25 Kondensor........................................................................................

Gambar 2.26 Evaporator.........................................................................................

Gambar2.27 Katup Ekspansi...................................................................................

Gambar2.28 Katup ekspansi siku dan blok.............................................................

Gambar2.29 Skema daur Kompresi uap dan diagram TS..........................................

Gambar 2.30 Diagram PV dan TS siklus ideal.........................................................

Gambar 2.31 Diagram PV dan TS siklus Aktual .....................................................

Gambar 2.32 Diagram Psikometrik...............................................................................

Gambar 3.1 Mesin Pendingin Kompresi Uap...............................................................

vi

DAFTAR TABEL

Tabel2.1 Refrigerants .................................................................................. 5

Tabel2.2 Refrigerant Blends ........................................................................ 8

Tabel2.3Aplikasi MPKU ............................................................................ 36

Tabel 4.1 Tabel Hasil Percobaan MPKU ...................................................... 42

Tabel 4.2 Tabel Hasil Perhitungan MPKU ................................................... 54

Mesin Pendingin Kompresi UapKelompok 11 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dari beberapa banyak jenis dan prinsip pendinginan yang kita ketahui dan

pelajari dalam perkuliahan, salah satunya adalah mesin pendingin kompresi uap.

Pada praktikum kali ini kita akan membandingkan hasil teori yang telah

dipelajari dengan hasil actual yang akan didapatkan selama percobaan sehingga

kita bisa memahami lebih lanjut tentang mesin pendingin kompresi uap. Pada daur

kompresi uap dimana uap ditekan kemudian diembunkan menjadi cairan , lalu

tekanan diturunkan agar cairan tersebut menguap kembali.

Dalam kehidupan masyarakat saat ini, banyak contoh pemanfaatan dari

mesin kompresi uap. Dalam hal ini dijelaskan secara umum aplikasi dari mesin

pendingin kompresi uap yaitu alat penukar kalor.

1.2. Tujuan Praktikum

Adapun tujuan diadakan praktikum mesin pendingin kompresi uap ini

adalah :

1. Mengetahui dan memperoleh karakteristik mesin pendingin kompresi

uap.

2. Mengetahui dan memahami tentang prinsip – prinsip teknik pendingin.

1.3. Manfaat

Setelah dilakukannya pratikum dan pengolahan diharapkan agar Pratikan

lebih memahami prinsip dari mesin pendingin kompresi uap dan dapat

menerapkan serta mengetahui aplikasi alat ini di lapangan.

universitas andalas


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Refrigerasi dan Air Conditioning

Refrigerasi adalah metode pengkondisian temperatur ruangan agar tetap

berada di bawah temperatur lingkungan. Atau dengan kata lain refrigerasi

merupakan perpindahan panas dari temperatur rendah ke temperatur tinggi. Air

conditioning adalah mengatur temperatur udara suatu sistem senyaman mungkin

sesuai dengan yang kita inginkan.

Metode pendinginan (refrigerasi) ini biasanya menggunakan bantuan

refrigeran, dimana refrigeran bertindak sebagai media penyerap dan pemindah

panas dengan cara merubah fasanya. Refrigeran adalah suatu zat yang mudah

berubah fasanya dari cair menjadi uap dan sebaliknya apabila kondisi tekanan dan

temperaturnya diubah. Beda antara refrigerasi dengan pengkondisian udara yaitu

refrigerasi hanya bisa mendinginkan temperatur ruangan, sedangkan

pengkondisian udara bisa memanaskan atau mendinginkan temperatur ruangan.

2.2 Refrigeran

2.2.1 Pengertian Refrigerant

Refrigeran adalah suatu zat yang mudah berubah fasanya dari cair menjadi

uap dan sebaliknya apabila kondisi tekanan dan temperaturnya diubah.

Penggunaan refrigeran biasanya pada refrigerator atau freezer dan pengkondisian

udara (AC).

Dasar pemilihan refrigeran yaitu temperatur dari kedua media yang

mengalami perpindahan panas. Perpindahan panas yang layak pada proses

refrigerasi yaitu jika selisih temperatur antara refrigeran dengan media yang ingin

didinginkan berkisar antara 5⁰C sampai 10⁰C.

universitas andalas


2.2.2 Syarat-Syarat Refrigerant

Fluida yang akan dijadikan sebagai rerigeran harus memiliki syarat-syarat

berikut :

1. Tekanan Penguapan Harus Tinggi

Refrigeran harus memiliki tekanan penguapan yang tinggi sehingga dapat

dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan terjadinya

turunnya effisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi.

2. Tekanan pengembunan tidak terlalu tinggi

Apabila tekanan pengembunannya terlalu rendah maka perbandingan

kompresinya akan menjadi lebih rendah. Sehingga penurunan prestasi

kondensor dapat dihindarkan. Selain itu, dengan tekanan kerja yang lebih

rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya

kebocoran , kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil.

3. Kalor laten penguapan harus tinggi

Refrigeran yang memiliki kalor laten penguapan yang tinggi lebih

menguntungkan, karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah

refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil.

4. Volume spesifik yang cukup kecil

Refrigeran dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik

gas yang kecil (berat jenis yang besar) akan memungkinkan penggunaan

kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil.

5. Konduktifitas termal yang tinggi

Konduktifitas termal sangat erat hubungannya dengan kemampuan suatu

zat untuk mengalirkan atau memindahkan panas. Sehingga bila terjadi

kenaikan temperatur yang tinggi maka bisa terdistribusi dengan baik

karena refrigeran memiliki sifat konduktivitas yang tinggi.

universitas andalas


6. Viskositas rendah baik dalam cair ataupun uap

Refrigeran harus memiliki viskositas yang rendah supaya pada saat di

kompresi refrigeran tidak tersumbat dalam pipa karena kekentalan yang

tinggi dan refrigeran dapat mengalir dengan lancar pada pipa.

7. Konstanta dielektrika yang kecil, hambatan listrik yang besar, tidak

menyebabkan korosi pada material isolator.

8. Stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai

Sehingga tidak terjadi korosi yang akan mengakibatkan kerugian.

9. Tidak beracun

Apabila terjadi kebocoran, diharapkan agar tidak membahayakan

kelangsungan hidup dari makhluk hidup disekitarnya .

10. Tidak mudah terbakar

Refrigeran akan bekerja pada tekanan yang tinggi, sehingga dibutuhkan

refrigeran yang memiliki titik nyala api yang tinggi.

11. Tidak merusak ozon

Apabila terjadi kebocoran diharapkan tidak mencemari lingkungan.

12. Tidak berwarna

Apabila berwarna maka akan mengakibatkan kerugian. Karena warna

terrsebut akan mengakibatkan reaksi kimia dengan material peralatan yang

dipakai.

Sifat termodinamika yang diinginkan adalah titik didihnya yang berada

dibawah temperatur targetnya, panas penyerapan yang tinggi, densitas yang

sedang dalam bentuk cair dan densitas yang cukup tinggi pada saat berbentuk gas.

Sifat korosif berhubungan dengan pengaruh yang diberikan kepada

komponen-komponen yang digunakan pada kompresor, pipa-pipa, evaporator dan

kondensor. Sifat korosif ini biasanya dapat merusak komponen tersebut.

Sementara itu, pertimbangan keamanan termasuk didalamnya adalah bahan racun

dan sifat mudah terbakar

universitas andalas


2.2.3 Klasifikasi Refrigeran

Penomoran refrigerant yang umum dikena loleh R untuk refrigerant dan

nomor. Jumlah tersebut berkaitan dengan rumus kimia refrigeran. Angka di paling

kanan menunjukkan jumlah fluor (F) atom, angka kedua dari kanan jumlah

hidrogen (H) atom ditambah satu, angka ketiga dari kanan menunjukkan jumlah

karbon (C) atom minus satu dan menunjukkan angka terakhir jumlah karbon tak

jenuh dengan ikatan karbon dalam kompleks. Sebagai contoh, CHClF2 disebut

R22 dan CCl2FCClF2 disebutR113.

Sebuah a, b, atau c kadang-kadang ditambah pada nomor tersebut. Ini

mengacu pada isomer yang berbeda (bentuk struktural) dari refrigerant yang sama.

Secara umum refrigeran dikelompokan menjadi dua macam, yaitu :

a. Refrigeran primer, yaitu menggunakan cairan refrigeran, seperti freon.

b. Refrigeran sekunder, yaitu menggunakan air.

Secara khusus refrigeran diklasifikasikan berdasarkan keselamatan kelompok.

a. Toksisitas

Refrigerant dibagi menjadi dua kelompok menurut toksisitas:

1. A berarti berada di kelas toksikologi terendah (tidak beracun pada

konsentrasi yang lebih rendah dari 400 bagian per juta (ppm)).

2. B berarti berada dalam kelas yang lebih tinggi toksikologi (beracun

pada tingkat kurang dari 400 ppm).

b. Mudahterbakar

1. Kelas 1 refrigeran yang nonflammable di 21 derajat Celcius dan di

bawah tekanan atmosfer normal.

2. Kelas 2 yang mudah terbakar pada tekanan lebih dari 0,10 kg/m3.

3. Kelas 3 sangat mudah terbakar, pada tekanan lebih rendah dari 0,10 kg

/ m3.

universitas andalas


Tabel2.1Refrigerants

Number Chemical Name Chemical Formula

Methane Series

11 Trichlorofluoromethane CCl 3F

12 dichlorodifluoromethane CCl 2F 2

12B1 bromochlorodifluoromethane CBrClF 2

13 chlorotrifluoromethane CClF 3

13B1 bromotrifluoromethane CBrF 3

14 tetrafluoromethane (carbon tetrafluoride) CF 4

21 dichlorofluoromethane CHCl 2F

22 chlorodifluoromethane CHClF 2

23 trifluoromethane CHF 3

30 dichloromethane (methylene chloride) CH 2Cl 2

31 chlorofluoromethane CH 2ClF

32 difluoromethane (methylene fluoride) CH 2F 2

40 chloromethane (methyl chloride) CH 3Cl

41 fluoromethane (methyl fluoride) CH 3F

50 methane CH 4


Ethane Series

113 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane CCl 2FCClF 2

114 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoromethane CClF 2CClF 2

115 chloropentafluoroethane CClF 2CF 3

116 hexafluoroethane CF 3CF 3

123 2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane CHCl 2CF 3

universitas andalas


124 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane CHClFCF 3

125 pentafluoroethane CHF 2CF 3

134a 1,1,1,2-tetrafluoroethane CH 2FCF 3

141b 1,1-dichloro-1-fluoroethane CH 3CCl 2F

142b 1-chloro-1,1-difluoroethane CH 3CClF 2

143a 1,1,1-trifluoroethane CH 3CF 3

152a 1,1-difluoroethane CH 3CHF 2

170 ethane CH 3CH 3


Ethers

E170 Dimethyl Ether CH3OCH3


Propane

218 octafluoropropane CF 3CF 2CF 3

227ea 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane CF 3CHFCF 3

236fa 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane CF 3CH 2CF 3

245fa 1,1,1,3,3-pentafluoropropane CHF 2CH 2CF 3

290 propane CH 3CH 2CH 3


Cyclic Organic Compounds

C318 octafluorocyclobutane -(CF 2) 4-

Miscellaneous Organic Compounds

Number Chemical Name

Chemical Formula

hydrocarbons

600 Butane CH 3CH 2CH 2CH 3 A3

universitas andalas


600a isobutane CH(CH 3) 2CH 3 A3

601 Pentane CH 3CH 2CH 2 CH 2CH 3

601a Isopentane CH(CH 3) 2 CH 2CH 3

oxygen compounds

610 ethyl ether CH 3CH 2 OCH 2CH 3

611 methyl formate HCOOCH 3

sulfur compounds

620 (Reserved for future assignment)


Nitrogen Compounds

630 methyl amine CH 3NH 2

631 ethyl amine CH 3CH 2(NH 2)


Inorganic Compounds

702 hydrogen H 2

704 helium He

717 ammonia NH 3

718 water H 2O

720 neon Ne

728 nitrogen N 2

732 oxygen O 2

740 argon Ar

744 carbon dioxide CO 2

744A nitrous oxide N 2O

764 sulfur dioxide SO 2

universitas andalas



Unsaturated Organic Compounds

1150 ethene (ethylene) CH 2=CH 2

1270 propene (propylene) CH 3CH=CH 2

Tabel2.2Refrigerant Blends

Number Refrigerant Composition (Mass % )

Zeotropes

400 R-12/114 (must be specified) (50.0/50.0) (60.0/40.0)

401A R-22/152a/124 (53.0/13.0/34.0)

401B R-22/152a/124 (61.0/11.0/28.0

401C R-22/152a/124 (33.0/15.0/52.0)

402A R-125/290/22 (60.0/2.0/38.0)

402B R-125/290/22 (38.0/2.0/60.0)

403A R-290/22/218 (5.0/75.0/20.0)

403B R-290/22/218 (5.0/56.0/39.0)

404A R-125/143a/134a (44.0/52.0/4.0)

405A R-22/152a/142b/C318 (45.0/7.0/5.5/42.5)

406A R-22/600a/142b (55.0/4.0/41.0)

407A R-32/125/134a (20.0/40.0/40.0)

407B R-32/125/134a (10.0/70.0/20.0)

407C R-32/125/134a (23.0/25.0/52.0)

407D R-32/125/134a (15.0/15.0/70.0)

407E R-32/125/134a (25.0/15.0/60.0)

408A R-125/143a/22 (7.0/46.0/47.0)

universitas andalas


409A R-22/124/142b (60.0/25.0/15.0)

409B R-22/124/142b (65.0/25.0/10.0)

410A R-32/125 (50.0/50.0)

410B R-32/125 (45.0/55.0)

411A R-1270/22/152a) (1.5/87.5/11.0)

411B R-1270/22/152a (3.0/94.0/3.0)

412A R-22/218/143b (70.0/5.0/25.0 k

413A R-218/134a/600a (9.0/88.0/3.0)

414A R-22/124/600a/142b (51.0/28.5/4.0/16.5)

414B R-22/124/600a/142b (50.0/39.0/1.5/9.5)

415A R-22/152a (82.0/18.0)

415B R-22/152a (25.0/75.0)

416A R-134a/124/600 (59.0/39.5/1.5)

417A R-125/134a/600 (46.6/50.0/3.4)

418A R-290/22/152a (1.5/96.0/2.5)

419A R-125/134a/E170 (77.0/19.0/4.0)

420A R-134a/142b (88.0/12.0)

421A R-125/134a (58.0/42.0)

421B R-125/134a (85.0/15.0)

422A R-125/134a/600a (85.1/11.5/3.4)

422B R-125/134a/600a (55.0/42.0/3.0)

422C R-125/134a/600a (82.0/15.0/3.0)

422D R-125/134a/600a (65.1/31.5/3.4)

423A 134a/227ea (52.5/47.5)

424A R-125/134a/600a/600/601a (50.5/47.0/0.9/1.0/0.6)

universitas andalas


425A R-32/134a/227ea (18.5/69.5/12)

426A R-125/134a/600/601a (5.1/93.0/1.3/0.6)

427A R-32/125/143a/134a (15.0/25.0/10.0/50.0)

428A R-125/143a/290/600a (77.5/20.0/0.6/1.9)

429A R-E170/152a/600a (60.0/10.0/30.0)

430A R-152a/600a (76.0/24.0)

431A R-290/152a (71.0/29.0)

432A R-1270/E170 (80.0/20.0)

433A R-1270/290 (30.0/70.0)

433B R-1270/290 (5.0/95.0)

433C R-1270/290 (25.0/75.0)

434A R-125/143a/134a/600a

435A R-E170/152a (80.0/20.0)

436A R-290/600a (56.0/44.0)

436B R-290/600a (52.0/48.0)

437A R-125/134a/600/601 (19.5/78.5/1.4/0.6)

438A R-32/125/134a/600/601a (8.5/45.0/44.2/1.7/0.6)

Number Refrigerant Composition (Mass % )

Azeotropes

500 R-12/152a (73.8/26.2)

501 R-22/12 (75.0/25.0)

502 R-22/115 (48.8/51.2)

503 R-23/13 (40.1/59.9)

504 R-32/115 (48.2/51.8)

505 R-12/31 (78.0/22.0)

universitas andalas


506 R-31/114 (55.1/44.9)

507A R-125/143a (50.0/50.0)

508A R-23/116 (39.0/61.0)

508B R-23/116 (46.0/54.0)

509A R-22/218 (44.0/56.0)

510A R-E170/600a (88.0/12.0)

Keterangan :

= Refrigeran yang sering digunakan pada sistem pendingin.

2.3 Metode Pendinginan

Metode pendinginn pada sistem refrigerasi ada beberapa cara, yaitu :

1. Pendinginan dengan es

Biasanya pendingin es terdiri dari satu lemari yang diperlengkapi dengan

tangki pada bagian atasnya, untuk menyimpan potongan-potongan balok es,

seperti terlihat pada gambar 2.1 Rak-rak untuk tempat meletakkan makanan

berada dibawah ruang es.

Udara dingin mengalir turun dari ruangan es dan mendinginkan makanan pada

rak dibawahnya. Udara yang telah menjadi panas kembali dari bawah lemari ke

atas lemari melalui samping dan bagian belakang lemari, udara panas tersebut

mengalir diatas es, dan kembali mengalir turun ke rak-rak untuk mendinginkan.

Pada metodependinginan dengan es ini ada dua cara, yaitu :

a. Pendinginan langsung, dapat menghasilkan kisaran temperatur o5 10 C .

Untuk mengatur temperatur didalam rak pendingin dilakukan dengan cara

mengontrol aliran udara diatas es dan juga udara dingin masuk lemari.

Aplikasi pada tempat pendinginan ikan.

universitas andalas


Gambar 2.1 Sistem pendingin langsung menggunakan es sebagai refrigeran

[sumber : laporan praktikum Prestasi Mesin 2011]

b. Pendinginan tidak langsung,

Pada sistem tak langsung es diisolasi dari tempat penyimpanan, sedangkan

yang mendinginkan dibawa oleh media air garam. Karena air garam memiliki titik

beku yang rendah sehingga temperatur rendah dari es yang dibawanya dapat

dipertahankan.

Gambar 2.2 Sistem pendingin tak langsung menggunakan es sebagai refrigeran


2. Pemampatan uap

Adapun prinsip kerja metode pendinginan pemampatan uap adalah sebagai

berikut : Fluida kerja mula-mula berada dalam tingkat keadaan jenuh atau sedikit

kering (superheated) dengan tekanan yang relatif rendah (tingkat keadaan 1),

universitas andalas


kemudian dimampatkan hingga tekanannya meningkat (tingkat keadaan 2) dan

dikondensasi sehingga fluida kerja mencapai tingkat keadaan air jenuh atau

sedikit sub dingin (tingkat keadaan 3).

Proses kondensasi tersebut dapat dilakukan dengan kondensor ataupun

dengan menara pendingin. Cairan tersebut diekspansikan secara adiabatik melalui

katup (throttling) sehingga tekanannya turun (tingkat keadaan 4). Fluida kerja

yang rendah inilah yang digunakan sebagai penarik energi dari reservoar termal

bawah. Akibat perpindahan panas dari reservoar termal bawah ke fluida kerja

tersebut, fluida kerja kembali ke tingkat keadaan 1, dan selanjutnya mengikuti

proses di atas. Resiver berfungsi untuk menyaring refrigeran yang mengendap.

Pada siklus ini resiver bisa digunakan ataupun tidak digunakan.

Berbagai jenis fluida kerja (refrigeran) telah digunakan dalam sistem

pemampatan uap. Pada awalnya banyak digunakan amonia dan sulfur dioksida

sebagai refrigeran. Akhir – akhir ini, khususnya untuk pengaturan kenyamanan

ruangan, refrigeran yang banyak dipakai adalah Chloro Flouro Carbon (CFC)

yang dipasarkan dengan nama dagang freon dan genetron. Untuk keperluan suhu

yang lebih rendah, biasanya digunakan amonia.

Gambar 2.3 Sistem pendingin Kompresi Uap


universitas andalas


3. Pendinginan dengan gas cair

Pemakaian cairan nitrogen dan cairan karbon dioksida untuk pendinginan

pada kendaraan-kendaraan transportasi meningkat dengan cepat. Pada dasarnya

sistem tersebut menggunakan suatu cairan refrigeran temperatur rendah non-

toksid sebagai suatu media pendingin dan pada dasarnya sama dengan sistem uap

tanpa memakai unit pengkondensasi.

Metode ini terbagi dua, yaitu :

a. Dengan cara semprot

Temperatur dari nitrogen cair yang disemprotkan dan nosel penyemprot

tergantung pada pengetesan thermostat, mungkin bisa mencapai dibawah o 20 C .

