Panduan Praktikum Pengujian Mesin 2010'.PDF

BUKU PANDUAN

PRAKTIKUM PENGUJIAN MESIN (MS4240)

Disusun untuk memandu pelaksanaan Praktikum Pengujian Mesin

Penyunting: Dr. Ir. I Made Astina

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

A. DAFTAR ISI Hal. A. DAFTAR ISI

i

B. ATURAN DAN TATA TERTIB

1. Dosen Penanggung jawab dan Aturan Pelaksanaan Matakuliah MS4240 Praktikum Pengujian Mesin

ii

2. Aturan Kelulusan Matakuliah

ii

3. Asisten dan Peran

iii

4. Modul Praktikum dan Tempat Praktikum

iii

5. Aturan Penulisan dan Penyerahan Laporan

iv

6. Pengambilan Laporan dan Penyerahan Nilai

iv

7. Penilaian Modul Praktikum

iv

C. MODUL-MODUL PRAKTIKUM

v

I.

Pengujian Mesin Pendingin

1

II

Pengujian Pompa Sentrifugal

14

III. Pengujian Turbin Kaplan

21

IV. Pengujian Kompresor Torak

27

V. Pengujian Sistem Pembangkit Uap

36

VI. Pengujian Motor Bensin

43

VII. Pengujian Motor Diesel

50

i

B. ATURAN DAN TATA-TERTIB

1. Dosen Penanggung Jawab dan Aturan Pelaksanaan Praktikum •

Ir. I Nengah Diasta, M.T. Koordinator

MS4240

dan

Penanggung

jawab

Modul

Pengujian

Pompa

Sentrifugal, Pengujian Turbin Kaplan, dan Pengujian Kompresor Torak •

Dr. Ir. I Made Astina Penanggung jawab Modul Pengujian Mesin Pendingin

•

Dr. Ir. Arief Haryanto Penanggung jawab Modul Pengujian Motor Bensin dan Motor Diesel

•

Ir. Pawito Merto Sontowiro, M.Sc. Penanggung jawab Modul Pengujian Sistem Pembangkit Uap

2. Aturan Kelulusan Matakuliah •

Peserta yang tidak mengikuti salah satu modul praktikum dari modul yang diwajibkan, dinyatakan tidak lulus  (nilai E).

•

Peserta yang berhalangan untuk mengikuti praktikum sebuah modul, harus menghubungi Dosen Penanggung jawab modul tersebut guna mengikuti  praktikum susulan dan akan diikutsertakan pada kelompok yang lain.

•

Peserta hanya dapat diberikan kesempatan praktikum susulan bila ada alasanalasan yang rasional dan pemberitahuan secara tertulis diberikan paling lambat  pada hari pelaksanaan praktikum modul yang tidak dapat diikuti.

•

Untuk pengambilan ulang matakuliah Praktikum Pengujian Mesin, mahasiswa yang telah pernah mengambil dan/atau tidak lulus, harus mengambil ulang seluruh modul yang diwajibkan dalam matakuliah MS4240 Praktikum Pengujian Mesin.

•

Penentuan nilai akhir matakuliah praktikum ini dilakukan bila peserta telah mengikuti semua modul yang diwajibkan.

ii

3. Asisten dan Peran •

Asisten adalah mahasiswa tingkat akhir yang sedang mengerjakan tugas sarjana di laboratorium yang menyelenggarakan modul-modul praktikum dalam matakuliah Praktikum Pengujian Mesin (MS4240) dan telah lulus matakuliah ini.

•

Asisten berperan untuk membantu penyelenggaraan praktikum dengan tetap di  bawah koordinasi tanggung jawab dosen penanggung jawab.

•

Penundaan praktikum hanya diperbolehkan dengan alasan-alasan yang masuk akal.

•

Asisten hanya boleh menunda praktikum bila mendapatkan ijin dari dosen  penanggung jawab.

4. Modul Praktikum dan Tempat Praktikum

Modul Praktikum

Tempat Praktikum

Pengujian Mesin Pendingin

Lab Teknik Pendingin

Pengujian Kompresor Torak

Lab Mesin-Mesin Fluida

Pengujian Turbin Kaplan

Lab Mesin-Mesin Fluida

Pengujian Pompa Sentrifugal

Lab Mesin-Mesin Fluida

Pengujian Motor Bensin

Lab Motor Bakar dan Sistem Propulsi

Pengujian Motor Diesel

Lab Motor Bakar dan Sistem Propulsi

Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

Lab Energi Termal

iii

5. Aturan Penulisan dan Penyerahan Laporan •

Laporan dibuat oleh setiap praktikan. Laporan dibuat dengan format laporan yang mudah dimengerti, jelas, singkat, dan rapih.

•

Laporan diserahkan paling lambat 5 (lima) hari terhitung setelah praktikum dilaksanakan (termasuk hari libur dihitung) pada pukul 15.00 WIB.

•

Laporan diserahkan secara berkelompok dan dikumpulkan di Lab. Mesin-mesin Fluida dan ketika menyerahkan laporan, peserta wajib meminta tanda terima.

6. Pengambilan Laporan dan Penyerahan Nilai •

Asisten Pengawas mengambil laporan langsung ke Lab Mesin-mesin Fluida.

•

Hasil Penilaian wajib diserahkan paling lambat 7 hari dihitung dari hari batas akhir laporan praktikum peserta diserahkan. Laporan dibuat oleh setiap praktikan.

7. Penilaian Modul Praktikum •

Penilaian setiap modul praktikum pada peserta meliputi: kesiapan praktikum, keaktifan dan ketrampilan serta laporan hasil praktikum yang diserahkan dalam  bentuk Laporan Praktikum.

iv

C. MODUL-MODUL PRAKTIKUM

v

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

I. PENGUJIAN MESIN PENDINGIN 1.

TUJUAN Untuk memahami cara kerja sistem mesin pengujian kompresi uap dengan 

 berbagai teknik pengaturan yang sesuai sasaran diinginkan.

2.



Untuk menentukan karakteristik dari mesin pendingin kompresi uap.



Untuk menentukan karakteristik dari pompa kalor kompresi uap.

INSTALASI PENGUJIAN Komponen utama mesin pendingin kompresi uap adalah kompresor, kondensor,

evaporator, dan alat ekspansi. Alat ekspansi dapat berupa katup termostatik ataupun pipa kapiler. Kompresi pada refrigeran menyebabkan kenaikan temperatur. Temperatur refrigeran di kondensor lebih tinggi dari temperatur udara sekitar kondensor menyebabkan terjadi perpindahan panas dari kondensor ke udara (dengan lain kata udara sekitar berfungsi sebagai pendingin). Temperatur refrigeran dalam kondensor turun dan terjadi proses pengembunan di dalamnya sehingga refrigeran keluar dalam kondisi cair. Kemudian refrigeran mengalir melalui alat ekspansi (katup ekspansi atau pipa) dan terjadilah  penurunan tekanan. Proses idealnya dianggap iso-entalpi. Refrigeran menerima  panas di evaporator dan berubah fase menjadi uap dan kemudian proses selanjutnya refrigeran dihisap oleh kompresor untuk dikompresikan ke dalam kondensor.

Dengan suatu sistem pengaturan (mekanik dan listrik) dan peralatan mekanik yang digunakan, cara kerja mesin ini dapat dibagi menjadi atas 3 sistem kerja. Ketiga sistem kerja adalah:

2.1.

Sistem I Mesin Pendingin beroperasi untuk mendinginkan air yang disirkulasikan

dengan sistem pemipaan dan dikumpulkan di dalam tangki air terisolasi dengan lingkungan luar. Pada sistem ini, air dialirkan lewat penukar panas

1

Modul: Pengujian Mesin Pendingin yang berfungsi sebagai evaporator mesin pendingin, sedang kondensor didinginkan dengan pendinginan hembusan udara dari kipas (condensing unit ). Sistem pendingin seperti ini sering disebut dengan sistem pendingin air (chiller ). 2.2. Sistem II Mesin pendingin bekerja untuk mendinginkan udara yang melewati koil 1

(saluran atas) dan memanaskan udara yang melewati koil 2 (saluran bawah). Pada saluran atas berfungsi sebagai evaporator dan saluran bawah berfungsi sebagai kondensor. Bila koil 1 yang menjadi perhatian kita, maka sistem ini dapat disebut sebagai sistem pendingin udara.

