Steam Engine

Laporan praktikum pesawat uap dan bejana tekan (PUBT)

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Dalam suatu industri dibutuhkan peralatan atau seperangkat permesinan yang dapat menunjang hasil produksi suatu industri salah sataunya adalah Steam Engine. Untuk menjalankan Steam Engine atau mesin uap diperlukan tahap – tahap pengoprasian seperti persiapan atau pemeriksaan awal, langkah pemanasan, Starting and Running, hingga Shutting Down the Engine (mematikan pengoprasian mesin). Langkah – langkah tersebut telah dibahas dan dilakukan dalam praktikum Steam Engine, selain itu dalam praktikum tersebut mempelajari hal – hal yang berkaitan dengan Keselamatan dan Kesehatan Kerja demi terwujudnya situasi aman dan nyaman pada pekerja dan lingkungan sekitar. Laporan tentang Steam Engine ini kiranya dapat dipakai sebagai pengantar belajar tentang permasalahan yang menyangkut Steam Engine. Bahan lain yang berhubungan dengan Steam Engine yang dikeluarkan oleh lembaga lainnya patut menjadi bahan acuan untuk melengkapi isi dari laporan ini.

1.2

Rumusan Masalah 1. Bagimana mengoperasikan dengan benar pengoperasian : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine ? 2. Bagaiman menghitung dan menganalisa performance / karakteristik dari : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine ? 3. Bgaimana persiapan pengoperasian steam engine 4. Bagaimana melaksanakan percobaan antara lain i. Perhitungan konsumsi uap ii. Perhitungan daya efektif iii. Perhitungan daya listrik iv. Perhitungan daya air pendingin v. Perhitungan efisiensi steam engine 1


5. bagaimana menganalisa dan menyimpulkan hasil percobaan 1.3.

Tujuan 

a.

Tujuan Instruksional Umum : Mampu mengoperasikan dengan benar pengoperasian : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine

b. Mampu menghitung dan menganalisa performance / karakteristik dari : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine



Tujuan Instruksional Khusus : Dalam praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat :

a.

Mengetahui persiapan pengoperasian steam engine

b.

Mampu mengoperasikan steam engine

c.

Mampu melaksanakan percobaan antara lain

d.

-

Perhitungan konsumsi uap

-

Perhitungan daya efektif

-

Perhitungan daya listrik

-

Perhitungan daya air pendingin

-

Perhitungan efisiensi steam engine

Mampu menganalisa dan menyimpulkan hasil percobaan

2


1.4.

Manfaat Manfaat yang kita peroleh dari melakukan praktikum pengukuran iklim kerja antara lain : 1

Memahami dasar teori tentang Steam engine

2

Memahami prosedur kerja dan dapat menggunakan alat Steam engine

3

Mampu menganalisa data pengukuran sehingga dapat mengetahui baik atau buruknya suatu efisiensi pada steam egine

3


BAB 2 DASAR TEORI 2.1

Prinsip Kerja Dalam mesin uap tenaga panas yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar dalam suatu ketel digunakan untuk 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 menjadi tenaga mekanik, jadi dalam mesin uap terdapat suatu peralihan tenaga tunggal yaitu dari tenaga tempat ke tenaga mekanik (mesin).

2.2

Pembagian Jenis Mesin Uap Adapun pembagian jenis mesin uap dapat dibagi menjadi berikut antara lain : 1.

Menurut kerja uap -

Mesin kerja tunggal yaitu apabila uap hanya bekerja pada salah satu sisi torak

-

Mesin uap bekerja ganda yaitu apabila uap bekerja pada kedua sisi torak

2. 3.

Menurut arah garis sumbu mesin -

4.

Mesin tegak, misal: mesin kapal Mesin datar, misal: mesin darat Menurut arah putaran AS

-

2.3

Menurut arah aliran uap Mesin arus bolak-balik Mesin arus searah

Mesin berjalan cepat Mesin berjalan lambat

Menentukan Daya Mesin 4


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/cm2 . Berikut gambar 2.1 Laju kerja silinder S

Pr SP ST

D Pr Gambar 2.1 Laju kerja silinder Sumber : Modul praktikum PUBT, 2011

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 )................................................... 2.1

Jika kecepatan putaran mesin N putaran tiap menit maka: N = Pr x S x F x N

(Kg.m/Menit)........................................... 2.2

5


Untuk sisi tutup poros: Ni = Pr x F x S x N)........................................................................... 2.3 60 x 70 Untuk sisi poros ke sisi tutup berhubung ada batang toraknya maka: Ni = Pr (F-f) x S x N)....................................................................... 2.4 60 x 75 Dimana : F = Luas batang torak = 0,875 *d2 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)....................................................................... 2.5 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

6


2.4

Rumus Dalam perhitungan digunakan rumus – rumus yang sama, sehingga hanya memasukkan saja, rumus – rumus tersebut adalah sebagai berikut : 1.