Pemakaian sistem penyemprot ini tidak dapat digunakan pada binatang dan

manusia. Aplikasinya terdapat pada kontainer yang membawa makanan.

Gambar 2.4 Sistem pendingin dengan penyemprotan cairan nitrogen


b. Dengan cara plat

Pada sistem ini, cairan refrigeran dipompakan kedalam suatu kontainer yang

diisolasi dari bagian depan kendaraan barang. Masing-masing unit dapat

menghasilkan temperatur yang dapat dikontrol antara o30 C sampai o20 C ,

kontrol tersebut dihubungkan dengan suatu sensor temperatur. Apabila temperatur

didalam kontainer meningkat maka katup kontrol akan terbuka dan cairan

refrigeran akan memasuki plat pendingin sehingga akan terjadi penurunan

universitas andalas


temperatur seperti yang diinginkan. Aplikasi pada kontainer pembawa makanan

atau es kristal.

Gambar 2.5 Sistem Pendingin Plat

[sumber : laporan praktikum 20011]

4. Pendinginan dengan es kering

Es kering adalah Karbon dioksida dalam bentuk padatan. Es kering dapat

diproses dalam bentuk ukuran berbeda, misalnya bentuk balok dan slab. Es kering

berubah langsung dari bentuk padat kedalam bentuk uap, tanpa melalui keadaan

cair. Pada tekanan atmosfer, temperatur sublimasi adalah o78 C . Sublimasi

adalah perubahan fasa dari padat menjadi uap. Es kering biasanya dikemas

langsung didalam karton makanan dingin diletakkan diatas atau disamping

kemasan makanan. Carbon dioksida yang berubah jadi uap, akan menjaga

makanan tetap dingin.

Gambar 2.6 Pendinginan dengan es kering

[sumber : laporan praktikum 20011]

universitas andalas


5. Pendinginan evaporatif

Aliran air dari nosel dan aliran udara tekanan tinggi keluar bersama-sama air

menyebabkan air tersebut terpisah-pisah menjadi butiran-butiran yang kecil

(biasanya berbentuk kabut). Jika temperatur udara sekeliling dekat dengan titik

beku atau dibawah titik beku, tetesan/butiran-butiran air akan menguap melalui

permukaan masing-masing dan secara cepat akan dingin sehingga akan terbentuk

butira-butiran es. Metoda ini menghasilkan saljubuatan jika temperatur udara

sekeliling adalah o0 C atau lebih rendah.

Gambar 2.7 Pendinginan evaporativ untuk pembuatan salju buatan


6. Absorbsi

Pada daur absorpsi, pemampatan dilakukan dengan menyerap refrigeran

kedalam cairan fluida kerja kedua. jadi, fluida kerja kedua (absorben) tersebut

berperan sebagai pembawa refrigeran. Campuran yang berupa larutan ini

kemudian dipompa dari bagian bertekanan rendah ke bagian bertekanan tinggi.

Fluida kerja yang banyak digunakan pada daur absorpsi adalah campuran amonia

–air.dan lithium bromida-air. Pada sistem amonia-air, pada air berperan sebagai

refrigeran. Sistem lithium bromida hanya dapat diterapkan jika suhu pendingin

diatas o0 C .

Pada aborber digunakan NH3 dan H2O karena NH3 larut dan bereaksi dengan

air menjadi NH3.H2O. ini adalah proses eksotermal dimana panas dilepaskan pada

universitas andalas


proses ini. Jumlah NH3 yang bisa dilarutkan dalam H2O berbanding terbalik

terhadap temperatur. Ini dibutuhkan untuk mendinginkan abosrber untuk

mempertahankan temperaturnya serendah mungkin. Karena itu untuk

memaksimalkan jumlah NH3, dilarutkan dalam air.

Gambar 2.8 Sistem Pendingin absorpsi

[sumber : google.com/images]

7. Pendinginan dengan gas atau udara

Sistem pendinginan ini menggunakan udara sebagai refrigeran. Daur udara

umumnya bekerja dengan daur brayton yang dibalik prosesnya. Sistem

pendinginan daur udara biasanya bekerja dengan sistem terbuka atau semi

tertutup.

Daur ini umumnya diterapkan untuk keperluan pendinginan ruangan

pesawat terbang. Udara yang disirkulasikan didalam ruang pesawat. Refrigeran

yang digunakan adalah udara.

universitas andalas


Gambar 2.9Sistem pendingin daur udara sederhana


8. Cryogenic

Pencairan gas yang umum adalah proses pencairan udara. Pencairan udara

atau gas-gas lain yang tidak dapat terkondensasi dilakukan dengan mendinginkan

gas-gas tersebut hingga dibawah suhu didihnya. Umumnya, sistem pendingin

untuk pencairan gas tersebut serupa dengan sistem pendingin mekanik,

pembuangan panas, throttling, ekspansi untuk mendapatkan suhu yang sangat

rendah sesuai dengan yang diinginkan.

Gambar 2.10 Sistem pencairan udara


universitas andalas


9. Pendinginan dengan jet kukus

Pendingin jet – kukus atau vakum komersial sering digunakan untuk

menghasilkan air sejuk atau dalam pembuatan es kering. Pada sistem ini, nosel

penyedot digunakan untuk mempertahankan tekanan yang rendah dan sekaligus

mengganti peran kompresor. Pada proses ini, suatu ruang/tangki penguapan

hampa (flash chamber) dipertahankan pada tekanan rendah. Cairan yang

dimasukkan kedalam ruangan tersebut akan teruapkan sebagian dan sisanya akan

mengalami pendinginan hingga mencapai suhu jenuhnya pada tekanan ruang

penguapan hampa. Tekanan rendah ruang penguapan hampa tersebut diperoleh

dengan menghubungkan tangki hampa dengan sebuah nosel penyedot.

Sistem ini menggunakan prinsip bahwa air akan mendidih dibawah o100 C

jika tekanan diatas permukaan air sama dengan satu atmosfer. jika tekanan

dibawah satu atmosfer titik didih akan turun pula sampai dibawah tekanan.

Sebagai contoh air menguap pada o6 C jika tekanan permukaan 5 cm 2H O dan

pada o10 C jika tekanan adalah 6,5 cm 2H O . Tekanan yang sangat rendah atau

kevakuman yang tinggi pada permukaan dari air dapat dijaga oleh proses

throttling dari uap yang melalui suatu jet atau nosel.

Gambar 2.11Sistem pendingin jet kukus

[sumber : laporan praktikum prestasi mesin 2011]

universitas andalas


2.4 Sistim Refrigerasi

Sistem refrigerasi yaitu sistim dimana terjadi perpindahan panas

daritemperaturrendah ke temperatur tinggi. Jenis dari sistem refrigerasi tersebut

yaitu :

2.4.1Refrigerator dan Pompa kalor

Refrigerator dan pompa kalor adalah suatu alat yang mealakukan siklus

refrigerasi. Secara umum cara kerja dari kedua alat ini sama. Namun memiliki

perbedaan dalam tujuannya. Refrigerator bertujuan untuk menjaga temperatur

sistem yang didinginkan pada temperatur rendah dengan cara menyerap panas

sistem tersebut. Sedangkan pompa kalor bertujuan untuk menjaga temperatur

panas pada lingkungan dengan cara menyerap panas dari sistem yang

didinginkan.

Gambar 2.12 Skema refrigeratorHeat pump


universitas andalas


Performa dari alat tersebut dapat diekspresikan menggunakan coefficient of

performance ( COP ) :

Hubungan dari kedua persamaan diatas dapat diekspresikan sebagai :

COPHP = COPR + 1

Aplikasi dari refrigerasi adalah pada pengkondisi udara (AC) dan kulkas. Aplikasi

dari pompa kalor adalah pada mesin pemanas ruangan

(1) (2)

Gambar 2.13 Aplikasi refrigerator (1) kulkas, (2) AC


universitas andalas


Gambar 2.14 Aplikasi pompa kalor pada heater


2.4.2 Daur Refrigerasi Carnot

Daur Carnot adalah daur reversible (dapat dibalik) yang didefenisikan

oleh dua proses isotermal dan dua proses isentropik. Proses isentropik reversible

adalah adiabatik, maka perpindahan energi sebagai panas ke atau dari zat yang

mengalami suatu daur Carnot berlangsung hanya selama proses isotermal dari

daur.

Gambar 2.15 Diagram proses daur refrigerasi Carnot dan Diagram TS


universitas andalas


Proses yang dapatmembentukdaurtersebutadalah:

1-2. Kompresi adiabatik

2-3. Pelepasan kalor isotermal

3-4. Ekspansi adiabatik

4-1. Pemasukan kalor isotermal

Suatu daur refrigerasi dinilai dengan menggunakan koefisien performansi (

coefficient of perfomance disingkat dengan COP):

COPR =

Wnet = Qc - Qe

COPr =

= =

Koefisien prestasi =

2.4.3 Siklus Refrigerasi Gas

Siklus refrigerasi gas ( Gas refrigeration cycle ) ini merupakan siklus

Brayton reversible.

Gambar 2.16 Sistem daur refrigerasi gas dan diagram TS


netWeQ

eTcTeT

QeQceQ

1cQeQ 1

cTeT

1T2T

1T

4S1S1T2T4S1S1T

universitas andalas


COP dari sistem ini dapat ditentukan sebagai berikut :

Sistem ini sering ditemukan pada sistem pendinginan pesawat terbang

seperti terlihat pada skema 2.17 berikut :

Gambar 2.17Open cycle pada sistem pendingin pesawat terbang


Pada siklus refrigerasi gas ini juga ada yang menggunakan regenerator

yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensinya, seperti terlihat pada skema

berikut :

universitas andalas


Gambar 2.18 Siklus refrigerasi gas dengan regenerator dan diagram TS


Gambar 2.19 Aplikasi siklus refrigerasi gas

2.4.4 Sistem Refrigerasi Absorbsi

Pada sistem refrigerasi ini biasanya digunakan untuk menurunkan suhu

suatu fluida cair. Contoh dari penggunaan sistem ini yaitu pada sistem pembuatan

es di pabrik es. Pada sistem ini dilakukan penggantian kompresor yang biasa

digunakan dalam suatu sistem refrigerasi dengan menggunakan pompa sebagai

komponen utamanya. Selain hal tersebut, juga digunakan suatu fluida amonia

(NH3) sebagai fluida kerjanya. Seperti terlihat pada skema berikut :

universitas andalas


Gambar 2.20 Siklus refrigerasi absorbsi dengan amonia


COP dari proses refrigerasi ini dapat ditentukan sebagai :

Aplikasi dari siklus refrigerasi absorbsi :

1. Pembuatan es pada pabrik es

2. Pendinginan ruangan atau gedung dalam skala besar

3. Freezer Besar

4. Walk in cold room

universitas andalas


Gambar 2.21 Walk in cold room


Kelebihan refrigerasi absorbsi dibandingkan dengan MPKU :

1. Dana yang dibutuhkan lebih kecil

Karena pada refrigerasi absorbsi tidak memakai kompresor tetapi memakai

pompa dan menggunakan solar energi sebagai energi tambahan.

2. Ramah lingkungan

Karena pada refrigerasi absorbsi tidak menimbulkan efek rumah kaca

sedangkan MPKU menimbulkan efek rumah kaca.

Kekurangan refrigerasi absorpsi dibandingkan dengan MPKU :

1. Sistem yang lebih rumit.

2. Memakan banyak tempat.

3. Kurang efisien karena butuh banyak menara pendingin untuk memproses

panas sisa.

4. Susah untuk merawatnya karena kurang umum digunakan.

universitas andalas


2.4.5 Siklus Kryogenik

Pada sistem refrigerasi ini,sistem menggunakan dua buah kompresor.

Sehingga untuk mencapai fluida bertekanan tinggi lebih mudah. Siklus Kryogenik

ini dipergunakan sebagai pembeku bahan-bahan organik untuk keperluan

penyimpanan dan ekstraksi bahan-bahan penelitian bidang biologi terapan.

Karbon dioksida cair pun telah sejak lama dipergunakan untuk pengisi tabung

pemadam kebakaran.

Gambar 2.22 Siklus Kryogenik dan Diagram T-s


2.4.6 Water chiller

Suatu system refrigerasi dengan fluida kerja air dengan cara mendinginkan

air dengan refrigerant melalui pertukaran panas. Biasanya digunakan pada AC

gedung bertingkat. Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja AC central chiller water

system:

Panas ruangan diserap pada Cooling Coil dan kemudian diserap oleh

refrigerant sekunder (dalam hal ini adalah air) yang menyebabkan temperatur air

naik. Kemudian air hangat ini dibawa ke Thermal Strorage Tank. Di Thermal

Storage Tank, air hangat bercampur dengan air dingin, kemudian air campuran ini

kembali bersirkulasi ke Cooling Coil. Dari Thermal Storage Tank, air campuran

universitas andalas


juga bersirkulasi ke Shell & Tube Evaporator untuk didinginkan, setelah itu, air

yang dingin tersebut kembali bersirkulasi ke Thermal Storage Tank untuk

bercampur dengan air campuran.

Pada Shell & Tube Evaporator, panas dari air campuran ini akan diserap

oleh refrigeran primer cair sehingga berubah fasa menjadi uap. Refrigerant uap ini

setelah dikompresi di compressor akan bersirkulasi ke Shell & Tube Condenser

dimana panas akan dibuang dan menyebabkan refrigerant uap mencair pada

tekanan tinggi. Selanjutnya, refrigerant cair bertekanan tinggi ini akan bersirkulasi

kembali menuju Shell & Tube Evaporator dengan terlebih dahulu mengalami

penurunan tekanan pada Throttling Valve.

Panas yang dibuang pada Shell & Tube Condenser akan diserap oleh air

sebagai media penukar kalor, dan kemudian bersirkulasi menuju Cooling Tower.

Air hangat ini kemudian didinginkan di Cooling Tower dan kemudian kembali

bersirkulasi kembali ke Shell & Tube Condenser.

Gambar 2.23 Sistem AC central Wather Chiller

2.5 MesinPendinginKompresiUap (MPKU)

2.5.1 Komponen MPKU

Mesin pendingin kompresi uap terdiri dari empat komponen utama, yaitu

kompresor, kondensor, evaporator, alat ekspansi.

universitas andalas


a. Kompresor

Kompresor merupakan alat yang digunakan untuk menaikkan tekanan

suatu gas sehingga gas tersebut memiliki energi yang cukup untuk menggerakkan

sesuatu dengan memanfaatkan tekanannya

Gambar 2.24 Kompresor


b. Kondensor

Kondensor merupakan alat yang digunakan untuk melepaskan energy

thermal yang terdapat didalam fluida ke luar (lingkungan), sehingga terjadi

penurunan tekanan dan juga perubahan fasa refrigerant menjadi cair pada alat ini

Gambar 2.25 Kondensor


universitas andalas


c. Evaporator

Merupakan alat yang digunakan untuk menaikkan temperatur dan juga

tekanan pada refrigerant sehingga nantinya akan dapat di naikkan tekanannya

dengan menggunakan kompresor. Pada alat ini terjadi perubahan fasa cair menjadi

uap.

Gambar 2.26 Evaporator


d. Alat Ekspansi

Katup ekpansi berfungsi untuk mengatur refrigeran yang masuk ke

evaporator. Katup ekpansi dilengkapi pegas katup, bola thermal, dan diafragma.

Katup ditekan oleh pegas agar selalu menutup sedangkan bola thermal selalu

berusaha mendorong katup untuk membuka. Diafragma terletak di atas katup

ekpansi dan berhubungan dengan pena penggerak katup. Jika pena katup turun,

maka katup akan membuka dan sebaliknya apabila kompresor hidup, maka aliran

refrigerant cair yang bertekanan tinggi masuk dan katup jarum akan membuka

lebar.

Ketika kevakuman pada saluran masuk, besar tekanan dalam bola thermal

sangat tinggi ,kemudian tekanan ini diteruskan oleh diafragma lewat pipa kapiler.

Tekanan bola thermal dalam diafragma melawan tekanan pegas katup dan tekanan

pipa equalizer sampai diafragma melengkung. Lengkungan diafragma tersebut

diteruskan kekatup dengan perantaraan pena penggerak.

universitas andalas


Katup membuka dan refrigerant dalam evaporator naik karena dipanasi

oleh udara hangat yang melewati evaporator, akibatnya refrigerant mendidih dan

menjadi gas. Gas refrigerant tersebut mengalir menuju saluran pemasukan

pemasukan kekompresor. Walau sedang mendidih suhunya tetap dingin dan

membantu mendinginkan bola thermal sehingga akan mengurangi tekanan pada

diafragma.

Gambar 2.27 Katup ekspansi


Ketika refrigerant melewati evaporator, tekanan saluran hisap naik dan

tekanan ini mendorong diafragma. Jika tekanan dalam bola thermal turun sama

dengan kenaikan tekanan dalam saluran hisap, pegas akan menutup katup.

Apabila katup tertutup, refrigerant tidak mengalirke evaporator, tekanan saluran

masuk turun dan suhu naik. Turunnya tekanan mengurangi kenaikan equalizer

pada diafragma. Bersamaan dengan tekanan bola thermal naik karena suhu

saluran masuk naik. Hal ini membuat diafragma melengkung kebawah dan

membuka katup sehingga refrigerant lebih banyak masuk ke evaporator.

Bekerjanya katup ekpansi diatur sedemikian rupa agar membuka dan

menutupnya katup tersebut sesuai dengan temperatur evaporator atau tekanan di

dalam sistem.

Ada 2 tipe katup ekspansi yang sering digunakan:

1.Katup Ekspansi bentuk Siku/Kapiler

2.Katup Ekspansi bentuk Blok / Kotak

universitas andalas


Gambar 2.28 a. Katup ekspansi siku dan b. katupekspansi blok


2.5.2 Daur T-s dan P-h Aktual Ideal

Daur kompresi uap merupakan daur yang paling banyak diterapkan untuk

mesin pendingin. Pada daur kompresi uap terjadi empat macam proses yaitu

proses kompresi, kondensasi (pengembunan), ekspansi dan evaporasi

(penguapan).

Gambar 2.29 Skema daur kompresi uap


a b

universitas andalas


P

h

1

23

4

Win

Qc

Qe

Diagram T-s ideal Diagram P-h ideal

Gambar 2.30 Diagram PV dan TS siklus ideal


Proses – proses yang dapat membentuk daur kompresi uap standar adalah:

1-2 Proses isentropik ( dari uap jenuh menuju tekanan kondensor ).

2-3 Pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan, menyebabkan penurunan

panas lanjut (desuperheating) dan pengembunan refrigeran.

3-4. Ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan, dari cairan jenuh menuju

tekanan evaporator.

4-1. Penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap, yang menyebabkan

penguapan menuju uap jenuh.

Pada daur kompresi uap nyata proses kompresi berlangsung tidak

isentropik, hal ini disebabkan oleh adanya kerugian mekanis dan pengaruh

temperatur lingkungan selama proses kompresi. Gesekan dan belokan pipa,

meyebabkan penurunan tekanan di dalam alat penukar kalor (heat exchanger).

Akibatnya kompresi dari titik 1 menuju titik 2 memerlukan lebih banyak kerja

dibandingkan dengan daur ideal.

Untuk menjamin seluruh refrigeran dalam keadaan cair sewaktu memasuki

alat ekspansi, diusahakan refrigeran meninggalkan kondensor dalam keadaan sub

dingin. Kondisi panas lanjut refrigeran yang meninggalkan evaporator disarankan

untuk mencegah kerusakan kompresor akibat terisapnya cairan.

universitas andalas


P

h

1

23

4

Win

Qc

Qe

Diagram T-s aktual Diagram P-h aktual

Gambar 2.31 Diagram PV dan TS siklus aktual

[sumber : google.com/images dan laporan prestasi mesin 2011]

2.6 Psikometrik

Psikrometrik merupakan kajian tentang sifat-sifat campuran udara dan uap

air yang mempunyai peranan penting di dalam bidang teknik pengkondisian

udara. Diagram psikometrik merupakan sebuah grafik yang menunjukkan suatu

hubungan antara temperatur, kelembaban, entalpi dan kandungan uap air.

Gambar 2.32 Diagram Psikometrik


universitas andalas


Variabel yang mempengaruhi pada diagram psikomterik :

1. Kelembaban relatif

Kelembaban relatif (relative humidity) didefenisikan sebagai perbandingan

fraksi molekul uap air di dalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh

pada temperatur dan tekanan yang sama sehingga :

samayangsuhupadamurniairjenuhtekanan

parsialairuaptekanan

2. Rasio kelembaban.

Rasio kelembaban (humidity ratio) adalah berat atau massa air yang

terkandung dalam setiap kilogram udara kering.

