5
BAB 2
PRINSIP MESIN BERPUTAR
Mesin konversi energi (MKE) memiliki 2 komponen utama, yakni rotor
(bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam).
Perubahan energi :
Energi tekanan + energi kinetik yang dimiliki = energi mekanik pada
poros mesin.
Energi mekanik dari poros = energi tekanan + tekanan kecepatan pada
fluida yang berada di sekeliling poros tersebut.
Energi tekanan + energi kinetik = head fluida (energi spesifik fluida)
MKE yang menggunakan transformasi energi seperti saat ini adalah :
Turbin air
Turbin uap
Turbin gas
Pompa/kompresor
Energi tekanan dan energi kecepatan yang dimiliki oleh fluida ditunjukkan dalam
bentuk energi spesifik atau head fluida.
Energi mekanik pada poros ditunjukkan sebagai torsi yang bekerja pada poros
tersebut
Sudu-sudu
rumah
roda
poros segitiga kecepatan
6
Keterangan :
r1 = jari-jari sisi masuk (m)
r2 = jari-jari sisi keluar (m)
n = kecepatan putaran roda (rpm)
π = kecepatan sudut (rad/sekon)
V1= kecepatan absolute fluida sisi masuk (m/sekon)
U1= kecepatan keliling roda sisi masuk (m/sekon)
d1 = sudut fluida masuk, sisi masuk (antara V1 dan V2)
π½1 = sudut
v1 = kecepatan relatif sisi masuk (m/s)
Pada prinsipnya ada 3 komponen transformasi energi, yakni :
kecepatan aksial
kecepatan radial
kecepatan tangensial
persamaan :
(dm) V2 . R2 cos πΌ2 + π . dt = (dm) V1 . R1 cos πΌ1
π . dt = (dm)( V1 . R1 cos πΌ1 - V2 . R2 cos πΌ2)
Dimana :
dm = jumlah massa aliran (kj) dalam selang waktu (dt), waktu dalam detik
dm = π . V . A dt
= π . Q . dt dimana : π = rapat massa (kg/s)
Q = kapasitas aliran ( m3/s)
7
π . dt = π . Q . dt ( V1 . R1 cos πΌ1 - V2 . R2 cos πΌ2)
π = π . Q . ( V1 . R1 cos πΌ1 - V2 . R2 cos πΌ2)
power (E)
P = π . π (watt)
P = π . Q . ( V1 . R1 cos πΌ1 - V2 . R2 cos πΌ2) . π dimana : u = r . π
= π . Q . V1 . U1 cos πΌ1 - V2 . U2 cos πΌ2 u1 = r1 . π
= π . Q . (Vr1 . U1 - Vr2 . U2 ) dimana : V1 cos πΌ1 = Vr1
V2 cos πΌ2 = Vr2
PENGELOMPOKKAN MESIN β MESIN KONVERSI ENERGI
1. Mesin-mesin thermal
merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversikan atau mengubah
bentuk energi kimia/gas panas ke bentuk energi mekanik. Contoh: motor
bakar, turbin uap, turbin gas.
2. Mesin-mesin fluida
Merupakan mesin-mesin yang berfungsi menkonversi energi fluida ke
energi mekanik atau sebaliknya. Contoh : pompa, kompresor, turbin air,
kincir angin.
3. Mesin-mesin pembakaran dalam (ICE)
Merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversi bentuk energi
kimia atau gas panas ke bentuk energi mekanik. Dimana terjadi proses
pembakaran menjadi energi gas panas bertekanan di dalam ruangan yang
menjadi proses pembakarannya. Contoh : motor bakar.
4. Mesin-mesin pembakaran luar (ECE)
Merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversi bentuk energi
kimia atau gas panas ke bentuk energi mekanik. Dimana proses perubahan
energi bahan bakar ke energi gas panas dilakukan di luar mesin tersebut.
8
Contoh : turbin uap, mesin uap, turbin gas dalam sistem tenaga instalasi
turbin gas.
5. Mesin- mesin berputar (rotating machine)
Merupakan mesin-mesin yang berfungsi mengkonversi bentuk energi
fluida ke energi mekanik atau sebaliknya, dalam mengkonversi bentuk
mekanik ke energi spesifik fluida dengan menggerakkan elemen utama
(rotor) merupakan gerak berputar. Contoh : turbin air, turbin minyak,
pompa, kompresor, turbin gas, turbin uap.
6. Mesin gerak bolak-balik
Merupakan mesin yang berfungsi mengubah energi fluida ke energi
mekanik atau sebaliknya dengan menggerakkan elemen utamanya
(piston/torak) dengan gerakkan bolak-balik. Contoh : mesin uap, motor
bakar, pompa, kompresor.
