Panduan Praktikum Pengujian Mesin 2010'.PDF

PRAKTIKUM PENGUJIAN MESIN (MS4240)

PRAKTIKUM PENGUJIAN MESIN (MS4240)

Disusun untuk memandu

Disusun untuk memandu pelaksanaan

pelaksanaan

Praktikum Pengujian Mesin

Praktikum Pengujian Mesin

Penyunting: Dr. Ir. I Made Astina

Penyunting: Dr. Ir. I Made Astina

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

ii Hal. Hal. A.

A. DAFTAR ISIDAFTAR ISI ii

B.

B. ATURAN DAN TATA TERTIBATURAN DAN TATA TERTIB 1.

1. Dosen Penanggung jawab dan Aturan Pelaksanaan Matakuliah MS4240Dosen Penanggung jawab dan Aturan Pelaksanaan Matakuliah MS4240 Praktikum

Praktikum Pengujian Pengujian Mesin Mesin iiii

2.

2. Aturan Aturan Kelulusan Kelulusan Matakuliah Matakuliah iiii

3.

3. Asisten Asisten dan dan Peran Peran iiiiii

4.

4. Modul Modul Praktikum Praktikum dan dan Tempat Tempat Praktikum Praktikum iiiiii 5.

5. Aturan Aturan Penulisan Penulisan dan dan Penyerahan Penyerahan Laporan Laporan iviv 6.

6. Pengambilan Pengambilan Laporan Laporan dan dan Penyerahan Penyerahan Nilai Nilai iviv 7.

7. Penilaian Penilaian Modul Modul Praktikum Praktikum iviv

C.

C. MODUL-MODUL PRAKTIKUMMODUL-MODUL PRAKTIKUM vv

I.

I. Pengujian Pengujian Mesin Mesin Pendingin Pendingin 11

II

II Pengujian Pengujian Pompa Pompa Sentrifugal Sentrifugal 1414

III.

III. Pengujian Pengujian Turbin Turbin Kaplan Kaplan 2121

IV.

IV. Pengujian Pengujian Kompresor Kompresor Torak Torak 2727

V.

V. Pengujian Pengujian Sistem Sistem Pembangkit Pembangkit Uap Uap 3636

VI.

VI. Pengujian Pengujian Motor Motor Bensin Bensin 4343

VII.

ii ii 1.

1. Dosen Penanggung Jawab dan Aturan Pelaksanaan PraktikumDosen Penanggung Jawab dan Aturan Pelaksanaan Praktikum •

• Ir. I Nengah Diasta, M.T.Ir. I Nengah Diasta, M.T.

Koordinator MS4240 dan Penanggung jawab Modul Pengujian Pompa Koordinator MS4240 dan Penanggung jawab Modul Pengujian Pompa Sentrifugal, Pengujian Turbin Kaplan, dan Pengujian Kompresor Torak

Sentrifugal, Pengujian Turbin Kaplan, dan Pengujian Kompresor Torak •

• Dr. Ir. I Made AstinaDr. Ir. I Made Astina

Penanggung jawab Modul Pengujian Mesin Pendingin Penanggung jawab Modul Pengujian Mesin Pendingin •

• Dr. Ir. Arief HaryantoDr. Ir. Arief Haryanto

Penanggung jawab Modul Pengujian Motor Bensin dan Motor Diesel Penanggung jawab Modul Pengujian Motor Bensin dan Motor Diesel •

• Ir. Pawito Merto Sontowiro, M.Sc.Ir. Pawito Merto Sontowiro, M.Sc.

Penanggung jawab Modul Pengujian Sistem Pembangkit Uap Penanggung jawab Modul Pengujian Sistem Pembangkit Uap

2.

2. Aturan Kelulusan MatakuliahAturan Kelulusan Matakuliah •

• Peserta yang tidak mengikuti salah satu modul praktikum dari modul yangPeserta yang tidak mengikuti salah satu modul praktikum dari modul yang diwajibkan, dinyatakan

diwajibkan, dinyatakantidak lulustidak lulus _{(nilai E). (nilai E).}

•

• Peserta yang berhalangan untuk mengikuti praktikum sebuah modul, harusPeserta yang berhalangan untuk mengikuti praktikum sebuah modul, harus menghubungi Dosen Penanggung jawab modul tersebut guna mengikuti menghubungi Dosen Penanggung jawab modul tersebut guna mengikuti  praktikum susulan dan akan diikutsertakan pada kelompok yang lain.

 praktikum susulan dan akan diikutsertakan pada kelompok yang lain. •

• Peserta hanya dapat diberikan kesempatan praktikum susulan bila ada alasan-Peserta hanya dapat diberikan kesempatan praktikum susulan bila ada alasan-alasan yang rasional dan pemberitahuan secara tertulis diberikan paling lambat alasan yang rasional dan pemberitahuan secara tertulis diberikan paling lambat  pada hari pelaksanaan praktikum modul yang tidak dapat diikuti.

 pada hari pelaksanaan praktikum modul yang tidak dapat diikuti. •

• Untuk pengambilan ulang matakuliah Praktikum Pengujian Mesin, mahasiswaUntuk pengambilan ulang matakuliah Praktikum Pengujian Mesin, mahasiswa yang telah pernah mengambil dan/atau tidak lulus, harus mengambil ulang yang telah pernah mengambil dan/atau tidak lulus, harus mengambil ulang seluruh modul yang diwajibkan dalam matakuliah MS4240 Praktikum Pengujian seluruh modul yang diwajibkan dalam matakuliah MS4240 Praktikum Pengujian Mesin.