W = ingkerudarakg

airuapkg

W = st

s

PP

P622,0

Dimana:

Ps = tekanan parsial uap air dalam keadaan jenuh

Pt = tekanan atmosferik = Pa + Ps, Pa

3. Entalpi.

Entalpi adalah energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur

tertentu. Entalpi (h) campuran udara kering dan uap air adalah jumlah dari entalpi

udara kering dan entalpi uap air.

4. Volume spesifik.

Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter-kubik

per kilogram udara kering. Untuk menghitung volume spesifik (v) campuran

udara-uap, digunakan persamaan gas ideal.

universitas andalas


Dari persamaan gas ideal, volume spesifik v adalah:

v = st

a

a

a

PP

TR

P

TR

m3/kg udara kering

5. Temperatur bola basah dan bola kering.

Temperatur bola basah (Twb) adalah temperatur yang terbaca pada termometer

dengan sensor yang dibalut kain basah untuk menghilangkan pengaruh radiasi

panas. Temperatur bola kering (Tdb) adalah temperatur yang terbaca pada

termometer dalam kondisi udara terbuka.

6. Garis jenuh (saturation line).

Garis jenuh adalah garis yang menunjukkan batas uap air yang mulai

mengembun jika uap ini didinginkan dengan tekanan tetap

2.7 Prestasi Daur Kompresi Uap

Apabila operasi dimaksudkan untuk tujuan pendinginan, maka indeks

prestasi sistim sebanding dengan panas yang diserap evaporator dibanding dengan

kerja kompresor sebenarnya.

COPR = Wa

Q 4,1

Apabila operasi dimaksudkan untuk tujuan pemanasan, maka indeks

prestasi sistim merupakan perbandingan antara panas yang dilepaskan kondensor

dengan kerja kompresor sebenarnya.

COPHP = aW3,2Q

aW

Qc

universitas andalas

Mesin Pendingin Kompresi UapKelompok 15

2.8 Aplikasi MPKU

Tabel 2.3 Aplikasi MPKU

universitas andalas

Mesin Pendingin Kompresi Uap

Aplikasi MPKU

39

Universitas Andalas


BAB III

METODOLOGI

3.1. Peralatan Percobaan

Gambar 3.2 Mesin Pendingin Kompresi Uap

3.2. Alat Ukur

1. Termokopel

Gambar 3.2 Termokopel

Universitas Andalas


2. Termometer

Gambar 3.3 Termometer

3. Pressure Gauge

Gambar 3.4 Pressure Gauge

3.3. Asumsi-asumsi

Asumsi-asumsi yang dipakai pada percobaan kali ini adalah:

1. temperatur ruangan konstan

2. tekanan ruangan saat pengujian konstan

Universitas Andalas


3.4. Prosedur Percobaan

1. Periksa komponen dan pastikan semua dalam keadaan terpasang

dengan baik.

2. Pastikan termometer bola basahtermometer bola basah dan bola kering

pada saluranudaraevaporator dan kondensor. Pastikan isi air pada

temperatur bola basah

3. Periksa Pressure gauge

4. Hubungkan kabel input kompresor dan fan ke sumber listrik.

5. Hidupkanfan kondesordan avaporator

6. Hidupkan mesin pendingin kompresi uap

7. Biarkan mesin hidup sampai mesin pendingin kompresi uap dianggap

stabil dengan memperhatikan jarum ukur pressure gauge menunjukan

angka tertentu.

8. Amati dan catat perubahan tekanan yang terjadi pada tingkat keadaan 1

sampai dengan tingkat keadaan 4.

9. Amati dan catat perubahan temperatur bola basah dan temperatur bola

kering pada saluran udara evaporator dan saluran udara kondensor.

10. Ulangi prosedur di atas, setiap 2 menit.

11. Lakukan prosedur diatas dengan sistematis.

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 DATA PERCOBAAN

Tabel 4.1 Tabel Hasil Percobaan MPKU

No state 1 state 2 state 3 state 4P (psi) T (⁰C) P (psi) T (⁰C) P (psi) T (⁰C) P (psi) T (⁰C)

1 45 24 225 55 215 24 65 132 50 24 230 62 225 22 68 133 55 23 250 67 235 20 71 134 55 23 260 72 245 18 75 135 57 22 270 76 250 17 78 136 59 22 275 79 255 16 79 13

saluran udara kondensor saluran udara evaporatormasuk keluar masuk keluar

Tdb (⁰C) Twb (⁰C)




27 25 28 26 23 25 25 2427 25 30 27 23 25 25 2427 25.5 32 28 22.5 25 25 23.527 23 33 29 22 25 25 2327 23 35 31 22 25 25 2327 23.5 36 31 21.5 25 25 23.5

Padang, Desember 2012

Asisten

( Ade Yohanda Fajri )

Universitas Andalas


4.2 Contoh Perhitungan

Dilakukan 6 kali percobaan dengan waktu yang berbeda. Contoh perhitungan

diambil data ke satu.

Data dari percobaan:

1. Kondisi Ideal

Tingkat keadaan 1

Diketahui : [P1 = 45 Psi = 310,26 kPa]

Dari tabel temperatur diperoleh :

P (kPa) T (oC) h (kJ/kg) s (kJ/kgK)

307,3 -14 399,6 1,772

310,26 T1 H1 S1

318,7 -13 400 -1.771

Dilakukan Interpolasi :

307,3 − 310,26307,3 − 318,7 = −16 −−14 − (−13) 1 = −13,74

307,3 − 310,26307,3 − 318,7 = 1,1772 − 11,1772 − (−1,1771) 1 = 1,1771

307,3 − 310,26307,3 − 318,7 = 3996,6 − ℎ1399,6 − 400 ℎ1 = 399,704

Universitas Andalas


Tingkat keadaan 2

Diketahui :

P2 = 1551,32 kPa T2= 55 oC

s2 = s1 = 1,771 kJ/Kg.K

Dari tabel tekanan diperoleh :

P 1500 kPa 1551,32 kPa 1600 kPa P

T

(oC)h

(kJ/kg)s

(kJ/kgK)h

(kJ/kg)s

(kJ/kgK)h

(kJ/kg)s

(kJ/kgK)T(oC)

60 435,4 1,759 b c 438,3 1,763 60

A ... ..... H2 1,7712 ... 1,771 ...

65 439,7 1,722 f g 442,7 1,775 65

Interpolasi h @1551,32 Kpa batas atas

1551,32 − 15001600 − 1500 = ℎ − 435,4438,3 − 435,4 ℎ = 438,4573Interpolasi h @1551,32 kPa batas bawah

1551,32 − 15001600 − 1500 = ℎ − 439,7442,7 − 439,7 ℎ = 439,79Interpolasi s @2068,425kpa batas atas

1551,32 − 15001600 − 1500 = − 1,7591,763 − 1,759 = 1,7610Interpolasi s @2068,425kPabatas bawah

1551,32 − 15001600 − 1500 = − 1,7721,776 − 1,772 = 1,771Maka h2 :

430,35 − ℎ2438,35 − 439,79 = 1,7610 − 1,771,761 − 1,774 ℎ2 = 439,558T2 = 63,11 oC

Universitas Andalas


Tingkat keadaan 3

P3 = P2= 1551,32 kPa

S3 = Sf dan h3 = hf

1534− 1551,321534 − 1571 = 40 − 340 − 41 3 = 40,46

1534 − 1551,321534 − 1571 = 1,166 − 31,166 − 1,171 3 = 1,168

Interpolasi Tingkat keadaan 4

P4 = P1 = 310,2641 kPa

T4 = T1 = -13,74 oC

P hf hg sf T

307,3 183,8 215,8 0,94 -14

310,26 hf sf T4

318,7 185 215 0,944 -13

307,3 − 310,26307,3− 318,7 = −14 − 4−14 − (−13) 4 = −13,74

307,3 − 310,26307,3− 318,7 = 0,94 −0,94 − 0,944 = 0,94104 .

P T Sf Hf

1534 40 1,166 249,6

1551,32 T3 S3 H3

1571 41 1,171

Universitas Andalas


307,3 − 310,26307,3 − 318,7 = 183,8 − ℎ183,8 − 185 ℎ = 184,11

Maka x = (h3 - hf)/hfg = (250,25-184,12)/215,592 = 0,306

S4 = sf + x.sfg

=00,94+(0306 x0,8307) kj/kg.K

= 1,195 kj/kgK

Hasil perhitungan data no 4 (ideal):

P1 = 310,26 kPa T1 = -13,74oC

H1 = 399,704 kj/kg

S1 = 1,1771 kj/kg.K

P2 = 1551,32 kPa T2 = 64,11oC

H2s = 439,558 kj/kg

S2 = 1,1761 kj/kg.K

P3 = 1551,32 kPa T3 = 40,46 oC

H3 = 250,25 kj/kg

S3 = 1,168kj/kg.K

P4 = 310,2641 kPa T1 = -13,74 oC

H4 = 250,25 kj/kg

S4 = 1,195 kj/kg.K

Universitas Andalas


Kemudian dapat dihitung :

a. Penghitungan daya aktual

Wa = 0,75 x V x I

= 0,75 x 220 x 3

= 495 Watt

b. Penghitungan daya isentropic

Ws = ηs x Wa

= 0,8 x 495 Watt

= 396 Watt

= 0,396 kj/s

c. Penghitungan laju aliran massa refrigerant ( mref )

mref= = ,, , = 0,0099 /

d. Penghitungan pelepasan kalor oleh kondensor (Qk)

=

= (ℎ2 − ℎ1) = 0,0099(399,704 − 250,25)= 1,88095 /

e. Perhitungan Penyerapan kalor oleh evaporator (Qe)

= (ℎ1 − ℎ4) = 0,009936(399,704 − 250,25) = 1,4849 /f. Perhitungan COPR dan COPHP

= = 1,48490,396 = 3,74

ℎ = = 1,880950,396 = 4,74

Universitas Andalas


2. Kondisi Aktual

Tingkat keadaan 1

P1 = 310,26 kPa

T1 = 24oC

P 310 310,26 320

T H S H S H S

20 423 1,87 ... ... 419,8 1,855

24 H1 S1 421,9 1,8622

20 426,8 1,087 ... ... 423,3 1,867

Maka :

P (kPa) H S

310 423 1,87

310,26 h1 s1

320 426,8 1,804

Interpolasi

310− 310,26310 − 320 = 423 − ℎ1423 − 426,8 ℎ1 = 426,11 /

310 − 310,26310 − 320 = 1,87 − 11,87 − 1,864 1 = 1,87

Universitas Andalas


Tingkat keadaan 2

P2 = 1551,32 kPa T2 = 55 oC

P 1500 1551,32 1600

T H s H s h S

50 434,1 1,767 ... ... 444,7 1,76

55 434,1 1,807 h2 s2 458,8 1,799

60 435,1 1,759 ... ... 449,4 1,773

Maka :

P (kPa) H S

1500 434,1 1,767

1551,32 h2 s2

1600 16,34 1,697

1500 − 1551,321500 − 1600 = 434,1 − ℎ2434,1 − 416,3 = 428,93 /

1500− 1551,321500 − 1600 = 1,767 −1,767 − 1,697 = 1,751 /

Tingkat keadaan 3

P3 = 1482,373 kPa S4 = Sf h3 = hf

P (kPa) hf sf

1460 247 1,158

2137,375 h3 s3

2175 248,3 1,162

Universitas Andalas


1460 − 1482,3731460 − 1451 = 38 − 338 − 39 3 = 38,60

1460 − 1482,3731460 − 1451 = 1,158 −1,158 − 1,160 = 1,160 /

1460 − 1482,3731460 − 1451 = 247− ℎ247 − 248,3 ℎ = 247,78 /

Tingkat Keadaan 4

P4 = 448,15 kPa

T4 = -3,18 o C

S4 = Sf h4 = hf

P (kPa) hf sf

426,3 195,3 0,983

448,15 h4 s4

451,1 196,5 0,987

451,1 − 448,15451,1 − 426,3 = 196,5 − ℎ4196,5 − 195,3 ℎ4 = 196,276 /

451,1 − 448,15451,1 − 426,3 = 0,987 − 40,987 − 0,983 4 = 0,98

Universitas Andalas


Hasil perhitungan data no 4 (aktual) :

P1 = 310,26 kPa h1 = 426,11 kj/kg

T1 = 24 oC s1 = 1,87 kj/kg.K

P2 = 1551,32 kPa h2 = 428,93 kj/kg

T2 = 55 oC s2 = 1,751 kj/kg.K

P3 = 1482,375 kPa h3 = 247,78 kj/kg

T3 = 38,60 oC s3 = 1,160 kj/kg.K

P4 = 448,15 kPa h4= 196,276 kj/kg

T4 = -3,18oC s4 = 0,98 kj/kg.K

Kemudian dapat dihitung :

a. Penghitungan daya aktual

Wa = 0,75 x V x I

= 0,75 x 220 x 3

= 495 Watt

b. Penghitungan daya isentropik

Ws = ηs x Wa

= 0,8 x 495 Watt

= 396 Watt=0,396 kj/s

c. Penghitungan laju aliran massa refrigerant ( mref )

= ℎ2 − ℎ1 = 0,269428,93 − 426 = 0,140

d. Perhitungan Penyerapan kalor oleh evaporator (Qk)

= (ℎ2 − ℎ3) = 0,14 (428,93 − 247,78) = 25,446 /

e. Penghitungan pelepasan kalor oleh kondensor (Qe)

Universitas Andalas


= (ℎ1 − ℎ ) = 0,14 (246 − 247,78) = 25,05 /

f. Perhitungan COPR dan COPHP

= = 25,050,246 = 63.25ℎ = = 25,4460,396 = 64,256

3. Pengujian Pengkondisian Udara kondensor

a. Masuk b. Keluar

Tdb = 27 oC Tdb = 28 oC

Twb = 25 oC Twb = 26 oC

Dari diagram psikometri

hin = 76 kJ/Kg hout = 82 kJ/Kg

win = 0,20 wout= 0,21

Oin = 88 % Oin = 86 %

ʋ = 0,878 m3/kg udara kering ʋ = 0,922 m3/kg udara kering

Vudara = 2,032 m/s

Ak = 0,1139 m2

a) mudara = ρudara x Ak Udara x Vudara

= 0,272 Kg/s

b) Qudara = mudara x (hout-hin)

= 11,92 kj/s

4. Pengujian pengkondisian Udara evaporator

Universitas Andalas


a. Masuk b. Keluar

Tdb = 23 oC Tdb = 25 oC

Twb = 25 oC Twb = 24 oC

Dari diagram psikometri

hin = 75 kJ/Kg hout = 73 kJ/Kg

win = 0.20 wout= 0,18

Oin = 100 % Oout = 93 %

ʋ = 0,872 m3/kg udara kering ʋ = 0,866 m3/kg udara kering

Vudara = 2,032 m/s

Ak = 2,21 m2

a) mudara = ρudara x Ak x VUdara

= 5,28 Kg/s

b) Qudara = mudara x (hout-hin)

= -42,24 kj/s

Universitas Andalas


Wa Ws mref Qk Qe COPr COPh0,495 0,396 0,005576 1,222825 0,826825 2,087943 3,0879430,495 0,396 0,004359 1,015643 0,619643 1,564755 2,5647550,495 0,396 0,007804 1,482419 1,086419 2,743482 3,7434820,495 0,396 0,007453 1,373891 0,977891 2,469423 3,469423

4.3 Tabel hasil perhitungan

Tabel 4.2 Tabel Hasil Perhitungan MPKU

Aktual

T3 p1 h1 s1 p2 h2 t2 s2-30,7824 158,5794 392,3088 1,803565 1378,951 463,3323 72,40367 1,803565-27,8582 179,2637 393,6567 1,797716 1585,794 484,5103 76,75495 1,797716-21,1754 234,4217 396,5299 1,784351 1758,163 447,2702 70,37885 1,784351

-16,924 275,7903 398,3304 1,776924 2068,427 451,4601 85,52853 1,7769

p3 h3 s3 t3 p4 h4 s4 x T41378,951 244,0158 1,148818 35,70445 158,5794 244,0158 1,19121 0,347501 -30,78241585,794 251,4931 1,172517 41,37934 179,2637 251,4931 1,217995 0,369285 -27,85821758,163 257,3247 1,189845 45,71129 234,4217 257,3247 1,232093 0,369607 -21,17542068,427 267,1306 1,219769 52,75377 275,7903 267,1306 1,265216 0,397722 -16,924

Wa Ws mref Qk Qe COPr COPh0,495 0,396 0,005906 0,885562 0,489562 1,236268 2,2362680,495 0,396 0,015879 3,94783 3,55183 8,969269 9,9692690,495 0,396 0,006512 1,182824 0,786824 1,986929 2,9869290,495 0,396 0,009018 1,773272 1,377272 3,47796 4,47796

p1 h1 t1 s1 p2 h2 t2 s2158,5794 330,6796 21 1,669163 1378,951 397,731 40 1,719315179,2637 389,8227 20 1,551963 1585,794 414,7607 53 1,731877234,4217 381,5357 19 1,559581 1758,163 442,3462 67 1,768208275,7903 421,9287 18 1,863631 2068,427 465,8413 95 1,801526

p3 h3 t3 s3 p4 h4 t4 s41482,373 247,7861 36 1,160419 241,3165 247,7861 -11 1,193699165,4742 166,1474 41 0,8699 275,7903 166,1474 -9 0,871361861,584 260,7095 45 1,200599 310,2641 260,7095 -6 1,2361792137,375 269,2026 51 1,225865 372,3169 269,2026 -3 1,262752


4.4 Grafik

0123456789

10

1 2 3 4

COP R

jumlah pengujian

Grafik COPr VS jumlah pengujian

COPr ideal

COPr aktual

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4

COP H

jumlah pengujian

Grafik COPh VS jumlah pengujian

COPh ideal

COPh aktual


4.5 Analisa

Pada praktikum kali ini membahas tentang mesin pendingin kompresi uap

(MPKU) yang memanfaatkan uap fluida refrigerant (freon 22) yang terkompresi

sebagai media pendingin (media untuk menyerap panas). Pertama uap atau uap

jenuh dari refrigerant dikompresi dengan memamfaatkan kompresor sehingga

temperature dan tekanan meningkat, selanjutnya uap ini di kondensasi dengan

mamamfaatkan kondensor sehingga temperature dari uap turun dan fasanya

berubah menjadi cair jenuh. Cair jenuh hasil kompresi ini ekspansi debagai fluida

yang temperaturenya sangat rendah, sehingga dapat menyerap panas dari

lingkungan

Pada saat pengambilan data praktikan harus siap pada posisi pembacaan

skala, dimana dalam datu kali percobaan data yang akan diambil cukup banyak

dan secara serentak sehingga praktikan harus bekerja sama dengan baik. Pada

pengujian ini didapatkan data berupa temperatur dan tekanan pada masing-masing

tingkat keadaan, serta temperatur bola basah dan bola kering dari saluran masuk

dan keluar dari evaporator, serta kondensor. Dan melalui data tersebut dapat

dilakukan perhitungan.

Dari data yang diperolehmaka dapat dilakukan perhitungan, hasil

perhitungan tersebut didapatkan berupa grafik P-v dan T-s yaitu dalam kondisi

ideal dan aktual. Dapat dilihat pada diagram T-s, saat tingkat keadaan satu fasa

refrigerant berada pada fasa uap jenuh yaitu keluaran dari evaporator. Kemudian

pada tingkat keadaan dua yaitu keluaran dari kompresor diaman temperaturnya

naik. Pada keadaan satu dan dua ini dalam keadaan isentropic. Pada tingkat

keadaan tiga yaitu keluaran dari kondensor, temperaturnya menjadi menurun

sampai menuju katup ekspansi. Pada tingkat kedaan dua tadi kondisi fasa dari

refrigeran adalah fasa uap. Sedangkan pada keadaan tiga dan empat, fasa

refrigerant yaitu fasa cair jenuh. Begitu pula dengan diagram P-hnya, dapat dilihat

bahwa fasa dari refrigerant pada tingkat keadaan satu yaitu uap, pada tingkat

keadaan dua juga uap. Sedang kan yang ketiga dan keempat berada dalam

keadaan cair jenuh.


Pada kondisi aktual terdapat data – data yang cukup berbeda dengan

kondisi ideal. Yaitu pada temperatur tingkat keadaan empat pada diagram T-s,

temperaturnya bernilai minus. Namun dilihat dari tingkat keadaannya sama

dengan kondisi ideal. Yaitu pada tingkat keadaan satu berada pada kondisi fasa

uap, tingkat keadaan dua pada fasa uap juga, tingkat keadaan tiga cair jenuh dan

keempat juga dalam keadaan cair jenuh.

