INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

(1)

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Jurnal

Teknik Mesin

Volume 6

Issue 2

Pages

55 – 110

Padang

October 2016

ISSN

2089 – 4880

(2)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

http://ejournal.itp.ac.id/index.php/tmesin/ e-ISSN : 2089-4880

Vol. 6, No. 2, October 2016 p-ISSN : 2089-4880

Editorial Team

Editor-in-Chief : Arfidian Rachman, Ph.D.

Institut Teknologi Padang, Indonesia

Editor : Asmara Yanto

Section Editors : Eswanto

Institut Teknologi Medan, Indonesia

Mastariyanto Perdana

Nurzal

Putri Pratiwi

Romiyadi

Politeknik Kampar, Indonesia

Rozi Saferi

Reviewer : Prof. Dr. Eng. Gunawarman

Universitas Andalas, Indonesia

Prof. Dr. Ilmi

Institut Teknologi Medan, Indonesia

Dr. Firman Ridwan

Universitas Andalas, Indonesia

Dr. Muhammad Yahya

Dr. Ahmad Fudholi

Universiti Kebangsaan Malaysia, Malaysia

Dr. Gusri Akhyar Ibrahim

Universitas Lampung, Indonesia

Dr. Eng. Mochamad Syamsiro

Universitas Janabadra, Indonesia

Dr. Eng. Feblil Huda

Universitas Riau, Indonesia

IT Support : Indra Warman

Publication

Jurnal Teknik Mesin (JTM) is a journal aims to be a peer-reviewed platform and an authoritative source of information. We publish original research papers, review articles and case studies focused on mechanical engineering and other related topics. All papers are peer-reviewed by at least two referees. JTM is managed to be issued twice in every volume (April and October).

Publisher : ITP Press – Institut Teknologi Padang http://press.itp.ac.id/

Mailing Address : Mechanical Engineering Department - Institut Teknologi Padang

Jalan Gajah Mada Kandis Nanggalo Padang, West Sumatra, 25143 Indonesia

Telp: (0751) 443317 / Fax: (0751) 443317 Email: [email protected]

(3)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Pages

1. The Flat Type Heat Pipe Solar Collector: An Experimental Research

Dian Wahyu

55 – 62

2. Characteristics of the Mixed Crude Jatropha Oil-Clove Oil

Adhes Gamayel

63 – 67

3. Effect of Cyclone Diffuser Swirl throughout 30 mm On Liquid Jet Gas Pump (Application on Frying Pineapple Chips)

Eswanto

68 – 71

4. Reverse Engineering of a Hydro Turbine System Mechanical Parts

Nofirman Firdaus, Usdek Panjaitan and Bambang Teguh Prasetyo

72 – 79

5. A Simple Dynamic Signal Analyzer Virtual Instrument to Monitoring and Control Airflow Temperature

Asmara Yanto, Anrinal and Ryan Adi Pratama

80 – 85

6. Strength Analysis of Betelnut Fiber-Reinforced Resin Composite

Hendriwan Fahmi, Syafrul Hadi and Fajar Marda Kapur

86 – 91

7. Development of Ejector Cooling System for Vegetables Products Vacuum Cooling

Sulaeman and Desmi Asriandi

92 – 97

8. Modal Analysis of Free-Inverted Wilson Tennis Racket with 1st Type and 2nd Type of Damper

Rozi Saferi and Ismet Eka Putra

98 – 102

9. Effect of Printing Pressure to Paving Block with 5% Weight of Added Fly Ash on Compressive Strength

Nurzal, Edison and Krisna

(4)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

The Scope of JTM

1. Mechanics

2. Energy Science and Engineering

3. Design, Manufacturing and Product Development 4. Control, Instrumentation and Robotics

(5)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

http://ejournal.itp.ac.id/index.php/tmesin/ e-ISSN : 2089-4880

Kolektor Surya Pipa Panas Tipe Datar: Sebuah Penelitian

Eksperimental

The Flat Type Heat Pipe Solar Collector: An Experimental Research

Dian Wahyu

Department of Mechanical Engineering, Politeknik Negeri Padang

Kampus Limau Manis, Limau Manis, Pauh, Padang, Sumatera Barat 25163, Indonesia

Received 01 September 2016; Revised 09 September 2016; Accepted 11 September 2016, Published 11 October 2016 http://dx.doi.10.21063/JTM.2016.V6.55-62

Academic Editor: Asmara Yanto ([email protected])

Correspondence should be addressed to [email protected]

Abstract

Flat solar collectors with heat pipe absorber with dimension of wide 1.5 m x 2 m lenght x 0.2 m thickness and 2.87 m2 aperture area has been tested to produce hot water. Heat pipe used in flat plate solar collector, has a filling ratio of 20% which has been proven to have the highest ability to transfer heat when tested in previous studies. Testing of solar collectors with heat pipe absorber has been done during the month of April 2016 in the city of Padang by using standard ASHRAE 93-2003. The test results showed the highest efficiency obtained was 46%. To get the hot water of at least 64 ° C with a flow rate of 0,35 L / min for 5 hours, required solar radiation of 750 W / m2_{. Generally, during the trial obtained water output temperature collectors from 8:00 - 9:00 pm and from 15:}

30 - 17: 30 is below 60 ° C, whereas at 9:30 - 15: 30 obtained collector output water temperature above 64 ° C, while the water temperature reached at the highest collector output value of 78 ° C.

Keywords: Flat Type Solar collector, Heat pipe, Filling Ratio

1. Pendahuluan

Indonesia memiliki potensi menjadikan energi surya sebagai salah satu sumber energi alternatif masa depan, karena indonesia terletak pada posisi khatulistiwa. Berdasarkan letaknya, Indonesia berada di daerah beriklim tropik dimana daerah ini kaya akan curahan energi surya. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral memberikan data potensi energi surya harian rata-rata di Indonesia sebesar 4,5-6,8 kWh/m2/hari. Bandung terletak pada koordinat 107o36’ Bujur Timur dan 6o55’ Lintang Selatan. Berdasarkan program Meteonorm radiasi rata-rata harian berkisar antara 4,5-5,4 kWh/m2/hari. Berdasarkan hal tersebut, pertimbangan untuk memanfaatkan energi surya sangat mungkin dilakukan.

Perpres Nomor 5 Tahun 2006 Tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN) menunjukkan adanya supaya agar pemakaian energi baru dan

terbarukan meningkat. Energi terbarukan adalah sumber energi yang dihasilkan dari sumberdaya energi yang secara alamiah tidak akan habis dan dapat berkelanjutan jika dikelola dengan baik, antara lain energi surya, panas bumi, bahan bakar nabati (biofuel), arus sungai, energi angin, biomassa, dan energi laut.

Usaha pemanfaatan energi surya untuk memberikan sumbangan bagi pemenuhan kebutuhan energi sejak lama telah dilakukan tetapi belum optimal. Pada saat ini pemanfaatan energi surya telah dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan teknologi surya fotovoltaik dan teknologi surya termal. Teknologi surya fotovoltaik biasanya digunakan untuk pemenuhan kebutuhan listrik skala kecil seperti penerangan rumah, penyuplai pompa air, penyuplai televisi LCD dan LED, dan lain-lain. Sementara teknologi surya termal dapat digunakan langsung seperti untuk pengering dan pemanas air.

(6)

D. Wahyu / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 55-62

56

Namun potensi ini belum termanfaatkan secara optimal khususnya untuk kebutuhan skala rumah tangga melalui penggunaan kolektor surya. Salah satu penyebabnya adalah adanya anggapan masyarakat bahwa kolektor surya sebagai alat untuk mengkonversi energi surya merupakan barang ekslusif berteknologi tinggi yang harganya cukup mahal. Tentu asumsi tersebut tidak sepenuhnya benar karena masih banyak faktor lain yang perlu dipertimbangkan khususnya untuk jangka panjang. Hal ini menarik untuk dikaji lebih mendalam, bagaimana mendapatkan kolektor surya sebagai

pre-heater skala rumah tangga dengan biaya

yang terjangkau untuk mereduksi penggunaan bahan bakar minyak yang semakin terbatas.

Penelitian terdahulu diantaranya mengkaji kinerja berbagai jenis kolektor surya seperti menganalisis perfomansi sistem kolektor surya jenis palung silindris dengan absorber multi-pipa [1], mengkaji kolektor surya pemanas air dengan menggunakan pelat absorber gelombang [2], dan melakukan studi eksperimental kolektor tubular dengan memanfaatkan lampu neon bekas sebagai kaca penutup kolektor [3].

