MAKALAH MESIN KONVERSI ENERGI MESIN STIRLING BETA Disusun Oleh : Houtsma Simon Tomboy
( 0 95 2 14 0 15 )
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011 PENDAHULUAN 1 .1 LATAR BELAKANG Mesin Stirling ditemukan pertama kali oleh Dr Robert Stirling dan dipatenkan ole h dia pada tahun 1816. Sejak awalnya mesin Stirling memiliki reputasi kerja yang baik dan masa kerja yang lama ( di atas 20 tahun), antara lain digunakan sebaga i mesin pompa air dengan kapasitas rendah, yaitu pada pertengahan abad ke Sembil an belas sampai sekitar tahun 1920, yaitu ketika mesin pembakaran internal dan m otor listrik mulai menggantikannya. Dalam keluarga mesin kalor, Mesin Stirling didefinisikan sebagai mesin regeneras i udara panas siklus tertutup. Dalam konteks ini, siklus tertutup berarti bahwa fluida kerjanya secara permanen terkurung di dalam sistem, di mana mesin siklus terbuka seperti mesin pembakaran intenal dan beberapa mesin uap, menukarkan flui da kerjanya dengan lingkungan sekitar sebagai bagiaan dari siklus kerja. Regener asi berarti bahwa adanya penggunaan alat penukar panas internal, yang dapat meni ngkatkan efisiensi mesin. Banyak sekali kemungkinan dari penggunaan mesin stirli ng ini, dengan mayoritas masuk ke kategori mesin dengan piston tolak balik. Mesi n stirling secara tradisional diklasifikasikan ke dalam mesin pembakaran ekstern al, meskipun panas bisa didapatkan dari sumber selain pembakaran seperti tenaga matahari maupun nuklir. Mesin stirling beroperasi melalui penggunaan sumber pana s eksternal dan heat sink eksternal, masing-masing dijaga agar memiliki perbedaa n temperatur yang cukup besar. Dalam usaha meningkatkan konversi yang bisa didapat dari perubahan energi panas ke kerja, mesin stirling memiliki potensi untuk mencapai efisiensi tertinggi dar i semua mesin kalor, secara teori sampai efisiensi maksimal mesin Carnot, meskip un dalam prakteknya usaha ini terus dibatasi oleh berbagai sifat-sifat non-ideal dari baik itu fluida kerjanya maupun bahan dari mesin itu sendiri, seperti gese kan, konduktivitas termal, kekuatan tensile, creep, titik lebur. Sebuah regenerator memungkinkan panas yang dihasilkan disimpan di dalam, sebagia n menggantikan energi panas karena sedikitnya alih panas yang dimungkinkan melal ui dinding heat-exchanger. Energi panas disimpan di dalam regenerator sementara gas penggerak menyusup ke ruangan yang dingin, dan kemudian dilepaskan sewaktu k embali ke ruangan ekspansi panas. Tenaga terjadi pada temperatur yang tinggi dan konstan, sangat ideal untuk setiap mesin. Kompresi terjadi pada temperatur rend ah, dan hampir tidak ada energi panas yang hilang. 1 .2 TU J UA N Mesin ini dapat membakar setiap bahan bakar padat (solid) atau cairan sebagai su mber pemanasannya. Hal ini menyebabkan mesin stirling sangat menarik, khususnya pada situasi dimana bahan bakar konvensional saat ini sangat mahal dan sulit unt uk memperolehnya. Beberapa jenis mesin Stirling , selain demikian efektif juga s angat mudah pembuatannya, sehingga menjadi pilihan yang terbaik untuk sistem pem bangkit listrik di beberapa negara berkembang. 1.3 CARA KERJA
Cara kerja mesin ini memanfaatkan sifat dasar Udara yang akan memuai jika dipana skan dan akan menyusut jika di dinginkan. Dengan demikian akan terjadi siklus pe muaian dan penyusutan sehingga sebuah mesin dapat berputar. Dari definisi diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa sebuah stirling engine akan
bekerja atau berputar jika terdapa perbedaan temperatur. Stirling engine bekerja dengan urutan demikian : 1. Ruan Ruang g udar udara a dipa dipana nasi si dari dari bawa bawah, h, maka maka udar udara a di dala dalamn mnya ya akan akan memu memuai ai dan dan menekan power piston ke atas. 2. Powe Power r pis pisto ton n men mengg gger erak akka kan n cra crank nk saft saft bers bersam amaa aan n den denga gan n itu itu disp displa lace cer r aka akan n berpindah tempat ke posisi paling atas, dengan melihat gambar, dengan adanya po sisi displacer di bagian atas ruang udara, maka mayoritas udara di dalam ruang u dara mengalami pemanasan. Sehingga terjadi kompresi lanjutan yang menebabkan pow er piston terus bergerak hingga posisi puncak. 3. Saat Saat powe power r pist piston on bera berada da dipo diposi sisi si punc puncak ak maka maka deng dengan an bant bantua uan n fly fly whee wheel, l, segera piston akan bergerak turun lagi, posisi displacer sudah berada di tengah, sehingga dengan demikian sebagian udara akan mengalami penyusutan yang mengakib atkan power piston terhisap ke bawah. 4. Hal Hal ini ini teru terus s ber berla lang ngsu sung ng hing hingga ga posi posisi si powe power r pis pisto ton n ter ter-r -ren enda dah h di di iku ikuti ti oleh pergerakan displacer ke tengah. 5. Dan Dan beg begit itu u set seter erus usny nya, a, hal hal ini ini berl berlan angs gsun ung g jug juga a den denga gan n ban bantu tuan an fly fly whe wheel el yang menyimpan momen inersianya. 1 .4 CONTOH APLIKASI STIRLING TYPE BETA Mesin Empat Langkah (Four Stroke Engine) 1. Langkah masukan (intakeLangkah intake) : Sewaktu langkah masukan, piston bergerak kebawah bahan bakar bercampur udara/gas masuk lewat klep (katup) masuk kiri (lihat gambar), sedangkan klep (katup) buang tertutup.