Mesin. •

• Penentuan nilai akhir matakuliah praktikum ini dilakukan bila peserta telahPenentuan nilai akhir matakuliah praktikum ini dilakukan bila peserta telah mengikuti semua modul yang diwajibkan.

iii laboratorium yang menyelenggarakan modul-modul praktikum dalam matakuliah Praktikum Pengujian Mesin (MS4240) dan telah lulus matakuliah ini.

• Asisten berperan untuk membantu penyelenggaraan praktikum dengan tetap di

 bawah koordinasi tanggung jawab dosen penanggung jawab.

• Penundaan praktikum hanya diperbolehkan dengan alasan-alasan yang masuk

akal.

• Asisten hanya boleh menunda praktikum bila mendapatkan ijin dari dosen

 penanggung jawab.

4. Modul Praktikum dan Tempat Praktikum

Modul Praktikum Tempat Praktikum

Pengujian Mesin Pendingin Lab Teknik Pendingin

Pengujian Kompresor Torak Lab Mesin-Mesin Fluida

Pengujian Turbin Kaplan Lab Mesin-Mesin Fluida

Pengujian Pompa Sentrifugal Lab Mesin-Mesin Fluida

Pengujian Motor Bensin Lab Motor Bakar dan Sistem Propulsi

Pengujian Motor Diesel Lab Motor Bakar dan Sistem Propulsi

iv mudah dimengerti, jelas, singkat, dan rapih.

• Laporan diserahkan paling lambat 5 (lima) hari terhitung setelah praktikum dilaksanakan (termasuk hari libur dihitung) pada pukul 15.00 WIB.

• Laporan diserahkan secara berkelompok dan dikumpulkan di Lab. Mesin-mesin

Fluida dan ketika menyerahkan laporan, peserta wajib meminta tanda terima.

6. Pengambilan Laporan dan Penyerahan Nilai

• Asisten Pengawas mengambil laporan langsung ke Lab Mesin-mesin Fluida.

• Hasil Penilaian wajib diserahkan paling lambat 7 hari dihitung dari hari batas akhir laporan praktikum peserta diserahkan. Laporan dibuat oleh setiap praktikan.

7. Penilaian Modul Praktikum

• Penilaian setiap modul praktikum pada peserta meliputi: kesiapan praktikum,

keaktifan dan ketrampilan serta laporan hasil praktikum yang diserahkan dalam  bentuk Laporan Praktikum

.

I. PENGUJIAN MESIN PENDINGIN

1. TUJUAN

 Untuk memahami cara kerja sistem mesin pengujian kompresi uap dengan

 berbagai teknik pengaturan yang sesuai sasaran diinginkan.

 Untuk menentukan karakteristik dari mesin pendingin kompresi uap.

 Untuk menentukan karakteristik dari pompa kalor kompresi uap.

2. INSTALASI PENGUJIAN

Komponen utama mesin pendingin kompresi uap adalah kompresor, kondensor, evaporator, dan alat ekspansi. Alat ekspansi dapat berupa katup termostatik ataupun pipa kapiler. Kompresi pada refrigeran menyebabkan kenaikan temperatur. Temperatur refrigeran di kondensor lebih tinggi dari temperatur udara sekitar kondensor menyebabkan terjadi perpindahan panas dari kondensor ke udara (dengan lain kata udara sekitar berfungsi sebagai pendingin). Temperatur refrigeran dalam kondensor turun dan terjadi proses pengembunan di dalamnya sehingga refrigeran keluar dalam kondisi cair. Kemudian refrigeran mengalir melalui alat ekspansi (katup ekspansi atau pipa) dan terjadilah  penurunan tekanan. Proses idealnya dianggap iso-entalpi. Refrigeran menerima  panas di evaporator dan berubah fase menjadi uap dan kemudian proses selanjutnya refrigeran dihisap oleh kompresor untuk dikompresikan ke dalam kondensor.

Dengan suatu sistem pengaturan (mekanik dan listrik) dan peralatan mekanik yang digunakan, cara kerja mesin ini dapat dibagi menjadi atas 3 sistem kerja. Ketiga sistem kerja adalah:

2.1. Sistem I

Mesin Pendingin beroperasi untuk mendinginkan air yang disirkulasikan dengan sistem pemipaan dan dikumpulkan di dalam tangki air terisolasi dengan lingkungan luar. Pada sistem ini, air dialirkan lewat penukar panas

yang berfungsi sebagai evaporator mesin pendingin, sedang kondensor didinginkan dengan pendinginan hembusan udara dari kipas (condensing unit ). Sistem pendingin seperti ini sering disebut dengan sistem pendingin air (chiller ).