Pada garfik COPr,COPhp Vs jumlah pengujian yang ideal, dapat dilihat

bahwa nilai COP pada pengujian satu sampai lima hampir sama umumnya tau

saling mendekati nilainya. Pada kondisi aktual terdapat nilai COP nya beragam.

Ini bias disebabkan oleh data dari percobaan yang kurang akurat, sehingga pada

saat melakukan perhitungan didapatkan hasil yang kurang akurat.

Banyak sekali terjadi perbedaan antara nilai toritik dengan nilai aktual. Hal

ini sangat banyak disebabkan oleh kondisi alat uji yang dalam kondisi yang tidak

berfungsi secara maksimal. Berikut adalah kondisi-kondisi lain yang

menyebabkan nilai yang berbada, antara lain;

1. Kondisi alat yang tiak berfungsi secara maksimal.

2. Refrigerant yang dipakai tidak memadai lagi untuk pengujian.

3. Alat ukur yang dipakai mempunyai nilai sensitifitas yang tidak besar.

4. Ketidak telitian dalam mengukur dan mencatat hasil pengukuran.

Selain itu perbedaan-perbedaan hasil yang didapatkan tersebut mungkin

disebabkan karena terjadi beberapa kesalahan yang dapat mempengaruhi hasil

perhitungan, diantaranya karena kesalahan dalam pengamatan skala hasil

pengukuran dari termometer dan alat ukur tekanan,karena hasil pengukuran harus

diamati secara bersamaan pada beberapa titik. Bisa jadi temperatur dan

tekanannya berubah.


BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan pratikum Mesin Pendingin Kompresi Uap dapat di peroleh

beberapa kesimpulan dimana:

1. Semakin besar m ref maka Qe dab Qh akan semakin Besar.

2. Semakin besar m ret COP hp COP r akan semakin besar.

3. Hubungan Qe degan COP dan Qh denganCOP h berbanding lurus.

4. Hubungan Qe dan Qh dengan m nd sebanding

5. Semakin besar m red maka W dan Ø semakin besar.

6. Prinsip dari sistem pendingin adalah menjaga temperature ruangan yang

akan didinginkan berada dibawah temperature lingkungannya.

7. Prinsip dari mesin pendingin kompresi uap ini adalah memindahkan panas

dari temperature yang lebih rendah ketemperatur yang lebih tinggi.

5.2 Saran

Agar pada praktikum selanjutnya berjalan lebih baik dan hasil yang

didapatkan lebih valid diharapkan :

1. Teliti dalam pembacaan skala pada alat ukur, terutama termometer dan alat

ukur tekanan.

2. Hati-hati dalam melakukan interpolasi pada perhitungan.

3. Pengambilan data harus dilakukan secara serentak

4. Pastikan semua alat berfungsi dengan baik

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, Fritz. 1993.”Turbin, Pompa dan Kompresor ”. Penerbit Erlangga. Jakarta.

M. White, Frank. 1986. “Fluid Mechanic”. McGraw Hill. Singapore.

Team Asisten Laboratorium Bahan Bakar dan Otomotif. 2011. “Panduan Praktikum

Prestasi Mesin”. JurusanTeknik Mesin FTUA. Padang.

LAMPIRAN

MOTOR BAKAR

LABORATORIUM

MOTOR BAKAR

LABORATORIUM

KONVERSI

ENERGI

i

DAFTAR ISI

LembarAsistensi

Daftar Isi ........................................................................................................ i

DaftarGambar ................................................................................................. iii

DaftarTabel..................................................................................................... v

DaftarSimbol .................................................................................................. vi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LatarBelakangPercobaan........................................................................... 1

1.2 TujuanPercobaan....................................................................................... 1

1.3 Manfaat..................................................................................................... 2


2.1 PengertianMachine, Engine, danHeat Engine............................................ 3

2.2 Klasifikasi Heat Engine ............................................................................ 3

2.3 PerbedaanInternal Combustion danExternal Combustion Engine .............. 8

2.4 Klasifikasi Motor Bakar ............................................................................ 8

2.5 Parameter Motor Bakar ............................................................................. 15

2.6 Siklus Ottodan siklus diesel....................................................................... 16

2.7 PrinsipKerja Motor BakarBensin............................................................... 18

2.8 Perbedaan Motor BakarBensindan Motor Bakar Diesel ............................ 23

2.9 Perbedaan 4 Langkahdan 2 Langkah ......................................................... 24

2.10 Pendinginanpada Motor Bakar ................................................................ 25

2.11 SistemKarburasiMotor Bakar Bensin ...................................................... 29

2.12 SistemDistribusi Bahan Bakar Pada Motor Bakar Diesel ......................... 30

2.13 Sistem Injeksi Motor Bakar Diesel .......................................................... 32

2.14Teknologipada Motor BakardanMotor Bakar Diesel................................. 38

2.15 SistemTurbochargerdanSupercharger..................................................... 45

2.16Fenomenapada Motor BakarBensin.......................................................... 48

ii

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan ................................................................................................... 52

3.2 AlatUkur................................................................................................... 52

3.2.1 Tachometer ..................................................................................... 52

3.2.2 Stopwatch ....................................................................................... 52

3.2.3 Termometer digital.......................................................................... 53

3.2.4 Manometer ...................................................................................... 53

3.3 Asumsi – Asumsi ...................................................................................... 53

3.4 ProsedurPercobaan.................................................................................... 54

BAB IV DATA

4.1 Data Percobaan ......................................................................................... 58

4.2 ContohPerhitungan ................................................................................... 59

4.3 Data HasilPerhitungan .............................................................................. 63

4.4 GrafikHasilPerhitungan............................................................................. 64

4.5 AnalisadanPembahasan............................................................................. 67

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan............................................................................................... 69

5.2 Saran ........................................................................................................ 69

DAFTARPUSTAKA

LAMPIRAN

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagan klasifikasi Heat Engine .................................................... 3

Gambar 2.2 Wankel Engine............................................................................. 4

Gambar 2.3Open Cycle Gas Turbine............................................................... 4

Gambar 2.4 Gasoline Engine .......................................................................... 5

Gambar 2.5 Diesel Engine .............................................................................. 5

Gambar 2.6 Close Cycle Gas Turbine ............................................................. 6

Gambar 2.7 Steam Turbin ............................................................................... 6

Gambar 2.8 Striling Engine............................................................................. 7

Gambar 2.9 Steam Engine............................................................................... 7

Gambar 2.10 Perbedaan ECE dengan ICE....................................................... 8

Gambar 2.11 Motor Bakar 2 Langkah pada Vespa .......................................... 9

Gambar 2.12 Motor Bakar 4 Langkah ............................................................. 9

Gambar 2.13 Piston Tunggal pada Sepeda Motor............................................ 10

Gambar 2.14 Piston Ganda pada Motor Harley Davidson................................ 10

Gambar 2.15 Multi Piston Mobil Pigeout........................................................ 10

Gambar 2.16 Letak Katup di Bagian Kepala Piston......................................... 11

Gambar 2.17 Letak Katup di Bagian Samping Piston ...................................... 11

Gambar 2.18 Letak Katup di Bagian Bawah Piston ......................................... 11

Gambar 2.19 Piston Torak .............................................................................. 12

Gambar 2.20 Piston Radial.............................................................................. 12

Gambar 2.21 Motor Bakar Bensin................................................................... 13

Gambar 2.22 Motor Bakar Diesel.................................................................... 14

Gambar 2.23 Jenis-Jenis Susunan Silinder ..................................................... 15

Gambar 2.24 Parameter Mesin Motor Bakar ................................................... 15

Gambar 2.25 Siklus Otto................................................................................. 16

Gambar 2.26 Diagram P-v dan T-s Motor Diesel ............................................ 17

Gambar 2.27 Prinsip Kerja Motor 4 Tak ......................................................... 19

Gambar 2.28 Prinsip Kerja Motor Bensin 2 Langkah ..................................... 20

Gambar 2.29Diesel 2-Tak ............................................................................... 21

Gambar 2.30Diesel 2 langkah ......................................................................... 22

iv

Gambar 2.31Konstruksi Pendingin Udara Stasioner ........................................ .26

Gambar 2.32Konstruksi Pendingin Udara Dinamis ......................................... .27

Gambar 2.33Konstruksi Pendingin Tipe Hopper ............................................. .27

Gambar 2.34Konstruksi Pendingin Tipe Kondensor........................................ 28

Gambar 2.35Konstruksi Pendingin Tipe Radiator ........................................... 28

Gambar 2.36Konstruksi Karburator ................................................................ 29

Gambar 2.37SistemPompaPribadi................................................................... 30

Gambar2.38SistemDistribusi .......................................................................... .31

Gambar2.39Sistem Akumulator ...................................................................... .31

Gambar2.40 (A) NosselKatupJarum, (B) NosselPasak .................................... .33

Gambar2.41 Fuel Injector ............................................................................... .34

Gambar2.42 Injection Pump ........................................................................... .36

Gambar2.43Feed pump ................................................................................... 36

Gambar2.44Electrical Injection System........................................................... .37

Gambar2.45 K-Jetronic................................................................................... .37

Gambar2.46KE- Jetronic ................................................................................ .38

Gambar 2. 47LH- Jetronic .............................................................................. .38

Gambar 2. 48 Teknologi EFI pada mesin ........................................................ .40

Gambar 2. 49Konstruksi EFI padaMesin......................................................... .40

Gambar2.50Konstruksi VVT-i padaMesin Toyota .......................................... .41

Gambar2.51Common rail................................................................................ .43

Gambar2.52 Prinsip common rail.................................................................... .44

Gambar 2.53Produk common rail ................................................................... 44

Gambar 2.54Variable geometri turbocharger.................................................. 45

Gambar 2.55Skema instalasi motor torak dengan turbosupercharger .............. 46

Gambar 2.56Turbosupercharger ..................................................................... 46

Gambar 2.57 Prinsip pembuangan turbosupercharger pada 1 ruang bakar ...... 46

Gambar 2.58 PrinsippembuanganturbosuperchargerpadaV-Engine................. 47

Gambar 2.59Kerusakan piston akibat Knocking .............................................. 48

Gambar 2.60Injector ....................................................................................... 50

Gambar2.61 Kerak piston ............................................................................... 50

Gambar 3.1 Peralatan Praktikum Motor Bakar Bensin .................................... 51

v

Gambar3.2 Skema alat pengujian Motor Bakar Diesel .................................... 51

Gambar3.3 Tachometer................................................................................... 52

Gambar 3.4StopwatchDigital .......................................................................... 52

Gambar 3.5TermometerDigital ...................................................................... 53

Gambar 4.1 Grafik Daya Poros vs Efisiensi Thermal ..................................... 64

Gambar 4.2 Grafik Daya Poros vs Putaran ..................................................... 65

Gambar 4.3 Grafik Pemakaian Bahan Bakar vs Daya Poros ........................... 65

Gambar 4.4 Grafik Pemakaian Bahan Bakar vs Putaran ................................. 66

Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Efisiensi Thermal............................................. 66

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbedaan Motor Bensin dan motor bakar diesel

....................................................................................................................... 23T

abel 2.2 Perbedaan motor bensin 4-langkah dengan 2-langkah ........................ 24

Tabel 4.1 Data Hasil Percobaan ..................................................................... 58

Tabel 4.2 Data Hasil Perhitungan ................................................................... 63

vii

DAFTAR SIMBOL

Simbol ArtiSimbol Satuan

N jumlahputaran rpm

M massa kg

T waktu s

F gaya N

T torsi N.m

T temperatur K

Ne dayaporosefektif kW

Pe tekananefektif rata-rata Pa

mbb pemakaianbahanbakar kg/h

mu lajualiranudara kg/h

ηv efisiensivolumetrik %

ηth efisiensi thermal %

Hf energibahanbakar kW

Hu energiudaramasuk kW

Hgb energi gas buang kW

Hap energi air pendingin kW

ρu massajenisudara kg/m3

ρoli massajenisoli kg/m3

ρbb massajenisbahanbakar kg/m3

Hne energiporosefektif kW

Qloss energi yang hilang kW

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LatarBelakang

Penggunaan motor

bakarsampaisaatinimerupakansalahsatupenggunaanterbesaryangdigunakanoleh

industriotomotifdunia. Banyakterobosan-terobosanteknologibaru yang

ditemukandalampeningkatanefisiensipenggunaan motor bakarini.

Seorangsarjanateknikmesinsangatmembutuhkanaplikasiberbagaimacamte

oritentangilmupengetahuanyangmerekadapatkandibangkuperkuliahan, agar

nantinyasaatdi

duniakerjaiamempunyaibekaldalammenghadapiberbagaimasalah yang

nantinyamerekatemui di lapangannantinya. Dan motor

bakarmenjadisalahsatualat yang

menerapkanilmupengetahuandasarteknikmesinmulaidarithermodinamika,

material teknik, proses

produksisertamasihbanyaklagiilmupengetahuanteknikmesin yang

terintegrasidalamsatubuah motor bakarini. Sehinggamenjadisuatuhalyang

sangatpentinguntukmengikutipraktikum motor bakarini,

danmahasiswasekaligusmengamatiberbagaifenomena-fenomena yang terjadi

yang akanmenjadibekalsaatmahasiswatersebut di hadapkanpadapersoalan yang

serupasaat di duniakerjanantinya.

1.2 TujuanPercobaan

1. Mengetahui proses yang terjadipada motor bakarbensindan diesel.

2. Mempelajarikarakteristikdan parameter prestasi motor bensindan motor

bakar diesel..

1.3 Manfaat

1. Mahasiswadapatmengetahuifenomena yang terjadipada motor

bakarbensindan motor bakar diesel.

2. Mahasiswadapatmempelajariaplikasidariberbagaimatakuliah yang

menjadi proses dasardari motor bakar.

[Type text] Page 3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 PengertianMachine,Engine danHeat Engine

Mesin(machine)adalah seperangkat alat yangterdiri dari beberapa

komponen yang berfungsi untuk memudahkanpekerjaan manusia.Engine

didefinisikan sebagai suatu alat atau komponen yang berfungsi merubah suatu

energi dari satu bentuk kebentuk lain. Heat engine adalah suatu mesin kalor

yang merubah energi kimia menjadi energi termal dan selanjutnyadiubah

menjadi energi mekanik yang dimanfaatkan untuk melakukan kerja.

2.2 Klasifikasi Heat Engine

Gambar 2.1 klasifikasi heat engine

4

Berikut ini penjelasan dari heat engine pada gambar di atas :

1. Internal combustion engine

a. Rotary

1) Wankel Engine

Wankel engine ini merupakan piston yang bergerak rotasi.Cara

kerjanyaadalah campuran bahan bakar dan udara masuk melalui saluran

masuk kemudian dikompresikan sehingga tekanan menjadi naik.

Selanjutnya dipercikan bunga api dari busi dan terjadi pembakaran di

ruang bakar. Setelah itu terjadi ekspansi karenaputaran dari crank shaft

gas buang keluar melalui saluran buang.Aplikasi pada mobil mazda.

Gambar2.2 Winkel engine

(sumber :www.google.com/prelovac.com)

2) Open CycleGas Turbine

Prinsip kerjanya adalah udara dari lingkungan masuk ke kompresor

kemudian tekanan naik.Padacombustion chamberbahan bakar

dimasukkan sehingga udara bertekanan tinggi bercampur dengan bahan

bakar, setelah itu terjadi pembakaran. Gas hasil pembakaran

dimanfaatkan untuk memutar turbin. Pada turbin dihasilkan kerja yang

menyebabkan poros berputar. Poros dari turbin ini dihubungkan ke

kompresor sehingga kerja yang dihasilkan turbin bisa dimanfaatkan untuk

memutar kompresor.Memanfaatkan siklus brayton terbuka yaitu fluida

5

kerja diperbaharui setiap satu siklus selesai.Aplikasi : generator listrik.

Gambar2.3 Open CycleGas Turbin


b. Reciprocating

1) Gasoline Engine

Sistem tenaga dari gasoline enginebiasa ditemukan pada motor

bakar bensin. Sistem pengapian yang digunakan adalah spark ignition.

Pada sistem ini bensin difungsikan sebagai bahan bakarnya, konstruksi

mesinnya dapat dilihat pada gambar.Aplikasi pada mobil kijang inova.

Gambar 2.4 Motor Bakar Bensin (Mesin Toyota)


2) Diesel engine

Sistem tenaga dari diesel engine biasaditemukan pada motor bakar

diesel. Sistem pengapian yang digunakan adalahcompression ignition.

Pada system inisolaratauminyak diesel difungsikan sebagai bahan

6

bakarnya. Aplikasi pada truk Hino

Gambar 2.5 Motor Bakar Diesel(sumber :www.google.com/prelovac.com)

2. External combustion engine

a. Rotary

1) CloseCycleGas Turbine

Gambar2.6 Close CycleGas Turbine


Prinsip kerja dari jenis heat engine ini yaitu udara masuk ke

kompresor kemudian tekanan menjadi naik. Pada heat exchanger panas

dimasukkan selanjutnya diteruskan ke turbin dan menghasilkan kerja

berupa putaran poros. Poros dari turbin ini dihubungkan ke kompresor

sehingga kerja yang dihasilkan turbin bisa dimanfaatkan memutar

kompresor.Setelah keluar dari turbin, udara tersebut masuk ke heat

7

exchanger. Pada heat exchangerini panas dikeluarkan dan selanjutnya

masuk kembali ke kompresor.Memanfaatkan siklus brayton tertutup yaitu

fluida kerja kembali ke kondisi awal setiap 1 siklus.Aplikasi pada mesin

pendorong kapal.

2) Steam Turbine

Sistem tenaga pada steam turbine memanfaatkan tenaga uap dalam

operasinya. Uap tersebut dapat berasal dari pembakaran batu bara atau

pemanasan air. Uap ini dimanfaatkan untuk memutar turbin

kemudian memutar generator yang dapat menghasilkan listrik. Aplikasi

pada turbin uap

Gambar2.7 Steam Turbin pada numberg, Jerman


b. Reciprocating1) Stirling Engine

Prinsip kerja stirling engine ini adalah mengunakan dua torak yang

dihubungkan ke satu poros engkol. Udara dari ruang silinder bawah

berupa udara panas akibat adanya pemanas di dinding silinder.

Kemudian udara panas tersebut masuk ke ruang silinder atas sehingga

mendorong torak bergerak ke bawah dan memutar poros engkol.

8

Pada bagian dinding silinder atas terdapat pendingin sehingga udara

menjadi dingin dan torak kembali ke atas. Aplikasi : aircraft, pada

pembangkit listrik tenaga geothermal.

Gambar 2.8 Stirling engine


2) Steam Engine

Sistem tenaga pada steam engine termasuk salah satu sistem tenaga

tertua di dunia.Pada sistem tenaga ini memanfaatkan tenaga uap dalam

kinerjanya.Prinsip kerjanya adalah air dipanaskan sehingga menjadi

uap.Kemudian uap panas tersebut dialirkan melalui pipa-pipa menuju

ruang silinder sehingga torak bergerak secara translasi.Aplikasi pada

Kereta api uap

Gambar2.9Lokomotif uap


9

2.3 Perbedaan

AntaraInternalCombustionEnginedenganExternalCombustionEngine

Sistem pembakaran pada mesin termal terbagi atas dua, yaitu :

1. Internal Combustion Engine (ICE)

Internal combustion engineadalah mesin dimana proses pembakarannya

terjadi di dalammesin itu sendiri, sehingga gas hasil pembakaran yang

terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contohnya adalah motor

bakar torak.

2. External Combustion Engine (ECE)

External combustion engineadalah dimana proses pembakaran terjadi di

luar mesin, energi termal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida

kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Contohnya adalah mesin

uap.

10

Setelah diamati maka internal combustion engine yang lebih irit karena

pembakaran terjadi dalam mesin itu sendiri sehingga menghemat ruang dan

biaya operasional.

2.4 Klasifikasi Motor Bakar

Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi :

1. Berdasarkan pada jumlah langkah

a. 2 langkah

Motor bakar dua langkah dapat dilihat pada gambar 2.10.

11

Gambar 2.10 Motor bakar 2 langkah pada Vespa

(sumber : smkpraskabjambi.sch.id)

b. 4 langkah

Motor bakar empat langkah dapat dilihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Motor bakar 4 langkah


2. Berdasarkan sistem pengapian

a. Spark Ignition Engine (percikan nyala api)

Dimana proses pembakaran antara campuran udara dan bahan bakar

yang menggunakan system pengapian dengan menggunakan busi.

12

Gambar 2.12 Proses pembakaran dengan Busi.

(sumber : www.google.com/automotivesservice.blogspot.com)

b. Compression Ignition Engine (penyalaan dengan kompresi)

Dimana proses pembakaran dengan memanfaatkan panas dari

kompresi untuk membakar bahan bakar.

