PERCOBAAN
STEAM ENGINE I.
Tujuan Dalam praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat : a. Menget Mengetahu ahuii persiapa persiapan n pengope pengoperasi rasian an steam steam engine engine b. Mampu mengoperasikan steam engine c. Mampu Mampu mela melaksa ksanak nakan an perco percobaa baan n antara antara lain lain
II.
-
Perhitungan SHP
-
Perhitungan BH BHP
-
Perh Perhit itun unga gan n powe powerr efis efisien iensi si dan dan lai lain-l n-lai ain n
DASAR TEORI 2.1
Prinsip kerja
Dalam mesin uap dengan panas yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar dalam suatu ketel digunakan untuk merubah merubah air sehingga menjadi uap dengan tekanan dan suhu tertentu. Uap demikian ini sudah mempunyai tenaga tekanan (potensial), uap yang mempunyai daya usaha tempat ini disalurkan kedalam silinder yang di dalamnya terdapat torak beserta batang toraknya, kepala silang, batang penggerak dan engkol ini dapat berubah ke tenaga mekanik, jadi dalam mesin uap terdapat suatu peralihan tenaga tunggal yaitu dari tenaga tempat ke tenaga mekanik. Pembagian jenis mesin uap:
1. -
Menurut kerja uap
Mesin Mesin kerja kerja tungg tunggal al yaitu yaitu apabi apabila la uap hany hanyaa bekerja bekerja pada pada salah salah satu satu sisi sisi torak
-
Mesin Mesin uap bekerja bekerja gand gandaa yaitu yaitu apabi apabila la uap beke bekerja rja pada pada kedua kedua sisi sisi torak torak 2.
Menurut arah aliran uap
-
Mesin arus bolak-balik
-
Mesin arus searah
PPNS PPNS - ITS | Tugas Tugas Marine Marine Exte Externa rnall Combus Combustio tion n Engine Engine
1
3.
Menurut arah garis sumbu mesin
-
Mesin tegak, misal: mesin kapal
-
Mesin datar, misal: mesin darat 4.
Menurut arah putaran AS
-
Mesin berjalan cepat
-
Mesin berjalan lambat
Menentukan daya mesin
Ketika mesin sedang bekerja didalam silinder terdapat uap untuk mendesak toraknya. Besarnya tekanan uap selama satu langkah, kita anggap seolah-olah tekanannya tetap ini biasanya disebut tekanan rata-rata atau Pr, dengan satuan Kg/cm 2 . Gambar : S
Pr SP ST
D Pr
Keterangan: Pr = Tekanan rata-rata dalam Kg/cm2 S = Panjang langkah dalam m D = Diameter torak dalam cm A = Luas Torak ( m2 ) Untuk selanjutnya usahanya: A = Pr x S x F
( Kg.m )
Jika kecepatan putaran mesin N putaran tiap menit maka: N = Pr x S x F x N
(Kg.m/Menit)
Untuk sisi tutup poros: Ni = Pr x F x S x N 60 x 70
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
2
Untuk sisi poros ke sisi tutup berhubung ada batang toraknya maka: Ni = Pr (F-f) x S x N 60 x 75 Dimana : F = Luas batang torak = 0,875 *d 2 Bila mesin bekerja ganda maka usahanya Ni dalah: Ni = (Pr x F x S x N) + Pr (F-f) x S x N 60 x 75 = Pr (2F-f) x S x N 60 x 75 Karena ada gesekan mekanik antara torak dengan silinder antara batang dengan bush backing, antara slop antar dengan jalan antar, juga pada proses pena-pena dan metal AS-nya, maka tenaga yang diberikan mesin sebenarnya akan semakin kecil, tenaga yang diberikan ini sebenarnya disebut tenaga efektif atau Ne < Ni. Jika perbandingan Ne / Ni = ήm Dimana :
ήm = Randasemen mesin
RUMUS
Dalam perhitungan digunakan rumus – rumus yang sama, sehingga hanya memasukkan saja, rumus – rumus tersebut adalah sebagai berikut : 1.
Pr = 2.
Tekanan Efektif rata-rata : P in r
(1 + log r ) − ( P b
− P out
) ………………….....................……..(bar)
Volume Silinder
Vs = { ( As + ( As – Ac ) } s …………………………………………( m 3 ) 3.
Untuk Silinder Ganda
Vs = 2 x Vs………………………………………………………...….( m3 )
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
3
4.
Daya effektif
Pe = Pr x Vs x n……………………………………… ……………( Watt ) 5.
Konsumsi Uap M con
M uap =
t con
6.