2.3. Sistem III Mesin pendingin bekerja untuk memanaskan udara yang melewati koil 1

(saluran atas) dan mendinginkan udara yang melewati koil 2 (saluran bawah). Saluran atas berfungsi sebagai kondensor dan saluran bawah berfungsi sebagai evaporator. Bila koil 1 yang diperhatikan, maka sistem ini dapat disebut sebagai sistem pompa kalor.

2

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

Gambar 1. Skema Sistem Mesin Pengujian Kompresi Uap

3

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

Gambar 2. Perangkat Pengujian Mesin Pendingin

Mesin pengujian menggunakan refrigeran R-22. Kompresor yang digunakan adalah jenis kompresor hermatik, 1 fasa 220 V. Kondensor dan evaporator adalah  penukar panas jenis koil bersirip. Saluran udara mempunyai penampang bujur sangkar dengan ukuran (21 cm x 18 cm). Kipas udara dipergunakan untuk mengalirkan udara pada saluran tersebut.

3.

PARAMETER PENGUJIAN Parameter-parameter yang penting dalam pengujian ini adalah:

a. Laju aliran massa refrigeran (kg/s)  b. Efek pemanasan bila siklus bekerja sebagai pompa kalor (kW) c. Efek pendinginan bila siklus bekerja sebagai mesin pendingin (kW) atau TR (Ton Refrigerasi) d. COP dari mesin pendingin e. PF dari mesin pompa kalor f.

Laju aliran massa udara pada saluran udara kondensor, (kg/s) dan pada saluran udara evaporator (kg/s)

g. Laju aliran kalor yang diserap oleh udara pada saluran udara kondensor (kW)

4

Modul: Pengujian Mesin Pendingin h. Laju aliran kalor yang diberikan oleh udara pada saluran udara evaporator (kW) i.

Faktor simpang (bypass factor , BF), dan factor sentuh (contact factor , CF) dari evaporator

4.

PROSEDUR PENGUJIAN Sebelum pengujian, semua tombol dan saklar listrik pada panel kontrol dalam

 posisi “off”. Periksa air distilasi untuk temperatur bola basah di kedua saluran udara (kondensor dan evaporator). Cara pengoperasian mesin tergantung pada cara kerja mesin yang dipilih.

4.1 Sistem I a. Hubungkan kabel listrik masukan dari sistem dengan sumber listrik 1 fasa dan

mampu memberikan daya sekitar 1,2 kVA.  b. Ubahlah posisi MCB (main circuit board ) di panel kontrol pada posisi “on”. c. Ubah posisi saklar M1-M5 di panel kontrol pada posisi “on”. d. Hubungkan saklar pompa S p  pada posisi “on” agar arus masuk ke kontaktor K4 dan pompa M5 bekerja lebih dahulu (perhatikan gambar). e. Jalankan kipas pendingin unit kondesor. f.

Tekan tombol saklar S1 (warna hijau) posisi “on” (lampu indikator nyala). Pada langkah ini pompa air pendingin harus sedang bekerja (langkah 4), sehingga kompresor secara otomatis mulai bekerja.

4.2.

Sistem II a. Hubungkan kabel listrik masukan dari sistem dengan sumber listrik 1 fasa dan

mampu memberikan daya sekitar 1,2 kVA.  b. Ubahlah posisi MCB di panel kontrol pada posisi “on”. c. Ubah posisi saklar M1-M5 di panel kontrol pada posisi “on”. d. Jalankan kipas pendingin unit kondesor. e. Tekan tombol saklar S2 (warna hijau) posisi “on” (lampu indikator nyala), sehingga kompresor dapat bekerja.

5

Modul: Pengujian Mesin Pendingin 4.3.

Sistem III a. Hubungkan kabel listrik masukan dari sistem dengan sumber listrik 1 fasa dan

mampu memberikan daya sekitar 1,2 kVA.  b. Ubahlah posisi MCB di panel kontrol pada posisi “on”. c. Ubah posisi saklar M1-M5 di panel kontrol pada posisi “on”. d. Jalankan kipas pendingin unit kondesor. e. Tekan tombol saklar S3 (warna hijau) posisi “on” (lampu indikator nyala), kompresor dapat bekerja. f.

Setelah selesai mesin digunakan, semua saklar dikembalikan ke posisi “off ”, dengan tata urutan pekerjaan terbalik dengan tata cara menjalankan mesin.

5. PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

Berikut ini hal-hal penting yang diamati ataupun diukur dalam pengujian ini: a. Tekanan dan temperatur, untuk menentukan tingkat keadaan refrigeran di  beberapa stasiun penting sesuai dengan sistem yang dipilih.  b. Temperatur bola basah dan bola kering di kedua saluran udara untuk kasus sistem II dan sistem III. c. Kecepatan aliran dengan velometer di bagian keluaran ke dua saluran udara  pada beberapa titik. Hasil pengukuran diolah untuk memperoleh kecepatan rata-rata dan laju alir. Daya listrik yang digunakan dapat dilihat pada voltmeter dan amperemeter. d. Lakukan pengujian untuk berbagai kecepatan kipas (tanyakan kepada asisten  pengawas).

5.1 Konsep Faktor Sentuh dan Faktor Simpang

Udara yang mengalir dalam saluran udara melewati penukar panas tersebut dapat diidealisasikan atas 2, yaitu udara yang benar-benar menyentuh permukaan  bidang penukar panas dari penukar panas dan udara yang sama sekali tidak menyentuh permukaan bidang perpindahan panas penukar panas. Perbandingan antara laju aliran massa udara benar-benar menyentuh koil dengan laju aliran massa udara total melewati koil tersebut disebut dengan Faktor Sentuh (CF, Contact Factor ). Sedang perbandingan antara laju aliran massa udara yang sama

6

Modul: Pengujian Mesin Pendingin sekali tidak menyetuh dengan laju aliran massa udara udara total melewati koil tersebut disebut dengan Faktor Simpang (BF, bypass factor )

5.2 Cara Penentuan Faktor Sentuh dan Faktor Simpang Penukar panas Faktor sentuh dan simpang merupakan fungsi dari tingkat keadaan dan dapat

dinyatakan ke dalam diagram psikrometrik. Gambar 3 menunjukkan cara mendapatkan faktor sentuh dan simpang pada proses pendinginan udara di evaporator. Adapun hubungannya adalah:  BF  =

 x  z 

;

CF  =

 y  z 

;  BF + CF  = 1

  *

  h

Pv

w

100 % 50 %

  T  W  B k a k  b

m

k 

 y

 x  z

TDB

Gambar 3. Cara mencari BF dan CF di evaporator

5.3 Rumus-Rumus yang Digunakan dalam Perhitungan

Adapun rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan adalah: 1.

Besar laju aliran massa refrigeran dihitung dengan persamaan: mref  = m ref 

Qud −eva h1 − h4

 

(1)

= laju aliran massa refrigeran

Qud −eva = jumlah udara yang diserap dari udara di dalam saluran ⋅

kondensor m h4 = entalpi jenis refrigeran yang masuk evaporator

7

Modul: Pengujian Mesin Pendingin h1 = entalpi jenis refrigeran yang keluar evaporator 2.

Efisiensi kerja (kompresor hermatik) η k , all 

η k , all 

=

mrefref  ( h1 − h2 ) W  jala − jala

 

(2)

= efisiensi kerja kompresor hermatik

W  jala − jala  = daya listrik yang diperlukan kompresor hermatik h1 = entalpi jenis refrigeran masuk kompresor h2 = entalpi jenis refrigeran keluar kompresor 3.