2.2. Sistem II

Mesin pendingin bekerja untuk mendinginkan udara yang melewati koil 1 (saluran atas) dan memanaskan udara yang melewati koil 2 (saluran bawah). Pada saluran atas berfungsi sebagai evaporator dan saluran bawah berfungsi sebagai kondensor. Bila koil 1 yang menjadi perhatian kita, maka sistem ini dapat disebut sebagai sistem pendingin udara.

2.3. Sistem III

Mesin pendingin bekerja untuk memanaskan udara yang melewati koil 1 (saluran atas) dan mendinginkan udara yang melewati koil 2 (saluran bawah). Saluran atas berfungsi sebagai kondensor dan saluran bawah berfungsi sebagai evaporator. Bila koil 1 yang diperhatikan, maka sistem ini dapat disebut sebagai sistem pompa kalor.

Gambar 1. Skema Sistem Mesin Pengujian Kompresi Uap

Gambar 2. Perangkat Pengujian Mesin Pendingin

Mesin pengujian menggunakan refrigeran R-22. Kompresor yang digunakan adalah jenis kompresor hermatik, 1 fasa 220 V. Kondensor dan evaporator adalah  penukar panas jenis koil bersirip. Saluran udara mempunyai penampang bujur

sangkar dengan ukuran (21 cm x 18 cm). Kipas udara dipergunakan untuk mengalirkan udara pada saluran tersebut.

3. PARAMETER PENGUJIAN

Parameter-parameter yang penting dalam pengujian ini adalah: a. Laju aliran massa refrigeran (kg/s)

 b. Efek pemanasan bila siklus bekerja sebagai pompa kalor (kW)

c. Efek pendinginan bila siklus bekerja sebagai mesin pendingin (kW) atau TR (Ton Refrigerasi)

d. COP dari mesin pendingin e. PF dari mesin pompa kalor

f. Laju aliran massa udara pada saluran udara kondensor, (kg/s) dan pada saluran udara evaporator (kg/s)

g. Laju aliran kalor yang diserap oleh udara pada saluran udara kondensor (kW)

h. Laju aliran kalor yang diberikan oleh udara pada saluran udara evaporator (kW)

i. Faktor simpang (bypass factor , BF), dan factor sentuh (contact factor , CF) dari evaporator

4. PROSEDUR PENGUJIAN

Sebelum pengujian, semua tombol dan saklar listrik pada panel kontrol dalam  posisi “off”. Periksa air distilasi untuk temperatur bola basah di kedua saluran udara (kondensor dan evaporator). Cara pengoperasian mesin tergantung pada cara kerja mesin yang dipilih.

4.1 Sistem I

a. Hubungkan kabel listrik masukan dari sistem dengan sumber listrik 1 fasa dan mampu memberikan daya sekitar 1,2 kVA.

 b. Ubahlah posisi MCB (main circuit board ) di panel kontrol pada posisi “on”. c. Ubah posisi saklar M1-M5 di panel kontrol pada posisi “on”.

d. Hubungkan saklar pompa S p  pada posisi “on” agar arus masuk ke kontaktor

K4 dan pompa M5 bekerja lebih dahulu (perhatikan gambar). e. Jalankan kipas pendingin unit kondesor.

f. Tekan tombol saklar S1 (warna hijau) posisi “on” (lampu indikator nyala). Pada langkah ini pompa air pendingin harus sedang bekerja (langkah 4), sehingga kompresor secara otomatis mulai bekerja.

4.2. Sistem II

a. Hubungkan kabel listrik masukan dari sistem dengan sumber listrik 1 fasa dan mampu memberikan daya sekitar 1,2 kVA.

 b. Ubahlah posisi MCB di panel kontrol pada posisi “on”. c. Ubah posisi saklar M1-M5 di panel kontrol pada posisi “on”. d. Jalankan kipas pendingin unit kondesor.

e. Tekan tombol saklar S2 (warna hijau) posisi “on” (lampu indikator nyala), sehingga kompresor dapat bekerja.

4.3. Sistem III

a. Hubungkan kabel listrik masukan dari sistem dengan sumber listrik 1 fasa dan mampu memberikan daya sekitar 1,2 kVA.

 b. Ubahlah posisi MCB di panel kontrol pada posisi “on”. c. Ubah posisi saklar M1-M5 di panel kontrol pada posisi “on”. d. Jalankan kipas pendingin unit kondesor.

e. Tekan tombol saklar S3 (warna hijau) posisi “on” (lampu indikator nyala), kompresor dapat bekerja.

f. Setelah selesai mesin digunakan, semua saklar dikembalikan ke posisi “off ”, dengan tata urutan pekerjaan terbalik dengan tata cara menjalankan mesin. 5. PENGAMATAN DAN PENGOLAHAN DATA

Berikut ini hal-hal penting yang diamati ataupun diukur dalam pengujian ini: a. Tekanan dan temperatur, untuk menentukan tingkat keadaan refrigeran di

 beberapa stasiun penting sesuai dengan sistem yang dipilih.

 b. Temperatur bola basah dan bola kering di kedua saluran udara untuk kasus sistem II dan sistem III.

c. Kecepatan aliran dengan velometer di bagian keluaran ke dua saluran udara  pada beberapa titik. Hasil pengukuran diolah untuk memperoleh kecepatan rata-rata dan laju alir. Daya listrik yang digunakan dapat dilihat pada voltmeter dan amperemeter.

d. Lakukan pengujian untuk berbagai kecepatan kipas (tanyakan kepada asisten  pengawas).