Gambar 2.13 Proses pembakaran dengan cara kompresi

(sumber : www.google.com/automotivesservice.blogspot.com)

3. Berdasarkan jumlah silinder

Jumlah silinder pada motor bakar lebih diidentikkan dengan jumlah

piston yang digunakan. Pembagiannya adalah :

a. Piston Tunggal

Motor bakar ini menggunakan satu piston. Motor bakar dengan

piston tunggal biasanya terdapat pada sepeda motor, contohnya

dapat dilihat pada gambar 2.12.

Gambar 2.12

b. Piston Ganda

Motor bakar ini menggunakan dua piston. Pada motor bakar piston

ganda pergerakan piston serentak.

ganda sudah dimiliki

Gambar 2.13

c. Multi Piston

Motor bakar ini menggunakan banyak piston. Pada motor bakar

multi piston,

piston yang digunakan. Pembagiannya adalah :

Piston Tunggal



dapat dilihat pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Piston tunggal pada sepeda motor


Piston Ganda


ganda pergerakan piston serentak. Motor bakar dengan piston

ganda sudah dimiliki oleh mesin kapasitas besar.

Gambar 2.13 Piston ganda pada motor Harley Davidson


Multi Piston


multi piston, pergerakkan piston tidak serentak.

13




dengan piston

Piston ganda pada motor Harley Davidson


14

Gambar 2.14 Multi Piston mobil Pigeout(sumber : smkpraskabjambi.sch.id)

4. Berdasarkan letak katup

a. Kepala

Model katup piston terletak di bagian kepala piston dapat

dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Letak Katup di Bagian Kepala Piston


b. Samping

Model katup piston terletak di bagian samping piston

ditunjukkan oleh gambar 2.16

Gambar 2.16 Letak Katup di Bagian Samping Piston

15


c. Bawah

Model katup piston terletak di bagian bawah piston ditunjukkan

oleh gambar 2.17

Gambar 2.17 Letak Katup di Bagian Bawah Piston


5. Berdasarkan pergerakan piston

a. Translasi

Pergerakan piston secara translasi dimiliki oleh piston torak

Gambar 2.18 Piston torak


b. Rotasi

Gambar 2.19 Piston Radial

16


6. Berdasarkan bahan bakar

a. Bensin

Motor bakar bensin umumnya memakai sistem pembakaran

menggunakan jenis spark ignition

Gambar 2.20 Motor Bakar Bensin


b. Diesel

Motor bakar diesel umumnya memakai sistem pembakaran

menggunakan jenis compression ignition

Gambar 2.21 Motor Bakar Diesel


7. Berdasarkan susunan silinder

a. Inline engine

17

Mesin inline merupakan mesin dengan susunan silinder lurus

b. V engine

Pada mesin V, susunan silinder terpasang pada 2 buah ruang bakar

yang tersusun dengan sudut tertentu sehingga membentuk sperti huruf

V.

c. Opposed cylinder engine

Opposite cylinder enggine tersusun dimana piston berakhir

pada ujung silinder dan tidak ada kepala silinder.

d. Opposed piston engine

Pada opposite piston engine,silinder ganda berakhir dengan piston

pada langkah akhir dan tidak ada kepala silinde

e. Radial engine

Radial engine tersusun dumana piston bergerak keluar dari

titik pusat poros engkol

f. ‘X’ type engine

X tipe engineengine tersusun atas 2 buah blok mesin V yang

bertentangan satu sama lain

g. ‘H’ type engine

H type engine terdiri dengan 2 buah silinder ganda yang

tersusun menyerupai huruf H

Gambar 2.22 Jenis-jenis susunan silinder

18


h. ‘U’ type

U type tersusun atas 2 buah mesin lurus dengan 2 cranksaft yang

terpisah

i. Delta type engine

Delta type terdiri atas 3 buah opposite piston yang tersusun

membentuk segitiga,

2.5 Parameter motor bakar

Parameter mesin merupakan kelengkapan dari suatu mesin. Dimana

parameter inilah yang digunakan untuk menentukan prestasi dari suatu mesin.

Parameter mesin tersebut dapat dilihat pada gambar 2.23

Gambar 2.23 Parameter Mesin Motor Bakar

(sumber :smkpraskabjambi.sch.id)Keterangan:

a. TDC (Top Dead Center) adalah posisi teratas dari pergerakan piston.

b. BDC (Bottom Dead Center) adalah posisi paling bawah dari pergerakan

piston.

c. Vc (Volume Clearence) adalah volume yang tersisa pada saat piston

19

mencapai TMA.

d. B (bore) adalah diameter dari piston.

e. S (Swept) adalah panjang langkah dari piston atau jarak dari TMA keTMB.

f. Vd(Volume Displacement) adalah Volume dari perpindahan piston yaituDari

TMA sampai TMB.

g. r adalah panjang connecting rod.

h. a adalah diameter dari poros engkol.

i. Θ adalah sudut kemiringan poros engkol dengan connecting rod.

2.6 Silkus otto dan siklus diesel

a. Siklus otto

Sistem pembakaran pada motor bakar bensin dinamakan dengan siklus Otto.

Sistem pembakaran tersebut denganmemasukkan panas pada volumekonstan.

Selengkapnya proses termal yang terjadi pada siklus daya motor bensin dapat

dilihat pada diagramP-vdan T-s

Beberapa idealisasi pada siklus otto :

a. Fluida kerja pada silinder adalah udara

b. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropic

c. Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja

d. Pada akhir proses ekspansi, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan

temperature turun mencapai tekanan dan temperature atmosfer.

e. Tekanan fluida kerja pada silinder selama langkah buang dan langkah

hisap adalah konstan dan sama dengan tekanan atmosfer.

Diagram P-v Diagram T-s

20

Gambar 2.24 Gambar Siklus Otto

(sumber : wikipedia.id)

Dimana :

0-1 Langkah hisap (katup hisap terbuka)

1-2 Langkah kompresi (katup hisap dan katup buang tertutup)

2-3 Pembakaran bahan bakar udara

3-4 Langkah usaha (katup hisap dan katup buang tertutup)

4-5 Langkah pendinginan

5-0 Langkah buang

b.Siklus Diesel

Siklus diesel adalah idealisasi dari mesin dengan pengapian kompresi. Pada

motor bakar dengan pengapian busi, bahan bakar dinyalakan dengan energi

yang bersumber dari luar.

Siklus baku diesel pertama kali diciptakan oleh Rudolph Diesel pada awal

tahun 1980. Siklus baku diesel ini juga terdiri dari empat proses reversibel

seperti halnya pada siklus otto. Pada siklus diesel ialah pada cara pemasukan

panas berlangsung pada tekanan konstan. Jadi siklus baku diesel terdiri dari dua

proses adiabatis, satu proses isochoris dan satu proses isobaris.

Pada keadaan 1, piston yang berkedudukan pada TMB, mulai

mengkompresikan udara secara adiabatis sampai piston mencapai kedudukan di

TMA, pada keadaan 2, sehingga baik tekanan maupun udara naik. Kemudian

pada proses 2-3, terjadi pemasukan panas (pembakaran) secara isobaris dan

piston dari TMA hingga dicapai keadaan 3. Selanjutnya piston melakukan

proses ekspansi secara adiabatis hingga piston mencapai titik TMB kembali

pada keadaan 4. Kemudian pada proses 4-1, terjadi proses pengeluaran panas

secara isochoris sehingga udara kembali ke keadaan mula-mula yaitu keadaan 1.

Keterangan :

0-1 Langkah hisap (katup hisap terbuka)

1-2 Langkah kompresi (katup hisap dan katup buang tertutup)

2-3 Pembakaran bahan bakar udara

3-4 Langkah usaha (katup hisap dan katup buang tertutup)

4-1 Langkah buang

2.7 Prinsip kerja motor bensin dan diesel

1. Motor bakar bensin

a. Motor bakar bensin

1) Langkah hisap

Langkah ini diawali dengan pergerakan piston dari titik mati atas (TMA)

menuju titik mati bawah (TMB), katup isap terbuka dan katup buang

tertutup. Melalui katup isap, campuran bahan bakar bensin

dalam ruang bakar

2) Langkah kompresi

Poros engkolberputar

Gambar 4.2.38 Siklius Diesel

(sumber : wikipedia.id)

Langkah hisap (katup hisap terbuka)

Langkah kompresi (katup hisap dan katup buang tertutup)

Pembakaran bahan bakar udara

Langkah usaha (katup hisap dan katup buang tertutup)

Langkah buang

Prinsip kerja motor bensin dan diesel

Motor bakar bensin

Motor bakar bensin 4 langkah

Langkah hisap


mati bawah (TMB), katup isap terbuka dan katup buang

tertutup. Melalui katup isap, campuran bahan bakar bensin-udara masuk ke

dalam ruang bakar

Langkah kompresi

Poros engkolberputar menggerakan torak ke TMA setelah mencapai

0

21

Langkah kompresi (katup hisap dan katup buang tertutup)


mati bawah (TMB), katup isap terbuka dan katup buang

udara masuk ke

TMA setelah mencapai

22

TMB.Katup masuk dan katup buang tertutup.Campuranudarabahan-bakar

dikompresikan,tekanandan temperature didalamsilindermeningkat, sehingga

campuraninimudahterbakar.Proses pemampatan ini di sebut juga langkah

tekan, yaitu ketika torak bergerak dari TMBmenujuTMAdan keduakatup

tertutup

3) Langkah kerja

Saat berlangsungnya langkah kerja ini, kedua katup tertutup. Pada waktu

torak mencapai TMA, timbul loncatan bunga api listrik dari busi dan

membakar campuranudara-bahan bakar yang bertekanan danbertemperatur

tinggi sehingga timbul ledakan, akibatnya torak terdorong menuju TMB

sekaligus menggerakkan poros engkol sehingga diperoleh kerja mekanik

4) Langkah buang

Setelah mencapai TMB poros engkol menggerakkan torak keTMA,

volume silinder mengecil. Pada saat langkah buang katub masuk tertutup

dankatup buang terbuka. Torak menekan gas sisa pembakaran keluar

silinder. Beberapa saat sebelum torakmencapai TMA, katup isap mulai

terbuka dan beberapa saat setelah bergerak ke bawah, katup buang sudah

menutup.Gerakan ke bawah ini menyebabkan campuran udara-bahan bakar

masuk ke dalam silinder, sehingga siklus tersebutterjadisecara berulang

Gambar 2.26Prinsip kerja motor bakar bensin 4 langkah(sumber : smkpraskabjambi.sch.id)

23

b.Motor bakar bensin 2 langkah

Langkah pertama, terjadi proses isap dan kompresi, dimana pada langkah ini

torak bergerak dari TMB (titik mati bawah) ke TMA (titik mati atas). Pada

keadaan ini lubang pemasukan dan pembuangan terbuka, gas baru masuk ke

dalam silinder dan mendorong sisa-sisa pembakarankeluar.Kemudian torak

bergerak dan menutup lubang pemasukan dan pembuangan sehingga gas baru

dipadatkan (kompresi)

Gambar 2.7 Prinsip Kerja Motor Bensin 2 Langkah(sumber : smkpraskabjambi.sch.id)

Langkah kedua, terjadi proses kerja dan buang, dimana pada saat ini torak

bergerak dari TMA menuju TMB. Pada saat torak berada pada TMA

terjadi pembakaran sehingga tekanan gas naik dan mendorong torak

menuju TMB, menghasilkan kerja (ekspansi). Kemudian lubang pembuangan

terbuka, maka gas bekas keluar. Setelah itu lubang pemasukan terbuka dan gas

baru yang bertekanan lebih besar masuk, demikian proses ini berulang secara

terus-menerus.

24

2. Motor bakar Diesel

a. Motor Bakar Diesel 2 Langkah

Pada motor bakar diesel 2T, untuk melakukan satu proses siklus dibutuhkan

pergerakan piston satu kali naik dan satu kali turun sehingga poros akan

berputar satu kali. Pada saat piston bergerak dari TMB menuju TMA maka

katup masuk poros engkol akan terbuka dan saluran buang tertutup dan saluran

udara masuk ruang bakar terbuka sehingga tekanan di poros engkol lebih rendah

dari lingkungan sehingga udara akan terisap ke ruang poros engkol,saat

pergerakan piston tersebut dan setelah saluran udara masuk ruang bakar tertutup

pula maka terjadilah pengkompresian udara dengan perbandingan rasio

kompresi yang tinggi yang mengakibatkan temperaturnya tinggi mencapai

temperatur nyala bahan bakar. Ketika piston mencapai TMA maka

diinjeksikanlah bahan bakar dengan menggunakan nosel sehingga terjadilah

pembakaran yang mengakibatkan adanya gaya dorong pada piston oleh gas

hasil pembakaran sehingga piston bergerak dari TMA menuju TMB. Dalam

pergerakan tersebut saluran udara masuk ruang bakar terbuka sehingga udara

yang ada di poros engkol masuk ke ruang bakar dan mendesak sisa-sisa gas

pembakaran menuju saluran buang keluar dan ditambah lagi akibat tekanan di

ruang bakar lebih tinggi dari lingkungan, hal inilah yang disebut langkah buang.

a. Ketika posisi piston di TMA, silinder yang berisi udara bertekanan tinggi

bahan bakar dipercikan kedalam silinder oleh injektor dan terjadi

pembakaran seketika

b. Tekanan yang dihasilkan oleh pembakaran mendorong piston ke TMB, yang

disebut langkah usaha

c. Ketika piston di TMB katup buang terbuka, gas buang keluar dari silinder

untuk menyamakan tekanan dengan tekanan luar

d. Pada saat piston dibawah saluran masuk udara terbuka, udara mengisi ruang

silinder, yang memaksa gas buang keluar

25

e. Katup buang tertutup dan piston mulai bergerak ke TMA, yang

menyebabkan saluran udara tertutupdan mengkompresi udara baru, yang

disebut dengan langkah kompresi

f. Pada saat piston diatas maka berulang kelangkah pertama

Gambar 2.28 Diesel 2-Tak


Beberapa keuntungan dari mesin 2 langkah:

1. Mesin ini tidak memiliki katup seperti 4 tak sehingga memiliki

konstruksi yang lebih sederhana sehingga mempunyai berat yang lebih

ringan

2. 1 kali rotasi sudah menghasilkan tenaga

3. Mudah dalam perawatan mesin.

Kerugian Mesin 2 Langkah:

1. Kekurangan pelumas dapat menyebabkan mesin cepat rusak

2. Jika pada mobil akan dibutuhkan 1 liter oli setiap 1000 mil.

3. Boros bahan baker.

4. Menghasilkan polusi udara.

Langkah Isap dan Kompresi

Langkah kerjadan Buang

26

b. Motor Bakar Diesel 4 Langkah

Pada motor bakar diesel 4T, untuk melakukan satu proses siklus dibutuhkan

pergerakan piston dua kali naik dan dua kali turun sehingga poros engkol akan

berputar dua kali. Pada saat piston bergerak dari TMA ke TMB maka katup

hisap akan terbuka dan tekanan di dalam silinder lebih rendah dari tekanan

lingkungan akibatnya udara lingkungan akan terisap ke ruang bakar, langkah ini

disebut langkah hisap, kemudian piston bergerak lagi dari TMB ke TMA dan

semua katup tertutup akibatnya udara yang diruang bakar akan terkompresi

sehingga tekanan dan temperaturnya tinggi mencapai titik bakar/nyala bahan

bakar, inilah yang disebut langkah kompresi. Ketika piston di TMA maka

diinjeksikanlah bahan bakar dengan menggunakan nosel sehingga terjadilah

pembakaran bahan bakar akibat tekanan dan temperatur yang tinggi tadi.

Gambar 2.9 Diesel 4-Tak

Karena adanya pembakaran menyebabkan adanya gaya dorong oleh gas

pembakaran terhadap piston sehingga piston bergerak lagi dari TMA menuju

TMB, inilah yang disebut langkah kerja. Pada saat piston mencapai TMB maka

katup buang sudah mulai sedikit demi sedikit terbuka, dan karena tekanan

dalam ruang bakar lebih tinggi dari lingkungan maka gas sisa-sisa pembakaran

akan keluar, inilah yang disebut langkah buang atau pendinginan cepat.

Kemudian piston bergerak lagi dari TMB menuju TMA dan katup buang tetap

terbuka sehingga gas sisa-sisa pembakaran yang masih ada di ruang bakar akan

dibilas atau dibuang ke luar, hal ini disebut langkah bilas atau buang.

27

Idealisasi dari siklus udara tekanan konstan 4-Tak adalah :

1. Flluida kerja dianggap gas ideal.

2. Langkah isap merupakan proses tekanan konstant dimana, katup yang

terbuka adalah katup hisap dan katup buang tertutup.

3. Langkah kompresi merupakan proses isentropik, dimana katup hisap

dan katup buang tertutup.

4. Pemasukan kalor pada tekanan konstant

5. Langkah kerja proses isentropik, dimana katup hisap dan katup buang

masih tertutup .

6. Proses pembuangan dianggap proses pembuangan kalor pada volume

konstant, dimana katup hisap tertutup dan katup buang terbuka.

7. Langkah buang proses tekanan konstant, dimana sisa hasil pembakaran

dibuang melalui saluran keluar.

Gambar 2.30 Prinsip kerja motor bakar diesel


Dalam motor bakar diesel yang diidealisasian udara dikompres hingga TMA,

pada saat bahan bakar diinjeksikan, dan diidealisasikan bahwa proses

pembakaran berlangsung pada tekanan konstan pada sebagian dari langkah

kerja. Sisa langkah kerja dan langkah kompresi diidealisasikan sebagai

isentropik

28

2.8 Perbedaan motor bakar bensin dengan motor bakar diesel

No. Deskripsi Mesin Bensin Mesin Diesel

1 Siklus dasar

Bekerja pada siklus otto atau pemasukan panas pada

volume konstan

Bekerja pada siklus diesel atau siklus pemasukan panas

pada volume konstan

2Bahan bakar Bensin, temperatur

pengapian tinggiMinyak diesel, temperatur

pengapian rendah

3

Pemasukan Bahan bakar

Campuran udara-bahan bakar dimasukkan selama

tahap isap

Bahan bakar diinjeksi secara langsung ke ruang bakar

pada tekanan tinggipada akhir tahap kompresi

4 KontrolKatup mengatur jumlah

bahan bakar dan udara yang masuk dan keluar

Jumlah bahan bakar diatur, udara tidak diatur

5 Pengapian

Membutuhkan system pengapian dgn busi diruang

bakar. Tegangan awal diberikan oleh Aki atau

magnet

Pembakaran terjadi karena adanya temperatur tinggi, karena adanya kompresi

tinggi

6 Rasio

kompresi6 sampai 10 16 sampai 20

7 KecepatanMesin kecepatan tinggi

karena adanya pembakaran homogen

Mesin kecepatan rendah karena

pembakaran tidak homogen

8Efisiensi termal Rendah Tinggi

9 Berat Lebih ringan Lebih Berat

2.9 Perbedaan motor bakar 2 langkah dengan 4 langkah

Deskripsi Mesin 4-tak Mesin 2-takSiklus termodinamik

4 gerakan piston 2 gerakan piston

Momen putar Kurang seragam Lebih seragam

Daya yang dihasilkan

Lebih kecil Lebih besar

29

Pendinginan dan pelumasan

Pendinginan air/udara,sed

ikit

Pendinginan gabungan,lebih

banyak Katu

p2

katupsatu katup

Biaya pembuatan Lebih mahal Lebih murah

Efisiensi volumetrik Lebih baik Lebih rendah

Efisiensi termal Lebih tinggi Lebih rendah

Aplikasi

Alat-alat berat Alat-alat ringan

Konstruksi Lebih sederhana Lebih rumit

2.10 Sistim pendingin pada motor bakar

Pada motor bakar torak, energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar

diubah menjadi energi thermal pada saat pembakaran. Energi thermal ini

selanjutnya diubah menjadi energi mekanik berupa gerak translasi torak dan

gerak rotasi poros engkol. Adanya pendinginan akan menyebabkan

pengurangan besar energi thermal sehingga pendinginan akan menurunkan

efisiensi panas. Meskipun demikian, pendinginan harus ada karena dengan tidak

adanya pendinginan akan menyebabkan silinder dan torak menjadi terlalu panas

sehingga dapat mengakibatkan :

1. Campuran bahan bakar dan udara yang dihisap oleh torak pada motor

bensin dapat terbakar sendiri pada saat langkah kompresi (preignition),

2. Pelumasan akan terganggu karena minyak pelumas dapat ikut terbakar

sehingga torak macet yang dapat menimbulkan kerusakan pada silinder

dan torak.