Usaha pemanfaataan energi matahari menggunakan kolektor surya konvensional dirasa masih belum efisien karena memiliki efisiensi rendah sekitar 15% - 30% [4]. Pipa kalor adalah alat superkonduktor yang mampu memindahkan panas secara cepat, dengan memanfaatkan panas laten fluida kerja yang berada dalam pipa kalor. Penggunaan pipa kalor sebagai pemanas pada kolektor surya telah dilakukan pada penelitian sebelumnya oleh Wahyu [1], dari hasil penelitian didapatkan efisiensi tertinggi sebesar 37 %. Diharapkan penelitian lanjutan mengenai penggunaan pipa kalor sebagai elemen pemanas kolektor surya, dapat ditingkatkan lagi efisiensinya dan menjadi prospek yang menjanjikan karena memiliki kemampuan yang baik dalam menyerap panas energi matahari. Penggunaan pipa kalor didalam kolektor surya dapat meningkatkan penggunaan energi matahari yang mampu mencapai efisiensi kerja 47% [5].

2. Metode

A. Prinsip Kerja Pipa Kalor

Pipa kalor merupakan pipa berongga yang kedua ujungnya ditutup setelah sejumlah fluida kerja ditempatkan di dalamnya [6]. Secara umum pipa kalor bekerja memanfaatkan kalor laten dari fluida kerja. Proses perpindahan panas pada pipa kalor terjadi pada tiga daerah hantaran yaitu, evaporator, adiabatic dan condenser

dimana bagian itu dapat diilustrasikan seperti Gambar 1. Struktur wick digunakan untuk membantu mempercepat aliran kondensat di dalam pipa.

Pada Gambar 2, dapat dilihat kondisi fasa fluida kerja sebelum dan sesudah kalor masuk ke area evaporator pipa kalor . Ketika kalor masuk di sepanjang sisi evaporator, dimana temperatur kalor masuk melebihi temperatur saturasi fluida kerja, hal tersebut menyebabkan sejumlah cairan fluida kerja menguap. Uap akan mengalir ke area kondensor karena terjadi peningkatan tekanan uap. Panas Keluar (Qout) Panas Masuk (Qin) Daerah Kondensor Daerah Adiabatik Daerah Evaporator Uap Kondensat Fluida Kerja

Gambar 1. Skematik pipa kalor

Pada bagian kondensor, kalor laten uap dipindahkan ke lingkungan sekitar, hal ini menyebabkan temperatur dan tekanan uap turun sehingga kondensat terbentuk. Kondensat akan kembali ke area evaporator melalui wick, sementara penurunan tekanan uap akan menguapkan lagi sejumlah fluida kerja yang berada pada daerah evaporator. Proses ini akan berlangsung secara terus menerus sepanjang adanya panas yang diterima dibagian evaporator.

Gambar 2. Proses perpindahan panas pipa kalor

Secara sederhana siklus yang terjadi pada

pipa kalor dapat diringkas berdasarkan Gambar

(7)

D. Wahyu / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 55-62 57

Proses Keterangan

0-1 Peristiwa evaporasi pertama kali kalor masuk

1-2 Peristiwa kondensasi karena kalor dipindahkan keluar pipa

kalor

2-1 Peristiwa evaporasi

B. Fluida Kerja Pipa kalor

Fluida kerja berfungsi untuk memindahkan panas dari evaporator ke kondensor. Untuk itu harus dipilih fluida kerja yang yang memiliki temperatur titik cair di bawah temperatur operasi dan memiliki temperatur kritis di atas temperatur operasi dan memiliki kalor laten yang tinggi.

C. Pemanas Air Surya

Pemanfaatan energi matahari untuk pemanasan air bukan merupakan ide baru. Lebih dari seratus tahun yang lalu, tangki air yang dicat hitam telah digunakan sebagai pemanas air surya sederhana di berbagai Negara. Teknologi pemanas air surya telah berkembang dalam beberapa dekade terakhir. Sekarang lebih dari 30 juta m2 kolektor pemanas air surya telah dipasang di seluruh permukaan bumi. Keuntungan penggunaan pemanas air surya adalah penghematan biaya dalam pemanasan air, karena beberapa pemanas air surya tidak membutuhkan pasokan listrik untuk beroperasi. Selama irradiance matahari cukup, air panas tetap diproduksi seperti pemanasan air kolam renang secara langsung.

Tiga operasi dasar pada sistem pemanas air surya [7]:

1. Pengumpulan

Radiasi matahari dapat diserap dengan menggunakan kolektor surya.

2. Pemindahan

Sirkulasi air pada kolektor surya menyebabkan perpindahan energi dari kolektor surya ke tangki penyimpanan. Sirkulasi fluida bisa terjadi secara alami (thermosiphon systems) atau sirkulasi paksa (low-head pump).

3. Penyimpanan

Air panas dapat disimpan pada tangki penyimpanan yang diberi isolasi termal. Salah satu jenis kolektor surya yang menggunakan pipa kalor adalah kolektor tabung hampa. Kolektor surya ini terdiri dari tabung-tabung kaca. Tabung tersebut memiliki 2 lapisan kaca, dimana udara di dalam ruang tersebut telah divakum, ini bertujuan untuk menimalisir rugi-rugi panas konveksi pada kolektor.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 3. Tabung kolektor surya. (a) Konstruksi tabung kaca pada kolektor surya tabung hampa. (b) Tabung hampa kolektor surya menggunakan heat pipe. (c)

Tabung hampa kolektor surya menggunakan pipa berbentuk U. (d) Compound Parabolic Concentrator (CPC) yang digunakan pada kolektor surya tabung hampa

Absorber dengan permukaan selektif ditempatkan di dalamnya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.(a). Kolektor ini bagus dalam penyerapan energi matahari dan rugi termal ke lingkungan sangat rendah. Kolektor tersebut sudah menjadi komoditi pasar internasional. Kolektor ini memakai teknologi

heat pipe dan pipa berbentuk U yang diletakkan

dalam setiap tabung kaca hampa. Fungsi heat

pipe dan pipa berbentuk U adalah untuk

memindahkan panas yang diserap oleh absorber ke tempat manifold. Kolektor ini biasanya digunakan pada kondisi daerah temperatur sedang dan temperatur tinggi untuk tujuan pembuatan air panas (kondisi temperatur air yang dihasilkan sampai pada temperatur 90o_C),

dan pemanasan ruangan dll. Beberapa kolektor ini dilengkapi dengan konsentrator yang membantu meningkatkan efisiensi kolektor [8].

(8)

58

Pada Gambar 3.(b) proses perpindahan panas antara heat pipe dengan manifold terjadi melewati perubahan fasa fluida kerja heat pipe. Fluida kerja di dalam heat pipe akan menguap ketika energi surya jatuh pada bidang absorber, dimana bidang absorber merupakan tempat penempelan evaporator heat pipe. Uap akan mengalir ke arah sisi kondensor heat pipe yang bersentuhan dengan manifold kolektor. Kondensat akan terbentuk ketika panas laten uap dipindahkan ke fluida yang mengalir pada

manifold.

Gambar 3.(c) ini adalah kolektor yang digunakan pada penelitian pengembangan teknologi pompa kalor temperatur tinggi oleh Djuanda. Secara konstruksi kolektor ini, mempunyai kemiripan dengan kolektor surya

heat pipe tabung hampa. Perbedaannya terletak

pada proses pemanasan air pada kolektor. Air yang akan dipanaskan, akan mengalir di dalam pipa U sebelum menuju ke manifold.

1. Heat pipe

Perpindahan energi berlangsung sangat cepat dan efisien.

2. Glass tube top holder

Berfungsi Sebagai penahan tabung kaca pada bagian

manifold.

3. Cover

Berfungsi meminimalisir rugi-rugi panas dari dalam tabung kaca.

4. Absorber plate

Berfungsi sebagai penyimpan energi termal. 5. Vacuum layer between the glass skins 6. Solar glass tube

Membantu meningkatkan penyerapan energi surya dan menimalisir

rugi-rugi panas. 7. Base/tube seal

Ujung pipa kaca membantu meminimalisir rugi panas kolektor

Gambar 4. Bagian komponen pada tabung kaca pada kolektor surya hampa

Gambar 3(d) dapat digunakan pada kedua kolektor ini, dimana fungsinya membantu memantulkan kembali sinar radiasi yang jatuh di celah kolektor menuju absorber. Konsentrator tersebut berguna meningkatkan efisiensi dari kolektor.

Adapun komponen yang digunakan pada kolektor surya tabung hampa ditunjukkan pada Gambar 4 [3].

D. Kolektor Surya Heat Pipe

Secara umum, kolektor surya rancangan ini termasuk tipe kolektor surya pelat datar. Hal yang membedakan terletak pada jenis absorber yang digunakan. Absorber kolektor ini, menggunakan teknologi heat pipe. Heat pipe ditempelkan di atas pelat aluminium seperti yang terlihat pada Gambar 5. Heat pipe yang telah ditempelkan, dimasukkan ke dalam manifold kolektor surya melewati kondensor heat pipe.