2. Langkah tekanan/kompressi (Compression): Sewaktu piston naik klep (katup) kanan tertutup sedangkan klep (katup) kanan (klep buang) masih tertutup, sehingga terjadi tekanan udara/gas pada selinder, gerakan piston keatas merupakan gerakan momentum. 3. Langkah tenaga (powerLangkah power) : Pada langkah puncak atau sewaktu tiba di puncak, terjadi tekanan gas yang tinngi, dan sewaktu itu busi mengeluarkan pijaran api maka terjadi pembakaran, sehingga timbullah ledakan tenaga yang menekan piston kembali bergerak kebawah. 4. Langkah buang (Exhaust) : Sewaktu piston telah berada dibawah, klep (katup) kanan atau katup buang terbuka, sehingga udara/gas bekas pembakaran keluar. Piston kembali keatas sekali gus membersihkan ruang
piston dasi sisa pembakaran. Sedangkan klep (katup) kanan (katup masuk) tertutup.
1 .5 KE L EB I H AN A. Frekuensi konstan B. Mesi Mesin n Stir Stirli ling ng dapa dapat t beke bekerj rja a pada pada semb sembar aran ang g sumb sumber er ener energi gi pana panas, s, term termas as uk bahan kimia, sinar surya (solar), limbah pertanian (sekam, tempurung kelapa d sb), kayu bakar, berbagai produk minyak bakar (biomassa, biofuel dsb), panas bum i dan nuklir. Kemungkinan implementasi mesin Stirling banyak sekali, namun sebag ian besar masuk pada kategori mesin piston resiprokal. C. Perb Perbed edaa aan n yan yang g men menyo yolo lok k den denga gan n mes mesin in pemb pembak akar aran an inte intern rnal al adal adalah ah pote potens nsi i untuk menggunakan sumber panas terbarukan pada mesin Stirling lebih mudah, suara mesin lebih lembut (tenang), tidak berisik / bising dan biaya perawatannya lebi h rendah. D. Biay Biaya a kapi kapita tal l per per unit unit daya daya ($/k ($/kW) W) dapa dapat t dite diteka kan n lebi lebih h rend rendah ah . Diba Diband ndin in gkan dengan mesin pembakaran internal untuk daya yang sama , maka biaya investas i mesin Stirling untuk saat ini umumya masih lebih besar dan lebih berat, namun perawatannya jauh lebih mudah dan ekonomis. Sehingga secara menyeluruh biaya ene rginya masih dapat bersaing ketat. Efisiensi panasnya juga berimbang (untuk mesi n-mesin yang kecil) berkisar antara 15% â 30%. Dengan basis biaya investasi per unit daya di atas, untuk unit generator dengan kapasitas s/d 100 kW., mesin Stirling masih kompetitif harganya. DAFTAR PUSTAKA 203.190.241.95/showthread.php?t=21999&page=3 greenpowerscience.com/ buildaroo.com/news/article/tessera-solar...e-suncatcher-system/ leonidas1558.wordpress.com/2008/11/28/mesin-stirling/ yefrichan.wordpress.com/2010/05/17/pemba...akan-mesin-stirling/ www.sandia.gov/news-center/news-releases...y-batt/Stirling.html en.wikipedia.org/wiki/Stirling_Energy_Systems www.kaskus.us/showthread.php?t=4816145 suaramerdeka.com/v1/index.php/read/cetak...g-Pembangkit-Energiwww.alternative-energy-guide.com/article...and_home_heating.htm www.alternative-energy-guide.com/article...ngine_your_power.htm