Laju energi yang diserap refrigeran di evaporator Qeva = mref  ( h1 − h4 )   Qeva

(3)

= laju energi yang diserap refrigeran di evaporator

h1 = entalpi jenis refrigeran keluar evaporator h2 = entalpi jenis refrigeran masuk evaporator 4. Laju energi yang dilepaskan refrigeran di kondensor Qkond  = mref  (h2 − h3 )   Qkond 

(4)

= laju energi yang diserap refrigeran di evaporator

h2 = entalpi jenis refrigeran keluar evaporator h3 = entalpi jenis refrigeran masuk evaporator 5. Koefisien kinerja mesin pendingin COP  =

Qeva W komp

 

(5)

COP = koefisien kinerja mesin pendingin (coefficient of performance) W komp = kerja yang termanfaatkan kompresor 6. Koefisien kinerja pompa kalor:  PF  =

Qkond  W komp

 

(6)

 PF = kinerja pompa kalor ( performance factor ) W komp = kerja yang termanfaatkan kompresor

8

Modul: Pengujian Mesin Pendingin 7. Laju aliran massa udara kering dalam saluran kondensor atau evaporator mud  =

ρ ud V r  A  

(7)

= laju aliran massa udara kering (kg/s)

mud 

3

 ρ ud 

= massa jenis udara kering pada saluran udara (kg/m )

 A

= luas penampang saluran udara kondensor (m )

V r 

= kecepatan rata-rata aliran udara pada saluran kondensor (m/s)

2

8. Laju energi yang diberikan oleh udara kepada evaporator Qud −eva = mud −eva ( hm∗ −eva − hk ∗−eva )  

(8)

Qud − eva = jumlah energi yang diberikan udara di evaporator mud − eva = laju aliran massa udara di saluran evaporator hm∗ − eva = entalpi jenis udara kering yang masuk saluran udara evaporator hk ∗− eva = entalpi jenis udara kering yang keluar saluran udara evaporator 9. Laju energi yang diterima udara dari kondensor Qud − kond  = mud − kond ( hm∗ − kond  − hk ∗− kond  )  

(9)

Qud − kond  = laju energi yang diberikan udara di kondensor mud − kond  = laju aliran massa udara di saluran kondensor hk ∗− kond  = entalpi jenis udara kering yang masuk saluran udara kondensor hk ∗− kond  = entalpi jenis udara kering yang keluar saluran udara kondensor

10. Massa jenis udara yang melewati saluran udara  ρ ud 

 ρ ud   ρ o

=  ρ o

 P ud 

293

101325 T ud 

 

(10) 3

= massa jenis udara pada tingkat keadaan  pud  dan T ud  (kg/m ) = massa jenis udara pada tingkat keadaan standar (1 atm,

0

20 C)

9

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

6.

 pud 

= tekanan statik udara kering (N/m2)

T ud 

= temperatur mutlak udara kering, T  DB (K)

BF & CF EVAPORATOR

BF dan CF evaporator dapat ditentukan dari proses pola udara pada diagram  psikrometrik.

7.

TUGAS a. Buktikan rumus-rumus yang dituliskan pada persamaan (1) s.d. (10)

 b. Tabelkan data pengujian dan hasil pengolahan data. c. Dari hasil pengamatan buatlah: -

Proses pola dari siklus refrigerasi kompresi uap

-

Proses pola dari udara pada saluran kondensor dan saluran evaporator

-

Tentukan faktor simpang dan faktor sentuh penukar panas yang berfungsi sebagai evaporator (untuk sistem II atau sistem III).

d. Analisis dan bandingkan semua besaran yang terkait dalam karakteristik mesin uji untuk berbagai parameter pengujian yang telah dilakukan. e. Kesimpulan yang diperoleh dari pengujian yang telah dilakukan.

10

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

Tabel Data Pengamatan Kipas

Daya jala jala

Siklus Kompresi Uap 1

No K1

K2

Volt

Am p.

 p

2 T

p

Saluran Udara

3 T

p

T

p

T 

Masuk T wb

Tanggal pengujian: Kondisi Udara lingkungan:  p =

Kondensor

4

T db

Keluar T wb

T db

Kelompok: mBar,

T =

K,

11

 RH  =

Evaporator

%

masuk V

T wb

T db

Keluar T wb

T db

V

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

Modul: Pengujian Mesin Pendingin

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal

II. PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL 1. TUJUAN 

Untuk mendapatkan diagram head vs debit aliran pada putaran konstan dari dua  pompa yang bekerja secara tunggal, seri atau paralel.



Untuk memperoleh garis-garis iso-efisiensi untuk pompa tunggal, pompa susunan seri atau susunan paralel.



Untuk memperoleh karakteristik pompa dengan putaran yang berubah-ubah.

2. INSTALASI PENGUJIAN DAN KARAKTERISTIK POMPA Pompa sentrifugal digunakan untuk memompa cairan atau menghasilkan head yang disebabkan oleh adanya putaran dari satu atau beberapa impeler. Pompa sentrifugal mempunyai tiga bagian utama yaitu: impeler yang menghasilkan gerak putar dari fluida,  pump casing sebagai pengarah fluida menuju impeler dan mengeluarkannya pada tekanan

yang tinggi, drive yang memutarkan impeler . Ada tiga macam jenis aliran yaitu: axial flow, radial flow dan mixed flow.

Gambar 1. Instalasi Pengujian Pompa Sentrifugal

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal Instalasi pengujian diperlihatkan pada Gambar 1. Sejumlah katup terpasang berguna untuk mengatur sistem pompa yang akan diujikan. Sedangkan tata letak pompa pada sistem diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Tata Letak Pompa

Spesifikasi Instalasi dan Peralatan A. Instalasi pengujian:

•

Buatan: Armield Technical Education, Ltd, Ringwood-Hampshire, England

B. Pompa

•

Jenis: Centrifugal closed impeller, end suction, Diameter impeller: 13 cm

C. Motor

•

Buatan: Normand Electric Co, Ltd, London & Portsmouth, England

•

Daya: 3,0 Hp

•

Putaran: 2900 rpm

•

Tipe: Shunt

• •

Voltage: 180 A/210 V, DC Rating: Continue

•

Lengan Torsi: 0,25 m

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal

Gambar 3. Karakteristik pompa

Karekteristik umum dari pompa sentrifugal diperlihatkan dalam kurva-kurva pada Gambar 3. Besar head yang akan turun bila kapasitas pompa diperbesar. Karakteristik efisiensi yang awalnya membesar ketika kapasitas aliran diperbesar dan besarnya turun lagi ketika kapasitas terus diperbesar.

3.

PENGUKURAN DAN PENGOLAHAN DATA Tekanan total yang dihasilkan pompa akan lebih besar bila menggunakan lebih dari

satu impeler yang disusun seri ( multi-stage pump). Sedangkan untuk menghasilkan kapasitas yang besar sangat efisien dengan menggunakan susunan pompa yang disusun secara paralel. Ketinggian fluida yang dihasilkan oleh pompa dinamakan   head.  Head dinamik total pompa dihitung dengan persamaan (1).  H  = H d  − H  s +

2 v d 

2 g 

−

v s2 2 g 

 

(1)

dimana  H d  adalah discharge head ,  H  s adalah  suction head . Kinerja hidrolik dan mekanik  pompa dinyatakan dengan efisiensi yang dihitung dengan persamaan (2).  Efisiensi =

 Daya Hidrolik   Daya  Penggerak  Pompa

 

(2)

Perubahan kapasitas, head dan daya pompa terhadap perubahan putaran dinyatakan dalam hubungan afinitas dalam persamaan-persamaan pada persamaan (3). Q1 Q2

=

n1 n2

;

 H 1  H 2

=

n 12 n 22

;

 N 1  N 2

=

n 13 n 32

 

(3)

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal

Gambar 4. Cara Memperolehan Kurva Karakteristik Pompa

Disamping persamaan-persamaan yang telah dibahas sebelumnya, sejumlah persamaan persamaan lain juga digunakan pengolahan hasil pengujian. Adapun persamaan-persamaan tersebut adalah: a. Debit aliran: Q=

8 15

2 g C e he

5/2

[m 3 / s ]

 

C e = 0,5765 he = 0,00085 + h weir  h weir   =

 b. Head total:

tinggi air dalam weir meter [m]

(4)

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal

 H  = ( H d  − H  s ) + 1,17 x10 5 Q 2 [m]  

(5)

 N h = ρ  gQH  [Watt]  

(6)

c. Daya hidrolik:

d. Daya pompa:  N  p = mg 

2π n 60

 L [Watt]  

(7)

e. Efisiensi pompa: η  =

 N h  N  p

 x100%  

4.