5.1 Konsep Faktor Sentuh dan Faktor Simpang

Udara yang mengalir dalam saluran udara melewati penukar panas tersebut dapat diidealisasikan atas 2, yaitu udara yang benar-benar menyentuh permukaan  bidang penukar panas dari penukar panas dan udara yang sama sekali tidak

menyentuh permukaan bidang perpindahan panas penukar panas. Perbandingan antara laju aliran massa udara benar-benar menyentuh koil dengan laju aliran massa udara total melewati koil tersebut disebut dengan Faktor Sentuh (CF, Contact Factor ). Sedang perbandingan antara laju aliran massa udara yang sama

sekali tidak menyetuh dengan laju aliran massa udara udara total melewati koil tersebut disebut dengan Faktor Simpang (BF, bypass factor )

5.2 Cara Penentuan Faktor Sentuh dan Faktor Simpang Penukar panas

Faktor sentuh dan simpang merupakan fungsi dari tingkat keadaan dan dapat dinyatakan ke dalam diagram psikrometrik. Gambar 3 menunjukkan cara mendapatkan faktor sentuh dan simpang pada proses pendinginan udara di evaporator. Adapun hubungannya adalah:

 z   x  BF 

=

;

 z   y CF 

=

;

 BF 

+

CF 

=

1   W  B   T 50 % m TDB  x k  b k   z  y k a P_v   h   * 100 % w

Gambar 3. Cara mencari BF dan CF di evaporator

5.3 Rumus-Rumus yang Digunakan dalam Perhitungan

Adapun rumus-rumus yang dipergunakan dalam perhitungan adalah: 1. Besar laju aliran massa refrigeran dihitung dengan persamaan:

4 1 eva ud ref  h h Q m

−

=

−   (1) ref 

m = laju aliran massa refrigeran

eva ud−

Q = jumlah udara yang diserap dari udara di dalam saluran

kondensor

⋅

m

4

h = entalpi jenis refrigeran yang masuk evaporator

1

h = entalpi jenis refrigeran yang keluar evaporator

2. Efisiensi kerja (kompresor hermatik)

 jala  jala refref  all  k  W  h h m −

−

=

( 1 2) , η    (2) all  k ,

η  = efisiensi kerja kompresor hermatik

 jala  jala

W  −  = daya listrik yang diperlukan kompresor hermatik

1

h = entalpi jenis refrigeran masuk kompresor

2

h = entalpi jenis refrigeran keluar kompresor 3. Laju energi yang diserap refrigeran di evaporator

) (h₁ h₄ m

Q_eva

=

_ref 

−

  (3)

eva

Q = laju energi yang diserap refrigeran di evaporator

1

h = entalpi jenis refrigeran keluar evaporator

2

h = entalpi jenis refrigeran masuk evaporator 4. Laju energi yang dilepaskan refrigeran di kondensor

) (h₂ h₃ m

Q_kond 

=

_ref 

−

  (4)

kond 

Q = laju energi yang diserap refrigeran di evaporator

2

h = entalpi jenis refrigeran keluar evaporator

3

h = entalpi jenis refrigeran masuk evaporator 5. Koefisien kinerja mesin pendingin

komp eva

W  Q

COP 

 =

  (5)

COP = koefisien kinerja mesin pendingin (coefficient of performance)

komp

W  = kerja yang termanfaatkan kompresor

6. Koefisien kinerja pompa kalor:

komp kond 

W  Q

 PF 

=

  (6)

 PF = kinerja pompa kalor ( performance factor )

komp

W  = kerja yang termanfaatkan kompresor

7. Laju aliran massa udara kering dalam saluran kondensor atau evaporator  A

V 

m_ud 

=

ρ _{ud  r}    (7)

ud 

m = laju aliran massa udara kering (kg/s)

ud 

 ρ  = massa jenis udara kering pada saluran udara (kg/m3)

= luas penampang saluran udara kondensor (m

 A 2)

= kecepatan rata-rata aliran udara pada saluran kondensor (m/s)

r 

V 

8. Laju energi yang diberikan oleh udara kepada evaporator )

( ∗−

∗ − −

−eva

=

ud  eva m eva

−

k  eva

ud  m h h

Q   (8)