Dengan demikian, meskipun sebetulnya pendinginan itu merugikan

(mengurangi efisiensi panas) pada motor bakar torak harus ada pendinginan.

Sistem pendinginan (cooling system) motor bakar torak (motor bensin dan

motor diesel) didesain terutama untuk:

1. Mengatur suhu operasi,

2. Mencegah panas berlebihan (overheating).

30

Dengan adanya pengaturan suhu operasi dalam sistem pendinginan maka:

1. Operasi engine akan terjaga pada tingkat panas terbaik,

2. Engine akan terlindungi dari operasi terlampau dingin yang dapat

mengakibatkan keausan dan pemborosan konsumsi bahan bakar, dan

3. Engine terlindung dari preignition, detonasi (peletusan), ketukan

(knock), dan kerusakan pada torak, katup-katup, dan pelumasan.

a. Pendinginan Lansung

Pendinginan lansung merupakan sistem pendinginan dengan langsung

mendinginkan bagian yang didinginkan, pada motor bakar lansung mendingin

mendinginkan motor tersebut . Pendinginan udara disebut juga pendinginan

langsung karena udara bersentuhan lansung dengan dinding luar motor.

Pendinginan motor bakar torak dengan media udara terdiri atas:

1. Pendingin Udara Stasioner

Proses pendinginan pada pendingin udara stasioner ditempuh dengan cara

menghadirkan udara melalui hembusan kipas (fan, atau blower) untuk

mendinginkan sirip-sirip pendingin di sekeliling dinding silinder. Bentuk

konstruksi sistem pendingin ini dapat dilihat pada gambar 2.41 .

Gambar 2.31 Konstruksi pendingin udara stasioner


31

2. Pendingin Udara Dinamis.

Proses pendinginan pada pendingin udara dinamis ditempuh dengan cara

menghadirkan udara melalui gerakan dinamis dari engine pada saat

dijalankan dengan kecepatan yang cukup tinggi, sehingga pada saat berhenti

atau diam di tempat tidak akan terjadi pendinginan. Bentuk konstruksi

sistem pendingin ini dapat dilihat pada gambar 2.42.

Gambar 2.32 Konstruksi pendingin udara dinamis


b. Pendinginan Tidak Langsung

Pendinginan tidak lansung merupakan sistem pendinginan dengan

memanfaatkan air sebagai media pendinginan.

Pendinginan motor bakar torak dengan media air ditempuh dengan cara:

1. Penguapan,

Pendinginan penguapan (tipe hopper) merupakan cara pendinginan dengan

air yang paling sederhana. Dinding silinder yang akan didinginkan berada di

dalam bak (hopper) yang dapat diisi dengan air dan terbuka bagian atasnya.

Bentuk konstruksi sistem pendingin ini dapat dilihat pada gambar 2.43.

32

Gambar 2.3 3 Konstruksi pendingin tipe hopper


2. Kondensasi.

Pendinginan secara kondensasi (tipe kondensor) mendinginkan silinder

dengan cara mendinginkan uap air yang bergerak ke atas masuk ke dalam

pipa-pipa kondensor. Bentuk konstruksi sistem pendingin ini dapat dilihat

pada gambar 2.44.

Gambar 2.34 Konstruksi pendingin tipe kondensor


3. Peredaran alami.

Pada sistem pendinginan air dengan sirkulasi alami,air pendingin akan

mengalir dengan sendirinya yangdiakibatkan oleh perbedaan massa jenis air

yang telah panas dan air yang masih dingin.

4. Peredaran paksa (

Pendinginan dengan peredaran paksa (tipe

dengan cara mendinginkan air “panas” yang mengalir secara paksa oleh

pompa air. Sepintas konstruksi pendingin tipe radiator ini hampir sama

dengan tipe thermosiphon, perbedaannya terl

pompa air, sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 2.4

Gambar 2.

Gambar 2.38 Konstruksi pendingin tipe kondensor


Peredaran paksa (radiator)

Pendinginan dengan peredaran paksa (tipe radiator) mendinginkan silinder



dengan tipe thermosiphon, perbedaannya terletak pada ada dan tidaknya

pompa air, sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 2.46.

Gambar 2.39 Konstruksi pendingin tipe radiator


33

kondensor

) mendinginkan silinder



etak pada ada dan tidaknya

34

2.11 Karburasi pada motor bakar

Pada dasarnya karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli:

semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statisnya namun

makin tinggi tekanan dinamisnya

Mesin-mesin generasi awal menggunakan karburator aliran keatas

(updraft), dimana udara masuk melalui bagian bawah karburator lalu

keluar melalui bagian atas. Keuntungan desain ini adalah dapat menghindari

terjadinya mesin banjir, karena kelebihan bahan bakar cair akan langsung

tumpah keluar karburator dan tidak sampai masuk kedalam intake mainfold;

keuntungan lainnya adalah bagian bawah karburator dapat disambungkan

dengan saluran oli supaya ada sedikit oli yang ikut kedalam aliran udara dan

digunakan untuk membasuh filter udara; namun dengan menggunakan

filter udara berbahan kertas pembasuhan menggunakan oli ini sudah tidak

diperlukan lagi sekarang ini. Konstruksi karburator pada sistem karburasi

dapat dilihat pada gambar 2.36

Gambar 2.40 Konstruksi karburator(sumber : smkpraskabjambi.sch.id)

35

2.12.Sistem distribusi bahan bakar motor diesel

1. Sistem Pompa Pribadi

Sistem pompa pribadi menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk

setiap silindernya. Setiap penyemprot dilayani oleh satu pompa

tekanan tinggi. Pompa ini adalah pompa plunyer yang dilengkapi

dengan perlengkapan pengatur kapasitas. Daya yang diperlukan untuk

menggerakkan pompa diambil dari daya yang dihasilkan oleh mesin

itu sendiri.

Gambar 2.41 Sistem Pompa Pribadi


2. Sistem distribusi

Hanya menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk melayani semua

penyemprot yang ada disetiap silinder. Pompa mengalirkan bahan

bakar bertekanan tinggi masuk ke dalam distributor. Distributor adalah alat

untuk membagi bahan bakar ke dalam setiap penyemprot sesuai

dengan urutan yang telah ditentukan. Jadi, fungsinya ekivalen dengan

fungsi distributor pada motor bensin. Pompa tekanan tinggi pada

sistem distributor juga dilengkapi dengan alat pengatur kapasitas

36

Gambar 2.42 Sistem Distribusi


2.13 Sistem injector motor bakar diesel

Pada mesin bensin konvensional suplai bahan bakar didapatkan dari

hasil karburasi melalui karburator. Untuk mendapatkan tenaga yang

optimum, komposisi campuran (perbandingan berat) antara udara dan

bensin harus berkisar antara 14,7 : 1, dan ini harus diperoleh pada setiap

kondisi kerja mesin yang selalu berubah, namun pada kenyataannya hal

ini sulit sekali dicapai karburator, karena pada karburator percampuran

bensin dan udara sangat bergantung pada ukuran lubang-lubang spuyer

karburator. Keberhasilan sistem injeksi tak terlepas dari ketepatannya

mencampur bensin yang disalurkan ke mesin sesuai dengan putaran

dan bebannya. Karena bensin disemprotkan langsung kesaluran isap

(intake manifold) melalui injektor, maka ketepatan campuran dapat

dicapai, sehingga polusi gas buang dapat ditekan dan mesin pun dapat

bekerja lebih efisien

2.14 Teknologi pada motor bakar bensin dan motor bakar diesel

a. Teknologi EFI (Electric Fuel Injection)

Teknologi EFI sebetulnya erat kaitannya dengan sistem manajemen

engine (SME). Engine di sini bukan dalam arti mesin, terjemahan dari

kata machinery, melainkan motor bakar. Di sinilah bahan bakar minyak

(BBM)dicampur dengan udara untuk menghasilkan gaya gerak yang

37

membuatmobil bisa melaju. SME muncul seiring dengan menipisnya

persediaan bahan bakar minyak sehingga menuntut engine yang semakin

efisien tanpa kehilangan kinerja yang dihasilkannya.

Gambar 2.43 Teknologi EFI pada mesin


b.VVT-i

Tinjauan dasar VVT-i adalah mengoptimalkan torsi mesin pada

setiap kecepatan dan kondisi pengemudian yang menghasilkan konsumsi

BBM yang efisien dan tingkat emisi bahan bakar yang sangat

rendah. Teknologi VVT-i merupakan teknologi yang mengatur sistem

kerja katup pemasukan bahan bakar (intake) secara elektronik baik

dalam hal waktu maupun tutup katup sesuai dengan besar putaran

mesin sehingga menghasilkan tenaga yang optimal, hemat bahan

bakar dan ramah lingkungan.

Gambar 2.44 Konstruksi VVT-i pada mesin


38

c.i-VTEC

Untuk mengenalsystem i-VTEC,harus memahami cara kerja

VTEC. Dan cara kerja VTEC ini Sudah di bahas di topik

terdahulu. Teknologi yang dilahirkan Honda untuk memperoleh mesin

yang mampu bekerja pada putaran bawah dan pada putaran atas.

Gambar 2.45 :Penggunaan iV-tech pada Honda


2.15 SistemSuperchargerdan Turbocharger

Supercharger adalah sebuah kompresor yang digunakan dalam

mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan

meningkatkan massa oksigen yang memasuki mesin. Energi untuk memutar

sudut kompresor berasal dari putaran mesin.Adapun tipe-tipe dari

supercharger ini adalah sebagai berikut:

• Positive Displacement Compressor

Supercharging jenis ini mengkompres udara secara sedikit

demi sedikit secara terus menerus melalui screw, yang kemudian

dialirkan ke ruang bakar, arah masuk dan keluarnya udara adalah

searah. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.42

39

Gambar 2.46 Positive Displacement Compressor


• Dynamic Compressor

Supercharger jenis ini mengkompres udara dengan

menggunakan impeller, arah masuknya dan keluaran udara tegak lurus.

Konstruksi dari Dynamic Compressor dapat dilihat pada gambar 2.43

Gambar 2.47 Dynamic Compressor(sumber : smkpraskabjambi.sch.id)

2.16 Fenomena dalam motor bakar bensin dan motor bakar diesel

Knocking merupakan suatu keadaan dimana campuran bahan bakar

dan udara tidak terbakar pada saat pengapian oleh busi (spark plug). Angka

oktan menunjukkan kemampuan bahan bakar bensin mencegahterjadinya

detonasi/ketukan pada proses pembakaran dalam bensin. Memang bila angka

oktan tidak memadai, maka ketukan yang terjadi dapat merusak mesin atau

mengurangi kinerja dan efisiensi mesin. Tapi penyesuaian angka oktan tidak

bertujuan menambah kandungan energi bensin, melainkan untuk memanfaatkan

40

semaksimal mungkin energi yang dapat diperoleh pada proses pembakaran dan

melindungi mesin terhadap kerusakan akibat detonasi.

Bilangan oktan pada berbagai bahan bakar

87 → Bensin standar di Amerika Serikat

88 → Bensin tanpa timbalPremium

91 → Bensin standar di Eropa, Pertamax

92 → Bensin standar di Taiwan[1]

91 → Pertamax[2]

95 → Pertamax Plus

Bilangan Cetane pada diesel

Solardengan nilai Cetane 48, hanya ada di SPBU PERTAMINA

Solar DEX di SPBU PERTAMINA, atau Solar2 yang ada di SPBU Asing

seperti SHELL, TOTAL Cetane 51.

Akibat penggunaan Solar bernilai Cetane rendah yaitu

a. Penggunaan Solar akan lebih boros

b. Suara Mesin semakin hari akan semakin kasar

c. Akselerasi pun akan sangat jelek

Kondisi knocking dapat menyebabkan terjadinya kerusakan pada

beberapa komponen mesin :

1. Piston berlubang

2. Ring piston rusak

3. Gasket pada silinder aus

Kendala ini menjadi hal yang membatasi terhadap pencapaian daya

output mesin yang optimal. Salah satu contoh dapat kita lihat kerusakan piston

akibat knocking pada gambar 2.55 berikut ini.

41

Gambar 2.48 Kerusakan piston akibatknocking


Cara mengatasi knocking:

1. Untuk mesin keluaran terbaru, coba mengganti atau bahan bakar

premium dengan pertamax

2. Memajukan tingkat pengapian

3. Memindahkan transmisi ke transmisi yang lebih rendah

4. Pada mesin yang talah mencapai waktu pemakaian 150.000 km,

lakukan pembersihan karbon yang ada pada silinder

5. Menggunakan bahan bakar dengan oktan tinggi

6. Memundurkan waktu pengapian

BAB III METODOLOGI

PERCOBAAN

3.1 Gambar Peralatan

Gambar 3.1 Skema Alat Pengujian motor bakar bensin

Gambar 3.2 Skema Alat pengujian motor bakar diesel

21

4

65

3

7

8

Motor bakarKelimpok 15 Page 46

3.2 AlatUkur

a. Tachometer

b. Stop Watch

c. Termometer digital

d. Dinamometer Brake

3.3 Asumsi-asumsi.

1. Siklusotto ideal.

2. Tekanan pada silinder di atas tekanan atmosfer.

3. Temperatur lingkungan konstan

3.4 Prosedur percobaan

Sebelum melakukan pengujian, perlu dilakukan beberapa tahap pengerjaan

sebagai berikut :

1. Periksa tangki bahan bakar, apakah telah diisi. Dan periksa air pendingin pada

radiator serta minyak pelumas motor.

2. Hidupkan blower pendingin rem.

3. Buka katup bahan bakar dan katup bahan bakar ke karburator.

4. Sebelum mesin dijalankan periksa sekali lagi kondisi motor dan komponen

lainnya agar pengujian dapat dilakukan dengan lancar.

Pengujian Motor Bensin

1. Hidupkan motor dengan menekan tombol ON pada panel instrumen.

2. Buka katup gas secukupnya. (Prosedur menghidupkan dan mematikan motor

harus dilakukan dengan baik agar tidak terjadi kerusakan dan kesalahan pada

komponen alat uji)

3. Selanjutnya pengujian dapat dilakukan pada berbagai kondisi seperti berikut :

a. Katup gas berubah, beban konstan.

b. Beban berubah, katup gas konstan.

c. Beban dan katup gas berubah, putaran konstan.

d. Pada setiap operasi, dilakukan pengamatan terhadap :


a. Momen puntir

b. Putaran poros

c. Pemakaian bahan bakar

d. Perbedaan tekanan pada manometer

e. Temperatur gas buang

f. Temperatur kamar (konstan)

g. Temperatur air masuk radiator

h. Temperatur air keluar radiator

i. Debit aliran air masuk radiator

Teknik pengujian dan pengukuran

Setelah motor dijalankan, pengujian dapat dilakukan dengan membuka

katup gas pada posisi yang diingini. Pada bukaan katup gas konstan prosedur

pengukuran prestasi mesin adalah :

1. Atur katup gas pada posisi tertentu maka putaran poros akan naik.

2. Motor mulai dibebani dengan mengatur beban pada dinamometer-brake sampai

pada putaran tertentu

3. Setelah keadaan alat uji dalam keadaan stabil, dilakukan pengamatan terhadap

parameter – parameter sebagai berikut :

a. Putaran poros, n (rpm)

b. Pembebanan pada rem, F (kgf)

c. h manometer tabung-U (mm)

d. Waktu pemakaian bahan bakar (second)

e. Temperatur gas buang (C)

f. Temperatur air masuk radiator (C)

g. Temperatur air keluar radiator (C)

h. Volume aliran air masuk radiator setiap waktu 10 detik (liter)

4. Selanjutnya putaran motore dapat dinaikkan dengan mengurangi beban pada

Dinamometer-brake.

5. Data dapat diambil pada putaran motor yang berbeda-beda. Posisi katup

konstan.


6. Untuk posisi katup gas berubah, cara pengujian dan pengukuran sama dengan

diatas.

7. Setelah pengujian selesai. Catat tekanan dan temperatur udara sekeliling.

8. Matikan motor dengan menekan tombol OFF pada panel instrumen.

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan

NoPutaran

(rpm)Beban (Kg)

BahanBakarΔH

(mm)

Air Pendingin Gas Buang

(°C)Volume

(ml)t

(detik)Tin

(°C)Tout

(°C)Volume

(m3)t

(detik)1 1400 1,5 10 19,4 1 67 60 0,005 19,4 1972 1600 1,3 10 19,3 1 67 61 0,005 19,3 2263 800 1,8 10 16,5 1 67 61 0,004 16,5 2484 2000 2 10 15,9 1 68 56 0,005 15,9 2655 2200 1,75 10 12,3 1 69 62 0,007 12,3 2846 2400 1,8 10 11,5 1 70 63 0,007 11,5 3347 2600 1,5 10 10,2 1 73 65 0,003 10,2 370


4.2 ContohPerhitungan.

Data ke-7

Data perhitungan :

n = 2600rpm m = 1.8 kg Volume bahanbakar = 10 ml Waktu (t) = 11.5 s

Tin air = 70 °C = 343 K

Tout air = 63 °C = 336 K

tgas buang = 370

°C D = 80.5

S = 73 mm

a = 0.5Z = 4

T1 =27 oC = 300 K

F = m.g= 1.8 kg.9.81 m/s= 17.64 Nm

A. Torsi Mesin( T )T=F.L L=0.175mT=14.715N.0.175m=3,09Nm

B. Dayaporosefektif (Ne)

Ne=T2π

xnx10�360

Ne=3.09 Nm2x3.14x2600rpm

.10�3= 7.416KW60s

C. Tekananefektif rata-rata.

D = 80.5 mm, S = 73 mm

VL= 0.785 (80.5)2.73 = 371350 mm


D. Pemakaianbahanbakar, mbh.

E. Lajualiranmasaudara (mu)

G. Perbandinganbahanbakarudara

H. Efesiensivolumetrik (ηv)

I. Efesiensitermal.


1pu

J. Kesetimbangan energya. Energimasuk

� Energibahanbakar

� EnergiUdaraMasuk

b. EnergiKeluar

� Energi gas buang

� Energi Air pendingin.

Energiporosefektif

Hne = Ne = 0.378 kW

Energi yang Hilang


4.3 Data perhitungan


4.4 Grafik


4.5 Analisa dan pembahasan

Setelahdiakukan data tentang motor bakarbensin,

makadarisanaadabeberapahal yang perlu kami

lakukananalisadanpembalasannya.

Berdasarkan data yang diperolehdariasisten,

kemudiandilakukanperhitungan

dandiperolehgrafikmakadapatdianalisasebagaiberikut :

1. Dayaporosvsputaran

Semakinnaiknyaputaranmesinmakadayaporosjuganaik.Putaran motor

yang besarakanmenghasilkangerakanbolak-balik piston yang

cepatdanakibatnyaputaranporosengkoljugasemakinbesar.

Putarandariporosengkoliniakanditransmisikanmenjaditorsidan

nantinyaakanmenghasilkandaya.Torsi yang

besarakanmenghasilkandayamesin yang besarjuga.

Namunpadapraktikuminidayatertinggiterletakpada data kedua.Hal

inidisebabkanolehkesalahanmembacabebanpadasaatpengujiansehingga

berpengaruhpadaperhitungan torsi.

2. Dayaporosvslajupemakaianbahanbakar

Semakinbesardayaporosmakalajupemakaianbahanbakarmakinbesar.Un

tukmenghasilkansatuputaran, motor harusmelakukansatu kali

pembakaranbahanbakardanudara, jikaputaransemakinbanyakmaka

proses pembakaranjugasemakincepatterjadi.

Sehinggalajualiranmasabahanbakar yang dibutuhkanuntuk proses

pembakaranjugasemakinbesar. Hal inidapatdilihatpadapersamaan

Ne = ɳth. mf. LHV

Namunpadagrafikterlihatkurva yang berfluktuasi. Hal

inidiakibatkankesalahansaatmenghitunglajupemakaianbahanbakar.


3. Dayaporosvsefisiensi

Hubunganantaradayaporosdanefisiensitermaladalahberbandingluruskar

enasesuaidenganrumus yang adayaitu :Untukmendapatkanefisiensi

yang tinggimakabutuhdaya yang besardan

butuhputarantinggiuntukmencapainya.

Semakinbesardayaporosmakaefisiensitermal motorjugamakinbesar

4. Putaranvspemakaianbahanbakar

Lajualiranmassabahanbakar yang besarmenghasilkanputaran motor

yang besardandayaporos yang besarjuga. Namunpadapraktikum kali

inidiperoleh data yang berfluktuasi. Hal

inidisebabkanolehkesalahandalammenghitungwaktu yang

dibutuhkanuntukmengalirnyabahanbakar.