PROSEDUR PENGUJIAN

4.1.

Pemeriksaan Sebelum Pengujian

(8)

1. Periksalah kedudukkan petunjuk alat ukur, apakah ada penyimpangan dari semestinya 2. Catatlah kedudukan petunjuk alat-alat ukur tersebut 3. Isilah bak penampung dengan air bersih secukupnya 4. Pastikan bahwa dinamometer dalam keadaan setimbang (menunjukkan angka nol) dan pergerakannya tidak terganggu oleh kabel 5. Teliti hubungan kabel antara instrument 6. Pastikan bahwa tegangan listrik yang diperlukan cocok dengan tegangan jala jala yang akan dipakai 7. Jangan memutar pompa sebelum diisi dengan air

4.2.

Menjalankan Pompa

1. Pastikan bahwa volume air tangki cukup hingga tidak akan terjadi penghisapan udara luar 2. Buka katup isap K2 dan K5 dan tutup katup K1 dan K3 3. Isi pipa hisap pompa 1 dan 2 dengan air melalui penutup P sampai penuh. Sesudah itu tutup katup K4 4. Masukkan hubungan listrik pada sistem, saklar F pada posisi on 5. Putarlah pompa dengan memutar tombol G dengan perlahan-lahan sampai kedua pengukur tekanan pipa tekan bergerak naik

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal 6.

Bukalah katup K1 dan K3, periksalah bahwa pada kedua pompa ada aliran

7. Sesudah semua udara dalam pipa keluar, tutuplah katup K1 dan K3 8. Set kedudukan masing-masing katup dan lepas kopling pompa yang tidak diperlukan sesuai dengan pengujian 9. Instalasi siap dipergunakan untuk pengujian

4.3.

Pengujian Pompa Tunggal

1. Buka kopling pompa 2 2. Tutup katup C dan B, katup lainnya terbuka 3. Jalankan motor

4.4.

Pengujian Pompa Seri

1. Semua kopling terpasang 2. Tutup katup K3 dan K5, katup lainnya terbuka 3. Jalankan motor

4.5.

Pengujian Pompa Paralel

1. Semua kopling terpasang 2. Tutup katup K4, katup lainnya terbuka 3. Jalankan motor

5.

TUGAS-TUGAS 1. Hitung besaran-besaran yang dinyatakan dalam persamaan (4) s/d (8) 2. Buat grafik-grafik dari a.  H  vs Q  b.

η 

 vs Q

c.  N h vs Q d.  Np vs Q e. Kurva iso-efisiensi 3. Buat analisis dari grafik-grafik dan besaran-besaran yang diperoleh 4. Buat kesimpulan dari pengujian yang telah dilakukan

Modul: Pengujian Pompa Sentrifugal Tabel Data Pengujian Pompa

n

Bukaan

[rpm] Katup

Pengujian Pompa Tunggal  H s H d  H weir  m [m]

[m]

[kg]

[m]

H s [m]

1

Pengujian Pompa Seri  H d [m] m

2

1

2

[kg]

 H weir 

[m]

Pengujian Pompa Paralel H s [m]  H d [m] m  H weir  1

2

1

2

[kg]

[m]

20

Modul: Pengujian Turbin Kaplan

III. PENGUJIAN TURBIN KAPLAN 1. TUJUAN 

Untuk mengetahui cara-cara pengujian turbin Kaplan



Untuk mengetahui karakteristik dan unjuk kerja dari turbin yang diuji meliputi: 

Karakteristik kapasitas keluaran turbin yaitu daya keluaran pada kecepatan  putar poros dan head yang konstan



Karakteristik efisiensi turbin pada kecepatan putar poros optimum dan head konstan (kurva efisiensi-kapasitas atau berubah-ubah/kurva iso-efisiensi).

2. INSTALASI PENGUJIAN Turbin air yang diuji ini merupakan turbin Kaplan dengan poros horisontal. Momen keluaran turbin diukur dengan dinamometer rem yang terpasang di ujung poros turbin. Besarnya ditentukan dari perbedaan posisi seimbang pegas. Posisi nol pegas harus ditentukan sebelum pengujian dilakukan. Daya turbin ditentukan dari momen keluaran dan  putaran poros yang diukur dengan tachometer. Daya poros turbin dapat diatur dengan mengubah sudut sudu-sudu turbin dan  guide vane. Daya turbin diatur oleh sejumlah  guide vane yang dapat digerakkan dengan batang

tangan. Laju aliran air dapat dihitung dengan mengukur perbedaan tekanan. Instalasi  pengujian dapat dilihat pada Gambar 1. Sejumlah katup terpasang pada instalasi dapat digunakan untuk mengatur arah aliran air.

3. PENGOPERASIAN TURBIN Dalam pengoperasian turbin Kaplan untuk pengujian ini, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah: a. Operasi turbin harus selalu dilakukan dengan “maju” (daya membesar).  b. Beban momen turbin diperbesar dengan mengatur beban pada pegas rem. c. Selisih tekanan pada sisi isap dan sisi masuk turbin dapat dibaca pada manometer pipa “U”.

Modul: Pengujian Turbin Kaplan

Gambar 1. Instalasi Pengujian Turbin Kaplan

Modul: Pengujian Turbin Kaplan

4. PENGAMATAN Data pengamatan yang diukur dalam pengujian ini dapat disusun sebagaimana diberikan pada Tabel 1. Tabel 1. Data Hasil Pengujian  No

n

H ventury

 H  st

F

[rpm]

[mm Hg]

[mm Hg]

[N]

α 

n

= Putaran turbin

 F 

= Gaya yang terukur dinamometer

∆ H vent  = Selisih tekanan pada Ventury ∆ H  st 

= Selisih tekanan statik pada sisi masukan dan sisi keluaran turbin

5. PENGOLAHAN DATA DAN PERHITUNGAN Dengan

pemanfaatan

persamaan-persamaan

energi

aliran,

kontinuitas

dan

hidrostatika, debit aliran dapat dihitung. Berikut ini diberikan persamaan-persamaan yang diperlukan dan langkah-langkah untuk perhitungan dalam pengolahan data hasil pengujian.

Perhitungan

Data utama α  = 20o n

= …………..rpm

Modul: Pengujian Turbin Kaplan  F 

= ………..….N

∆ H  =…………….m

∆ H  st   = …………….m γ  



=………..…….N/m3

Debit aliran, Q

Debit aliran yang diukur dengan tabung Ventury dihitung dengan  persamaan:

Q=



π  ⋅ D

2 2

⋅ D1

4

⋅

⎣ γ  

 D14 − D24

⎤ − 1⎥ ⎦  

=

2 ⋅ π  ⋅ n 60

[ rad  / sec]

(4)

Daya yang tersedia, N a  N a = γ   H 2 O ⋅ Q ⋅ H T  [Watt ]  



(3)

Head turbin yang tersedia, H t   H t  = 12,6 ⋅ ∆ H  st  + ∆ z [m ]



(2)

Daya turbin, N  p  N  p = T  ⋅ ω  [Watt ]



(1)

Kecepatan sudut, ω  ω 



⎡ γ  1

2 ⋅ g ⋅ H V  ⋅ ⎢

2

(5)

Efisiensi, η  η  =

 N  p  N a

⋅ 100%  

(6)

Modul: Pengujian Turbin Kaplan Tabel 2. Pengolahan Data Hasil Pengujian α 

 N

H ventury

T

 H  st

 N  a

 N  p

η 

Perhitungan koreksi untuk  H t konstan = ……….m, dapat dilakukan dengan menggunakan   hukum kesebangunan (similaritas). Hukum kesebangunan dapat dinyatakan dengan hubungan-hubungan pada persamaan-persamaan (7).

 H 1  H 2

=

2

2

2

2

n1  D1

n2  D2

;

Q1 Q2

3

=

n1  D1

n2  D23

;

 N 1  N 2

=

3

5

3

5

n1  D1

n2  D2

 

(7)

Hasil perhitungan dengan pemanfaatan persamaan-persamaan (7) dapat diolah ke dalam  bentuk Tabel 3.

Tabel 3. Pengolahan Data dari Hukum Kesebangunan  n

Q

T

 N  a

 N  p

η 

Modul: Pengujian Turbin Kaplan

6.