Tekanan Efektif rata-rata :

Pm = 2.

Pin ( 1  ln r )  ( Pb  Pout ) r

Volume Silinder Vs = { ( As + ( As – Ac ) } s

3.

( m3 ) ............................... 2.8

Daya effektif Pe = Pm x Vs x n

5.

( m3 ) ............................... 2.7

Untuk Silinder Ganda Vs = 2 x Vs

4.

(bar) )............................... 2.6

( Watt ) ........................... 2.9

Konsumsi Uap

M con t con M uap = 6.

Daya condenser : P on = M uap x Ca x (t2 – t3 )

7.

( KW ) ............................ 2.9

Daya pendinginan air : Ppa = Ma x Ca x ( t2 – t4 )

8.

( Kg/s ) ........................... 2.8

( KW ) ........................... 3.0

Daya listrik : PL = V x I

( Watt ) ............................ 3.1

7


9.

Effisiensi Total

PL Pe ηT =

( % ) ............................... 2.6

Dimana : PI = Inlet pressure Pb = 1 bar (14,5 lb/sq in) tekanan atmosfer r

= V2 = 5 , untuk mesin ini V1

As = 0,05722 m2 Ac = 0,010322 m2 S = 0,0508 m n = Rps, jumlah putaran perdetik Ca = Nilai kalor uap panas = 4,178 KJ / Kgs Ma = 0,467 m3 /h xl h/360 detik V = Voltage I

= Arus

Mcon= jumlah air condensate Tcon= waktu yang diprlukan untuk mngumpukan air condensate

8


BAB III PROSEDUR PRAKTIKUM 3.1

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 dan kain pel 9. Stop Watch 10. Gelas Ukur

3.2

Rangkaian Percobaan

3.3

Prosedur Kerja 9


Prosedur kerja dalam praktikum steam engine adalah sebagai berikut : 1.

Persiapan sebelum start - Membuka tutup botol pelumas dan melumasi dengan oil SAE-40 - Membuka penutup/pelindung steam engine - Melumasi bagian mesin yang bergerak dengan pelumas SAE-30 - Memutar roda gila dan memberi pelumas secukupnya pada dinding silinder - Menutup kembali steam engine

2.

Langkah pemanasan ( warming up the engine ) - Membuka penutup air pendingin kondensor dan memeriksa keadaan

3.

-

Memutar electrical power switch pada posisi “on”

-

Menekan tombol “warm up”

-

Membuka perlahan-lahan “steam flow control valve”

Starting and Running the engine -

Menekan tombol start setelah persiapan cukup

-

Kontrol engine dapat dilakukan dengan pembebanan/loading

-

Mencatat semua data loading, Rpm, dll

4. Shutting Down The Engine -

Memutar alternator pada posisi pembebanan minimum

-

Menutup katup uap yang masuk ke Engine

-

Menekan tombol “Stop” dan memutar “Power Isolator” pada posisi “Off”

-

Menutup katup air pendingin yang menuju ke condensor

-

Melumasi cylinder pada bagian-bagian yang bergerak dengan pelumas SAE 30

-

Membersihkan dan mengerikan bagian

10


BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Spesifikasi Mesin Uap (Steam Engine) Height

: 0,381 m

Bore

: 0,0572 m

Stroke

: 0,0508 m

Volume

: 2 x 0,1301

Connecting rod diameter

: 0,01032 m

Max. steam pressure

: 6,9 bar

Steam consumption

: 68kg at 800Rpm

Fixed out off ratio

: 1/5

Power output at output shaft

: 1800 watt at 800 Rpm dan 5,5 bar

Dinamometer : Max Continous Speed

: 1200 Rpm

Weight

: 4,3 Kg

Condenser : Coiled heat exchanger a surface area of 0,74 m² 4.2. Analisa Data Tabel 4.1 Tabel Data Percobaan P. Loa

Speed (Rps) Mesin

Altenator

Pin (bar)

Temperature (oC) T1

T2

T3

T4

V.cond

Time

P out

(l)

cond

(bar)

V

I

d

Altenator

(sec)

(%) 0

3393

5209

5,3

105

85

25

20

430

60

0,2

7

12

20

2103

5088

5,2

105

85

25

20

500

60

0,1

7

14

40

721.1

4903

5,1

103

85

25

20

410

60

0,1

8

17

60

297.1

212.6

5,1

105

70

23

20

410

60

0,1

9

20

(Sumber : Data Praktikum, 2011) Keterangan : T1 = Steam In

T3 = Condensor Out 11


T2 = Steam Out

T4 = Condensor In

4.3. Perhitungan Adapun perihitunag dari hasil praktikum PUBT adalah sebagai berikut: 4.3.1

Untuk Load 0%

1. Tekanan efektif

Pre

=

=

Pin r

5,3 5

( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,2 )