eva ud 

Q − = jumlah energi yang diberikan udara di evaporator

eva ud 

m − = laju aliran massa udara di saluran evaporator

∗ −eva m

h = entalpi jenis udara kering yang masuk saluran udara

evaporator

∗ −eva k 

h = entalpi jenis udara kering yang keluar saluran udara evaporator

9. Laju energi yang diterima udara dari kondensor  ) h

h (  m

Q_{ud  kond  ud  kond  m kond  k} ∗ _kond  − ∗ − − −

=

−

  (9) kond  ud 

Q − = laju energi yang diberikan udara di kondensor

kond  ud 

m − = laju aliran massa udara di saluran kondensor

∗ −kond  k 

h = entalpi jenis udara kering yang masuk saluran udara

kondensor

∗ −kond  k 

h = entalpi jenis udara kering yang keluar saluran udara

kondensor

10. Massa jenis udara yang melewati saluran udara

ud  ud  o ud  T  293 101325  P   ρ   ρ 

=

  (10) ud 

 ρ  = massa jenis udara pada tingkat keadaan  p_ud dan T _ud  (kg/m3)

o

 ρ  = massa jenis udara pada tingkat keadaan standar (1 atm,

200C)

ud 

 p = tekanan statik udara kering (N/m2)

ud 

T  = temperatur mutlak udara kering, T  _DB (K)

6. BF & CF EVAPORATOR

BF dan CF evaporator dapat ditentukan dari proses pola udara pada diagram  psikrometrik.

7. TUGAS

a. Buktikan rumus-rumus yang dituliskan pada persamaan (1) s.d. (10)  b. Tabelkan data pengujian dan hasil pengolahan data.

c. Dari hasil pengamatan buatlah:

- Proses pola dari siklus refrigerasi kompresi uap

- Proses pola dari udara pada saluran kondensor dan saluran evaporator

- Tentukan faktor simpang dan faktor sentuh penukar panas yang berfungsi

sebagai evaporator (untuk sistem II atau sistem III).

d. Analisis dan bandingkan semua besaran yang terkait dalam karakteristik mesin uji untuk berbagai parameter pengujian yang telah dilakukan.

e. Kesimpulan yang diperoleh dari pengujian yang telah dilakukan.

Tabel Data Pengamatan

Daya

jala- jala Siklus Kompresi Uap Saluran Udara Kipas

1 2 3 4 Kondensor Evaporator Masuk Keluar masuk Keluar No

K1 K2 Volt Am p.

 p T p T p T p T 

T wb T db T wb T db V T wb T db T wb T db V

Tanggal pengujian: Kelompok:

Kondisi Udara lingkungan:  p = mBar, T = K,  RH  = %

II. PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL

1. TUJUAN

 Untuk mendapatkan diagram head vs debit aliran pada putaran konstan dari dua

 pompa yang bekerja secara tunggal, seri atau paralel.

 Untuk memperoleh garis-garis iso-efisiensi untuk pompa tunggal, pompa susunan seri

atau susunan paralel.

 Untuk memperoleh karakteristik pompa dengan putaran yang berubah-ubah.

2. INSTALASI PENGUJIAN DAN KARAKTERISTIK POMPA

Pompa sentrifugal digunakan untuk memompa cairan atau menghasilkan head yang disebabkan oleh adanya putaran dari satu atau beberapa impeler. Pompa sentrifugal mempunyai tiga bagian utama yaitu: impeler yang menghasilkan gerak putar dari fluida,  pump casing sebagai pengarah fluida menuju impeler dan mengeluarkannya pada tekanan

yang tinggi, drive yang memutarkan impeler . Ada tiga macam jenis aliran yaitu: axial flow, radial flow dan mixed flow.

Instalasi pengujian diperlihatkan pada Gambar 1. Sejumlah katup terpasang berguna untuk mengatur sistem pompa yang akan diujikan. Sedangkan tata letak pompa pada sistem diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Tata Letak Pompa

Spesifikasi Instalasi dan Peralatan

A. Instalasi pengujian:

•

_{Buatan: Armield Technical Education, Ltd, Ringwood-Hampshire, England}

B. Pompa

•

_{Jenis: Centrifugal closed impeller, end suction, Diameter impeller: 13 cm}

C. Motor

•

_{Buatan: Normand Electric Co, Ltd, London & Portsmouth, England}

•

_{Daya: 3,0 Hp}

•

_{Putaran: 2900 rpm}

•

_{Tipe: Shunt}

•

_{Voltage: 180 A/210 V, DC}

•

_{Rating: Continue}

•

_{Lengan Torsi: 0,25 m}

Gambar 3. Karakteristik pompa

Karekteristik umum dari pompa sentrifugal diperlihatkan dalam kurva-kurva pada Gambar 3. Besar head yang akan turun bila kapasitas pompa diperbesar. Karakteristik efisiensi yang awalnya membesar ketika kapasitas aliran diperbesar dan besarnya turun lagi ketika kapasitas terus diperbesar.

3.

PENGUKURAN DAN PENGOLAHAN DATA

Tekanan total yang dihasilkan pompa akan lebih besar bila menggunakan lebih dari satu impeler yang disusun seri (multi-stage pump). Sedangkan untuk menghasilkan kapasitas yang besar sangat efisien dengan menggunakan susunan pompa yang disusun secara paralel. Ketinggian fluida yang dihasilkan oleh pompa dinamakan   head.  Head dinamik total pompa dihitung dengan persamaan (1).

 g  v  g  v  H   H   H  _{d   s} d  s 2 2 2 2 − + − =   (1)

dimana  H d  adalah discharge head , H  s adalah  suction head . Kinerja hidrolik dan mekanik

 pompa dinyatakan dengan efisiensi yang dihitung dengan persamaan (2).