TUGAS-TUGAS Data hasil pengujian dan pengolahan datanya dapat dinyatakan ke dalam grafik-

grafik untuk mengetahui karakteristik turbin yang telah diuji. Adapun grafik-grafik karakteristik tersebut adalah: a). N  p vs n (  b). T  vs n ( c).

η 

konstan) konstan)

 vs n ( α  konstan)

d). N  p vs Q (

konstan)

e). T  vs Q (

konstan)

f). Q vs n (

konstan)

g). Kurva iso-efisiensi terhadap kapasitas h). Kurva iso-efisiensi terhadap putaran

Modul: Pengujian Kompresor Torak

IV. PENGUJIAN KOMPRESOR TORAK 1. TUJUAN 

Untuk mengetahui kinerja kompresor torak pada kondisi kerja stasioner.



Untuk mencari karakteristik kompresor torak pada beberapa kecepatan putar yang ditampilkan dalam: 

Kurva tekanan vs volume



Kurva efisiensi volumetrik vs rasio tekanan



Kurva efisiensi isotermal vs rasio tekanan

2. INSTALASI PENGUJIAN

Kerja kompresor torak didasarkan pada proses penghisapan dan penekanan sejumlah udara pada silinder selama langkah kerja. Udara dikompresikan secara politropik sehingga peningkatan tekanan dan kenaikan temperatur terjadi. Udara bertekanan dari silinder keluar melalui katup tekan ke dalam sistem yang bertekanan lebih rendah. Gerak torak maju mundur ini menghasilkan siklus aliran tersebut berlangsung secara terus-menerus. Instalasi pengujian ditunjukkan pada Gambar 1. Dari gambar ini tampak tata letak alat ukur serta komponen-komponen utama peralatan tersebut. Gambar 2 menunjukkan gambar skematik instalasi pengujian dan stasiun pengukuran yang merupakan tempat melakukan pengukuran.

Kompresor torak digerakkan oleh motor listrik. Transmisi daya yang digunakan adalah transmisi sabuk daya. Kerja mekanik yang dilakukan oleh motor dapat dicari dengan mengukur torsi motor dan putaran motor diukur dengan takometer. Kondisi-kondisi udara pada stasiun-stasiun penting dapat diketahui dengan mengukur tekanan dan temperaturnya. Kelembaban udara masuk dan keluar kompresor dapat dicari dengan diagram psikrometrik setelah temperatur bola basah dan bola kering diketahui. Laju aliran udara diukur dengan menggunakan orifice dan manometer.

Modul: Pengujian Kompresor Torak

Gambar 1. Instalasi Pengujian Kompresor Torak

Gambar 2. Skematik Peralatan Uji Kompresor Torak Spesifikasi Kompresor Data spesifikasi kompresor yang digunakan pada pengujian ini adalah: -5

3

-

Volume langkah

: V L = 22,188·10  m

-

Volume clearence

: V C = 2,373·10  m

-5

3

-5

3

= 2,414·10  m ; untuk p2’= 9 bar

Modul: Pengujian Kompresor Torak -

Jumlah silinder

: 2 buah

-

Lengan torsi

: r  = 0,16 m

-

Perbandingan transmisi : i

= nmotor /nkompresor  = 3,53

3. PROSEDUR PENGUJIAN DAN PENGAMATAN

Sebelum pengujian dilakukan, beberapa persiapan dan pemeriksaan awal harus dilakukan. Adapun pemeriksaan awalnya adalah:

•

Memeriksa alat-alat apakah semua dalam keadaan baik.

•

Memeriksa volume cairan manometer.

•

Memeriksa kondisi air pembasah pada termometer bola basah

•

Memeriksa tinggi muka minyak pelumas kompresor. Pelumas yang dipakai adalah minyak Shell Corona D37 atau yang sejenisnya.

•

Memeriksa tegangan listrik yang diminta, apakah sesuai dengan tegangan jala-jala yang akan dipergunakan.

•

Masukkan tombol listrik kemudian ubah saklar ke posisi “on”

•

Mencatat kondisi awal yang ditunjukkan oleh semua alat ukur.

Untuk setiap kondisi pengujian, berikut ini parameter-parameter yang diamati:

•

Temperatur pada stasiun 1, 2, dan 3

•

Tekanan udara pada stasiun 1, 2, dan 3

•

Beda tekanan pada orifice

•

Kecepatan putaran kompresor

•

Gaya pada dinamometer

•

Temperatur bola basah dan bola kering pada sisi masuk dan sisi keluar instalasi  pengujian.

4. FORMULASI-FORMULASI PENGOLAHAN DATA

Formulasi-fomulasi yang penting berkaitan dengan pengujian kompresor torak diberikan berikut ini. Kerja Politropik W  pol  =

Kerja Isotermal

n n −1

m a KT l  y ,

kW

(1)

Modul: Pengujian Kompresor Torak ⎛ 

 ⎞

n

W iso = m a RT 1 ln(r  p )⎜⎜ r  p n −1 − 1⎟⎟ ,

⎝ 

 ⎠

kW

(2)

Kerja Mekanik W mek  = 5,91 ⋅ 10 −5 nkomp F , kW

(3)

Efisiensi Politropik η 

 pol 

=

W  pol  W mek 

 x100%  

(4)

 x100%  

(5)

Efisiensi Isotermal η 

 pol 

=

W iso W mek 

Efisiensi Volumetrik η vol 

=

ma 9,1 x10 −6 n komp

x100%  

(6)

Laju Aliran Massa Udara m a = 6,574 x10 −3

∆ p ⋅ p 3 T 3

, kg/s

(7)

Laju Aliran Massa Uap Air mv = γ   =

γ   γ   + 1

massa uap air massa udara kering

ma

 

, dapat diperoleh dari diagram psikrometrik atau dihitung dari

hubungan-hubungan termodinamika campuran udara dan uap air. Dimana: n

= indeks politropik

 R

= konstanta udara = 0,2871 kJ/(kg K)

r   p =

 p2  p1

 p1 =  p0 − 9,678 × 10−5 p1' ,

atm abs

 p2 =  p0 − 9,868 × 10−1 p2 ' ,

atm abs

 p3 =  p0 − 9,679 × 10−5 p2 ' ,

atm abs

 p0

= tekanan atmosfir, atm

 p0

= data dari pengamatan i=1, 2, 3

∆ p0  = T   =

(8)

dalam mm H2O

t  (oC) +274,15, dalam Kelvin, t  adalah data pengamatan

Modul: Pengujian Kompresor Torak Untuk lebih jelasnya mengenai proses-proses kompresi tersebut dapat diperhatikan pada diagram p-V   sebagai berikut:

Penentuan Indeks Politropik ( n)

Untuk proses kompresi politropik berlaku:

⎡ T 2 ⎤ ⎡ p 2 ⎤ ⎢ ⎥=⎢ ⎥ ⎣ T 1 ⎦ ⎣  p1 ⎦

n −1 n

 

(9)

Ambil logaritmanya:

⎡ T 2 ⎤ n − l  ⎡ p 2 ⎤ ln ⎢ ⎥= ⎥   n ⎣ T 1 ⎦ ⎣  p1 ⎦

ln ⎢

(10)

⎡ T 2 ⎤ ⎡ p 2 ⎤ n −1 dan  X i = ln⎢ Misalkan Y i = ln⎢ ⎥ , a = ⎥ n ⎣ T 1 ⎦ ⎣  p1 ⎦ Maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut: Y i = a X i

(11)

Dengan metode least square diperoleh: a=

 N  Σ ( X iY i ) − Σ  X i Σ Y i  N  Σ  X i2 − (Σ  X i ) 2

 

5. PEMBACAAN DIAGRAM PSIKROMETRIK

Misalkan pada saat masuk kompresor, hasil pengukuran adalah: Twb = 26 o C , T db = 27 o C 

Maka dari diagram psikrometrik didapat: 0,021 kg/kg

(12)

Modul: Pengujian Kompresor Torak

Gambar 3. Diagram Psikrometrik

Modul: Pengujian Kompresor Torak 6. TUGAS-TUGAS 1. Buktikan rumus rumus 1, 2, 3, dan 6

2.