Gambar 5. Kolektor surya heat pipe

Prinsip kerja kolektor dalam proses pemanasan air yaitu dengan perubahan fasa yang berlangsung di dalam heat pipe. Energi radiasi surya yang jatuh pada permukaan kolektor akan diserap oleh heat pipe pada sisi evaporator. Temperatur heat pipe akan meningkat secara perlahan, menyebabkan fluida kerja di dalam

heat pipe berubah fasa menjadi uap. Uap akan

(9)

Pada sisi kondensor, panas laten uap akan dipindahkan ke aliran air yang akan dipanaskan di dalam manifold seperti yang ditunjukan Gambar 5. Penutup kolektor menggunakan 1 lapis kaca. Kolektor ini dibuat dan diuji untuk melihat kinerja kolektor, apakah kolektor ini dapat menggantikan kolektor tipe evacuated

tube yang telah digunakan sebagai penyuplai heat pump pada penelitian disertasi Djuanda.

Diharapkan kolektor surya heat pipe tersebut, dapat memberikan hasil yang memenuhi persyaratan sebagai sumber kalor pemasok energi heat pump.

E. Kesetimbangan Energi dan Perhitungan Pada Kolektor Surya Heat Pipe

Langkah awal untuk melakukan analisis kolektor surya adalah dengan menerapkan hukum termodinamika I yang berbicara tentang kekekalan energi. Kesetimbangan energi ini berguna untuk melihat energi yang masuk, energi yang termanfaatkan dan rugi-rugi energi termal. Dengan mengasumsikan kolektor beroperasi pada keadaan tunak, skema ini dapat dilihat pada Gambar 6 dibawah ini:

Gambar 6. Skema kesetimbangan energi pada kolektor surya

Jika G adalah irradiance matahari (W/m2), jika kolektor surya memiliki aperture area (Aa)

ditunjukkan pada Gambar 7. Jumlah energi radiasi yang diterima kolektor surya dapat dicari dengan Persamaan (1).

Gambar 7. Aliran air yang akan di panaskan di dalam manifold pada kolektor surya

𝑄𝑖 𝐴𝑎 . 𝐺 (1)

Bagaimanapun ada bagian dari radiasi yang dipantulkan kembali ke angkasa dan ada yang diserap melalui kaca penutup dan pelat absorber. Energi masuk (Qin) setelah peristiwa penyerapan

dari penutup dan absorber kolektor dapat ditulis seperti persamaan 2 dimana energi masuk adalah perkalian Aa, nilai transmisi-absorbsi (τα) dengan

irradiance matahari yang datang (G) seperti pada Persamaan (2).

Qin =AaταG (2)

Karena kolekt or menyerap panas, maka temperatur kolekt or akan tinggi jika dibandingka n denga n t emperatur lingkungan dan panas akan hila ng ke lingkungan secara konveksi dan radiasi. Rata-rata rugi panas tergantung pada koefisien perpindaha n panas (UL) da n

perbedaan a ntara temperatur rata -rata pelat absorber, Tp, m da n temperatur

lingkungan, Ta. Persa maan rugi t er ma l

dapat dit entukan menurut Persa maan (3).

Ql o s s = UL. Ag (Tp . m – Ta) (3)

Ener gi yang ber guna Qu ya ng diekstrak

dari kolekt or di ba wah kondisi st ea dy setara dengan ener gi masuk penyerapan kolekt or dikurang denga n ener gi ya ng hilang ke lingkunga n, da n dapat ditulis sepert i P ersamaan (4).

Qu= ταG-UL . A (Tp m-Ta) (4)

Persa maan di atas sangat sulit untuk dit erapka n karena proses yang sulit dala m menetapka n temperatur pelat kolekt or rata-rata. Cara aktual untuk menghitung ener gi yang ber guna, dapat juga dihitung

(10)

60

seba gai rata -rata panas yang diekstrak dari kolekt or ya ng d ipindahka n ke fluida ya ng menga lir di dala m ma nifold sepert i ya ng ditunjuka n pada Ga mbar 8. Secara umum ener gi ya ng dima nfaatkan untuk mema naskan air dapat dihitung denga n mengguna kan P ersa maan (5).

Qu = m.Cp.(Tf, o – Tf, i) (5)

Dima na Cp adalah panas jenis dari air, m

adalah laju a liran massa dari air, Tf, i da n

Tf, i t emperatur fluida masuk dan keluar.

Menurut Hottel Whillier-Bliss energi yang berguna sebagai perolehan dari energi surya yang masuk ke bidang kolektor dapat ditulis seperti Persamaan (6).

Qu=FR.Aa.(Gτα–UL(Tf, i–Ta) (6)

Dimana FR adalah faktor pemindah panas.

Indikat or kiner ja kolekt or adalah efisiensi, yang didefenisikan sebaga i perbandinga n jumla h kalor ya ng ter ma nfaatka n denga n jumla h panas yang masuk ke bidang kolekt or. Secara mat emat is bisa ditulis seperti P ersa maan (7).

η_a= ∫ Qu dt t2 t1

A_a . ∫ G dt_t1t2 x 100 % (7)

Dengan t adalah selang waktu, pengambilan data diambil tiap detik sedangkan pengolahan data dalam selang waktu 5 menit.

F. Skematik pengujian dan Perangkat pengujian serta Alat yang digunakan

Untuk mengilustrasikan proses pengujian pada kolektor surya heat pipe dapat dilihat pada skema pengujian seperti pada Gambar 8. Pipa kalor / heat pipe yang digunakan pada kolektor surya ini, merupakan hasil rancangan yang telah dibuat pada penelitian sebelumnya. Pemilihan

heat pipe jenis ini merupakan pipa kalor yang

memiliki kemampuan tertinggi dalam memindahkan panas.

Sistematika pengujian adalah sebagai berikut:

1. Fungsikan tangki head konstan untuk mengatur laju aliran air yang akan dipanaskan.

2. Setelah debit diatur, air dialirkan masuk kolektor melewati saluran yang di dalamnya terdapat sisi kondensor heat pipe.

3. Setelah keadaan tunak dicapai, pengukuran dilakukan meliputi:

a. Pengukuran intensitas radiasi surya b. Pengukuran temperatur fluida masuk

kolektor

c. Pengukuran temperatur fluida keluar kolektor

d. Pengukuran temperatur keliling

Gambar 8. Diagram Alir Penelitian Adapun alat-alat yang dibutuhkan dalam pengujian ini adalah:

1. Kolektor surya pelat datar heat pipe, adalah kolektor yang akan diuji perfomansinya. 2. Air, digunakan sebagai indikator adanya

penyerapan energi dari absorber heat pipe ke air, yang diindikasikan dengan kenaikan temperatur air.

3. Tangki head konstan, berfungsi untuk mengatur laju aliran air ke kolektor.

4. Reservoar air, menampung air yang berlebih yang dipasok pompa ke tangki head konstan. 5. Pompa, berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penampungan air ke tangki head konstan.

(11)

6. Sensor temperatur, digunakan untuk mengukur temperatur air masuk dan keluar kolektor serta temperatur lingkungan. 7. Alat ukur intensitas radiasi matahari,

digunakan untuk mengukur intensitas radiasi matahari.

8. Data akuisisi, pengubah sinyal analog yang dihasilkan sensor temperatur ke sinyal digital.

9. Laptop, berfungsi sebagai perekam dan pengolah data.

Gambar 9. Skema pengujian kolektor heat pipe pelat datar

3. Hasil dan Pembahasan

Pada Gambar 10 dan Gambar 11 masing-masing diperlihatkan hasil pengukuran intensitas radiasi matahari dan temperatur fluida yang dihasilkan kolektor surya heat pipe pelat datar. Secara umum, fluktuasi radiasi matahari sangat jelas terlihat selama pengujian berlangsung. Hal ini berpengaruh terhadap temperatur air panas yang keluar dari kolektor. Namun, perhitungan perfomansi kolekor masih dapat dilakukan karena beberapa data hasil pengujian masih di dalam syarat batas pengujian. Pengujian dilakukan pada semua kondisi cuaca kecuali hujan, ini bertujuan untuk melihat apakah kolektor surya heat pipe mampu menghasilkan air panas.

Kondisi tempat pengujian mempengaruhi data yang dihasilkan, dimana radiasi mulai masuk ke bidang kolektor secara efektif dan signifikan pada pukul 8:30. Padahal, bila diambil pada posisi lain sebenarnya data radiasi sudah dapat diambil, hal ini disebabkan karena radiasi matahari terhalang pepohonan yang tumbuh di samping bangunan. Dari hasil data-data selama pengujian dapat disimpulkan bahwa kolektor

yang dirancang mampu menghasilkan air panas melewati temperatur 64 oC selama waktu lebih kurang 5 jam dan ini bisa dicapai jika kondisi cuaca tidak hujan atau berawan tebal serta radiasi minimal 750 W/m2_.