…………………………………………………..… ( Kg/s )
Daya condenser :
P cond = M uap x Ca x (t 2 – t3 )………………………………….… ( KW ) 7.
Daya pendinginan air :
P pa = Ma x Ca x ( t 2 – t4 )……………………………… ( KW ) 8.
Daya listrik :
PL = V x I …………………………………………………( Watt ) 9.
Effisiensi Total
ηT =
P L P e
…………………………………………………….( % )
Dimana : PI = Inlet pressure Pb = 1 bar (14,5 lb/sq in) tekanan atmosfer r
=
V 2 V 1
= 5 , untuk mesin ini
As = 0,0572² m 2 Ac = 0,01032² m2 S
= 0,0508 m
n = Rps, jumlah putaran perdetik Ca = Nilai kalor uap panas = 4,178 KJ / Kg Ma = 0,467 m3 /h xl h/3600 detik V = Voltage I
= Arus
Mcon= jumlah air condensate Tcon= waktu yang diprlukan untuk mngumpukan air condensate
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
4
III.
Bahan dan Alat
1. Dinamo / altenator 2. Steam engine 3. Pelumas SAE-30 4. Pelumas SAE-40 5. Bahan bakar solar 6. Pipet 7. Kuas 8. Majun
IV. PROSEDUR KERJA
1. Menghidupkan boiler sampai tekanan 10 bar 2. Menghidupkan air pendingin 3. Menutup katup-katup yang ke arah kalorimeter, steam engine, dan super heater. 4. Menghidupkan aliran listrik. 5. Melumasi steam engine 6. Membuka katup utama yang ada pada steam engine 7. Membuka katup cabang yang ada pada steam engine 8. Menekan tombol warm upyang kea rah solenoid valve, agar solenoid valve membuka dan uap masuk ke steam engine, kemudian biarkan mesin selama ± 5 menit agar uap masuk. 9. Meneklan tombol start maka steam engine akan menyala. 10. Mencatat data-data hasil percobaan pada table yang sudah tersedia
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
5
V.
RANGKAIAN PERCOBAAN
VI.
TABEL DATA HASIL PERCOBAAN
P
Speed
Pin
Temperatur
Vcond
Time
Pout
load
(Rps)
(bar)
( ºC )
(liter)
Cond
(bar)
(%)
Alternator
(dtk) Engine
Alternator
T1
T2
T3
T4
0
15,5
110
20
15,5
40 60
V
I
5,5
105
85
25
15
0,55
60
0,1
6
12
110
5,5
105
80
20
15
0,55
60
0,1
7
15
13,5
95
5
105
55
25
15
0,53
60
0,1
10
20
7,5
55
5,5
105
45
25
15
0,47
60
0,1
12
25
Keterangan : T1 = Steam In T2 = Steam Out T3 = Condensor Out T4 = Condensor In atau Cooling Water Out
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
6
VII.
PERHITUNGAN dan GRAFIK
Perhitungan 1 ( P load = 0 %)
1. Pr
= =
Pin
( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )
r
5,5
( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )
5
= 1,971 bar 2. Vs
= { As + ( As – Ac ) } S = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508 = 0,000327 m 3
3. Vs
= 2 x Vs = 2 x 0,000327 = 0,000654 m 3
4. Pe
= Pr x Vs x n = 1,971 x 100.000 Pa x 0,000654 m³ x 15,5 = 1998,0027 Watt
5. PL
= V x I = 6 ( 12 ) = 72 W
6. η T
=
Pl Pe
=
72watt 1998,0027 watt
x 100 %
= 3,6 %
Perhitungan 2 ( P load = 20 %)
1. Pr
= =
Pin r
5,5 5
( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout ) ( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )
= 1,971 bar
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
7
2. Vs
= { As + ( As – Ac ) } S = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508 = 0,000327 m 3
3. Vs
= 2 x Vs = 2 x 0,000327 = 0,000654 m 3
4. Pe
= Pre x Vs x n = 1,971 x 100.000 Pa x 0,000654 m³ x 15,5 = 1998,0027 Watt
5. PL
= V x I = 7 x 15 = 105 W
6. η T
=
Pl Pe
=
105watt 1998,0027 watt
x 100 %
= 5,2 %
Perhitungan 3 ( P load = 40 % )
1. Pre
= =
Pin
( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )
r
5 5
( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )
= 1,71 bar 2. Vs
= { As + ( As – Ac ) } s = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508 = 0,000327 m 3
3. Vs
= 2 x Vs = 2 x 0,000327 = 0,000654 m 3
4. Pe
= Pre x Vs x n = 1,71 x 100.000 Pa x 0,000654 m³ x 13,5 PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
8
= 754,88 Watt 5. PL
= V x I = 10 x 20 = 200 W
6. η T
=
Pl Pe
200 watt
=
754,88watt
x 100%
= 26 %
Perhitungan 4 ( P load = 60 % )
1. Pre
= =
Pin
( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )
r
5,5 5
( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )
= 1,971 bar 2. Vs
= { As + ( As – Ac ) } s = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508 = 0,000327 m 3
3. Vs
= 2 x Vs = 2 x 0,000327 = 0,000654 m 3
4. Pe
= Pre x Vs x n = 1,971 x 100.000 x 0,000654 m³ x 7,5 = 966,7755 Watt = 0,0352 kW
5. PL
= V x I = 12 x 25 = 300 W
6. η T
=
Pl Pe
=
300watt 966,7755 watt
x 100%
= 3 PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
9
VIII. PEMBAHASAN Uap bertekanan 10 bar dari steam supply line dialirkan ke steam engine dengan membuka steam flow control valve. Kemudian cooling water condenser dinyalakan dan steam engine dinyalakan. Sebelum dinyalakan pastikan bahwa load pada steam engine pada posisi 0 % dan bagian – bagian yang bergerak pada steam engine seperti connecting rod, crank shaft, dsb diberi pelumas agar tidak cepat berkarat (korosi). Sebelum uap dimasukkan ke dalam steam engine, steam trap valve dibuka dahulu untuk membuang air kondensasi uap yang terjebak. Setelah itu valve ditutup kembali. Kemudian drain valve ditutup agar uap tidak keluar. Steam engine yang digunakan mempunyai tekanan kerja 5,5 bar. Jadi sebelum masuk ke steam engine, uap diatur tekanannya melalui pressure regulating valve yang sudah diset pada tekanan 5,5 bar. Mekanisme pengaturan pressure regulating valve ini sama dengan sistem mur, yaitu diatur dengan memutar mur bagian atas valve. Jika pressure uap yang masuk ke steam engine melebihi tekanan kerjanya maka secara otomatis uap akan dibuang melalui pressure relief valve. Untuk memulai pengoperasian steam engine, terlebih dahulu steam engine di ON kan. Kemudian tombol warm up ditekan sesaat sebagai pemanasan gerak dari piston pada steam engine. Penekanan tombol warm up dilakukan berulang – ulang sampai piston benar – benar panas dan siap untuk dioperasikan. Setelah selesai, tombol start ditekan untuk memulai pengoperasian steam engine. Setelah steam engine aktif, pencatatan variabel data yang diperlukan untuk perhitungan dilakukan seperti (temperatur condenser dan steam, putaran mesin dan alternator, tekanan, air condensate, tegangan serta arus). Pencatatan ini dilakukan dengan 3 variasi beban agar dapat diketahui perubahan yang terjadi akibat adanya perubahan beban. Setelah selesai digunakan, kembalikan beban (load) steam engine ke posisi semula yaitu 0 % secara perlahan – lahan. Kemudian steam flow control valve ditutup untuk menghentikan supply uap ke steam engine. Setelah itu tombol stop ditekan untuk menghentikan pengoperasian steam engine dan power supply di OFF kan. Drain valve kemudian dibuka untuk membuang uap dan air kondensasi
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
10
dari steam engine. Valve uap buang juga dibuka untuk membuang uap ke udara. Valve uap buang harus dibuka secara perlahan – lahan agar tidak terjadi STEAM HUMER. Karena uap yang dibuang merupakan uap yang bertekanan besar, bila dibuka secara spontan dan cepat maka dapat membahayakan konstruksi pipa. Pipa terutama sambungan pipa dapat bergetar yang dapat merusak pipa itu sendiri. Setelah selesai digunakan, steam engine dibersihkan dan kemudian diberi pelumas lagi pada bagian yang selalu bergerak agar tidak cepat berkarat (korosi).
IX. KESIMPULAN Dari data hasil perhitungan di atas semakin besar persen beban P load maka efisiensi steam engine juga semakin besar karena tegangan dan arus yang di hasilkan oleh alternator semakin besar, sehingga daya listrik yang dihasilkan semakin besar.
X. DAFTAR PUSTAKA
1. G.Cusson Ltd. “Kalorimeter Instructioanal Manual Hand Book” England 1 December 1986, 2 march 1987. 2. M.J. Djokosetyadjo “Ketel Uap” PT Pradnya Paramita, Jakarta 1999. 3. Maridjo “Petunjuk Praktikum Mesin Konversi” Penerbit Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik, Bandung 1995
PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine
11