Hitung indeks politropik

3.

Hitung laju aliran massa uap air pada saat masuk dan keluar kompresor

4.

Buat diagram ma, W  pol , W iso iso,

5.

Buat diagram indikator (diagram  p-v) 1.  pada p2 = 6 bar dan p2 = 0 bar, atau 2.  pada  p2 = 6 bar (atau  p2 = 9 bar) untuk 2 macam putaran kompresor (ditentukan asisten)

Cara Pembuatan Diagram p Diagram p--V 

Langkah 1 – 2 dibuat dengan menggunakan hubungan:  p1V 1n =  p2V 2n = A = konstan

n dihitung dari persamaan (9) dan  p1, p2, T 1, dan T 2 dari data pengujian.

1

V 1= V e − V   L ,

Titik-titik  xi ditentukan dari hubungan:

⎛   A  ⎞ a ⎟ V 2 = ⎜⎜ ⎟ ⎝  p2  ⎠

Modul: Pengujian Kompresor Torak l 

⎛   A  ⎞ n ⎟ V xi = ⎜⎜ ⎟ ⎝  pxi  ⎠

 p xi dipilih antara p1 dan p2.

Langkah 3 – 4 dibuat dengan menggunakan hubungan  p3V 3n =  p4V 4n =  p yV  yn = B = konstan  p3 =  p2 , V 3 = V 0 , p4 = p1

Titik-titik Yi ditentukan dari hubungan l 

⎛   A  ⎞ n ⎟ ⎜  p ⎟ ⎝  yi  ⎠

V xi = ⎜

Modul: Pengujian Kompresor Torak

Tabel Data Pengujian

Kondisi Awal:  p1=

mmH2O

 p2=

mmH2O

∆ p=

 p3 =

mmH2O mmH2O Inlet

No.

 n m [rpm]

 p1 [mmH2O]

 p2 [bar]

 p3 [mmH2O]

 p [mmH2O]

T 1 [°C]

T 2 [°C]

Outlet

T 3 [°C]

Gaya T w

T d

T w

T d

[°C]

[°C]

[°C]

[°C]

[N]

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

35

Modul: Pengujian Motor Bensin

V. PENGUJIAN MOTOR BENSIN 1. TUJUAN 

Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja dan karakteristik motor bensin.



Untuk memahami pengujian dan evaluasi parameter prestasi motor bensin

2. PRINSIP KERJA DAN PARAMETER PRESTASI MESIN

Motor bensin yang digunakan sebagai penggerak tenaga termal pembakaran bekerja  berdasarkan siklus Otto. Siklus Otto yang ideal memiliki tahapan-tahapan antara lain: langkah isap (proses tekanan konstan), langkah kompresi (isentropik), pembakaran (pemasukan kalor pada volume konstan), langkah kerja (isentropik), proses  pembuangan (pengeluaran kalor pada volume konstan), dan langkah buang (tekanan konstan). Motor bensin sering pula disebut sebagai Spark Ignition Engine,   karena  penyalaan bahan bakarnya menggunakan loncatan bunga api listrik yang dihasilkan oleh busi. Hal ini yang membedakan prinsip kerja antara motor bensin dengan motor diesel. Komponen lainnya yang cukup penting pada motor bensin adalah karburator yang memiliki fungsi sebagai tempat pencampuran bahan bakar dengan udara. Pencampuran tersebut terjadi karena bahan bakar terisap masuk ke dalam karburator. Beberapa parameter prestasi motor bakar torak adalah: 

Daya poros ( N  p).



Tekanan efektif rata-rata ( pe), efisiensi termal ( ηt ), dan efisiensi volumetrik ( ηv).



Pemakaian bahan bakar (m f ) dan pemakaian bahan bakar spesifik ( Be).



Perbandingan bahan bakar udara (AFR).

Untuk berbagai kondisi operasi, nilai parameter prestasi tersebut akan bervariasi nilainya. Dengan variasi kondisi operasi nilai paramter juga akan bervariasi. Dari datadata ini, karakteristik motor bakar dapat digambarkan. Variabel-variabel operasi yang dapat digunakan dalam pengujian ini adalah: 

Putaran, n [rpm]



Beban (momen puntir), T  [Nm]



Katup gas

Modul: Pengujian Motor Bensin

3. INSTALASI PENGUJIAN

Instalasi pengujian yang digunakan dalam pengujian ini diperlihatkan pada Gambar 1. Gambar lebih detail komponen-komponen motor bakar itu ditunjukkan pada Gambar 2 dan langkah kerja yang lebih aktual dari siklus kerjanya diberikan pada Gambar 3.

Gambar 1. Instalasi Pengujian Motor Bensin Spesifikasi motor bensin yang digunakan pada pengujian ini adalah: Pabrik

: Toyota Motor, Japan

Type

: 7 - KE

Jenis

: Motor Bensin, 4 silinder sebaris, 4 langkah, 2 katup per silinder, cam di tengah dilengkapi  push-rod  dan hidraulik filter.

Dia. silinder

: 80,5 mm

Langkah torak

: 87,5 mm

Vol langkah torak

: 1781 cc

Rasio kompresi

: 9:1

Firing order

: 1–3–4–2

Daya maksimum

: 84 PS pada 4800 rpm

Torsi Maksimum

: 14,6 kgm pada 2800 rpm

Modul: Pengujian Motor Bensin Suplai bahan bakar

:  Electronics Fuel Injection

Sistem Pendinginan

: Air, dengan pompa listrik

Sistem Bahan Bakar : Pompa sirkulasi, dengan pendingin air Tekanan

: 240 s/d 275 kN/m2 ( 35 s/d 40 lbs/in )

Bahan Bakar

: Premium Pertamina

Gambar 2. Komponen Utama Motor Bakar

Gambar 3. Siklus Sebenarnya

Gambar 4. Skematik Peralatan Pengujian

Modul: Pengujian Motor Bensin

Gambar 5. Prinsip Kerja Pengukuran Dinamometer

4. PROSEDUR PENGUJIAN

Persiapan sebelum pengujian a. Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar, jika kurang harus ditambah.  b. Periksa minyak pelumas, tambah bila kurang. c. Air pendingin yang bersih perlu dialirkan ke dalam dinamometer, blok mesin,  pendingin pelumas dan gas kalorimeter. Buka penuh katup aliran air pendingin minyak pelumas. Katup penambah air pendingin harus diatur selama pengujian untuk mempertahankan temperatur air pendingin antara 70 hingga 75 oC. Katup aliran air pendingin minyak pelumas baru dibuka setelah mesin jalan dan diatur sehingga temperatur minyak pelumas 80 oC.

Prosedur menjalankan dan mematikan motor bakar seperti yang diberikan oleh asisten. Pengujian dapat dilakukan dengan metode: a.  beban berubah-ubah, katup gas konstan  b.  beban dan katup gas berubah-ubah, putaran konstan Untuk tiap kondisi operasi, parameter pengukuran meliputi:

•

Momen putar

•

Pemakaian bahan bakar

•

Perbedaan tekanan udara pada orifice

•

Temperatur air pendingin masuk motor

•

Temperatur pendingin keluar motor

•

Laju aliran air pendingin motor

Modul: Pengujian Motor Bensin 5. METODE PERHITUNGAN

Parameter prestasi motor bensin dihitung dengan memanfaatkan persamaan-persamaan yang diberikan berikut:

Daya poros efektif  N e = T ω 

 N e =

T ⋅ n 9549,305

(kW)

T  = momen putar n  =

putaran motor (rpm)

Tekanan efektif rata-rata Kerja per siklus

 p e =

volume langkah torak 

 p e =

 N e (V 1 ⋅ z ) ⋅ n ⋅ a

60 ⋅ 10 6 (kPa)

V 1 = volume langkah torak (cm3)

= jumlah silinder = jumlah siklus per putaran

a

Laju pemakaian bahan bakar &b = m

50 t 

⋅ ρ b ⋅ 3,6 (kg/jam) 3

= waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 50 cm  (detik)

t   ρ b

 = massa jenis bensin, 0,7329 g/cm

3

Pemakaian bahan bakar spesifik  Be =

&b m  N e

(kg/kW-jam)