9
BAB 3
POMPA
Pompa merupakan MKE yang mengkonversikan energi mekanik ke energi
spesifik (head fluida) yang tingkat wujudnya cair. Head pompa yaitu
menunjukkan kemampuan pompa mengangkat fluida untuk mencapai ketinggian
tertentu. Saat beroperasi head pompa ditunjukkan oleh besar beda tekanan antara
sisi hisap dan sisi tekan.
Menurut prinsip perubahan bentuk energi pompa dibedakan menjadi 2
kelompok, yakni :
Positif Displacement Pomp (bukan gerak putar). Contoh : pompa piston,
pompa roda gigi.
Dinamic Pomp (gerak putar),pompa psitif dan dinamik. Contoh : pompa
sentrifugal, pompa aksial.
Contoh-contoh pompa :
1. Pompa torak
Torak melakukan gerak isap, katup isap membuka, katup tekan tertutup,
sedang pada gerak tekan katup isap tertutup, katup tekan terbuka. Pompa
diproduksi untuk head (tinggi tekan) tinggi kapasitas aliran rendah,
aplikasinya untuk tenaga hidrolik, keperluan rumah tangga mengangkat
air.
2. Pompa roda gigi
Berputarnya 2 buah roda gigi berpasangan dalam rumah pompa akan
menghisap dan menekan fluida yang dipompa. Fluida yang mengisi
ruangan antara roda gigi (yang dibatasi oleh gigi-gigi dan rumah pompa)
ditekan ke sisi buang akibat diisi ruang antara gigi tersebut oleh gigi, roda
gigi pasangannya.
Roda gigi diproduksi untuk head tinggi, kapasitas aliran sangat rendah.
Aplikasinya pada pompa pelumas.
10
3. Pompa sentrifugal
Fluida dihisap pompa lewat sisi isap akibat berputarnya impeller yang
menghasilkan tekanan vacum pada sisi isap. Selanjutnya fluida yang
terisap terlempar keluar impeller akibat gaya sentrifugal yang dimiliki oleh
fluida itu sendiri dan selanjutnya ditampung oleh casing sebelum dibuang
ke sisi buang. Energi mekanis poros pompa diteruskan ke sudu-sudu
impeller kemudian sudu-sudu memberikan energi kinetik ke fluida akibat
adanya gaya sentrifugal yang bekerja pada fluida-fluida terlempar keluar
mengisi ruang casing dan diruang ini. Energi kinetik fluida sebagian besar
diubah menjadi energi tekan. Aliran fluida masuk ke pompa sentrifugal
arah aksial ke arah pompa impeller arah radial. Diproduksi untuk head
medium sampai head tinggi, kapasitas aliran medium, aplikasinya
digunakan proses pengisian.
4. Pompa aksial (pompa propeller)
Berputarnya impeller akan menghisap fluida dan menekan ke sisi tekan
arah aksial. Diproduksi untuk head rendah kapasitas aliran besar.
Aplikasinya untuk keperluan pengairan.
Dalam perhitungan energi pompa, dikenal dengan istilah-istilah :
a. Kavitasi, yaitu gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir
karena tekanan berkurang sampai dibawah tekanan uap jenuh. Contoh,
air pada tekanan 1 atm akan mendidih dan menjadi uap pada suhu 100
oC jika tekanan direndahkan maka akan mendidih pada temperatur
lebih rendah. Bila zat cair mendidih akan menimbulkan gelembung-
gelembung uap zat cair tersebut, dapat terjadi pada pompa/pipa-
pipanya. Pompa yang mengalami kavitasi akan menimbulkan suara
dan menimbulkan getaran dan menurunkan performa pompa.
Pencegahan kavitasi :
NPSH yang tersedia > NPSH yang direncanakan atau diperlukan,
dengan cara letak pompa terhadap permukaan zat cair harus dibuat
serendah mungkin, pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Tidak
diperkenankan memperkecil laju aliran sisi isap.
11
b. NPSH (Nit Positive Sesan Head)
Dipakai sebagai ukuran pompa terhadap kavitasi dengan tekanan, a)
pada kondisi lingkungan dimana pompa dipasang, b) tekanan yang
ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa. NPSH yang tersedia
yaitu head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa dikurangi
dengan tekanan uap jenuh zat cair ditempat tersebut.