Sehinggalajupemakaianbahanbakarberfluktuasiseiringmeningkatnyapu

tranmesin.

5. Putaranvsefisiensitermal

Seiringnaiknyaputaranmakaefisiensijugasemakinnaik. Hal

initerjadikarenaefisiensitermalmerupakanfungsidayadibagikonsumsiba

hanbakar. Sedangkandayamerupakanfungsidariputarandan torsi.

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari percobaandanperhitungan yang dilakukandapatditarikkesimpulan:

1. Semakinbesarharga Ne makaenergi yang

hilangsemakinkecilsehinggaefisiensimakinbesar.

2. Semakinbesarputaran motor

makabukaankatupmakinbesarsehinggakonsumsibahanbakarsemakinbanyak.

3. Dayaporosberbandinglurusdenganputaran motor.

5.2 Saran

Adapun saran agar

praktikumselanjutnyadapatberjalanlebihbaikmakaperludiperhatikanyaitualatyangdi

gunakansaatpercobaanbenar-benardalamkondisibaiksehinggahasilpercobaan yang

diperolehlebihakurat. Diharapkan agar praktikantelitidalammelakukanpraktikum.

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, Fritz. 1993.”Turbin, Pompa dan Kompresor ”. Penerbit Erlangga. Jakarta

Team Asisten Laboratorium Bahan Bakar dan Otomotif. 2011. “Panduan Praktikum

PrestasiMesin”. JurusanTeknik Mesin FTUA. Padang

M. White, Frank. 1986. “Fluid Mechanic”. McGraw Hill. Singapore

LAMPIRAN

TURBIN PELTON

LABORATORIUM

TURBIN PELTON

LABORATORIUM

KONVERSI

ENERGI

i

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

LEMBAR ASISTENSI

DAFTAR ISI.................................................................................. i

DAFTAR GAMBAR ..................................................................... iii

DAFTAR TABEL .......................................................................... iv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.......................................................................... 1

2.2 Tujuan Percobaan ..................................................................... 1

2.3 Manfaat .................................................................................... 1


2.1 Pengertian Mesin Turbin dan Turbo......................................... 3

2.2 Jenis Turbin Secara Umum ....................................................... 3

2.2.1 Turbin Uap ............................................................. 3

2.2.2 Turbin Gas .............................................................. 4

2.2.3 Turbin Angin........................................................... 5

2.3 Turbin Air................................................................................. 7

2.3.1 Klasifikasi turbin air................................................... 7

2.3.2 Turbin Aksi (Impuls)...................................................8

2.3.2.1Turbin Pelton................................................ 9

2.3.2.2 Turbin Turgo ............................................... 11

2.3.2.3Turbin Crossflow .......................................... 12

2.3.2.4 Turbin Screw ............................................... 13

2.3.3 Turbin Reaksi .......................................................... 14

2.3.3.1 Turbin Francis ............................................ 15

2.3.3.2Turbin Kaplan ............................................. 16

2.3.3.2 Turbin Propeller......................................... 18

2.4 Prinsip Kerja dan Karakteristik Turbin Pelton ........................... 20

2.5 Segitiga Kecepatan ................................................................... 21

2.5.1.1 Turbin aksi...................................................................21

ii

2.5.1.2 Turbin reaksi........................................................ 21

2.5.2 sistem pembangkit tenaga listrik........................................ 22

2.6 kriteria pemilihan turbin............................................................ 24

2.6.1 Daerah Pengunaan Jenis – Jenis Konstruksi Turbin ........... 26

2.6 Kavitasi .................................................................................... 26

BAB III METODOLOGI

3.1 Peralatan (Gambar Alat) ........................................................... 28

3.2 Alat Ukur.................................................................................. 28

3.2.1 Tachometer ...................................................... 28

3.2.2 Head meter ...................................................... 28

3.2.3 Neraca pegas.................................................... 28

3.2.4 Stopwatch ........................................................ 28

3.3 Asumsi-Asumsi ........................................................................ 28

3.4 Prosedur Percobaan .................................................................. 29

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Percobaan......................................................................... 30

4.2 Contoh Perhitungan .................................................................. 30

4.3 Tabel Hasil Perhitungan............................................................ 32

4.4 Grafik Percobaan ...................................................................... 33

4.5 Analisa dan Pembahasan........................................................... 36

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan............................................................................... 38

5.2 Saran ........................................................................................ 38

DAFTAR PUSTAKA

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Turbin sederhana ......................................................... 3

Gambar 2.2 Turbin uap............................................................................... 4

Gambar 2.3 Turbin gas ............................................................................... 5

Gambar 2.4 Turbin angin............................................................................ 6

Gambar 2.5 Turbin angin sumbu horizontal ................................................ 6

Gambar 2.6 Turbin angin sumbu tegak ....................................................... 7

Gambar 2.7 Turbin Pelton dengan nozzle .................................................. 9

Gambar 2.8 Harga standar untuk perencanaan turbin Pelton .......................10

Gambar 2.9 Sudu turbin Turgo dan nozle ...................................................12

Gambar 2.10 Turbin Crossflow ....................................................................13

Gambar 2.11 Turbin Screw...........................................................................14

Gambar 2.12 Turbin Francis.........................................................................15

Gambar 2.13 Turbin Kaplan ....................................................................... .. 17

Gambar 2.14 Turbin Propeller ......................................................................19

Gambar 2.15 Segitiga kecepatan pada sudu turbin Impuls ............................21

Gambar 2.16 Segitiga kecepatan pada sudu turbin reaksi ..............................22

Gambar 2.17 Pembangkitan listrik tenaga air umumnya ...............................24

Gambar 2.18 Kurva pemilihan turbin............................................................25

Gambar 2.19 Pemilihan Turbin.....................................................................26

Gambar 2.20 Sudu turbin akibat Kavitasi .....................................................27

Gambar 3.1 Alat pengujian turbin Pelton....................................................28

DAFTAR TABEL

TABEL 2.1 Daerah Operasi Turbin berdasarkan Head.................................... 17

TABEL 2.2 Putaran Nominal beberapa Turbin................................................ 17

TABEL 2.3 Effisiensi Turbin........................................................................... 18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Untuk memutar generator pada PLTA, biasanya digunakan turbin air.

Dalam menentukan jenis turbin yng sesuai dengan kebutuhan, maka kita perlu

mengetahui karakteristik turbin itu. Dalam pratikum ini pratikan membahaas

tentang karakteristik dan prestasi dari turbin Pelton. Karakteristik yang dibahaas

meliputi besarnya Pm, Pa, s, t, dan Pj. Selain itu, kita juga membuat pedoman

pelaksanaan praktikum pengujian turbin Pelton. Dari hasil pengujian dan

pengolahan data, dibuatlah tabel perhitungan, grafik-grafik karakteristik turbin

Pelton yang meliputi :

Daya (Pa)

Kerja mekanik poros (Pm)

Efisiensi teoritik (ηj)

Efisiensi turbin (ηt)

Daya pancaran jet (Pj)

serta hasil analisa terhadap grafik karakteristik ikut dicantumkan.

1.2 Tujuan

1. Megetahui secara umum turbin dan jenis-jenisnya.

2. Memahami karakteristik dan prestasi dari turbin pelton.

1.3 Manfaat

Adapun manfaat yang didapat dari pegujian ini adalah agar praktikan lebih

mengetahui tentang prinsip kerja , prestasi serta karakteristik dari turbin pelton

dan turbin francis. Disamping itu juga praktikan juga dapat mengetahui tentang

jenis-jenis dari turbin air yang lain dengan berdasarkan pada klasifikasi tertentu.

Misalnya berdasarkan pada pemakaian dilapangan yaitu bagaimana didapat

prestasi yang baik meliputi efisiensi, kerja serta daya yang dihasilkan.

Universitas Andalas

Turbin Pelton 3Kelompok 15

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian turbin dan mesin turbo

Mesin turbo adalah suatu piranti yang memberi atau mengambil tenaga dari

fluida. Kalau memberikan tenaga disebut dengan turbin, sedangkan jika

sebaliknya disebut dengan pompa. Turbin merupakan suatu mesin turbo yang

mengkonversikan energi fludia (potensial/kinetik) menjadi energi mekanik untuk

menggerakkan poros pada generator yang menghasilkan energi listrik yang bisa

digunakan bagi manusia.

Gambar 2.1 Skema Turbin sederhana

(Sumber: www.google.co.id/images/turbin)

2.2 Jenis-jenis turbin secara umum

2.2.1 Turbin uap

Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi

potensial uap menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah

menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, lansung

atau dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan dengan mekanisme yang

akan digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap

dapat digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang industri, untuk

pembangkit tenaga listrik dan untuk transportasi.

Universitas Andalas


Pada perkembangannya, turbin uap ini mampu menggantikan peranan dari kerja

mesin uap piston torak. Hal ini disebabkan karena turbin uap memiliki kelebihan

berupa efisiensi termal yang besar dan perbandingan berat dengan daya yang

dihasilkan yang cukup tinggi. Pada prosesnya turbin uap menghasilkan gerakan

rotasi, sehingga hal ini sangat cocok digunakan untuk menggerakkan generator

listrik. Pada saat ini, sudah hampir 80% pembangkit listrik diseluruh dunia telah

menggunakan turbin uap.

Gambar 2.2 Turbin uap

(Sumber: www.google.co.id/images/turbin)

Aplikasi dari turbin uap :

- Pada pembangkit listrik tenaga uap

Siklus yang digunakan pada turbin uap yaitu siklus Rankine.

2.2.2 Turbin gas

Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya

seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan

dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk proses

pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar, energi panas

tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros,

sisa gas pembakaran yang keluar turbin menjadi energi dorong (turbin gas

pesawat terbang). Jadi, jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang bisa mengubah

energi panas menjadi energi mekanik atau dorong.

Universitas Andalas


Gambar 2.3 Turbin gas

(Sumber: http://rufinusnainggolan.wordpress.com/turbin-gas/)

Aplikasi turbin gas :

- Pembangkit listrik tenaga gas

- Mesin jet pesawat terbang

Siklus yang digunakan yaitu siklus Joule atau siklus Brayton.

2.2.3 Turbin angin

Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan

tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi

kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll.

Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara

Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.

Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi

kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan

menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun

sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi

pembangkit listrik konvensonal(Co: PLTD,PLTU,dll), turbin angin masih lebih

dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan

dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui(Co :

batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan listrik.

Universitas Andalas


Gambar 2.4 Turbin angin

(Sumber: www.google.co.id/images/turbin-angin)

Adapun jenis turbin angin yaitu:

Turbin angin sumbu horizontal

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan

generator listrik di puncak menara.

Gambar 2.5 Turbin angin sumbu horizontal

(Sumber: www.google.co.id/images/turbin-angin)

Turbin angin sumbu tegak (misalnya turbin angin Darrieus)

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di

dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses

untuk keperluan perawatan.

Universitas Andalas


Gambar 2.6 Turbin angin sumbu tegak (Sumber: www.google.co.id/images/turbin-angin)

2.3 Turbin air

2.3.1 Klasifikasi turbin air

Air yang mengalir mempunyai energi sehingga dapat digunakan untuk

memutar roda turbin. Turbin air merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk

mengubah energi hidro yang dimiliki air menjadi energi listrik. Ada banyak

keuntungan yang diberikan dalam penggunaan turbin air, diantaranya memiliki

efisien yang tinggi, fleksibel dalam operasionalnya, mudah dalam perawatan dan

tidak menghasilkan polutan yang dapat merusak atmosfer.

Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial,

tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros.

Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik.

Berdasarkan prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua kelompok:

Universitas Andalas


1. Turbin Impuls

2. Turbin Reaksi

2.3.2 Turbin Aksi (Impuls)

Pada turbin ini proses ekspansi fluida (penurunan tekanan fluida) hanya

terjadi pada sudu-sudu tetap, contohnya turbin pelton, turbin turgo, turbin

crossflow, turbin screw. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada

nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin.

Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi

perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin

impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nozel

tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi

tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi

kecepatan.

Sudu Tetap (fixed blade)

Sudu merupakan bagian dari turbin dimana konversi energi terjadi. Sudu

terdiri dari bagian akar sudu, badan sudu dan ujung sudu. Sudu kemudian

dirangkai sehingga membentuk satu lingkaran penuh. Sudu-sudu tetap dipasang

melingkar pada dudukan berbentuk piringan yang disebut diapragma. Pemasangan

sudu-sudu tetap ini pada diapragma menggunakan akar berbentuk T sehingga

memberi posisi yang kokoh pada sudu. Diapragma terdiri dari dua bagian (atas

dan bawah) dan dipasang pada alur-alur yang ada didalam casing. Setiap baris

dari rangkaian sudu-sudu tetap ini membentuk suatu lingkaran penuh dan

ditempatkan langsung didepan setiap baris dari sudu-sudu gerak.

Sudu Gerak (Moving Blades)

Sudu Gerak adalah sudu-sudu yang dipasang di sekeliling rotor membentuk

suatu piringan (pengarah aliran fluida). Dalam suatu rotor turbin terdiri dari

beberapa baris piringan dengan diameter yang berbeda-beda, banyaknya baris

sudu gerak biasanya disebut banyaknya tingkat.

Universitas Andalas


2.3.2.1 Turbin Pelton

Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari

satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu

atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin

air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk

head tinggi.

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu

dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu

dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan

pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk

turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa

nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu

lebih kecil.

Gambar 2.7 Turbin Pelton dengan nozzle

(Sumber : http://psstla.blogspot.com/2007/03/plta-pembangkit-listrik-tenaga-air.html)

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih

kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.

Untuk turbin Pelton dengan daya kecil, debit bisa diatur hanya dengan

menggeser kedudukan jarum sudu. Untuk instalasi dengan daya yang lebih besar,

harus menggunakan dua atau lebih sistem pengaturan nosel. Hal ini dimaksdukan

untuk menghindari terjadinya tekanan tumbukan yang besar dalam pipa pesat

Universitas Andalas

Turbin PeltonKelompok 15

yang timbul akibat penumpukan nosel secara tiba

berkurang secara tiba-tiba pula.

Jumlah nosel tergantung pada bilangan spesifik n

dirumuskan sebagai berikut :

dimana : n = putaran poros turbin (rpm)

Q = debit aliran (m

H = besar head total (m)

Gambar 2.

(

Roda jalan pada turbin berbentuk pelek (rim) dengan sejumlah sudu

disekelilingnya. Pelek ini dihubungkan dengan poros dan seterusnya akan

menggerakan generator. Sudu turbin Pelton berbentuk elipsoida atau disebut juga

dengan bucket dan ditengahnya mempun

dibuat sedemikian rupa dimaksdukan agar putaran air dapat membalik dengan

baik dan membebaskan sudu dari gaya samping.

Universitas Andalas

yang timbul akibat penumpukan nosel secara tiba-tiba saat beban dari turbin

tiba pula.

nosel tergantung pada bilangan spesifik nq dari turbin Pelton, dapat

dirumuskan sebagai berikut :

nq75,0

5,0

H

Qn

dimana : n = putaran poros turbin (rpm)

Q = debit aliran (m3/s)

H = besar head total (m)

Gambar 2.8 Harga standar untuk perencanaan turbin Pelton

(Sumber : www.google.co.id/images/turbin-pelton)




dan ditengahnya mempunyai pemisah air (splitter). Bentuk sudu


baik dan membebaskan sudu dari gaya samping.

10

tiba saat beban dari turbin

dari turbin Pelton, dapat

Harga standar untuk perencanaan turbin Pelton




yai pemisah air (splitter). Bentuk sudu


Universitas Andalas


Prinsip Kerja Turbin Pelton

Air jet kecepatan tinggi muncul bentuk nozel mogok ember di

splitter, ditempatkan di tengah-tengah ember, dari mana jet dibagi menjadi dua

aliran yang sama. Aliran sungai ini sepanjang kurva bagian dalam ember dan

biarkan berlawanan arah dengan yang jet masuk. Jet air yang tinggi kecepatan

menjalankan roda Turbin Pelton diperoleh dengan memperluas air tekanan tinggi

melalui nozel ke tekanan atmosfer. Air bertekanan tinggi dapat diperoleh dari

badan air yang terletak di ketinggian beberapa atau aliran air yang mengalir

menuruni bukit. Perubahan momentum (arah serta kecepatan) aliran air

menghasilkan impuls pada bilah roda Pelton Turbine. impuls ini menghasilkan

torsi dan rotasi di batang Turbin Pelton. Untuk mendapatkan hasil optimal dari

Turbin Pelton impuls yang diterima oleh pisau harus maksimal. Untuk itu,

perubahan momentum aliran air harus maksimal. Yang diperoleh ketika aliran air

dibelokkan berlawanan arah yang menyentuh ember dan dengan kecepatan yang

sama relative terhadap ember.

Aplikasi dari turbin pelton yaitu pada pembangkit listrik tenaga air.

2.3.2.2 Turbin Turgo

Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti

turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda.

Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin

turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung

dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan

biaya perawatan.

Universitas Andalas


Gambar 2.9 Sudu turbin Turgo dan nozle

(Sumber : www.google.co.id/image/turbin-turgo)

Aplikasi dari turbin turgo adalah :

- Pembangkit listrik tenaga air

- Pembangkit listrik tenaga mikro hidro

2.3.2.3 Turbin Crossflow

Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin

Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin

Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow.

Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan

head antara 1 s/d 200 m.

Gambar 2.10 Turbin Crossflow

(Sumber : www.google.co.id/image/turbin-turgo)

Universitas Andalas


Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya

sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu

sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir

keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat

masuk) kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu

yang dipasang pada sepasang piringan paralel.

Aplikasi Turbin Crossflow adalah :


2.3.2.4 Turbin Screw

Adapun prinsip kerja dari turbin ini dimana tekanan dari air yang melalui

bilah-bilah sudu turbin mengalami penurunan tekanan sejalan dengan penurunan

kecepatan air akibat adanya hambatan dari bilah –bilah sudu turbin maka tekanan

ini akan memutar turbin dan mengerakan generator listrik setelah sebelumnya

daya putaran poros ditransmisikan melalui gearbox.

Adapun keuntungan turbin screw dibandingkan dengan

jenis turbin lain adalah :

Biaya konstruksinya yang efisien.

Konstruksi bendungan dan pintu air yang sederhana.

Tidak menganggu ekosistem ikan.

Umur turbin lebih tahan lama jika dioperasikan dengan

putaran rendah.

Mudah untuk melakukan perawatan dan inspeksi pada turbin.

Tidak membutuhkan draft tube, sehingga dapat mengurangi

pengeluaran untuk penggalian pemasangan draft tube.

Penggunaan unit peralatan standar dan generator standar

dengan biaya yang rendah.

Memiliki efisiensi yang tinggi, dengan variasi debit yang

besar dan sangat baik untuk debit air yang kecil.

Universitas Andalas


Mudah pengoperasiannya dan biaya pemeliharaan yang

rendah.

Gambar 2.11 Turbin Screw

(Sumber : www.google.co.id/image/turbin-Screw)

Aplikasi trubin screw yaitu juga ada pada pembangkit listrik tenaga

air.

2.3.3 Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan

terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini

memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat

berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai

turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada

dalam rumah turbin.

2.3.3.1 Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang

diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di

bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah

mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat

merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat

Universitas Andalas


diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan

sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.

Gambar 2.12 Turbin Francis

(Sumber : http://hendri168.files.wordpress.com/2009/02/turbin-air-utk-website.doc)

Efisiensi dari turbin Francis

Energi potensial dari air tidak seluruhnya dapat dikonversikan menjadi

energi mekanik poros turbin. Hal ini dikarenakan adanya kerugian energi seperti :

1. Kerugian energi akibat gesekan antara air dengan dinding

saluran penghantar.

2. Kerugian energi akibat gesekan antara air dengan permukaan

sudu-sudu roda jalan.

3. Kerugian energi akibat kebocoran dan gesekan poros turbin

dengan dengan bantalan.

Aplikasi :


1. Daya Teoritis Turbin Francis

Lth = dd HQ

HQ

222,06075

Dimana : = berat jenis air = 998 kg/m3

Hd = head aliran air

Universitas Andalas


2. Daya Aktual Turbin Francis

Lb = WnWnL

41081,16075

2

Dimana : L = panjang lengan rem prony = 0,13m

N = putaran poros turbin, rpm

W = berat rem prony

3. Efisiensi Turbin Francis

th

n

L

L

2.3.3.2 Turbin Kaplan

Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin

ini tersusun dari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya

mempunyai tiga hingga enam sudu.