Laju aliran massa udara & u = 4,5 ⋅10 −6 ⋅ 3600 ⋅ D 2 m

∆ p or . p u T u

(kg/jam)

∆ p or  = beda tekanan pada orifice (mm H2O)  p u

= tekanan udara luar (cm Hg)

T u  =

temperatur udara luar (K)

 D = Diameter orifice, 55 cm

Modul: Pengujian Motor Bensin Perbandingan udara bahan bakar  AFR =

&u m &b m

Efisiensi volumetrik

Efisiensi volumetrik adalah perbandingan antara laju aliran massa udara sebenarnya dengan laju aliran massa udara ideal. η v

=

&u m & iu m

100  (%)

Laju massa aliran udara ideal yang diperoleh dari rumus berikut: & iu = (V 1 ⋅ z ) ⋅ n ⋅ a ⋅ ρ u ⋅ m  ρ u  ρ u

60 1000

 (kg/jam)

 = massa jenis udara ideal = 4,6446 ⋅10 −3

 p u (cmHg) T (K )

Efisiensi termal η t 

=

 N e

& b ⋅ LHV  m

⋅ 3,6 ⋅10 5  (%)

 LHV  bensin = 42697 kJ/kg Neraca Energi

Energi masuk  E in =

mb ⋅ LHV  3600

(kW)

Energi keluar  E out  =  N e + E ap + E loss  E ap =  ρ a ⋅

Q 3600

(kW)

⋅ C a ⋅ ∆T a   (kW)

 E loss =  E in − ( N e + E ap )

(kW)

5. TUGAS

a.Hitung seluruh parameter prestasi pada pengujian ini  b.Gambarkan parameter prestasi tersebut terhadap putaran motor c.Gambarkan grafik neraca energi d.Berikan analisis dan kesimpulan terhadap hasil

Modul: Pengujian Motor Bensin TABEL DATA PENGAMATAN MOTOR BENSIN

Kelompok : Tanggal :

 No.

Temperatur Lingkungan : Tekanan Udara Lingkungan : Bahan Bakar :

Putaran

Beban

(rpm)

(Nm/kg)

Air Pendingin Mesin T  in (oC)

T out (oC)

Q (lt/s)

Bahan Bakar  per 50 cc (s)

o

C mm Bar

∆ p Udara

T  gas Buang

(mm H2O)

(oC)

42

Modul: Pengujian Motor Diesel

VI. PENGUJIAN MOTOR DIESEL 1. TUJUAN  Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja dan karakteristik motor Diesel. 

Untuk memahami pengujian dan evaluasi parameter prestasi motor Diesel

2. PRINSIP KERJA DAN PARAMETER PRESTASI MESIN

Secara umum, motor bakar torak dapat dibagi menjadi dua tipe dasar, yaitu  sparkignition engine  dan compression-ignition engine . Pada  spark-ignition engine, campuran

 bahan bakar dan udara dibakar oleh busi ( spark plug ). Sedangkan pada compressionignition engine, udara dikompresikan pada tekanan dan temperatur yang cukup tinggi

dimana pembakaran akan berlangsung secara spontan ketika bahan bakar disemprotkan. Karena  spark-ignition engine  relatif ringan dan murah sehingga cocok digunakan pada kendaraan bermotor. Compression-ignition engine   lebih umum digunakan dengan  pertimbangan bahan bakar lebih ekonomis dan daya yang dihasilkan besar. Motor diesel menggunakan prinsip compression ignition engine . Pada langkah isap hanyalah udara segar saja yang masuk ke dalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai TMA (titik mati atas) bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder. Terjadilah  proses penyalaan untuk pembakaran, pada saat udara di dalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi, berkisar antara 12 sampai 25. Beberapa parameter prestasi motor bakar torak adalah: 

Daya poros ( N  p).



Tekanan efektif rata-rata ( pe), efisiensi termal ( ηt ), dan efisiensi volumetrik ( ηv).



Pemakaian bahan bakar (m f ) dan pemakaian bahan bakar spesifik ( Be).



Perbandingan bahan bakar udara (AFR).

Untuk berbagai kondisi operasi, nilai parameter prestasi tersebut akan bervariasi nilainya. Dengan variasi kondisi operasi nilai paramter juga akan bervariasi. Dari data-data ini, karakteristik motor bakar dapat digambarkan. Variabel-variabel operasi yang dapat digunakan dalam pengujian ini adalah: 

Putaran, n [rpm]



Beban (momen puntir), T  [Nm]



Katup gas

Modul: Pengujian Motor Diesel 3. INSTALASI PENGUJIAN Instalasi pengujian yang digunakan dalam pengujian ini ditunjukkan pada Gambar

1. Gambar skematik pengujian diberikan pada Gambar 2 dan prinsip kerja pengukuran dinamometer diperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 1. Instalasi Pengujian Motor Diesel Spesifikasi motor diesel yang digunakan dalam pengujian mesin: Pabrik : Toyota Motor, Japan Type : 2L Jenis : Motor Diesel, 4 silinder sebaris, 4 langkah, 2 katup per silinder, cam di atas. Diam. silinder : 92 mm Langkah torak : 92 mm Vol. langkah torak : 2446 cc Rasio Kompresi : 22,2 : 1 Firing Order Daya maksimum Torsi maksimum Sistem bahan bakar Sistem pendinginan Sistem pelumasan

:1–3–4–2 : 83 PS pada 4200 rpm : 16,3 kgm pada 2400 rpm : Solar Pertamina/Direct Injection/Distribution Pump. : Air/Sirkulasi Luar/Temperatur Konstan. : Mesran Pertamina/Sirkulasi Luar/Temperatur Konstan.

Modul: Pengujian Motor Diesel

Gambar 2. Skematik Peralatan Pengujian

Gambar 3. Prinsip Kerja Pengukuran Dinamometer 4. PROSEDUR PENGUJIAN

Persiapan sebelum pengujian a. Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar,jika kurang harus ditambah.  b. Periksa minyak pelumas, tambah bila kurang. c. Air pendingin yang bersih perlu dialirkan ke dalam dinamometer, blok mesin,  pendingin pelumas dan gas kalorimeter. Buka penuh katup aliran air pendingin minyak  pelumas. Katup penambah air pendingin harus diatur selama pengujian untuk mempertahankan temperatur air pendingin antara 70 hingga 75 oC. Katup aliran air  pendingin minyak pelumas baru dibuka setelah mesin jalan dan diatur sehingga o

temperatur minyak pelumas 80 C.

Prosedur menjalankan dan mematikan motor bakar seperti yang diberikan oleh asisten. Pengujian dapat dilakukan dengan metode: a.  beban berubah-ubah, katup gas konstan  b.  beban dan katup gas berubah-ubah, putaran konstan

Modul: Pengujian Motor Diesel

Untuk tiap kondisi operasi, parameter-parameter yang diukur adalah:

•

Momen putar

•

Pemakaian bahan bakar

•

Perbedaan tekanan udara pada orifice

•

Temperatur air pendingin masuk motor

•

Temperatur pendingin keluar motor

•

Laju aliran air pendingin motor

5. METODE PERHITUNGAN

Parameter prestasi motor bensin dihitung dengan memanfaatkan persamaan-persamaan yang diberikan berikut:

Daya poros efektif  N e = T ω 

 N e =

T ⋅ n 9549,305

(kW)

T  = momen putar n  =

putaran motor (rpm)

Tekanan efektif rata-rata  p e =

 p e =

Kerja per siklus volume langkah torak 

 N e (V 1 ⋅ z ) ⋅ n ⋅ a

60 ⋅ 10 6 (kPa)

V 1 = volume langkah torak (cm3)

= jumlah silinder a

= jumlah siklus per putaran

Laju pemakaian bahan bakar &b = m t   ρ b

50 t 

⋅ ρ b ⋅ 3,6 (kg/jam) 3

= waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 50 cm  (detik)  = massa jenis solar, 0,8200 g/cm

3

Modul: Pengujian Motor Diesel Pemakaian bahan bakar spesifik  Be =

&b m

(kg/kW-jam)

 N e

Laju aliran massa udara ∆ p or . p u

& u = 4,5 ⋅10 −6 ⋅ 3600 ⋅ D 2 m

T u

(kg/jam)