Gambar 10. Hasil pengukuran intensitas matahari

Gambar 11. Hasil pengukuran temperatur fluida

Gambar 10 dan Gambar 11 menunjukkan contoh hasil pengukuran intensitas radiasi matahari dan temperatur air keluaran kolektor. Sesuai dengan persyaratan pengujian, hasil pengujian seperti pada Gambar 10, dapat digunakan untuk menghitung efisiensi sesaat kolektor, karena memiliki beberapa segmen yang memenuhi persyaratan untuk menghitung efisiensi sesaat kolektor. Pada Gambar 11 diperlihatkan gambar yang akan nantinya diolah untuk menentukan efisiensi sesaat kolektor surya. Data-data yang berada pada garis lurus pada salah satu bagian pada Gambar 11, diolah sebagai contoh untuk menghitung efisiensi kolektor sesaat.

Dalam perhitungan efisiensi, data-data diolah menjadi bersegmen-segmen dengan selang waktu selama 5 menit. Kemudian, untuk setiap segmen, efisiensi sesaat kolektor dihitung dengan menggunakan Persamaan (1) sampai dengan Persamaan (7). Hasil perhitungan dapat

(12)

62

dilihat di bawah ini berupa grafik pada Gambar 12.

Gambar 12. Efisiensi sesaat kolektor Gambar 12 merupakan grafik efisiensi sesaat hasil pengujian kolektor surya heat pipe, dari data diperoleh bahwa kenaikan temperatur yang terjadi sebesar 45 o_{C. Ini didapat pada kondisi}

pengujian: intensitas radiasi rata-rata 900 W/m2_,

temperatur rata-rata fluida masuk 33 o_C,

temperatur rata-rata keliling 31oC, dan kecepatan angin 0 - 2 m/s. Pada kondisi ini didapat efisiensi sesaat kolektor surya yang berbeda-beda tergantung pada kondisi fluktuasi radiasi surya dan nilai perbedaan temperatur fluida masuk dengan temperatur lingkungan (Tf,i–Ta). Efisiensi sesaat kolektor akan turun jika

nilai (Tf,i–Ta) meningkat. Efisiensi kolektor

tertinggi didapatkan bernilai 46 %. Ini terjadi pada saat perbedaan temperatur fluida masuk dengan temperatur lingkungan mendekati nol.

4. Simpulan

Setelah melakukan pengujian dan menganalisa data pada penelitian ini, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut, pertama, kolektor surya dengan absorber heat pipe berukuran 1,5 m x 2 m, telah diuji dan dapat menghasilkan air dengan temperatur minimal 64 oC dan temperatur air tertinggi sebesar 78 oC pada radiasi minimal 750 W/m2 selama 5 jam. Kedua, efisiensi kolektor sangat dipengaruhi oleh fluktuasi radiasi matahari dan nilai perbedaan temperatur fluida masuk kolektor dengan temperatur lingkungan (Tf,i–Ta). Efisiensi kolektor tertinggi didapatkan

sebesar 46 % ketika nilai (Tf,i–Ta) mendekati nol.

Ucapan Terima Kasih

Terima kasih diucapkan kepada Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang yang

telah memberikan kontribusi sehingga artikel dapat diselesaikan.

Referensi

[1] D. Wahyu, “Experimental study of heat pipe for solar collector heater,” Jurnal

Teknik Mesin Institut Teknologi Padang,

Vol. 6, No. 1, pp. 6-14.

[2] N. G. Yoga, “Kaji Ekperimental Penggunaan Pipa Kalor Dalam Kolektor Surya Sebagai Penyerap Energi Termal Surya Untuk Penyuplai Pompa Kalor Temperatur Tinggi,” Seminar Nasional

Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9,

Palembang, 13-15 Oktober 2010.

[3] D. Wahyu, “Kaji eksperimental kolektor surya heat pipe untuk heat pump temperatur tinggi,” Proceeding Seminar

Nasional Tahunan Teknik Mesin XII,

Universitas Lampung, Bandar Lampung, 23-24 Oktober 2013.

[4]

W. F. Stoecker, Design of Thermal

Systems, 3

55rd

edition, McGraw-Hill

Book Co., NewYork, 1989.

[5] American Society of Heating, Refrigeratoring and Air Conditioning Engineers Inc. ASHRAE Pocket Guide for Air Conditioning, Heating, Ventilation, Refrigeration 7th Edition. Tullie Circle, NE Atlanta: W. Stephen Comstock. [6] B&K Engineering. (1979). Pipa kalor

Design Handbook. Maryland: Nasa.

[7] P. I. Cooper and R.V. Dunkle, “A non-linear flat plate collector model,” Solar

Energy, Vol. 26(2), pp. 133-140, 1981.

[8] A. A. M. Sayigh, Solar Flat Plate

Collectors, in Technology for Solar

Energy Utilization, Development and Transfer of Technology Series No.5, United Nations Industrial Development Organization, 1987.

(13)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Karakteristik Campuran Minyak Jarak-Minyak Cengkeh

Characteristics of the Mixed Crude Jatropha Oil-Clove Oil

Adhes Gamayel

Department of Mechanical Engineering, Sekolah Tinggi Teknologi Jakarta Jakarta, Indonesia

Abstract

Crude jatropha oil (CJO) composed by triglycerides that consist of fatty acid and glycerol. CJO has high viscosity and low evaporation rate that cause ignition delay and imperfect combustion. Blending with lower viscosity and more volatile fuel can reduce it. In this study, CJO blend with clove oil (CO) in percentage of 5%, 10%, 15% and 20%. The physical properties: viscosity, heating value, and flash point were measured with international standard method (ASTM). The result indicates that more percentage of clove oil causes viscosity and flash point reduce while heating value increase. There is because molecular interaction between eugenol and triglyceride makes oscillation of molecule more active than before.

Keywords: Crude Jatropha Oil, Clove Oil, fuel blend, physical properties, molecular interaction

1. Pendahuluan

Konversi minyak nabati menjadi biodiesel membutuhkan jumlah energi yang besar pada proses transesterifikasi dan menyebabkan biaya produksi yang mahal [1-3]. Hal ini memicu adanya kegiatan meneliti ulang apakah penggunaan minyak nabati non-transesterifikasi dapat menggantikan bahan bakar fosil dalam konteks teknologi pembakaran modern [4].

Penggunaan Minyak nabati dapat mengurangi pemanasan global dan emisi gas buang. Minyak nabati memiliki keunggulan yaitu dapat diperbarui, nilai kalor yang tinggi, kandungan sulfur yang rendah, gugus aromatik yang rendah dan memiliki kemampuan terurai yang tinggi [5]. Disamping itu, kerugian penggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar adalah tingginya viskositas, penguapan yang rendah dan tingkat kereaktifan rantai hidrokarbon tak jenuh [6]. Menurut Blin [5] viskositas minyak nabati lebih tinggi daripada solar karena minyak nabati memiliki rantai hidrokarbon yang panjang dan kandungan trigliserida yang tak jenuh. Angka cetane yang

dimiliki oleh minyak nabati lebih rendah dari solar sehingga sulit untuk menyala pada kondisi dingin. Knothe [7] menyatakan bahwa secara umum angka cetane akan tinggi apabila rantai hidrokarbon panjang, tetapi untuk minyak nabati, angka cetane lebih kecil daripada solar dikarenakan adanya cabang pada ikatan asam lemak tak jenuh yaitu asam oleat, asam linoleat dan asam linolenat. Ikatan rangkap C=C pada asam lemak tak jenuh juga menyebabkan minyak nabati mudah teroksidasi oleh udara. Semakin besar jumlah ikatan rangkap pada asam lemak tak jenuh, maka semakin tidak stabil sehingga mudah terjadi reaksi oksidasi [8].

