BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Uap (steam) dalam pembicaraan selanjutnya dimaksudkan uap air yaitu uap yang timbul akibat perubahan fase air ( cair ) menjadi uap dengan cara pendidihan ( boiling ). Untuk melakukan proses pendidihan diperlukan en ergi panas yang diperoleh dari sumber panas , misalnya dari pembakaran bahan bakar ( padat, cair, dan gas ) tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia serta tenaga nuklir. Penguapan bisa saja terjadi disembarang tempat dan waktu pada tekanan normal , bila diatas permukaan zat cair tekanan turun dibawah tekanan mutlak. Uap yang dihasilkan dengan cara demikian tidak mempunyai energi potensial, jadi tidak dapat digunakan sebagai sumber energi. Sudah beribu-ribu tahuan manusia bersahabat dengan uap air, yaitu semenjak manusia melakukan pekerjaan merebus ( boiling ), tetapi hanya baru dua abad ini mereka baru menemui bagaimana untuk mempergunakan uap bagi kepentingan mereka. Pada zaman sekarang , perkembangan sarana transportasi dan mesin-mesin pembantu manusia begitu pesat , dari penggunaan sebuah mesin uap yang sangat sederhana untuk menggerakkan sebuah sarana transportasi menjadi penggunaan mesin yang sangat kompleks seperti turbin gas maupun turbis jet pada pesawat. Dulunya , hampir semua mesin maupun sarana transportasi digerakkan oleh mesin uap , dalam makalah ini akan dibahas penemuan mesin uap , cara kerja , dan penerapannya dalam kehidupan sekarang.
1.2 Tujuan
Dalam praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat : a.
Mengetahui persiapan pengoperasian steam engine
b.
Mampu mengoperasikan steam engine
c.
Mampu melaksanakan percobaan antara lain -
Perhitungan SHP
-
Perhitungan BHP
-
Perhitungan power efisiensi dan lain-lain
1.3 Manfaat
Adapun manfaat yang dapat didapat dari praktikum ini, yaitu:
Mahasiswa memahami K3 dibidang Steam Engine
Mahasiswa memahami tentang cara kerja dari Steam Engine
BAB II DASAR TEORI
2.1 Mesin Uap
Mesin uap(steam engines) masuk dalam kategori pesawat kalor, yaitu peralatan yang digunakan untuk merubah tenaga termis dari bahan bakar menjadi tenaga mekanis melalui proses pembakaran. Ada dua jenis pesawat kalor yaitu Internal Combustion Engines/ICE(motor pembakaran dalam) dan External Combustion Engines/ECE(motor pembakaran luar). Pada pesawat kalor jenis ICE, proses pembakaran bahan bakar untuk
mengasilkan tenaga mekanis dilakukan didalam peralatan itu sendiri; sedangkan pada ECE, peralatan ini hanya merubah tenaga termis menjadi tenaga mekanis adapun proses pembakaran dilakukan diluar peralatan tersebut.
Contoh dari pesawat kalor jenis ICE adalah motor bensin dan motor disel yang sangat populer sebagai prime mover baik untuk otomotif maupun untuk industri. Pada motor bensin dan motor disel proses pembakaran bahan bakar (bensin/solar) dilakukan didalam silinder motor itu sendiri dan perubahan tenaga termis hasil pembakaran menjadi tenaga mekanis juga dilakukan didalam pesawat itu sendiri melalui gerakan kian kemari dari piston menjadi gerakan putaran dari crank shaft.
Gambar 2.1. Steam Engine
Contoh dari pesawat kalor jenis ECE adalah mesin uap dan turbin uap. Pada peralatan ini, mesin uap hanya merubah tenaga potensial dari uap menjadi tenaga mekanis berupa gerakan kian kemari dari piston dan selanjutnya diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft; sedangkan turbine uap merubah tenaga potensial dari uap menjadi tenaga mekanis yang langsung merupakan gerakan putaran dari as turbin. Adapun proses pembakaran bahan bakar dilakukan diluar me sin uap dan turbin uap, yaitu didalam ketel uap(boiler). Didalam ketel uap(boiler) tenaga termis hasil pembakaran bahan bakar digunakan untuk memanaskan air sehingga berubah menjadi uap dengan temperatur dan tekanan tinggi, untuk selanjutnya uap dengan temperatur dan tekanan tinggi tersebut dialirkan ke-mesin uap atau turbin uap untuk diubah menjadi tenaga mekanis.
2.2 Pengoperasian Steam Engine
Prinsip kerja dari Steam Engine bisa dilihat pada gambar 1.1 diatas, Didalam cylinder mesin uap terdapat piston yang mempunyai piston rod yang dihubungkan dengan cross head yang berada diluar cylinder. Cross head dihubungkan oleh connecting rod dengan crank shaft (tidak tampak pada gambar), sehingga apabila piston bergerak kian kemari maka crank shaft dapat berputar. Slide valve yang mempunyai valve rod digerakkan oleh crank shaft melalui eksentrik, sehingga slide valve dapat bergerak kian kemari sambil membuka dan menutup dua buah lubang uap yang berhubungan dengan cylinder. Valve box dimana slide valve berada mempunyai dua saluran, saluran pemasukan yang dihubungkan dengan boiler untuk menyalurkan uap dengan tekanan tinggi (warna merah), dan saluran pembuangan yang dihubungkan dengan cerobong untuk membuang uap bekas(warna biru). Pada waktu piston mencapai posisi paling kiri, maka slide valve akan membuka lubang uap cylinder bagian kiri sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder pada bagian kiri dari piston dan mendorong piston kekanan, sementara itu lubang uap sebelah kanan dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang keluar melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve sehingga
pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap. Pada waktu piston mencapai posisi paling kanan, maka slide valve akan membuka lubang uap cylinder bagian kanan sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder pada bagian kanan piston dan mendorong piston kekiri, sementara itu lubang uap sebelah kiri dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap. Karena cross head dengan crank shaft dihubungkan oleh connecting rod, maka gerakan kian kemari dari piston tersebut akan diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft. Demikian selama ada pasokan uap dari boiler maka mesin uap akan merubah menjadi tenaga mekanis dengan gerakan putaran dari crank shaft.