Gambar 2.13 Turbin Kaplan


Masing-masing jenis turbin memiliki karekteristik yang berbeda dengan yang

lainnya, begitu juga dengan penggunaanya. Agar menghasilkan daya yang optimal

maka harus dipilih turbin dengan karakteristik yang benar. Berikut adalah daerah

operasi/penggunaan turbin untuk karakteristik tertentu :

Universitas Andalas


Tabel 2.1 Daerah Operasi Turbin berdasarkan Head

Jenis Turbin Variasi Head, m

Kaplan dan Propeller 2 < h < 20

Francis 10 < h< 350

Pelton 50 < h < 1000

Crossfiow 6 < h< 100

Turgo 50 < h< 250

Tabel 2.2 Putaran Nominal beberapa Turbin

Jenis Turbin Putaran Nominal, N

(rpm)

Semi Kaplan, single regulated 75-100

Kaplan, double regulated 75-150

Small-medium Kaplan 250-700

Francis (medium & high head) 500-1500

Francis (low head) 250-500

Pelton 500-1500

Crossflow 100-1000

Turgo 600-1000

Tabel 2.3 Effisiensi Turbin

Jenis Turbin Effisiensi / η

Kaplan dan Propeller 80% - 90%

Francis 80% - 90%

Pelton 80% - 85%

Aplikasi turbin Kaplan :

- Pembangkit listrik Mikro hidro

Universitas Andalas


2.3.3.3 Turbin Propeller

jenis dan-jenis dan turbin Secara umumThe turbin baling-baling dasar

terdiri dari baling-baling, mirip dengan baling-baling kapal, dipasang di dalam

kelanjutan dari tabung penstock. Poros turbin berlalu keluar tabung pada titik di

mana tabung perubahan arah. baling-baling biasanya memiliki 3-6 pisau, tiga

dalam kasus unit kepala yang sangat rendah dan aliran air diatur oleh pisau statis

atau pintu putar ("gerbang gawang") hanya hulu baling-baling. Jenis turbin

propeller dikenal sebagai pisau turbin aliran aksial tetap karena sudut pitch dari

baling-baling tidak dapat diubah. Efisiensi bagian-aliran turbin baling-baling pisau

tetap cenderung sangat miskin.

Gambar 2.14 Turbin Propeller


Perbedaan turbin Kaplan dan turbin Propeller

Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan cara kerjanya

menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan

baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk

menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan

gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda

dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar

posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin . Turbin Kaplan banyak

dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini

Universitas Andalas


mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang

tahun. Turbin Kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran

roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi

pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini

dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban

yang ada.

2.4 Prinsip kerja dan karakteristik turbin pelton

Prinsip Kerja Turbin Pelton

Air jet kecepatan tinggi muncul bentuk nozel mogok ember di splitter,

ditempatkan di tengah-tengah ember, dari mana jet dibagi menjadi dua aliran yang

sama. Aliran sungai ini sepanjang kurva bagian dalam ember dan biarkan

berlawanan arah dengan yang jet masuk. Jet air yang tinggi kecepatan

menjalankan roda Turbin Pelton diperoleh dengan memperluas air tekanan tinggi

melalui nozel ke tekanan atmosfer. Air bertekanan tinggi dapat diperoleh dari

badan air yang terletak di ketinggian beberapa atau aliran air yang mengalir

menuruni bukit. Perubahan momentum (arah serta kecepatan) aliran air

menghasilkan impuls pada bilah roda Pelton Turbine. impuls ini menghasilkan

torsi dan rotasi di batang Turbin Pelton. Untuk mendapatkan hasil optimal dari

Turbin Pelton impuls yang diterima oleh pisau harus maksimal. Untuk itu,

perubahan momentum aliran air harus maksimal. Yang diperoleh ketika aliran air

dibelokkan berlawanan arah yang menyentuh ember dan dengan kecepatan yang

sama relative terhadap ember.

Universitas Andalas


2.5 Segitiga kecepatan

2.5.1.1 Turbin Aksi

Gambar 2.15 Segitiga kecepatan pada sudu turbin Impuls(Sumber : www.google.co.id/image/segitiga-kecepatan-turbin)

Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang

menumbuk sudu turbin. Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat

membantu alam pemahaman proses konversi pada sudu-sudu turin uap atau pada

jenis turbin yang lain. Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai

berikut

U1 = Kecepatan tangensial di sudu

W1 = Kecepatan absolut fluida

C1 = kecepatan relatif fluida

U2 = Kecepatan tangensial meninggalkan sudu

W2 = Kecepatan absolut fluida meninggalkan sudu

C2 = kecepatan relatif fluida meninggalkan sudu

θ = sudut nosel

Universitas Andalas


φ = sudut masuk sudu

δ = sudut keluar sudu

γ = sudut keluar fluida

2.5.1.2 Turbin Reaksi

Gambar 2.16 Segitiga kecepatan pada sudu turbin reaksi(Sumber : www.google.co.id/image/segitiga-kecepatan-turbin)

2.5.2 Sistem pembangkit tanaga listrik

Pembangkit adalah tempat dibangkitkannya energi listrik peralatan utama

pada pembangkit adalah turbin dan generator. Pembangkit berfungsi untuk

mengkonversikan sumber daya energi primer menjadi energi listrik.

Pusat pembangkit listri konversional mencakup

- Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

- Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA

- Pusat Listrik Tenga Gas (Gas)

- Pusat Listrik Tenga Diesel (PLTD)

Disamping pembangkit listrik konversional masih ada pembangkit listrik

non konversional seperti :

Universitas Andalas


- Pembang Listrik Tenaga Angin

- Pembangkit Listrik Tenaga Matahari

Sebagai contoh pembangkit listrik tenaga air :

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu pembangkit

listrik yang menggunakan energi terbarukan berupa air. Salah satu keunggulan

dari pembangkit ini adalah responnya yang cepat sehingga sangat sesuai untuk

kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan. Selain kapasitas

daya keluarannya yang paling besar diantara energi terbarukan lainnya,

pembangkit listrik tenaga air ini juga telah ada sejak dahulu kala. Berikut ini

merupakan penjelasan singkat mengenai pembangkit listrik tenaga air serta

keberadaan potensi energi air yang masih belum digunakan.

Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi energi

mekanik dan kemudian biasanya menjadi energi listrik. Air mengalir melalui

kanal (penstock) melewati kincir air atau turbin dimana air akan menabrak sudu-

sudu yang menyebabkan kincir air ataupun turbin berputar. Ketika digunakan

untuk membangkitkan energi listrik, perputaran turbin menyebabkan perputaran

poros rotor pada generator. Energi yang dibangkitkan dapat digunakan secara

langsung, disimpan dalam baterai ataupun digunakan untuk memperbaiki kualitas

listrik pada jaringan.

Jumlah daya listrik yang dapat dibangkitkan pada suatu pusat pembangkit

listrik tenaga air tergantung pada ketinggian (h) dimana air jatuh dan laju aliran

airnya. Ketinggian (h) menentukan besarnya energi potensial (EP) pada pusat

pembangkit (EP = m x g x h). Laju aliran air adalah volume dari air (m3) yang

melalui penampang kanal air per detiknya (q m3/s). Daya teoritis kasar (P kW)

yang tersedia dapat ditulis sebagai:

Daya yang tersedia ini kemudian akan diubah menggunakan turbin air

menjadi daya mekanik. Karena turbin dan peralatan elektro-mekanis lainnya

memiliki efisiensi yang lebih rendah dari 100% (biasanya 90% hingga 95%), daya

Universitas Andalas


listrik yang dibangkitkan akan lebih kecil dari energi kasar yang tersedia. Gambar

1 menunjukkan pusat pembangkit listrik tenaga air pada umumnya.

Gambar 2.17 Pembangkitan listrik tenaga air umumnya

(Sumber : www.google.co.id/image/PLTA)

2.6 Kriteria pemilihan turbin

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan

kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat

spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan

mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem

operasi turbin, yaitu :

1. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller

sangat efektif beroperasi pada head rendah.

2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia.

Universitas Andalas


3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan

crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan

sistem tidak beroperasi.

4. Daya yang dihasilkan pancaran jet

5. Kerja mekanik poros

6. Efisiensi turbin

7. Kecepatan spesifik

Gambar 2.18 Kurva pemilihan turbin

(Sumber : www.google.co.id/image/kurva-pemilihan-turbin)

Penjelasan Kurva Pemilihan turbin

Pemilihan turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan

turbin. Sebagai contohnya dapat kita lihat pada kurva pemilihan turbin. Apabila

Flow dan Heat turbin memasuki ruang lingkup garis biru saja maka turbin

tersebut cocok untuk turbin Kaplan, dan apabila Flow dan Heat turbin memasuki

ruang lingkup kuning dan biru maka cocok untuk turbin francis dan turbin

Kaplan, begitu juga dengan garis merah cocok untuk turbin Pelton.

Universitas Andalas


2.6.1 Daerah Pengunaan Jenis – Jenis Konstruksi Turbin

Pada gambar berikut akan kelihatan daerah penggunaan jenis – jenis turbin.

Pokok utama pada gambar adalah adanya daerah penggunaan tipe turbin.

Gambar 2.19 Pemilihan Turbin

Daerah yang dibatasi dengan garis terdapat banyak jenis turbin yang dibuat,

jadi sebenarnya garis tersebut sudah bukan merupakan garis batas lagi. Karena

ada turbin yang titik muatan beban penuhnya ( titik pada kondisi beban

maksimum turbin )terletak di bawah atau di atas daerah yang diberi tanda. Titik

beban penuh turbin dapat juga memang terletak di bawah daerah tersebut, bila dari

kondisi tempat membutuhkan pemasangan turbin dengan tinggi khusus dan

berdasarkan alas an untuk menghindari kavitasi sehingga dengan demikian harus

dipilih kecepatan spesifik yang kecil.

2.7 Kavitasi

Suatu cairan akan mendidih pada temperatur dimana tekanan sekitarnya di

bawah tekanan uap air.

Akibat dari mendidih tersebut akan terbantuk kantong kantong uap ( hal ini

berbeda / tidak terjadi pada sebahagian besar atau keseluruhan cairan fluida

tersebut mendidih ).

Universitas Andalas


Gambar 2.20 Sudu turbin akibat Kavitasi

(Sumber : http://gunawananeva.wordpress.com/2009/11/20/kavitasi/)

Bila gelembung uap udara terbawa kedalam daerah yang bertekanan lebih

tinggi , maka gelembung udara tersebut akan pecah dan disekitar cairan tersebut

akan mengalir dengan cepat untuk mengisi rongga kekosongan yang terjadi

akibat pecahnya gelembung udara tersebut.

Kejadian dan kegiatan tersebut akan menimbulkan adanya dorongan

yang mengakibatkan tekanan setempat yang lebih tinggi, serta dapat

menyebabkan permukaan disekitarnya akan berlobang atau cacat .Gejala tersebut

disebut atau dikenal dengan kavitasi.

Jika kavitasi timbul pada turbin air yang sedang berjalan , maka akan

terjadi gejala gejala yang berbahaya pada turbin dengan akibat :

Menurunnya effisiensi

Kedengaran suara berisik

Timbulnya getaran

Dalam turbin air kavitasi terjadi terutama dibagian sudu rotor yang

menghisap air ( runner ) dan pipa lepas ( draf tube ).

Universitas Andalas


BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan Pengujian Turbin Pelton

Gambar 3.1 Alat pengujian turbin Pelton

3.2 Alat Ukur

Alat ukur yang digunakan dalam pengujian :

1. Tachometer

2. Head meter

3. Neraca Pegas

4. Stopwatch

3.3 Asumsi-Asumsi

Dalam pengujian ini ada beberapa asumsi yang diambil, yaitu:

1. Aliran tunak dan seragam

2. Fluida inkompresibel

Universitas Andalas


3. Tidak ada rugi akibat gesekan

3.4 Prosedur Percobaan

. Prosedur Percobaaan Turbin Pelton

1. Letakkan perangkat turbin pelton diatas hydraulik bench dan hubungkan

dengan pipa supply dari hydraulik bench.

2. Proses pengambilan data sebagai berikut :

Tutup saluran buang pada hydraulik bench.

Hidupkan pompa (catt : sabuk rem torsi tidak menyentuh pulley

pada turbin)

Variasikan head dengan mengatur katup jarum nosel pada turbin

pelton (pada bukaan katup pompa yang sama)

Setiap variasi head, catat waktu dan putaran turbin setiap kenaikan

volume yang ditentukan. Dan pada saat sudah mencapai volume

yang ditentukan, pasang sabuk rem torsi pada pulley turbin dan

catat besar gaya yang terukur pada rem torsi.

Lakukan prosedur yang sama untuk variasi bukaan katup pompa.

Universitas Andalas


BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Tabel Data

Bukaan head n (rpm) F1 F2 Vol (m³) T (s)

1/2

3 135 1,8 5 0,005 20,465 200 1,3 5,6 0,005 24,897 248 1,5 5,2 0,005 25,819 264 1,5 5,3 0,005 29,1

11 280 2,9 5 0,005 30,61

penuh

3 172 1 4,3 0,005 20,625 213 0,5 4,7 0,005 20,787 248 0,7 4,7 0,005 21,079 268 0,7 4,5 0,005 22,6

11 275 1,6 5 0,005 24,37

4.2 Perhitungan

Untuk Bukaan Penuh

Head : 3 m

Putaran (n) : 172 rpm

Waktu : 20,62 s

ΔF : 4,3 - 1 = 3,3

Volume : 0,005 m3

1. Daya Air, Pa

Pa = HQg ... (watt)

= 997 kg/m3 . 9,81 m/s2 . s

m

62,20

10.5 33

. 3 m

= 7,11 watt

2. Daya yang dihasilkan pancaran jet, Pj

Pj = 2Vj

.g.Q.2g

(watt)

Vj = Cv gH2

Universitas Andalas


= 0,97 msm 3./81,9.2 )2

= 7,44 m/s

Pj = 997 . 9,81. s

m

62,20

10.5 33

. 81,9.2

33,55

= 6,69 watt

3. Kerja Mekanik Poros (Pm)

Pm = T . (watt)

T = rF. (N.m)

= 60

2 n

T = -0,099 N.m

= 60

172..2 = 18,0027 rad/s

Pm = T.

= -0,099 N.m . 18,0027 rad/s

= -1,78 watt

4. Efisiensi Turbin (T)

T = Pj

Pmx 100%

= 69,6

78,1x 100% = -26,62 %

5. Efisiensi Teoritik (j)

S = Pa

Pmx 100%

= 11,7

099,0x 100% = -25,05 %

Universitas Andalas


6. Kecepatan Spesifik (q)

nq = n.

= 172 . 75.0

5.05

)3(

)1044,7( = 1,55 rpm

4.3 Tabel Hasil Perhitungan

Bukaan ½

Bukaan Penuh

Universitas Andalas


4.4 Grafik

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

3 5 7 9 11

Pm

H

Daya Turbin (Pm) vs Head (H)

Bukaan penuh

Bukaan 3/4

Bukaan 1/2

Bukaan 1/4

-40.00%

-20.00%

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

140.00%

0 500 1000 1500

ηturbin

n

ηturbin vs Putaran (n)Bukaan 1/4 Bukaan 1/2 Bukaan 3/4 Bukaan penuh

Universitas Andalas


0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%

100.00%120.00%140.00%160.00%180.00%200.00%

3 5 7 9 11

ηturbin

H

ηturbin vs Head (H)

Bukaan penuh

Bukaan 3/4

Bukaan 1/2

Bukaan 1/4

0.00%

50.00%

100.00%

150.00%

200.00%

3 5 7 9 11

ηteoritik

H

ηteoritik vs Head (H)

Bukaan penuh

Bukaan 3/4

Bukaan 1/2

Bukaan 1/4

-40.00%

-20.00%

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

ηteo

ritik

n

ηteoritik vs Putaran (n)Bukaan 1/4 Bukaan 1/2 Bukaan 3/4 Bukaan penuh

Universitas Andalas


0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Pj

n

Daya Panjaran jet (Pj) vs Putaran (n)Bukaan 1/4 Bukaan 1/2 Bukaan 3/4 Bukaan penuh

Universitas Andalas


4.4 Analisa dan Pembahasan

Dari pengujian yang telah dilakukan, kami mendapatkan data-data diantaranya

head, putaran, ΔF, dan waktu. Setelah itu data-data tersebut digunakan untuk

menentukan beberapa hal yaitu:

Pa (daya air)

Pm (kerja mekanik poros)

j (efisiensi teoritik)

t(efisiensi turbin)

Pj (daya pancaran jet)

q (kecepatan spesifik)

Dari data dan hasil perhitungan kita dapat melihat karakteristik turbin pelton.

Karakteristik tersebut dapat kita lihat pada grafik yang diperoleh.

1. Grafik Daya turbin ( mP ) VS Head (H)

Dari grafik yang diperopleh dapat kita lihat karakteristik turbin pelton untuk

setiap variasi bukaan yang dilakukan. Dimana masing-masing bukaan

menunjukkan hal yang sama, tinggi head yang menghasilkan daya turbin

paling besar adalah 7 m. Dengan tinggi head semakin kecil dari 7 daya turbin

semakin kecil, demikian pila dengan tinggi head yang semakin besar dari 7 m.

Hal ini menunjukkan adanya head yang optimum untuk kerja turbin pelton,

dimana tinggi head tidak dapat terlalu kecil maupun terlalu besar.

2. Grafik Efisiensi turbin ( t ) VS Head (H)

Pada grafik Grafik Efisiensi turbin ( t ) tehadap tinggi Head juga dapat kita

lihat karakteristik turbin air jenis turbin pelton, dimana semakin tinnggi head

maka semakin rendah efisiensinya, hal ini berlaku untuk masing-masing

variasi bukaan. Namun dilihat dari grafik ada juga kecenderungan turun

efifsiensi apabila head terlalu kecil.

3. Grafik Efisiensi teoritik ( j )VS Head (H)

Efisiensi dapat dihitung secara teoritis dengan menggunakan persamaan

tertentu, hal yang sama dengan efisiensi turbin dimana semakin tinggi head

makan semakin rendah efisiensi teoritisnya.

Universitas Andalas


4. Grafik Efisiensi turbin ( t )VS Putaran (n)

Dari grafik efisiensi turbin terhadap putaran poros dapat dilihat adanya

kecenderungan dimana semakin tinggi putaran poros semakin semakin rendah

efisiensi turbinya.

5. Grafik Efisiensi teoritik ( j )VS Putaran (n)

Grafik efisiensi teoritis juga menunjukkan adanya karakteristik turbin pelton

dimana hampir sama dengan efisiensi aktulnya, dari grafik dapat kita lihat

terdapat putaran yang menghasilkan efisiensi paling tinggi yaitu sekitar 250

rpm, jadi ada putaran yang optimum untuk efisiensi yang maksimal.

6. Grafik Daya yang dihasilkan pancaran jet (Pj) VS Putaran (n)

Dari grafik ini dapat kita lihat daya yang dihasilkan pancaran jet yang semakin

tinggi akan menghailkan putaran yang semakin tinggi, hal ini juga berlaku

untuk masing-masing variasi bukaan.

Universitas Andalas


BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan praktikum yang telah di lakukan maka dapat disimpulkan bahwa :

Bukaan katup sangat berpengaruh terhadap besar debit yang di hasilkan

dimana makin besar bukaan katup maka makin besar pula debit yang di

hasilkan begitu juga sebaliknya.

Bila Headnya diperbesar mengakibatkan putaran sudu turbin makin tinggi

pula akibatnya kecepatan sudutnya ikut besar pula sehingga daya turbin

yang dihasilkan makin tinggi.

Kecepatan pancaran air akan semakin besar bila head yang diberikan

makin besar pula sehingga daya yang dihasilkan oleh pancaran jet akan

makin besar pula.

Kecepatan spesifik di pengaruhi oleh besar debit dan head yang di berikan

di mana makin besar headnya maka kecepatan spesifik akan semakin kecil

dan debitnya makin besar mengakibatkan kecepatan spesifinya ikut makin

besar pula.

5.2 Saran

Agar praktikum selanjutnya dapat berjalan dengan lebih baik, maka

diharapkan asisten membimbing pratikan dalam melakuan percobaan agar

menghinddari hal-hal yang tidak diinginkan dan mengkalibrasi alat ukur sebelum

digunakan.

Universitas Andalas


DAFTAR PUSTAKA

Team Asisten.2009. “Panduan Praktikum Sistem Energi”. Laboratorium

Konversi Energi. FT Unand : Padang

Yunus A, Cengel. 1989. “Thermodynamics an Engineering Approach”, Mc

Grawhill Book and Cooporation

Fritz Dietzel, Dakso Sriyono. 1980. “Turbin, Pompa, dan Kompresor”. Penerbit

Erlangga : Jakarta

Kompresor sorrr

Documents

Transcript of Kompresor sorrr