Beberapa penelitian dilakukan untuk mengetahui perubahan properties minyak nabati apabila diaplikasikan pada mesin diesel. Bajpai [9] mencampurkan minyak karanja dengan solar pada variasi 5, 10, 15 dan 20%. Minyak karanja mengalami pemanasan awal pada suhu hingga 90 oC dengan tujuan agar viskositas menurun mendekati viskositas solar. Campuran minyak karanja 10% dan solar memiliki efisiensi termal terbaik dibandingkan campuran yang lain. Pada

(14)

A. Gamayel / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 63-67

64

pembebanan rendah, konsumsi bahan bakar campuran minyak karanja dan solar lebih rendah dibandingkan konsumsi solar. He dan Bao dalam Misra dan Murthy [10] menyatakan bahwa minyak jarak memiliki efisiensi termal 27.4% dan tidak berbeda jauh dengan efisiensi termal biodiesel minyak jarak sebesar 29%. Pencampuran minyak jarak 2.6% dan solar 97.4% menjadi campuran dengan konsumsi bahan bakar terendah dan memiliki termal efisiensi tertinggi pada penelitian yang dilakukan oleh Forson [11]. Pencampuran minyak batang cengkeh (clove stem oil) dan solar pada prosentase 25% dan 50% menghasilkan performa yang tidak terlalu berbeda apabila menggunakan solar murni [12]. Kadarohman [13] melakukan penelitian dengan menambahkan minyak cengkeh, eugenol dan eugenyl asetat masing-masing sebesar 0.2% pada solar. Kandungan terpena yang bersifat mudah menguap pada minyak cengkeh menyebabkan minyak cengkeh dapat larut sempurna pada solar sehingga lebih cepat terjadi pembakaran dan penundaan penyalaan menjadi lebih pendek. Kandungan oksigen pada eugenol dan struktur molekulnya yang besar dapat menurunkan ikatan van der walls pada solar. eugenyl asetat tidak mudah melepaskan panas karena ikatan yang dimiliki adalah polar sehingga campuran dengan solar tidak sempurna. Kandungan oksigen pada minyak cengkeh menyebabkan proses pembakaran menjadi efisien.

Berdasar latar belakang diatas, perlu dilakukan penelitian dasar untuk memperbaiki kelemahan yang dimiliki oleh minyak nabati, khususnya minyak jarak pagar. Salah satu cara adalah mencampurkan dengan minyak yang mudah menguap yaitu minyak cengkeh.

2. Bahan dan Metode

Bahan yang dipakai dalam penelitian ini adalah minyak jarak pagar yang di dapat pada proses ekstraksi mekanik menggunakan mesin screw

press yang ada di Balai Penelitian Tembakau dan

Tanaman Serat (Balittas) Malang. Minyak cengkeh didapatkan di toko bahan kimia yang banyak tersedia di kota-kota seluruh Indonesia

Pada penelitian ini variabel bebas yang dipakai adalah prosentase minyak cengkeh yang dicampurkan ke minyak jarak yaitu 5, 10, 15, 20% dan dilakukan pengujian karakteristik fisik seperti viskositas, nilai kalor dan flash point.

Viskositas adalah kemampuan fluida untuk mengalir. Pengukuran viskositas bahan bakar menggunakan viskometer merk Leybold Didactic dengan standar pengukuran ASTM

D445 dan variasi temperatur pemanasan 27, 40, 50, 60, 70, 80, 90, dan 100 oC.

Nilai kalor adalah jumlah energi yang dimiliki oleh suatu minyak. Nilai kalor diukur menggunakan bomb kalorimeter dengan standar ASTM D240. Flash point adalah karakteristik fisik bahan bakar yang menunjukkan mudah terbakar atau tidak. Pengujian dilakukan menggunakan Pensky Marten Close Cup (PMCC) dengan standar ASTM D93.

Untuk memudahkan pembacaan grafik, ada beberapa inisial yang dipakai seperti pada Tabel 1 berikut:

Tabel 1. Inisial penyederhanaan

Bahan Inisial

Minyak Jarak 100% CJO

Minyak Cengkeh 5% CO5

Minyak Cengkeh 10% CO10 Minyak Cengkeh 15% CO15 Minyak Cengkeh 20% CO20

3. Hasil dan Pembahasan

A. Viskositas

Hubungan temperatur pemanasan dan viskositas dari campuran minyak jarak dan minyak cengkeh dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Hubungan viskositas dan temperatur pada campuran minyak jarak-minyak cengkeh

Pada Gambar 1 terlihat bahwa semakin besar persentase minyak cengkeh yang ditambahkan, maka semakin turun viskositas campuran bahan bakar. Pada suhu ruang, minyak jarak 100% memiliki viskositas sebesar 52, 419 cSt. Viskositas mengalami penurunan saat dicampur minyak cengkeh hingga 20% yaitu sebesar 34,104 cSt. Penurunan viskositas saat dicampur minyak cengkeh disebabkan adanya fenomena delokalisasi elektron pada senyawa aromatis yang dimiliki oleh minyak cengkeh. Pergeseran elektron yang mengelilingi cincin aromatis

(15)

A. Gamayel / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 63-67 65

menyebabkan adanya reaksi tarik menarik dan tolak menolak antar molekul eugenol dan trigliserida setiap saat, sehingga terjadi pergerakan molekul yang aktif. Hal ini dapat dilihat pada Gambar.2.

Gambar.2. Delokalisasi elektron pada cincin aromatis

Penambahan temperatur juga menyebabkan viskositas menjadi turun. Minyak jarak 100%, mengalami penurunan viskositas yang signifikan menjadi 9,0189 cst saat dipanaskan pada 100oC. Saat dicampur minyak cengkeh 20%, viskositas turun saat dipanaskan 100 o_{C dari 34,104}

menjadi 6, 17 cst. Penambahan temperatur berarti menambahkan kalor pada bahan bakar sehingga ikatan antar molekul menjadi lemah. Transfer energi panas yang terjadi pada molekul menyebabkan peningkatan energi kinetik sehingga pergerakan molekul menjadi aktif dan ikatan antar molekul menjadi lebih renggang. Ilustrasi ikatan molekul yang merenggang dapat dilihat pada Gambar 3.

(a) (b)

Gambar.3. Ilustrasi pergerakan molekul akibat adanya peningkatan temperatur. (a) Saat Energi panas masuk (b)

Saat terkonversi menjadi energi kinetik

Dengan adanya pemanasan hingga 100 oC, viskositas yang dihasilkan mendekati viskositas solar (2,3-4 cSt) sehingga minyak jarak dapat diaplikasikan kepada mesin stasioneri jika dilakukan proses pemanasan terlebih dahulu. Hal ini sesuai dengan referensi [1] dan [2].

Menurut standar SNI, biodiesel memiliki viskositas dengan nilai 2,3-6 cSt. Campuran minyak jarak-minyak cengkeh masih jauh dari standar SNI, sehingga campuran ini masih belum layak dipakai pada mesin diesel. Viskositas tinggi akan mengganggu proses atomisasi di nosel, sehingga pencampuran bahan bakar dan udara menjadi tidak sempurna. Hal ini

menyebabkan terjadinya knocking. Jika dipaksakan, maka umur mesin akan menjadi lebih pendek.

B. Nilai Kalor

Grafik hubungan nilai kalor dan komposisi campuran dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Grafik nilai kalor pada campuran minyak jarak-minyak cengkeh

Semakin tinggi nilai persentase minyak cengkeh, maka semakin tinggi nilai kalor. Minyak jarak pagar memiliki nilai kalor 8.954 Kal/gr. Dengan dicampur minyak cengkeh 20%, maka nilai kalor yang dimiliki bahan bakar campuran menjadi 9.158 Kal/gr. Hal ini dikarenakan adanya molekul eugenol, molekul yang mengandung gugus hidroksil sehingga menyebabkan nilai kalor yang dimiliki oleh minyak cengkeh menjadi tinggi. Nilai kalor minyak jarak tinggi akibat kehadiran molekul oksigen pada gugus karbonilnya, sehingga saat ditambahkan minyak cengkeh, maka nilai kalor akan lebih tinggi lagi. Struktur eugenol dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Struktur Eugenol dengan gugus hidroksil

C. Flash Point

Flash point dapat didefinisikan sebagai mudah tidaknya suatu bahan bakar menguap. Misra dan Murthy [10] menyatakan bahwa flash point digunakan sebagai ukuran aman tidaknya dalam proses distribusi dan penyimpanan bahan bakar. Hubungan flash point dan campuran bahan bakar dapat dilihat pada Gambar 6. Dengan semakin bertambahnya prosentase minyak cengkeh, maka flash point mengalami penurunan. Minyak jarak 100% memiliki flash point sebesar 208 o_{C. Saat dicampurkan dengan}

(16)

A. Gamayel / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 63-67

66

turun menjadi 143 o_{C. Adanya senyawa aromatis}

pada campuran bahan bakar menyebabkan molekul menjadi aktif bergerak.

Gambar 6. Hubungan flash point dan campuran bahan bakar

Keaktifan gerakan molekul menyebabkan ikatan antar molekul menjadi lemah. Ikatan antar molekul semakin melemah saat terjadi pemanasan pada pengujian flash point. Akibatnya, saat proses penguapan molekul dengan mudah mencapai permukaan cairan dan berubah fase dari cair menjadi uap lalu terbakar. Semakin rendah suhu flash point, maka semakin mudah menguap bahan bakar yang diuji. Oleh karena itu, penambahan minyak cengkeh menyebabkan minyak jarak menjadi lebih mudah terbakar.

4. Simpulan

Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan, bahwa:

 Semakin besar prosentase minyak cengkeh yang dicampurkan dan semakin tinggi temperatur pemanasan, maka viskositas semakin menurun.