ππππ =π· πππ
πΈβ
π· πππ
πΈΒ± π‘π³ β π‘ π₯π¨π¬π¬ππ¬
Dimana : h losses = h kerugian saat isap
πΎ = berat jenis = m . g
Perhitungan energi pompa
Kecepatan aliran pada pipa isap
ππ =Qi
Ai (m/s)
Kecepatan aliran pada pipa tekan
ππ‘ =Qt
At (m/s)
Kerugian head isap
ππ = fili.Vi .Vi
di .2g + β πΆπ
Vi .Vi
2g (m)
Kerugian head isap
ππ‘ = ftlt .Vt .Vt
dt .2g + β πΆπ‘
Vt .Vt
2g (m)
Heat pompa (Htot)
Htot = Hstatik + Hdinamik (m)
Head dinamic = hi + ht
Daya pompa
π =Ο .Q .g .Htot
60.efisiensi pompa (watt) jika Q dirubah sekon, maka 60 dihilangkan.
Energi pompa
πΈπππππ =N.t
efisiensi motor (Kwh)
12
KETERANGAN :
Qi = kapasitas waktu hisap
fi = koefisien gesek pipa
li = panjang pipa
Ci = berapa belokan atau jumlah belokan
di = diameter pipa
13
BAB 4
TURBIN AIR
Head waduk merupakan energi potensial spesifik air yang tersedia.
Kapasitas merupakan aliran waduk untuk turbin sebagai energi supply.
Saat beroperasi head turbin ditunjukkan oleh beda tekanan antara sisi isap
dan sisi tekan.
Komponen-komponen turbin air yang penting, adalah :
a. Sudu pengarah, biasanya bisa diatur untuk mengontrol kapasitas aliran
masuk turbin.
b. Roda jalan (runner turbin), yaitu bagian dimana terjadi peralihan
energi potensial fluida menjadi energi mekanik.
c. Poros turbin, bagian yang terdapat runner dan ditumpu dengan
bantalan radial dan bantalan aksial.
d. Rumah turbin, biasanya berbentuk keong atau spiral berfungsi untuk
mengarahkan aliran masuk sudu pengarah.
e. Pipa hisap, berfungsi mengalirkan air yang keluar turbin ke saluran
luar.
Menurut prinsip perubahan bentuk, energi dibedakan menjadi 2 kelompok,
yakni :
a. Turbin impulse
Disebut turbin tekanan konstan yaitu tekanan masuk = tekanan keluar.
Kecepatan masuk = kecepatan keluar. Contoh : turbin michele banky
(cross flow = arus melintang), turbin pelton, kincir air (water wheel).
b. Turbin reaksi
Turbin dengan tekanan berbeda, tekanan masuk >tekanan keluar,
kecepatan masuk < kecepatan keluar. Hal ini disebabkan karena
adanya percepatan yang ditimbulkan reaksi sudu-sudu jalan. Contoh :
turbin fransis, turbin propeller, turbin aksial, turbin kaplan.
Untuk pemilihan turbin dengan menentukan putaran spesifik dalam
operasinya (pengoperasiannya), yang dimaksud dengan putaran spesifik
(ns) yaitu sebagai putaran turbin dimana dibangkitkan daya sebesar satu
14
satuan daya dan pada tinggi jatuh (head) satu satuan tinggi jatuh. ns
memiliki satuan rpm, Kwm (kilowatt meter) secara dimensional, satuan ini
tidak cocok dengan satuan-satuan pada rumus.
ns = π§ (P)0,5
: (Hefektif)5/4
Hefektif = hgross-hlosses
1. Kincir air
Pancaran atau aliran air ditumbukkan ke mangkok-mangkok pada roda
putar, terjadi perubahan energi kinetik ke energi mekanik. Penggunaan
pada head dan kapasitas kecil, sekitar 1 KW β 3KW
2. Turbin M. Banky (cross flow)
Terdiri dari sebuah roda jalan (runner) menyerupai sangkar tupai dan
pipa pancar (nozzel). Roda jalan dikonstruksi dari bilah-bilah sudu dari
pipa yang dipotong ke arah membujur, dipasang pada dua piringan
dengan di las atau di baut. Digunakan pada head rendah sampai
menengah (20m), kapasitas 5 m3/s. Konstruksi sederhana putaran
cukup tinggi, efisiensi cukup stabil pada perubahan bahan sampai 40%
dipasang pada posisi poros horizontal. Karena termasuk turbin impuls,
maka harus dipasang diatas permukaan air bawah.
3. Turbin pelton
Termasuk turbin impuls, dipasang pada kedudukan posisi vertikal
maupun horizontal, terdiri dari runner dan nozzel. Runnernya dari
poros piringan tangkai mangkok ke mangkok-mangkok, sedangkan
nozzel terdiri dari pipa nozzel dan pembelok arah pancaran deflektor.