= 1,918 bar 2. Volume Silinder Vs

= { As + ( As – Ac ) } s = {( 0,0572 m) 2 + ( 0,0572 m) 2 – ( 0,01032 m) 2 } = 3,27x10-4 m3

3. Untuk Silinder Ganda Vs

= 2Vs = 2 x 3,27x10-4 m3 = 6,54 x 10-4 m3

12


4. Daya Efektif PE mesin

= Pre x Vs x n engine = 1,918 x 6,54.10-4 m3 x

3393 60 s

Rps

5209 60 s

Rps

= 723.335 watt (mesin) PE altenator

= Pre x Vs x n alternator -4

3

= 1,918 x 6,54.10 m x

= 11292,99 watt (alternator) 5. Konsumsi uap M uap =

Vcondensor Tcondensor

=

ρxV t out

=

430 ml Kg 1 m3 x 1000 3 x 3 ml 60 s m 10

= 7.16 x 103 6.

Daya kondensor Pconr = Muap x Ca x (T2 –T3) = 7.16x103 kg/s x 4,178 Kj/Kg x (85 – 25) ⁰C = 1.794 kW

7. Daya Pendingin Air Ppa

= Ma x Ca x (T2 – T4) = 0.467 m3/3600s x 4,178 Kj/Kgx (85 -20) ⁰C = 0.035 KW

8. Daya Listrik PI

= VxI = 7 Volt x 12 Ampere 13


= 84 watt

14


9. Effisiensi total

4.3.2.

Efisiensi Mesin

=

85 watt x 100 =11,61 723.335

Efisiensi Alternator

=

84 watt x 100 =0.75 110.497

Untuk Load 20%

1. Tekanan efektif

Pre

=

=

Pin r

5.2 5

( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,777 bar 2. Volume Silinder Vs = { As + ( As – Ac ) } s = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } = 3,27 x 10-4 m3 3. Untuk Silinder Ganda Vs = 2Vs = 2 x 3,27 x 10-4 m3 = 6,54 x 10-4 m3

15


4.

Daya Efektif PE mesin

= Pre x Vs x n engine = 1,777 x 6,54.10-4 m3 x

2102 60 s

Rps

5088 60 s

Rps

= 415.369 watt (mesin) PE altenator

= Pre x Vs x n alternator = 1,777 x 6,54.10-4 m3 x

= 1004.944 watt (alternator) 5. Konsumsi uap M uap

=


=

ρxV t out

=

500 ml Kg 1m 3 x 1000 3 x 3 ml 60 s m 10

= 8.73 x 103 6.



= Ma x Ca x (T2 – T4) = 0.467 m3/3600s x 4,178 Kj/Kgx (85 -20) ⁰C = 0.035 KW 16


17


8. Daya Listrik PI

= VxI = 7 Volt x 14 Ampere = 98 watt

9. Effisiensi total Efisiensi Mesin

:

Efisiensi Alternator:

98 watt x 100 =23.59 415.369 98 watt x 100 =6.979 1004.944

Untuk Load 40% 1. Tekanan efektif

Pre

=

=

Pin r

5.1 5

( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,743 bar 2. Volume Silinder Vs = { As + ( As – Ac ) } s = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } = 3,27 x 10-4 m3 3. Untuk Silinder Ganda Vs = 2Vs = 2 x 3,27 x 10-4 m3 = 6,54 x 10-4 m3 4.


= Pre x Vs x n engine 18


-4

731.1 60 s

Rps

4903 60 s

Rps

3

= 1,743 x 6,54.10 m x = 139.7 watt (mesin) PE altenator


= 949.875 watt (alternator) 5. Konsumsi uap M uap

=


=

ρxV t out

=

410 ml Kg 1 m3 x 1000 3 x 3 ml 60 s m 10

= 6.83 x 103 6.

Daya kondensor Pconr

= Muap x Ca x (T2 –T3) = 6.83x103 kg/s x 4,178 Kj/Kg x (85 – 25) ⁰C = 1.712 kW



8. Daya Listrik PI

= VxI 19


= 8 Volt x 17 Ampere = 136 watt 9. Effisiensi total Efisiensi Mesin


=

136 watt x 100 =97.35 133.70

=

136 watt x 100 =14.31 949.875

4.3.4. Untuk Load 60% 1. Tekanan efektif

Pre

=

=

Pin r

5.1 5

( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,743 bar 2. Volume Silinder Vs

= { As + ( As – Ac ) } s = {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } = 3,27 x 10-4 m3

3. Untuk Silinder Ganda Vs

4.