 Semakin tinggi persentase minyak cengkeh yang dicampurkan, maka nilai kalor campuran bahan bakar menjadi naik

Semakin besar persentase minyak cengkeh yang dicampurkan, maka flash point campuran bahan bakar menjadi turun..

Ucapan Terima Kasih

Ucapan terima kasih disampaikan kepada DP2M DITJEN DIKTI melalui Program Penelitian Dosen Pemula (PDP) tahun 2016 atas pendanaan penelitian ini.

Referensi

[1]

A. S. Ramadhas, S. Jayaraj and C.

Muraleedharan, “Use of vegetable oils

as I.C. engine fuels—A review,”

Renewable Energy , 727–742.

[2] I. Wardana, “Combustion characteristics of jatropha oil droplet at various oil temperatures,” Fuel , 659-664, 2010.

[3]

P. Pradhan, H. Raheman and D.

Padhee,

“Combustion

and

performance of a diesel engine with

preheated Jatropha curcas oil using

waste heat from exhaust gas,” Fuel,

527-533, 2014.

[4]

G. Knothe, A. C. Matheaus and T. W.

Ryan, “Cetane numbers of branched

and

straight-chain

fatty

esters

determined in an ignition quality

tester,” Fuel , 971-975, 2003.

[5]

J. Blin, C. Brunschwig, A. Chapuis, O.

Changotade, S. Sidibe, and E. Noumi,

“Characteristics of vegetable oils for

use as fuel in stationary diesel

engines—Towards specifications for a

standard in West Africa,” Renewable

and Sustainable Energy Reviews ,

580-597, 2013.

[6]

R. Misra and M. Murthy, “Jatropa—

The future fuel of India,” Renewable

and Sustainable Energy Reviews,

1350-1359, 2011.

[7]

T. Laza, T and A. Bereczky, “Basic

fuel properties of rapeseed oil-higher

alcohols blends,” Fuel , 803-810,

2011.

[8]

L. C. Meher, C. P. Churamani, M. D.

Arif, Z. Ahmed and S. N. Naik,

“Jatropha curcas as a renewable source

for bio-fuels—A review,” Renewable

and Sustainable Energy Reviews,

397-407, 2013.

[9]

S. Bajpai, P. K. Sahoo, and L. M. Das,

“Feasibility of blending karanja

vegetable oil in petro-diesel and

utilization in a direct injection diesel

engine,” Fuel , 705-711, 2009.

[10]

R. D. Misra and M. S. Murthy,

“Straight vegetable oils usage in a

compression

ignition

engine—A

review,” Renewable and Sustainable

Energy Reviews, 3005-3013, 2010.

[11]

S.-Y. No, “Inedible vegetable oils and

their derivatives for alternative diesel

fuels in CI engine: A Review,”

Renewable and Sustainable Energy

Reviews , 131-149, 2011.

[12]

M. Mbarawa, “Performance, emission

and economic assessment of clove

(17)

A. Gamayel / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 63-67 67

stem oil–diesel blended fuels as

alternative fuels for diesel engines,”

Renewable Energy , 871-882, 2010.

[13]

A. Kadarohman, Hernani, I. Rohman,

R. Kusrini and R. Astuti, “Combustion

characteristics of diesel fuel on one

cylinder diesel engine using clove oil,

eugenol, and eugenyl acetate a"s fuel

bio-additives,” Fuel, 73-79, 2012.

(18)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Pengaruh Pusaran Cyclone Diffuser Sepanjang 30 mm

Pada Liquid Jet Gas Pump

(Aplikasi Pada Penggorengan Kripik Nanas)

Effect of Cyclone Diffuser Swirl throughout 30 mm

On Liquid Jet Gas Pump

(Application on Frying Pineapple Chips)

Eswanto

Department of Mechanical Engineering, Institut Teknologi Medan Jl.Gedung Arca No. 52 Medan, Indonesia

Abstract

Pineapple is a plant that is widely available in Indonesia and fruit favored by the public. Some areas in North Sumatra as langkat, Binjai, Berastagi, Siborong-borong many supply pineapples to the city field, so if at the time of pineapple fruit season arrives, the city became a flood pineapple field and consequently if the fruit is not sold will be rotten. Seeing this need to utilize technology in order not rotten pineapple and wasted, therefore there is need to do an experiment to make a pineapple into chips with technology liguid jet gas pump (LJGP) which method a way with a vacuum system. From the problems necessary to study to get the best vacuum LJGP tool is one of them by adding a Cyclone vortex diffuser models. The purpose of this study is to obtain the best vacuum as well as the efficiency of LJGP that can be used in frying applications pineapple crisps vacuum method along the vortex diffuser 30 mm. The research method with experiments involving fluid water and air, by adding a Cyclone vortex Diffuser models in LJGP tool as long 30 mm. The observed data is the primary flow rate (primary flow / motive flow) is 0.32 L / s, up to 0.44 L / s and discharge secondary flow (secondary flow) ranged from 0.04 L / s to 0.2 L / s. As for the water to circulate fluid LJGP, used types of centrifugal pumps with a capacity of 340 L / min. From the research that has been done shows that the more points cyclone vortex diffuser, the secondary pressure will increase. The maximum secondary pressure in the cyclone vortex diffuser length 30 mm which is 150 215 kPa, with secondary pressure maximum of 12 GPM is present in 1,367 kPa. This condition is informed that the use of models in the vortex of Cyclone Diffuser LJGP tool is in need to improve the vacuum system for LJGP.

Keywords: Cyclone, pineapple, vacuum, water, air, LJGP.

1. Pendahuluan

Dalam memanfaatkan hasil perkebunan masyarakat dibutuhkan teknologi dan ide-ide kreatif agar hasil yang didapatkan menjadi nilai jual yang tinggi. Nanas merupakan tanaman perkebunan yang banyak terdapat di Indonesia dan buahnya disukai oleh masyarakat. Beberapa daerah di Sumatera Utara seperti Langkat, Binjai, Berastagi, Siborong-borong banyak

memasok buah nanas ke Medan, sehingga jika pada saat musim buah nanas tiba kota Medan menjadi banjir nanas dan akibatnya jika buah tidak laku dijual akan menjadi busuk. Melihat hal tersebut perlu teknologi untuk memanfaatkan nanas agar tidak busuk dan terbuang, maka dari itu penelitian terkait untuk membuat nanas menjadi kripik dengan teknologi Liguid Jet Gas Pump (LJGP) yaitu

(19)

Eswanto / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 68-71 69

metode vakum merupakan suatu kebutuhan. Dari permasalahan tersebut perlu dilakukan kajian untuk mendapatkan hasil kevakuman terbaik alat LJGP yaitu salah satunya dengan menambahkan model Cyclone Diffuser.

Cyclone Diffuser yang akan dibuat berbentuk spiral untuk menjadikan aliran berubah dari laminar manjadi turbulen dengan harapan semakin kuat kevakuman yang didapatkan dari alat LJGP tersebut. Dimana LJGP yang tersusun dari komponen utama yaitu Nozzle, throat, section chamber, diffuser. Dengan tingkat kevakuman yang baik, maka proses penggorengan kripik nanas menjadi lebih baik pula, sehingga nanas dapat termanfaatkan dengan nilai jual yang tinggi.

Diffuser adalah tabung berbentuk kerucut yang sisi bagian atas digunakan untuk memperluas aliran dari laras throat ke dalam sisi keluar diffuser. Panjang diffuser dapat menentukan seberapa besar tekanan pompa, khususnya dibagian sisi masuk yang terkoneksi dengan throat. Pada bagian sudut diffuser yang mempunyai diameter kecil disisi masuknya (bagian yang tersambung dengan throat) diperkirakan mempunyai tekanan yang lebih baik. Sedangkan pada diffuser saluran keluar banyak energi kinetik yang dirubah menjadi bentuk energi potensial.

Pada penelitian ini Diffuser yang dibuat difungsikan untuk mengubah bentuk dari energi energi kecepatan aliran menjadi energi tekanan aliran. Perubahan bentuk energi ini dilakukan secara bertahap. Berdasarkan proses konversi yang terjadi di dalam diffuser, perubahan luas penampang dibuat untuk mendapatkan efisiensi dari diffuser ini yang lebih baik, disamping itu pada diffuser prinsipnya yang harus dihindari adalah gradien tekanan yang besar pada diffuser.

Sharma [1] melakukan pengujian untuk profil sudut kontaksi terhadap kinerja ejector cair-gas. Profil kontaksi nozzle yang diuji adalah conical, circular, dan elliptical Pada ekepsrimen ini nozzle dengan profil elliptical memberikan pressure ratio dan efisiensi tertinggi dibandingkan dari profil kontraksi nozzle conical, dan circular.