Digunakan untuk potensi hidro dengan head tinggi diatas 30 m,
kapasitas aliran kecil, putaran operasinya tinggi, efisiensi tinggi pada
perubahan beban sampai 40%.
4. Turbin fransis
Dipasang pada poros vertikal maupun horizontal, terdiri dari runner,
sudu pengarah (guide blade) dan rumah/casing (bentuk keong). Runner
terdiri dari poros dan sudu yang berbentuk 3 dimensi, sudu pengarah
15
memiliki bentuk serupa sudu turbin, digunakan untuk potensi hidro
head menengah sampai 100 m, kapasitas aliran sampai puluhan m3.
Putaran tinggi, efisiensi tinggi didekat kapasitas maximum.
Power turbin air
P = π . g . Q .(hgross-hlosses).efisiensi turbin (watt)
Dimana π . g = massa
Torsi
π = 30 P
Ο.n (Nm)
Dimana : π = P
Ο dan Ο =
2Ο.n
60
Energi yang dibangkitkan turbin air
E = P . t . efisiensi generator . efisiensi transmisi (Wjam atau KWh)
Putaran spesifik
ns = n (P)0,5
: (Hefektif)5/4
16
BAB 5
MOTOR BAKAR
Motor bakar merupakan mesin yang mengubah energi termis menjadi
energi mekanis.
Energi kimia β Energi termis β Energi mekanis
Energi kimia didapat dari pembakaran bahan bakar yang dilakukan
didalam mesin (ICE).
Proses : mengubah energi termis menjadi energi mekanis melakukan
proses isap, kompresi, kerja dan buang.
Vc TMA
TMB
VL
Keterangan : TMA = titik mati atas
TMB = titik mati bawah
VL = volume langkah
Vc = volume compresi
Volume silinder = VL + Vc
1. Proses kerja
a. 2 tak : dalam melakukan proses bergerak hanya melakukan 2x
gerakan (langkah piston/torak), 1x putaran engkol. Isap + kompresi
= 1 langkah, usaha + buang = 1 langkah.
b. 4 tak : 4x langkah, 2x putaran
17
2. Ciri-ciri
a. Motor 2 tak : - tidak menggunakan klep
- ada saluran pembilas
- diatas piston tidak datar, sedikit cembung/terdapat
lengkungan supaya tidak banyak gas yang terbuang.
b. motor 4 tak : - ada klep (katup)
- membuka atau menutupnya katup ada hubungannya
dengan kerja mesin.
- tidak ada oli samping
- ada rantai kamprat
- busi menyamping
Pada motor :
- Kerugian panas = efisiensi termis
- Kerugian isi = efisiensi volumetris
- Kerugian mekanik = efisiensi mekanis (misal: gesekan)
3. Bahan bakar : a) diesel, b) bensin (injeksi(EFI), karburator)
4. Konstruksi :vertikal, horizontal, W, V, bintang
5. Pemakaian : a) stasioner ;b) non stasioner
Kandungan panas gas
Qgas = m . LHV (kJ)
Usaha motor
U = F . L (kJ)
F = P . A dimana A = Ο
4 D
2
U = P . Ο
4 D
2 . L (kJ)
Keterangan :
F = gaya pada piston (N)
L = langkah piston (m)
A = luas penampang (m2)
18
D = diameter piston (m)
P = tekanan rata-rata pada silinder (Pa)
Daya : energi per satuan waktu (usaha)
N = U
π‘ =
P . Ο
4 D2 .L .i
60
n .z
= P .
Ο
4 D2 .L .n .i
60 .z (watt)
Keterangan :
i = jumlah silinder (buah)
z = jumlah langkah (4tak=2, 2tak=1)
Daya yang dihitung berdasarkan tekanan indikator (teoritis)
Ni = 1 HP = Pi .
Ο
4 D2 .L .n .i
60 .z (watt)
Daya yang dihitung berdasarkan tekanan efektif
Ne = BHP = Pe .