 Pompa  Penggerak   Daya  Hidrolik   Daya  Efisiensi=   (2)

Perubahan kapasitas, head dan daya pompa terhadap perubahan putaran dinyatakan dalam hubungan afinitas dalam persamaan-persamaan pada persamaan (3).

3 3 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ; ; n n  N   N  n n  H   H  n n Q Q _{= = =}

 

(3)

Gambar 4. Cara Memperolehan Kurva Karakteristik Pompa

Disamping persamaan yang telah dibahas sebelumnya, sejumlah persamaan- persamaan lain juga digunakan pengolahan hasil pengujian. Adapun persamaan-persamaan

tersebut adalah: a. Debit aliran: ] / [m 2 15 8 5/2 ₃  s h C   g  Q= _{e e}   (4) 5765 , 0 = e C  weir  e h h =0,00085+ weir 

h  = tinggi air dalam weir meter [m]

(

 H   H 

)

1,17 x105Q2 [m]  H = _d −  _s +   (5) c. Daya hidrolik: [Watt]  gQH   N _h

=

ρ    (6) d. Daya pompa: [Watt] 60 2  L n mg   N  _p

=

π    (7) e. Efisiensi pompa: % 100  x  N   N   p h = η    (8)

4.

PROSEDUR PENGUJIAN

4.1. Pemeriksaan Sebelum Pengujian

1. Periksalah kedudukkan petunjuk alat ukur, apakah ada penyimpangan dari semestinya

2. Catatlah kedudukan petunjuk alat-alat ukur tersebut 3. Isilah bak penampung dengan air bersih secukupnya

4. Pastikan bahwa dinamometer dalam keadaan setimbang (menunjukkan angka nol) dan pergerakannya tidak terganggu oleh kabel

5. Teliti hubungan kabel antara instrument

6. Pastikan bahwa tegangan listrik yang diperlukan cocok dengan tegangan jala- jala yang akan dipakai

7. Jangan memutar pompa sebelum diisi dengan air

4.2. Menjalankan Pompa

1. Pastikan bahwa volume air tangki cukup hingga tidak akan terjadi penghisapan udara luar

2. Buka katup isap K2 dan K5 dan tutup katup K1 dan K3

3. Isi pipa hisap pompa 1 dan 2 dengan air melalui penutup P sampai penuh. Sesudah itu tutup katup K4

4. Masukkan hubungan listrik pada sistem, saklar F pada posisi on

5. Putarlah pompa dengan memutar tombol G dengan perlahan-lahan sampai kedua pengukur tekanan pipa tekan bergerak naik

6. Bukalah katup K1 dan K3, periksalah bahwa pada kedua pompa ada aliran 7. Sesudah semua udara dalam pipa keluar, tutuplah katup K1 dan K3

8. Set kedudukan masing-masing katup dan lepas kopling pompa yang tidak diperlukan sesuai dengan pengujian

9. Instalasi siap dipergunakan untuk pengujian

4.3. Pengujian Pompa Tunggal

1. Buka kopling pompa 2

2. Tutup katup C dan B, katup lainnya terbuka 3. Jalankan motor

4.4. Pengujian Pompa Seri

1. Semua kopling terpasang

2. Tutup katup K3 dan K5, katup lainnya terbuka 3. Jalankan motor

4.5. Pengujian Pompa Paralel

1. Semua kopling terpasang

2. Tutup katup K4, katup lainnya terbuka 3. Jalankan motor

5.

TUGAS-TUGAS

1. Hitung besaran-besaran yang dinyatakan dalam persamaan (4) s/d (8) 2. Buat grafik-grafik dari

a.  H  vs Q  b. η  vs Q

c.  N h vs Q

d.  Np vs Q

e. Kurva iso-efisiensi

3. Buat analisis dari grafik-grafik dan besaran-besaran yang diperoleh 4. Buat kesimpulan dari pengujian yang telah dilakukan

Pengujian Pompa Tunggal Pengujian Pompa Seri Pengujian Pompa Paralel

n  H s H d m  H weir  H s [m]  H d [m] m  H weir  H s [m]  H d [m] m  H weir 

[rpm]

Bukaan

Katup [m] [m] [kg] [m] 1 2 1 2 [kg] [m] 1 2 1 2 [kg] [m]

III. PENGUJIAN TURBIN KAPLAN

1. TUJUAN

 Untuk mengetahui cara-cara pengujian turbin Kaplan

 Untuk mengetahui karakteristik dan unjuk kerja dari turbin yang diuji meliputi:

 Karakteristik kapasitas keluaran turbin yaitu daya keluaran pada kecepatan

 putar poros dan head yang konstan

 Karakteristik efisiensi turbin pada kecepatan putar poros optimum dan head

konstan (kurva efisiensi-kapasitas atau berubah-ubah/kurva iso-efisiensi).