= 2Vs = 2 x 3,27 x 10-4 m3 = 6,54 x 10-4 m3


= Pre x Vs x n engine -4

3

= 1,743 x 6,54.10 m x

297.1 60 s

Rps

= 57.558 watt (mesin) 20


PE altenator


2126 60 s

Rps

= 411.87 watt (alternator)

21


5. Konsumsi uap M uap =


=

ρxV t out

=

410 ml Kg 1 m3 x 1000 3 x 3 ml 60 s m 10

= 6.83 x 103 6.




8. Daya Listrik PI

= VxI = 9 Volt x 20 Ampere = 180 watt

9. Effisiensi total Efisiensi Mesin

=

180 watt x 100 =312.728 57.558


=

180 watt x 100 =43.70 411.87 22


4.3.

Pembahasan Berdasarkan praktikum steam engine yang telah dilakuakan, praktikum dilakuan sebanyak 4 (empat) kali dengan perbedaan load untuk masing masing praktikum. Steam engine yang dihasilkan oleh boiler digunakan untuk menggerakan steam engine. Dengan beban yang diberikan sebesar 0%, 20%, 40%, dan 60% dilakukan pengukuran kecepatan putaran mesin dan altenator. Data hasil praktikum menunjukkan bahwa semakin besar load yang diberikan pada Steam Engine, maka semakin rendah keepatan putaran mesin dan altenator. Kecepatan putaran ini akan mempengaruhi daya efektif yang terukur pada mesin dan altenator maka daya efektif yang dihasilkan juga semakin besar Untuk beberapa variable tidak terjadi fluktuasi yang signifikan seperti tekanan steam saat masuk (Pin) dan keluar (Pout). Temperatur stem juga cenderung stabil saat sebelum, diidalam dan keluar dari steam engie. Sebagaian uap basah yang akan dialirkan dalam steam engine akan terkondensasi adalah antara 410 ml -500 ml Daya efektif mesin, digunakan untuk menukar altenator dan akan menghasilkan daya listrik sebagian outputnya. Berdasarkan data hasil praktikum semakin besar load yang diberikan pada mesin akan menurunkan putaran mesin dan altenator, begitu pula daya efektifnya. Namun berbanding terbalik dengan kecepatan, daya listrik yang dihsilkan altenator semain besar, sehingga berdasarkan perhitungan, efisiensi dari mesin dan altenator akan meningkat Secara teoritis untuk menghasilkan efisiensi mesin dan altenator yang tinggi maka nilai load yang dihasilkan (dibebankan) pada steam engine harus ditingkatkan agar putaran mesindan altenator sebanding dengan daya listrik yang dihasilkan. Seperti ada percobaan terakhir dengan load = 60 % efisensi mesin mencaai 312.728 % dan efisiensi altenator 23


43.70 %. Listrik yang dihasilkan pada percobaan keempat ini adalah 180 watt

24


BAB V PENUTUP 5.1

Kesimpulan Adapun kesimpulan yang diperoleh ari praktikum ini adalah

1

:

steam engine merupakan mesin yang membutuhkan energi uap bertekanan dengan tekanan kerja yang tergantung dari ukuran

2

steam engine-nya. Semakin besar ukuran steam engine maka tekanan kerjanya

3

semakin besar. Perhitungan dilakukan antara lain Perhitungan konsumsi uap, Perhitungan daya efektif, Perhitungan daya listrik, Perhitungan daya air pendingin, Perhitungan efisiensi steam engine. ntuk mengetahui efisiensi pada steam engie Pada steam engine semakin besar load yang diberikan pada mesin

4

akan menurunkan putaran mesin dan altenator, begitu pula daya efektifnya. Namun berbanding terbalik dengan kecepatan, daya listrik

yang

dihasilkan

altenator

semain

besar,

sehingga

berdasarkan perhitungan, efisiensi dari mesin dan altenator akan meningkat 5.2.

Saran Adapun saran yang diperloeh pada praktikum ini adalah 1

Sebelum mengoperasikan steam engine, harus diketahui dulu karakteristiknya

2

:

sehingga

tidak

ada

kesalahan

ketika

pengoperasian. Sebelum mengoperasikan steam engine harus dipastikan sudah ada tenana uap yang dihasilkan boiler, dan juga Steam egine

3

sudah diberi melumas pada setiap bagian” yang bergesekn Pada saat mengoperasikan Steam engine selalu menggunakan APD khususnya pada telinga, yaitu Ear muuf dan APD lainnya seperti kasa mata , sarung tangan dll

25


DAFTAR PUSTAKA G.Cusson Ltd. “Kalorimeter Instructioanal Manual Hand Book” England 1 December 1986, 2 march 1987. M.J. Djokosetyadjo “Ketel Uap” PT Pradnya Paramita, Jakarta 1999. Maridjo

“Petunjuk

Praktikum

Mesin

Konversi”

Penerbit

Pusat

Pengembangan Pendidikan Politeknik, Bandung 1995.

26

Steam Engine

Recommend Documents