Ο
4 D2 .L .n .i
60 .z (watt)
BHP = efisiensi mekanis . 1 HP (watt)
Efisiensi mekanis = BHP
1 π»π =
Pe
Pi
Pi = tekanan indikator dm silinder (teoritis)
1-2 = proses kompresi isentropis
2-3 = proses pembakaran pada volume konstan
3-4 = proses ekspansi (kerja)
4-1 = proses buang
19
Tekanan indikator
Pi = a
l . s (Kpa)
Ket :
a = luas diagram indikator (cm2)
l = panjang langkah (cm)
s = skala tekanan (Kpa/cm)
Tekanan efektif
Pi = BHP .60 z
Ο
4 D2 .n .i
(Kpa)
Efisiensi thermal siklus = 1 - 1
πΎ πππππππ‘ (kβ1)
πΎ = perbandingan kompresi
k = Cp
πΆπ£ =
panjang tekanan konstan
πππππππ π£πππ’ππ ππππ π‘ππ
Volume awal kompresi
V1 = R .T1
π1 (m
3/kg)
Ket:
R = angka tetapan gas (kJ/kg)
T = temperatur (0K)
P1 = tekanan absolute awal kompresi (Kpa)
Perbandingan kompresi
πΎ = V2
π1
Volume akhir kompresi
V2 = V1
πΎ (m
3/kg)
Adiabatis :
P1.V1k = P2.V2
k .....(1) P1 =
P2.V2 pangkat k
V1 pangkat k
P1.V1
T1=
P2.V2
T2 .....(2)
Substitusi (1) dan (2):
20
P2. V 2
V 1 pangkat k .V1
T1=
P2.V2
T2
T2
T1=
V2
V 2
V 1 pangkat k .V1
= V2 .V1 pangkat k
V2 pangkat k .V1 dimana, πΎ=
V2
V1
= Ξ³ pangkat k
Ξ³= Ξ³
k-1
T2 = T1 . Ξ³k-1
(0K)
Torsi
π= BHP
Ο (Nm)
Kerja siklus setiap kg udara (W)
W = efisiensi termis . Q (kJ/kg)
Tekanan efektif rata-rata
Pe = W
V1βV2 (Kpa)
Pe = BHP
VL dimana, VL = volume langkah (m
3)
Massa udara masuk silinder
mud = efisiensi volumetris .VL
V1 (kg/s)
Massa bahan bakar : yang tumbukan meter per sekon
mbb = m udara
a
f
dimana, a = udara; dan f = bahan bakar
Efisiensi termal total
Efisiensi total = efisiensi mekanis . efisiensi internal . efisiensi termal
Power mesin
BHP = efisiensi total . mbb . LHV (kW)
21
BAB 6
KETEL UAP
Ketel uap merupakan pesawat yang menghasilkan uap, uap yang
dihasilkan bertekanan dan bertemperatur tinggi.
uap baru
Air pendingin
Air baru
Air pendingin keluar
Bagian-bagian di ketel uap :
Bagian utama yakni : 1) ruang air; 2) ruang uap (berada diatas air),
terdapat batas isi air.
1. Ruang air
2. Ruang uap
3. VO (Verwarming Oppervlag) = luas pemanasan (m2)
4. RO (Rooster Oppervlag) = luas rangka bakar atau isarangan (m2), RO
sama halnya dengan tempat pembakaran bahan bakar.
Jenis-jenis ketel
1. Ketel pipa api
air
api
air air
api
pompa
Ketel uap
Turbin
uap
condensor
22
Ketel pipa api merupakan ketel yang bagian pipa paling dalam diisi
api, dan pipa di luarnya diisi air. Bagian sisi yang terkena panas
dinamakan VO (pada dinding silinder dalam).
2. Ketel pipa air
Ketel pipa air merupakan ketel yang bagian pipa paling dalam diisi air,
dan pipa di luarnya diisi api. Bagian sisi yang terkena panas
dinamakan VO (pada semua dinding).
Muatan ketel/produksi ketel/uap yang dibangkitkan (dihasilkan) diberi
lambang βSβ, merupakan jumlahnya uap yang dihasilkan ketel dalam
satuan kg atau ton.
Beban ketel diberi lambang βBβ, merupakan jumlah bahan bakar yang
terbakar saat ketel beroperasi (dalam satuan kg).
Muatan ketel spesifik (kg/m2 VO/jam) diberi lambang βsβ, merupakan
jumlah uap dalam kg setiap m2 VO per jam.
Beban ketel spesifik (kg/m2 RO/jam) diberi lambang βbβ
Rumusnya :
VO = muatan ketel
muatan ketel spesifik
= S
s (m
2)
RO = beban ketel
beban ketel spesifik
= B
b (m
2)
api
air
api
air
api
23
Perbedaan antara ketel api dan ketel air
1. Ketel api :
- Berat, perlu foundation yang kuat karena airnya banyak.
- Labat dalam menghasilkan uap
- Air tidak perlu persyaratan khusus, hanya penyaringan sederhana.
2. Ketel air :
- Ringan
- Cepat menghasilkan uap
- Air perlu persyaratan, tidak mengandung kapur dll.