Yadav dan Patwardhan [2] mengemukakan bahwa geometri optimum diffuser adalah 40 hingga 100, dengan panjangnya 4 sampai 8 diameter throat. Neve [3] menyampaikan bahwa geometri optimum adalah 6,80, dengan rasio luas penampang sebesar 5,6. Sedangkan Owen [4] menyatakan Geometri optimum diffuser dicapai pada sudut 700 dengan rasio luas penampang 1 berbanding 9. Fenomena aliran melintas diffuser untuk aliran berfasa ganda,

gas dan cairan fenomena yang terjadi berbeda dengan fenomena yang terjadi pada aliran berfasa tunggal. Pengaruh void fraction didalam cairan merupakan variabel yang dominan mempengaruhi kinerja diffuser [3].

Di bagian lain terkait dengan penelitian LJGP ini, Eswanto [5] melakukan penelitian tentang Efek Variasi debit aliran primer dan sekunder dalam mencapai kevakuman pada Liquid Jet Gas Pump, hasil yang diperoleh menjelaskan bahwa Peningkatan debit aliran sekunder menyebabkan penurunan kecepatan aliran motive pada sisi keluar nosel dengan dimensi throat konstan 3.5dT. Menurunnya kecepatan tersebut akan diiringi dengan menurunnya tekanan vakum. Sementara itu bertambahnya debit aliran primer menyebabkan terjadinya peningkatan tekanan vakum dan debit aliran sekunder, dan dalam penelitiannnya yang lain masih terkait dengan LJGP Eswanto [6] melaporkan bahwa dengan Panjang Throat 30,45 mm terjadi peningkatan rasio aliran yang menyebabkan terjadinya penurunan rasio tekanan sehingga kecepatan aliran motive menurun, efesiensi tertinggi diperolah sebesar 10,543 % dengan tingkat kevakuman mencapai 85,828 kPa.

2. Bahan dan Metode

Metode penelitian yang dilakukan adalah metode eksperimen yang dilaksanakan di Laboratorium Fenomena Dasar Mesin Institut Teknologi Medan, selanjutnya pada akhir penelitian membuat korelasi dengan hasil penelitian sebelumnya. Secara umum ada empat tahapan utama dalam penelitian yang laksanakan dengan judul: “Pengaruh Pusaran Cyclone Diffuser Sepanjang 30 mm Pada Liquid Jet Gas Pump (Aplikasi Pada Penggorengan Kripik Nanas)”. Dalam pengukuran untuk mendapatkan data hasil riset digunakan alat ukur yang disesuaikan dengan kebutuhan pengamatan, alat ukur tersebut diantaranya adalah: flow meter udara, flow meter air, manometer U, penggaris Tahapan-tahapan tersebut yaitu tahap persiapan, tahap kalibrasi, pengujian dan penyelesaian. Tabel 1 adalah parameter yang digunakan pada penelitian ini.

Tabel 1. Parameter penelitian

Parameter Unit

Panjang cyclone diffuser 30 mm

Diameter throat 24 mm

Debit aliran primer 4,8,12,16,20 Gpm Debit aliran sekunder 10,15,20,25,30

(20)

Eswanto / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 68-71

70

Gambar 1. Instalasi Alat Uji

3. Hasil dan Pembahasan

Hasil penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 2 merupakan hasil pengukuran tekanan motive (Pm) pada flow meter air dan debit aliran sekunder (QG) pada flow meter udara dengan pusaran cyclone diffuser 30 mm, dengan memberikan variasi debit motive, dan aliran sekunder yang terdapat dibagian flow udara.

Gambar 2. Grafik hubungan Debit sekunder dengan Tekanan Motive

Dari hasil pengukuran dan analisa data dapat di informasikan bahwa ketika ada perlakuan peningkatan debit aliran sekunder pada debit motive yang sama, kondisi tersebut menyebabkan terjadinya peningkatan tekanan motive. Hal ini terjadi karena kecepatan aliran yang melewati pusaran cyclone diffuser mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya debit aliran sekunder yaitu pada bagian sisi flow udara, sehingga terjadi peningkatan tekanan motive. Semakin bertambanya titik pusaran pada cyclone diffuser yang menyebabkan kecepatan aliran pada sisi keluar cyclone diffuser meningkat, sehingga berakibat pada penurunan tekanan vakum. Tekanan vakum yang menurun akan menyebabkan debit aliran sekunder juga menurun dan jika semakin tinggi debit sekunder yang masuk ke dalam cyclone diffuser 30 mm melalui section chamber dan throat maka tekanan motive yang dihasilkan semakin

meningkat. Tekanan motive maksimum hasil pengamatan cyclone diffuser 30 mm terdapat pada 25 GPM yaitu 205,137 kPa, dan tekanan motive minimum terdapat pada 5 GPM yaitu 155.231 kPa.

Hasil pengolahan data yang disajikan pada gambar 3 adalah hasil pengukuran rasio aliran dengan tekanan sekunder dengan panjang cyclone diffuser 30 mm, rasio aliran yang dimaksud dalam penelitian ini adalah rasio aliran pada bagian air dan udara. Dari Gambar 3 terlihat bahwa semakin tinggi rasio aliran pada cyclone diffuser 30 mm maka semakin banyak pula titik pusaran cyclone diffuser yang dihasilkan, sehingga berdampak terhadap tekanan sekunder yang dihasilkan yaitu tekanan sekunder akan semakin meningkat. Tekanan sekunder maksimum yang dihasilkan pada cyclone diffuser 30 mm yaitu sebesar 150.215 kPa, dengan tekanan sekunder minimum terdapat pada 12 GPM yaitu 1.367 kPa.

Gambar 3. Grafik hubungan Rasio Aliran dengan Tekanan Sekunder

Gambar 4. Grafik hubungan Rasio Aliran dengan Efesiensi

Pada Gambar 4 adalah hasil pengukuran rasio aliran (M) terhadap effesiensi dengan variasi titik pusaran cyclone diffuser. Dari pengukuran yang telah dilaksanakan dan dituangkan ke dalam gambar 4 terlihat bahwa

(21)

Eswanto / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 68-71 71

debit motive yang tinggi cenderung memberikan informasi terkait nilai efisiensi yang lebih baik pada semua tingkat rasio aliran. Efesiensi yang baik tersebut adalah adanya peningkatan rata-rata pada setiap line pada grafik yang ditunjukkan (Gambar 4). Dalam hal ini efisiensi meningkat pada seluruh variasi debit motive terhadap penurunan rasio aliran. Efesiensi maksimum pada pengujian cyclone diffuser terlihat pada gambar 4. Yaitu sebesar 18,11 % pada debit motive 5 dengan tingkat kevakuman mencapai 80.79 kPa, kecendrungan efesiensi meningkat pada seluruh variasi debit motive terhadap penurunan rasio aliran, sedangkan bertambahnya titik pada pusaran cyclone diffuer model cendrung menyebabkan penurunan efesiensi pada semua tingkat rasio aliran hal tersebut kemungkinan karena adanya aliran turbulensi.

4. Simpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan yaitu semakin banyak titik pusaran cyclone diffuser maka tekanan sekunder akan semakin meningkat. Tekanan sekunder maksimum pada panjang cyclone diffuser 30 mm yaitu 150.215 kPa, dengan tekanan sekunder maksimum terdapat pada 12 GPM yaitu 1.367 kPa, sedangkan di sisi lain untuk tekanan motive maksimum yaitu terdapat pada 25 GPM sebesar 205,137 kPa, dan tekanan motive minimum terdapat pada 5 GPM yaitu 155.231 kPa. Sedangkan efesiensinya didapat sebesar 18,11%.

Ucapan Terima Kasih

Terima kasih diucapkan kepada Staf Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Medan yang telah memberikan kontribusi sehingga artikel dapat diselesaikan.

Referensi

[1] V. P. Sharma, S. Kusmaraswamy and A. Mani, “Effect of Various Nozzle Profiles on Performance of a Two Phase Flow Jet Pump,” Engineering and Technology, pp. 546-552, 2012.

[2] R. L. Yadav and A. W. Patwardhan, “Design Aspects of Ejectors: Effects of Suction Chamber Geometry,” Chemical

Engineering Science, 63:3886-3897, 2008.

[3] R. S. Neve, “Diffuser Performance in Two-Phase Jet Pumps,” International

Journal of Multiphase Flow, vol. 17, pp.

267-272, 1991.

[4] I. Owen, A. Abdul-Ghani, and A. M. Amini, “Diffusing a homogenized two-phase flow,” International Journal of

Multiphase Flow, vol. 18, pp. 531-540,

1992.

[5] Eswanto, “Efek Variasi Debit Aliran Primer Dan Skunder Dalam Mencapai Kevakuman Pada Liquid Jet Gas Pump,”

Jurnal Momentum ITP Padang, vol.18,

no.1, hal. 133-138, 2015.