Gambar 2.2. Steam Engine merk Stuard
Mesin uap yang menjadi alat praktikum di Laboratorium Motor Bakar – Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya memiliki spesifikasi berikut: Height
: 0.3810 meter
Bore
: 0.0572 meter
Stroke
: 0.0508 meter
Volume
: 2 x 0.1301
Connecting rod diameter
: 0.01032 meter
Max steam pressure
: 6.9 bar
Steam consumpion
: 68 kg at 800 rpm
Fixed out off ratio
: 1/5
Power output at output shaft
: 1800 watt at 800 rpm
Condenser: Coiled heat exchanger
: Surface area 0.74 m 2
Manufactured by
: Stuard
2.3 Bagian – Bagian Steam Engine System.
Gambar 2.2 Steam Engine System
Adapun alat – alat kelengkapan tersebut meliputi: 1.
Pressure Gauge. Fungsi: untuk mengukur tekanan uap masuk ke Steam Engine System.
2.
Steam Flow Control Valve. Fungsi: katup pengendali aliran uap.
3.
Pressure Regulating Valve. Fungsi: katup untuk mengatur tekanan uap
4.
Steam Selonoid Valve. Fungsi: katup yang digerakan oleh energi listrik melalui solenoid.
5.
Pressure Relief Valve. Fungsi: katup pengaman dari tekanan yang berleih.
6.
Gelas Ukur/measuring baker Fungsi: untuk menampung air hasil pengembunan.
7.
Condenser Fungsi: untuk mendinginkan uap dari steam engine.
8.
Alternator Fungsi: untuk pembangkit listrik atau untuk pengereman dari steam engine.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Peralatan Dan Bahan Habis.
3.1.1 Peralatan. 3.2 Suplai energi listrik. 3.3 Air utilitas Laboratorium. 3.4 Gelas ukur. 3.5 Cussons : P7600 : Oil Fired Boiler. 3.1.2 Bahan Habis 1.
Lap/Kain pembersih
: 10 kg
2.
Pelumas SAE 30
: 10 Liter
3.
Pelumas SAE 40
: 10 Liter
4.
Gloves
: 10 set
5.
Gelas ukur
: 2 set
6.
Air utilitas Laboratorium
: 500
Liter
7.
Bahan Bakar (Solar)
: 100
Liter
8.
Larutan Softener (NaCl)
: 20 kg
9.
Larutan Dosage(Housemen)
: 25
Liter
3.2 Prosedur Pengoperasian Steam Engine System.
3.2.1 Persiapan sebelum start. 1.
Buka katup pelumas dan lumasi ini dengan SAE 40.
2.
Buka penutup/pelindung steam engine.
3.
Lumasi seluruh bagian mesin yang berputar/bergerak dengan pelumas SAE 30.
4.
Putar roda gila(fly wheel) agar kedudukan cylinder bergantian diberi pelumas secukupnya pada dinding silinder.
5.
Tutup kembali steam engine.
3.2.2 Langkah pemanasan(warming up the engine). a.
Buka penutup air pendingin condenser dan periksa keadaan di flow indicator.
3.2.3
3.2.4
b.
Putar electrical power switch pada posisi “ON’.
c.
Tekan tombol “Warm Up”.
d.
Buka perlahan – lahan “steam engine control valve” .
Starting and Running the engine. a.
Setelah pemanasan dirasa cukup, tekan tombol start.
b.
Control engine dapat dilakukan dengan pembebanan/loading.
c.
Catat semua data loading, rpm dan lain - lain.
Shutting down the engine. a.
Putar alternator pada posisi pembebanan minimum.
b.
Tutup katup uap yang masuk ke engine.
c.
Tekan tombol “Stop” dan putar “Power Isolator” pada posisi “OFF”.
d.
Tutup katup air pendingin yang menuju condenser.
e.
Beri pelumas kembali pada cylinder pada bagian – bagian yang bergerak dengan pelumas SAE 30.
f.
Bersihkan dan keringkan bagian – bagian yang kotor.
BAB V KESIMPULAN
5.1
Kesimpulan
Dari praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. 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, s ehingga daya listrik yang dihasilkan semakin besar. 2. Arus listrik yang dihasilkan tidak terpengaruh oleh besarnya beban. 3. Temperatur (T1) tidak terpengaruh oleh besarnya beban
DAFTAR PUSTAKA
1.
G.Cusson Ltd.
“ Steam
Engine, I nstructioanal
Manual Hand Book”
England 1 December 1986, 2 march 1987. 2.
Munson and Young ., Fundamentals of fluid Mechanics, eds.4.Jakarta, Erlangga, 2004.
3.
MsCave, W.L.,Smith. J.C., dan Harriott. P., Unit Operationsin Chemical
Engineering ,ed. 4.McGraw-Hill. New York, 1985. 4.
Gean Koplis, C.J., Transport Processesand Unit Allyn Operations,eds.2, and Bacon,inc., 1987.
5. BR Standard Class 7 70000 Britannia, owned by the Royal Scot Locomotive and General Trust.