Berbagai istilah yang ada pada ketel uap :
- Doom uap, merupakan ruangan diatas badan ketel berfungsi
sebagai pemberi kesempatan butir-butir air agar jatuh dan uap yang
dihasilkan uap kering.
- Economizer, merupakan alat yang berfungsi memanaskan air
pengisi ketel dengan memanfaatkan panas. Dari hasil pembakaran
sebelum keluar ke cerobong. Ditempatkan sebelum air masuk
ketel.
- Air hitter (pemanas udara pembakaran), memanfaatkan udara
sebelum keluar cerobong. Terletak di dalam rangka bakar (dapur).
- Supperhitter (rehitter), memanaskan atau mengeringkan uap
(pemanas uap atau pengering uap).
Economizer, air hitter, superhitter memanfaatkan gas panas sebelum
keluar dari cerobong.
t (0C) didih uap
panas didih panas latent
panas penguapan = panas didih + panans latent
Entalpi merupakan panas yang digunakan untuk menaikkan suhu (kkal).
24
Rumus Regnault (terbatas pada tekanan = 20 kg/cm2 dan suhu 200
0C)
Q = 606,5 + 0,305 t (kkal/kg)
Panas uap :
Q = 606,5 + 0,305 (tuap-tair pengisi) (kkal/kg)
Uap lanjut :
Q = 606,5 + 0,305 tu β Cp (tl-tu) - tv (kkal/kg)
B = S (i"βtv )
efisiensi ketel .W kg
Efisiensi ketel = S (i"βtv )
B .W (%)
Ket :
S = hasil uap (kg atau ton)
iβ= intalpi (kkal/kg)
tv= suhu air pengisi
W=HHV= nilai bahan bakar (kkal/kg)
tl = suhu uap lanjut
Untuk pembakaran diperlukan udara
- Kebutuhan udara teoritis
Lo = 1
1,3 .
100
23,3 . {
8
3 (C+3H)+S} (m
3)
- Kebutuhan udara dalam praktek
L = n . Lo (m3)
- βnβ adalah faktor udara
n =
C
CO 2+ 3H
4,8 (C+3H)
- Berat gas hasil pembakaran
G = 2,4 (C
CO 2+3H) + 0,9 (kg)
- Kerugian panas yang lewat cerobong
Qc = G . pj . (t2-t1) (kkal/kg)
25
Ket :
Pj = panas jenis gas (kkal/oC)
t2 = suhu dalam cerobong (oC)
t1 = suhu luar cerobong (oC)
- Neraca panas
W (LHV) = P + Qc + R (kkal/kg)
P = panas yang berguna untuk memanaskan air dan uap.
R = kerugian-kerugian lain yang tidak dapat dihitung, misal :a)
panas yang terdapat pada abu; b) panas yang terpancar keluar, dll.
- P = S
B (iβ β tv) (kkal/kg)
Tarikan udara pembakaran ada 2 macam :
1. Dengan menggunakan alat, kompresor dan blower.
2. Secara alami, yaitu dengan perbedaan tekanan udara.
DP = H . 273 . πΎ (1
273+t2 -
1
273 +t1)
H = tinggi cerobong (m)
πΎ = berat jenis udara (1,3 kg/m3)
26
BAB 7
DIAGRAM UAP
Ket :
1. Pompa
2. Ketel uap
3. Tubin uap
4. Uap bekas
5. Kondensor
Proses :
- 1-2
Proses pemompaan kedalam ketel (isentropis, entalpi naik, tekanan
naik).
- 2-2β
Proses pemanasan air pengisi ketel (tekanan tetap, entalpi naik).
27
- 2β-3*
Proses pembentukan uap dari cair menjadi uap basah (satured
steam). Intalpi dan entropi naik, temperatur dan tekanan tetap
(latent head).
- 3*-3-3β-3β
Proses pembentukan uap kering, mengubah uap basah (satured
steam) menjadi uap kering (superheated steam). Intalpi dan intropi
naik (sensible head).
- 3*-4*
Proses ekspansi dalam turbin. Isentropi, intalpi turun, tekanan
turun, satured steam β uap basah.
- 3-4
Proses ekspansi dalam turbin. Isentropis, entalpi turun, tekanan
turun, superheated steam β uap basah.
- 3β-4β
Proses ekspansi dalam turbin. Isentropis, entalpi turun, tekanan
turun, supperheated steam.
- 4β-4β-4-4*-5-1
Proses mengubah uap kering (superheated steam) menjadi uap
basah (satured steam), kemudian diembunkan menjadi air
kondensat. Tekanan tetap, temperatur turun, intalpi dan intropi
turun.