∆ p or  = beda tekanan pada orifice (mm H2O)  p u

= tekanan udara luar (cm Hg)

T u  =

temperatur udara luar (K)

 D = diameter orifice, 55 cm Perbandingan udara bahan bakar  AFR =

&u m &b m

Efisiensi volumetrik

Efisiensi volumetrik adalah perbandingan antara laju aliran massa udara sebenarnya dengan laju aliran massa udara ideal. η v

=

&u m & iu m

100  (%)

Laju massa aliran udara ideal yang diperoleh dari rumus berikut: & iu = (V 1 ⋅ z ) ⋅ n ⋅ a ⋅ ρ u ⋅ m  ρ u  ρ u

60 1000

 (kg/jam)

 = massa jenis udara ideal = 4,6446 ⋅10 −3

 p u (cmHg) T (K )

Efisiensi termal η t 

=

 N e

& b ⋅ LHV  m

⋅ 3,6 ⋅10 5  (%)

 LHV  solar = 43057 kJ/kg Neraca Energi

Energi masuk  E in =

mb ⋅ LHV  3600

(kW)

Energi keluar  E out  =  N e + E ap + E loss

 E ap =  ρ a ⋅

Q 3600

(kW)

⋅ C a ⋅ ∆T a   (kW)

 E loss =  E in − ( N e + E ap )  

(kW)

Modul: Pengujian Motor Diesel

6. TUGAS-TUGAS a. Hitung seluruh parameter prestasi pada pengujian ini

 b. Gambarkan parameter prestasi tersebut terhadap putaran motor c. Gambarkan grafik neraca energi d. Berikan analisis dan kesimpulan terhadap hasil

TABEL DATA PENGAMATAN MOTOR DIESEL

Kelompok : Tanggal :

 No.

Temperatur Lingkungan : Tekanan Udara Lingkungan : Bahan Bakar :

Putaran

Beban

(rpm)

(Nm/kg)

Air Pendingin Mesin T  in (oC)

T out (oC)

Q (lt/s)

Bahan Bakar  per 50 cc (s)

∆ p

Udara

(mm H2O)

o

C mm Bar T  gas Buang

(oC)

49

Modul: Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

VII. PENGUJIAN PEMBANGKIT TENAGA UAP 1. TUJUAN 

Untuk mengetahui tahapan konversi energi yang terjadi pada sistem pembangkit uap



Untuk mengetahui efisiensi pembangkit tenaga sebag ai parameter prestasi pada sistem  pembangkit tenaga uap

2. PRINSIP KERJA DAN KONVERSI ENERGI TENAGA UAP

Sistem pembangkit tenaga uap adalah sistem pembangkit yang mengkonversikan energi yang dikandung bahan bakar menjadi energi poros turbin. Pengkonversian energi berlangsung dengan tahapan sebagai berikut: 1.

Energi bahan bakar dikonversikan menjadi energi termal dalam bentuk gas asap. Tahap ini berlangsung pada alat pembakar.

2.

Energi termal gas asap dipindahkan ke H2O sehingga energi termal H2O meningkat. Tahap ini berlangsung pada permukaan pemanas pembangkit uap.

3.

Energi termal H2O dikonversikan menjadi energi kinetik H2O ketika melewati nosel.

4.

Energi kinetik H2O dikonversikan menjadi energi kerja poros di rotor turbin.

5.

Energi kerja poros dikonversikan menjadi energi listrik pada pembangkit listrik.

Laju kalor masukan bahan bakar

& ⋅ N  Q& = M  bb  pp Laju energi yang tersedia pada turbin W&

=

& (h M u mt

−

hts )

Daya turbin  N TB

=

F ⋅ L ⋅

2π n 60

, (Watt)

Daya listrik  N  LT 

=

V  ⋅ A , (Watt)

50

Modul: Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

Efisiensi turbin η PT 

=

 N TB

& (h − h )  M  mt  kts

Efisiensi pembangkit daya instalasi η PI 

=

 N  LT 

& ⋅ N   M   pb

 Heat Rate  HR =

& u (hkapl  M 

−

hmpu )

 N TB

dengan:

&  M  bb

=

Laju pemakaian bahan bakar (Pembangkit Uap + Pemanas Lanjut)

 N  pb

=

Nilai pembakaran bahan bakar (38000 kJ/kg)

&  M  u

=

Laju aliran massa air/uap (= M& TOT

&  M  TOT 

=

Laju aliran massa air dari tangki timbang

&  M   EJ 

=

Laju aliran massa dalam ejektor

hmt 

=

Enthalpi masuk turbin

−

& ) M  EJ  

hkts

=

Enthalpi uap keluar turbin teoritik (isentropik)

hkapl

=

Enthalpi uap keluar alat pemanas lanjut

hmpu

=

Enthalpi uap masuk pembangkit uap

F 

=

Gaya dinamometer

 L

=

Panjang lengan dinamometer (0,19m)

n

=

Kecepatan putar turbin (rpm)

V 

=

Tegangan listrik (Volt)

 A

=

Arus listrik (Ampere)

51

Modul: Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

3. PROSEDUR PENGUJIAN DAN INSTALASI PENGUJIAN

Prosedur pengujian sistem pembangkit uap dapat diuraikan dalam langkah-langkah  berikut: •

Bahan bakar dari sistem diperiksa untuk menentukan kelayakan pemakaiannya.

•

Sistem turbin uap dihidupkan dahulu untuk memanaskan air dalam boiler.

•

Pemeriksaan setiap bagian peralatan selama proses pemanasan dilakukan untuk mengetahui sistem telah beroperasi dengan baik.

•

Proses pemanasan ditunggu sampai temperatur rata-rata yang diinginkan tercapai.

•

Temperatur dan tekanan rata-rata pada stasiun pengukuran dicatat untuk mendapatkan tingkat keadaan termodinamika yang diperlukan dalam analisis.

•

Laju aliran massa yang dicatat meliputi aliran untuk make-up water , kondensor dan  bahan bakar.

•

Peralatan uji dimatikan setelah pengujian dilakukan

Gambar 1. Instalasi Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

52

Modul: Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

Peralatan uji yang digunakan dalam pengujian ini diperlihatkan pada Gambar 1. Sedangkan gambar skematiknya diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Skematik Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

Keterangan Gambar  APL:

Alat Pemanas Lanjut

PMP:

Pompa Pasok Menara Pendingin

BB:

Beban

PSIR:

Pompa Sirkulasi

BNR:

Alat Pembakar

PSTH:

Pompa Pasok Tangki Air Harian

CON:

Kondensor

PU:

Pembangkit Uap

EJ:

Ejektor

RES:

Reservoir Air

MEJ:

Meteran Air Ejektor

RTM:

Rotameter

MP:

Menara Pendingin

TAH:

Tangki Air Harian

PAU:

Pompa Air Umpan

TB:

Turbin Uap

PEJ:

Pompa Ejektor

TBB:

Tangki Bahan Bakar

PKON:

Pompa Kondensat

TP:

Tangki Penampung

PL:

Pembangkit Listrik

TT:

Tangki Timbangan

53

Modul: Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

4. DATA PENGUJIAN

Besaran yang diukur langsung dalam pengujian ini diberikan pada Tabel 1 dan besaran yang diukur tidak langsung diberikan pada Tabel 2.

Tabel 1. Besaran yang diukur langsung Besaran

Lambang

Satuan

Tekanan Barometer

P bar  

bar

Tekanan Uap Keluar Turbin

Pkpu 

Kg/cm2

Temperatur Uap Keluar Turbin

T kpu

o

Tekanan Uap Masuk Turbin

Pmt 

bar

Temperatur Uap Masuk Turbin

T mt

o

C

C

Tegangan Listrik

V

Volt

Arus Listrik

 I

Ampere

Gaya Dinamometer

F

 Newton

Putaran

n

rpm

 L

m

Lengan Momen

Nilai

Tabel 2. Besaran yang diukur tidak langsung Besaran

Saat Awal

Saat Akhir

Penunjukan

Penunjukan

Awal

Akhir

Laju aliran massa air total Laju aliran massa air ejektor Laju aliran massa air bahan  bakar

54