2. INSTALASI PENGUJIAN

Turbin air yang diuji ini merupakan turbin Kaplan dengan poros horisontal. Momen keluaran turbin diukur dengan dinamometer rem yang terpasang di ujung poros turbin. Besarnya ditentukan dari perbedaan posisi seimbang pegas. Posisi nol pegas harus ditentukan sebelum pengujian dilakukan. Daya turbin ditentukan dari momen keluaran dan  putaran poros yang diukur dengan tachometer.

Daya poros turbin dapat diatur dengan mengubah sudut sudu-sudu turbin dan  guide vane. Daya turbin diatur oleh sejumlah  guide vane yang dapat digerakkan dengan batang tangan. Laju aliran air dapat dihitung dengan mengukur perbedaan tekanan. Instalasi  pengujian dapat dilihat pada Gambar 1. Sejumlah katup terpasang pada instalasi dapat

digunakan untuk mengatur arah aliran air.

3. PENGOPERASIAN TURBIN

Dalam pengoperasian turbin Kaplan untuk pengujian ini, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah:

a. Operasi turbin harus selalu dilakukan dengan “maju” (daya membesar).  b. Beban momen turbin diperbesar dengan mengatur beban pada pegas rem.

c. Selisih tekanan pada sisi isap dan sisi masuk turbin dapat dibaca pada manometer pipa “U”.

4. PENGAMATAN

Data pengamatan yang diukur dalam pengujian ini dapat disusun sebagaimana diberikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Data Hasil Pengujian

n H ventury  H  st

F

 No α 

[rpm] [mm Hg] [mm Hg] [N]

n = Putaran turbin

 F  = Gaya yang terukur dinamometer

vent 

 H 

∆ = Selisih tekanan pada Ventury

 st 

 H 

∆ _{= Selisih tekanan statik pada sisi masukan dan sisi keluaran turbin}

5. PENGOLAHAN DATA DAN PERHITUNGAN

Dengan pemanfaatan persamaan-persamaan energi aliran, kontinuitas dan hidrostatika, debit aliran dapat dihitung. Berikut ini diberikan persamaan-persamaan yang diperlukan dan langkah-langkah untuk perhitungan dalam pengolahan data hasil pengujian.

Perhitungan

Data utama α  = 20o

 F  = ………..….N  H  ∆ _=……….m  st   H  ∆  _{= ……….m} γ  =………..…….N/m3  Debit aliran, Q

Debit aliran yang diukur dengan tabung Ventury dihitung dengan  persamaan: 4 2 4 1 1 2 2 2 1 4 1 2  D  D  H   g   D  D Q V  − ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = γ   γ   π    (1)  Kecepatan sudut, ω  sec] / [ 60 2 rad  n ⋅ ⋅ = π  ω  (2)  Daya turbin, N  p ] [Watt  T   N  _p = ⋅ω  (3)

 Head turbin yang tersedia, H t 

] [ 6 , 12  H   z  m  H _t = ⋅∆  _st +∆ (4)

 Daya yang tersedia, N a

] [ 2 Q  H  Watt   N _a =γ   _H O⋅ ⋅ _T    (5)  Efisiensi,η  % 100 ⋅ = a  p  N   N  η    (6)

Tabel 2. Pengolahan Data Hasil Pengujian

α   _{N H} 

ventury  H  st T  N  a  N  p η 

Perhitungan koreksi untuk H t  konstan = ……….m, dapat dilakukan dengan menggunakan

hukum kesebangunan (similaritas). Hukum kesebangunan dapat dinyatakan dengan hubungan-hubungan pada persamaan-persamaan (7).

2 2 2 1 2 2 2 1 2 1  D  D n n  H   H  ₌ ; ₃ 2 3 1 2 1 2 1  D  D n n Q Q ₌ ; ₅ 2 5 1 3 2 3 1 2 1  D  D n n  N   N  ₌   (7)

Hasil perhitungan dengan pemanfaatan persamaan-persamaan (7) dapat diolah ke dalam  bentuk Tabel 3.

Tabel 3. Pengolahan Data dari Hukum Kesebangunan

6.

TUGAS-TUGAS

Data hasil pengujian dan pengolahan datanya dapat dinyatakan ke dalam grafik-grafik untuk mengetahui karakteristik turbin yang telah diuji. Adapun grafik-grafik-grafik-grafik karakteristik tersebut adalah:

a). N  p vs n ( konstan)  b). T  vs n ( konstan) c). η  vs n (α konstan) d). N  p vs Q ( konstan) e). T  vs Q ( konstan) f). Q vs n ( konstan)

g). Kurva iso-efisiensi terhadap kapasitas h). Kurva iso-efisiensi terhadap putaran

IV. PENGUJIAN KOMPRESOR TORAK

1. TUJUAN

 Untuk mengetahui kinerja kompresor torak pada kondisi kerja stasioner.