28
BAB 8
TURBIN UAP
Komponen utama :
1. Nozzel : menyemprotkan, berfungsi untuk mempertinggi kecepatan dan
arah aliran fluida ke moving blade (sudu).
2. Moving blade (sudu) : berfungsi mengubah energi kinetis menjadi
energi mekanik.
3. Dis (roda) : meneruskan gerakan moving blade ke poros karena moving
blade dipasang kuat pada dis (roda).
4. Sap (poros) : tempat pemasangan roda dan meneruskan putaran roda.
5. Casing (rumah) : tempat pemasangan rotor.
Klasifikasi :
1. Menurut tekanan uapnya :
- Rendah = 1,2 β 2 atm
- Menengah = 2 β 40 atm
- Tinggi = 40 β 170 atm
- Sangat tinggi = 170 β 225 atm
- Super kritis = > 225 atm
2. Menurut arah aliran uap masuk
- Aksial : searah poros
- Radial : tegak lurus poros
3. Menurut tempat penggunaannya
- Tetap, misal pada pabrik
- Tidak tetap, misal pada kapal-kapal
4. Menurut prinsip kerja
- Turbin impuls (turbin aksi) : tekanan sama, tenaga potensial
dirubah menjadi tenaga kinetis hanya pada nozzel. Sedangkan pada
moving blade, tekanan dan volume tetap.
- Turbin reaksi : pengembangan uap terjadi pada nozzel dan moving
blade.
29
- Tirbin kombinasi : turbin impuls berada di depan, turbin reaksi di
belakangnya.
5. Berdasarkan ciri-cirinya
- Turbin aksi :
a. Sudu-sudu simetris, ruangan antara dua sudu berurutan, isinya
sama.
b. Kecepatan uap masuk = kecepatan uap keluar, karena uap tidak
mengembang.
c. Kekuatan terletak pada sudu, karena gaya sentrifugal dari uap
pada waktu melewati sudu. Contoh : turbin delaval, turbin
curtis, turbin zoelly, turbin kombinas (antara cartis dan zoelly).
- Turbin reaksi :
a. Sudu-sudu asimetris, ruang antara dua sudu yang berturutan
makin lama makin menyempit.
b. Kecepatan relativ keluar sudu > kecepatan relatif masuk sudu.
(C2>C1), karena didalam sudu juga mengembang.
c. Tekanan dimuka sudu lebih besar dibandingkan tekanan di
belakang sudu. (P1>P2)
d. Kekuatan pada sudu disebabkan oleh gaya reaksi yang
diperoleh dari adanya percepatan uap. Contoh : turbin person.
Macam-macam turbin yang lain :
a. Turbin kondensasi : uap bekas masuk ke kondensor.
b. Turbin tekanan lawan : uap bekas digunakan untuk kepentingan lain
tidak menggunakan kondensor.
c. Turbin cerat : uap dicerat di beberapa tempat.
d. Turbin tekanan 2 : mempunyai 2 pemasukan uap yang tekanannya tidak
sama.
Nozzel
Co = m/s C1 = m/s
Po = kg/cm2
P1 = kg/cm2
Go = kg G1 = kg
io = kkal/kg i1 = kkal/kg
30
1
2 m . Co
2 + Go . io . 427 =
1
2 m . C1
2 + G1 . i1 . 427
Karena m = G
g dimana g = 9,81 m/s
2
Co dianggap kecil, diabaikan
Go = G1
io β i1= H (jatuh panas)
1 kal = 427 kg m/s maka :
1
2 .
G
g. Co
2 + Go . io . 427 =
1
2 .
G
g. C1
2 + Go . io . 427
1
2 .
CoβC1 kuadrat
g = 427 (io β i1)
C12 .