[6] Eswanto, “Effect diameter of throat 8, 7 mm in improving performance liquid jet gas pump,” IJRAET Int.Journal, vol. 2, Issue. 3, May 2016; pp. 57-60, www.engineeringresearchjournal.com.

(22)

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Rekayasa Ulang Komponen Mekanis Sistem Turbin Air

Reverse Engineering of a Hydro Turbine System Mechanical Parts

Nofirman Firdaus

1,2,*

_{, Usdek Panjaitan}

2

_{, Bambang Teguh Prasetyo}

2

1 _{PT.Esco Pacific}

Jakarta, Indonesia

2 _{Department of Mechanical Engineering, Institut Sains & Teknologi Nasional (ISTN)}

Jl. Moh Kahfi II, Jakarta, Indonesia

Abstract

This paper presents a reverse engineering process for mechanical parts of a hydro turbine system. The parts under reverse engineering (RE) are faceplates and bushings. A glance of reverse engineering process is also presented based on the case study. The key to reverse engineering process is determining the key properties of material. Based on the analysis, there are several material properties that would be used for the comparison with the original equipment.The comparison of the final products with the original components shows that faceplates and bushings manufactured from reverse engineering are equivalent to the original components.

Keywords: reverse engineering, mechanical parts, hydro turbine

1. Pendahuluan

Indonesia adalah salah satu bangsa dengan penduduk terbanyak no 5 di dunia. Dengan banyaknya jumlah penduduk, konsekuensinya hal ini juga membuat Indonesia sebagai salah satu kekuatan ekonomi yang besar di dunia, hal ini dibuktikan dengan besarnya GPD indonesia no 16 terbesar di dunia. Akan tetapi, dalam bidang industri kita masih kalah bersaing dengan dengan negara-negara maju. Salah satu sektor yang penguasaan teknologi kita tertinggal adalah dalam teknologi pembangkit listrik, khususnya dalam hal penguasaan enjiniring dan kemampuan membuat peralatan pembangkit di dalam negeri.

Dalam bidang pembangkit listrik, hampir sebagian besar teknologi pembangkit listrik, khususnya penggerak utama (prime mover) masih di impor dari luar negeri, mayoritas produknya berasal dari Amerika Serikat, Eropa, dan Jepang. Dengan banyaknya produk asing di pembangkit listrik di Indonesia, maka dominasi perusahaan asing masih begitu terasa di industri

kita. Selain produk baru, produkasi spare parts juga masih tergantung dari produsen teknologi itu sendiri yang mayoritas adalah negara-negara asing. Impor tidak dapat dihindari, hal ini mengakibatkan kita rentan terhadap beberapa hal; fluktuasi nilai tukar mata uang asing, dan ketergantungan terhadap produsen luar negeri. Akan tetapi, dengan semakin meningkatnya pemahaman mengenai ketahanan nasional, khususnya dalam hal kemandirian dalam industri nasional, beberapa perusahaan mulai melakukan reverse engineering untuk komponen-komponen (spare parts) pembangkit listrik. Diantaranya adalah komponen untuk turbin air skala besar.

(23)

N. Firdaus / Jurnal Teknik Mesin – ITP (ISSN: 2089–4880): 6(2) (2016) 72-79 73

Gambar 1. Sudu penghantar turbin francis (Wicket gate) [1]

Obyek dari proses reverse engineering yang dilakukan adalah komponen turbin air tipe francis dengan kapasitas hampir 200 MW, yaitu sistim sudu penghantar yang biasa dikenal dengan nama guide vanes atau wicket gate. Turbine ini beroperasi hampir 30 tahun, komponen-komponen sudu penghantar masih di import dari negara produsen. Sudu pengarah (guide vane atau wicket guide) dari turbin francis mempunyai beberapa komponen utama yaitu oiless bushing, facing plate, dan sudu pengarah (Gambar.1). Sistim ini berfungsi untuk mengontrol jumlah aliran yang akan masuk kedalam turbin francis dengan cara menggerakkan sudu penghantar.

Bushing berfungsi sebagai bearing tuas penggerak sudu penghantar dan juga berfungsi sebaga pelumas padat (Solid lubrication) dengan adanya material grafit di permukaan. Terdapat 2 jenis bushing yaitu pada sisi atas (upper side) dan sisi bawah (lower side). Terdapat dua 2 tipe bushing yang di gunakan yaitu tipe standar SAE 430 dan BC-6. Selama 20 tahun pertama tipe yang digunakan adalah BC-6, yang mempunyai umur pakai 5-6 tahun. Di 10 tahun berikutnya tipe yang digunakan adalah berdasarkan standard SAE 430, tipe ini memiliki grade yang lebih tinggi sehingga usia pakainya bisa mencapai 10 tahun. Tipe yang dinginkan oleh pengguna adalah balik ke tipe awal yaitu bushing BC-6. Karena contoh bushing yang adalah tipe SAE 430, maka tipe ini hanya akan digunakan dalam mengukur dimensi dan geometri bushing. Untuk sifat material mengacu kepada standard bushing tipe BC-6.

Untuk facing plate juga terdapat di 2 lokasi pemasangan yaitu lokasi sisi atas (upper) dan sisi bawah (lower). Facing plate ini mengapit sudu penghantar di sisi atas dan sisi bawahnya. Karena facing plate menjadi dudukan sudu penghantar, maka besarnya clearance antara

facing plate dengan sisi atas dan bawah sudu penghantar harus presisi yaitu dengan toleransi ± 0,025 mm.

2. Proses Reverse Engineering

Dalam melakukan reverse engineering, tahapan-tahapan proses yang akan dilakukan seperti di tunjukkan oleh Gambar 2. Secara garis besar terdapat 5 tahapan proses, mulai dari pengukuran geometri sampai dengan uji material dan pengukuran dimensi produk yang sudah selesai di manufaktur (Quality Control). Dalam hal ini, langkah yang paling krusial adalah tahapan verifikasi proses manufaktur, proses manufaktur, dan kontrol kualitas (QC)

PARTS/COMPONENTS

PENGUKURAN: Dimensi dan geometri

MATERIAL: 1. Identifikasi material 2. Verifikasi proses Mfg PERENCANAAN PRODUKSI MANUFAKTUR/FABRIKASI QC & PENGUJIAN

Gambar 2. Diagram alir proses reverse

engineering

A. Pengukuran Dimensi dan Geometri

Dalam proses reverse engineering, dimensi dan geometri dari komponen di ukur dari komponen OEM yang baru (Original equipment manufacturing). Jika komponen OEM yang baru tidak ada, maka bisa menggunakan komponen OEM yang bekas, tapi nanti harus dilakukan beberapa adjustment dalam menentukan dimensi dan geometri dari komponen. Dipaper ini, geometri dan dimensi diukur berdasarkan komponen OEM yang baru, yang akan digunakan untuk unit lain.

Terdapat beberapa cara pengukuran untuk menentukan geometri dan dimensi dari suatu komponen. Pertama, adalah pengukuran manual dengan menggunakan alat ukur manual atau

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Jurnal

Teknik Mesin

Volume 6

Issue 2

Pages

55 – 110

Padang

October 2016

ISSN

2089 – 4880

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Editorial Team

Publication

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Contents

Pages

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

The Scope of JTM

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Kolektor Surya Pipa Panas Tipe Datar: Sebuah Penelitian

Eksperimental

The Flat Type Heat Pipe Solar Collector: An Experimental Research

Dian Wahyu

Abstract

1. Pendahuluan

2. Metode

3. Hasil dan Pembahasan

4. Simpulan

Ucapan Terima Kasih

Referensi

W. F. Stoecker, Design of Thermal

Systems, 3

edition, McGraw-Hill

Book Co., NewYork, 1989.

JURNAL TEKNIK MESIN

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

Karakteristik Campuran Minyak Jarak-Minyak Cengkeh

Characteristics of the Mixed Crude Jatropha Oil-Clove Oil

Adhes Gamayel

Abstract

1. Pendahuluan

2. Bahan dan Metode

3. Hasil dan Pembahasan

4. Simpulan

Ucapan Terima Kasih

Referensi

[1]

A. S. Ramadhas, S. Jayaraj and C.

Muraleedharan, “Use of vegetable oils

as I.C. engine fuels—A review,”

Renewable Energy , 727–742.

[3]

P. Pradhan, H. Raheman and D.

Padhee,

“Combustion

and

performance of a diesel engine with

preheated Jatropha curcas oil using

waste heat from exhaust gas,” Fuel,

527-533, 2014.

[4]

G. Knothe, A. C. Matheaus and T. W.

Ryan, “Cetane numbers of branched

and

straight-chain

fatty

esters

determined in an ignition quality

tester,” Fuel , 971-975, 2003.

[5]

J. Blin, C. Brunschwig, A. Chapuis, O.

Changotade, S. Sidibe, and E. Noumi,

“Characteristics of vegetable oils for

use as fuel in stationary diesel