1
2g = 427 H
C12
= 427 . H . 19,62
C1
= 91,53 π» m/s
Sedangkan C2 = C1 sin πΌ1
Kecepatan keliling roda
U = Ο.D.n
60(m/s)
Kecepatan keliling maximal
U = 1
2 . C1 cos πΌ1 (m/s)
W1 = W2 = πΆ2 βπ ππ’πππππ‘ m/s
Energi masuk sudu = 1
2.m.C1
2
Energi keluar sudu = 1
2.m.C2
2
Energi yang berguna = 1
2.m.C1
2 -
1
2.m.C2
2
Efisiensi sudu = energi yang berguna
energi yang diberikan
πs=( 1
2.m.C1
2 -
1
2.m.C2
2) /
1
2.m.C1
2
πs = 1
2.m.(C1
2 - C2
2) /
1
2.m.C1
2
πs=(C12 - C2
2) / C1
2
πs=1 - (C22 / C1
2)
31
Efisiensi sudu maximum
πs max = cos2 πΌ1
Daya turbin saat masuk
No = 1
2.m.C1
2 (kg m/s)
No = 1
2.m.C1
2 / 75 (HP)
Daya turbin keluar
Nt = 1
2.m.C2
2 / 75 (HP)
Daya indikator (teoritis) turbin
Ni =( 1
2.m.C1
2 -
1
2.m.C2
2) / 75 (HP)
Daya efektif turbin
Ne = Ni β Ng (HP)
Ng = kerugian akibat gesekan mekanik
Efisiensi mekanik
πm = NiβNg
Ni
πm = Ne
Ni
Gaya sentrifugal yang timbul pada sudu
Kc = m .π2. R (kg)
Dimana,
m = G
g
G = berat sudu (kg)
g = 9,81 (m/s2)
π = kec. Sudut (rad/s)
π =π·
2 (m)
32
BAB 9
REFRIGERAND LOAD
Load
Arti load dalam mesin pendingin merupakan banyaknya panas yang harus
diabsorbsi (diambil) per unit time. (BTU/hours atau TR (Ton of
Refrigerand))
TR = Tload + (2,5% sampai 5%) Tload
Komponen heat (dalam lemari pendingin) :
1. Heat conduction : beban panas dari dinding
2. Infiltration : beban panas karena pertukaran udara
3. Product heat : beban panas dari produk yang diinginkan
4. Heat sources : beban panas dari sumber panas, seperti :
- Panas lampu penerangan
- Panas motor fan
- Panas dari orang yang bekerja
Heat conduction : perpindahan panas secara konduksi, disebabkan karena
adanya perbedaan temperatur antara ruang pendingin dengan sekelilingnya
(dinding, atap, lantai).
Besar beban dipengaruhi oleh tipe isolasi, tebal isolasi, konstruksi luas
dinding luar, dan perbedaan temperatur antara ruang pendingin dan
diluarnya.
Besar panas yang mengalir per jam :
Q = A . U . π«t (BTU/h)
Q = jumlah panas yang mengalir (BTU/h)
A = luas permukaan dinding (ft2)
U = koef. Perpindahan panas (BTU/h . ft2 .
0F)
Ξt = perbedaan temperatur (0F)
Mengingat dinding mempunyai lapisan yang berbeda, maka tekanan panas
total dinding tersebut merupakan jumlah tekanan dinding termasuk lapisan
udaranya juga dihitung :
1
π =
1
π1 +
π₯1
π1 +
π₯2
π2 +
π₯3
π3 +
1
π0
33
Koefisien perpindahan panas dinding :
U = 1
1
π1 +
π₯1
π1 +
π₯2
π2 +
π₯3
π3 +
1
π0
Ket :
f1 = koefisien konduktifitas dinding dalam (BTU/h /ft2 .
0F)
fo = koefisien konduktifitas dinding luar (BTU/h /ft2 .
0F)
x1 = tebal lapisan pertama (ft)
x2 = tebal lapisan kedua (ft)
x3 = tebal lapisan ketiga (ft), dst
k1= konduktivitas lapisan dinding pertama (BTU/h . ft2 .
0F)
k2= konduktivitas lapisan dinding kedua (BTU/h . ft2 .
0F)
k3= konduktivitas lapisan dinding ketiga (BTU/h . ft2 .
0F), dst
Infiltration : beban pertukaran udara dapat terjadi karena masuknya udara
luar ke ruang pendingin, ini mengandung panas. Udara tersebut juga
menjadi beban mesin.
Beban pertukaran udara :
(Qud) = volume ruangan x pertukaran udara x faktor udara (BTU/h)
Beban produk, misal untuk menyimpan ayam
Qd = m . c . Ξt (BTU/h)
Ξt = t2 - t1
m = berat ayam (lb)
c = spesifik heat diatas titik beku (BTU/lb.0F)
Ξt = perbedaan temperatur (0F)
t1 = temperatur daging ayam (0F)
t2 = temperatur ruang pendingin (0F)
Heat sources : beban sumber panas yang lain, misalnya lampu, orang yang
bekerja, dan motor fan.
1. Lampu
QL = π₯ π€ππ‘π‘ .3,42 (
π΅ππ
π€ππ‘π‘)
π¦ (πππ ) (BTU/h)
34
2. Dari orang yang bekerja
Qr = 4 . 9,06 (BTU/jam) . y (jam) (BTU/h)
3. Beban dari motor fan , misal untuk fan evaporator
Qfan = (1
8 sampai
1
2) . 4250 . 24 jam (BTU/h)
Qfan = πππππππ’ππ
π€πππ‘π’
Top Related