 Untuk mencari karakteristik kompresor torak pada beberapa kecepatan putar yang

ditampilkan dalam:

 Kurva tekanan vs volume

 Kurva efisiensi volumetrik vs rasio tekanan

 Kurva efisiensi isotermal vs rasio tekanan

2. INSTALASI PENGUJIAN

Kerja kompresor torak didasarkan pada proses penghisapan dan penekanan sejumlah udara pada silinder selama langkah kerja. Udara dikompresikan secara politropik sehingga peningkatan tekanan dan kenaikan temperatur terjadi. Udara bertekanan dari silinder keluar melalui katup tekan ke dalam sistem yang bertekanan lebih rendah. Gerak torak maju mundur ini menghasilkan siklus aliran tersebut berlangsung secara terus-menerus. Instalasi pengujian ditunjukkan pada Gambar 1. Dari gambar ini tampak tata letak alat ukur serta komponen-komponen utama peralatan tersebut. Gambar 2 menunjukkan gambar skematik instalasi pengujian dan stasiun pengukuran yang merupakan tempat melakukan pengukuran.

Kompresor torak digerakkan oleh motor listrik. Transmisi daya yang digunakan adalah transmisi sabuk daya. Kerja mekanik yang dilakukan oleh motor dapat dicari dengan mengukur torsi motor dan putaran motor diukur dengan takometer. Kondisi-kondisi udara pada stasiun-stasiun penting dapat diketahui dengan mengukur tekanan dan temperaturnya. Kelembaban udara masuk dan keluar kompresor dapat dicari dengan diagram psikrometrik setelah temperatur bola basah dan bola kering diketahui. Laju aliran udara diukur dengan menggunakan orifice dan manometer.

Gambar 1. Instalasi Pengujian Kompresor Torak

Gambar 2. Skematik Peralatan Uji Kompresor Torak Spesifikasi Kompresor

Data spesifikasi kompresor yang digunakan pada pengujian ini adalah:

- Volume langkah : V L = 22,188·10-5 m3

- Volume clearence : V C = 2,373·10-5 m3

- Jumlah silinder : 2 buah

- Lengan torsi : r  = 0,16 m

- Perbandingan transmisi : i = nmotor /nkompresor  = 3,53

3. PROSEDUR PENGUJIAN DAN PENGAMATAN

Sebelum pengujian dilakukan, beberapa persiapan dan pemeriksaan awal harus dilakukan. Adapun pemeriksaan awalnya adalah:

•

_{Memeriksa alat-alat apakah semua dalam keadaan baik.}

•

_{Memeriksa volume cairan manometer.}

•

_{Memeriksa kondisi air pembasah pada termometer bola basah}

•

_{Memeriksa tinggi muka minyak pelumas kompresor. Pelumas yang dipakai adalah}

minyak Shell Corona D37 atau yang sejenisnya.

•

_{Memeriksa tegangan listrik yang diminta, apakah sesuai dengan tegangan jala-jala}

yang akan dipergunakan.

•

_{Masukkan tombol listrik kemudian ubah saklar ke posisi “on”}

•

_{Mencatat kondisi awal yang ditunjukkan oleh semua alat ukur.}

Untuk setiap kondisi pengujian, berikut ini parameter-parameter yang diamati:

•

_{Temperatur pada stasiun 1, 2, dan 3}

•

_{Tekanan udara pada stasiun 1, 2, dan 3}

•

_{Beda tekanan pada orifice}

•

_{Kecepatan putaran kompresor}

•

_{Gaya pada dinamometer}

•

_{Temperatur bola basah dan bola kering pada sisi masuk dan sisi keluar instalasi}

 pengujian.

4. FORMULASI-FORMULASI PENGOLAHAN DATA

Formulasi-fomulasi yang penting berkaitan dengan pengujian kompresor torak diberikan berikut ini.

Kerja Politropik  y  KT  m n n W  _{pol  a l}  1 − = _{, kW (1)} Kerja Isotermal

⎟⎟  ⎠  ⎞ ⎜⎜ ⎝  ⎛  − = ₁ln( ) n−1 1 n  p  p a iso m RT  r  r  W  , kW (2) Kerja Mekanik  F  n W _mek 

=

5,91

⋅

10−5 _komp , kW (3) Efisiensi Politropik % 100  x W  W  mek   pol   pol  = η    (4) Efisiensi Isotermal % 100  x W  W  mek  iso  pol  = η    (5) Efisiensi Volumetrik % 100 10 1 , 9  x 6n x m komp a vol = − η    (6)

Laju Aliran Massa Udara

3 3 3 10 574 , 6 T   p  p  x m_a = − ∆ ⋅ , kg/s (7)

Laju Aliran Massa Uap Air

a v m m 1 + = γ   γ     (8) kering udara massa air uap massa =

γ   , dapat diperoleh dari diagram psikrometrik atau dihitung dari

hubungan-hubungan termodinamika campuran udara dan uap air. Dimana: n = indeks politropik  R = konstanta udara = 0,2871 kJ/(kg K) 1 2  p  p  p r  = ' 10 678 , 9 5 ₁ 0 1  p p  p = − × − , atm abs ' 10 868 , 9 1 ₂ 0 2  p p  p = − × − , atm abs ' 10 679 , 9 5 ₂ 0 3  p p  p = − × − , atm abs 0

 p = tekanan atmosfir, atm

0

 p = data dari pengamatan i=1, 2, 3

0

 p

∆  _{= dalam mm H2O}

Untuk lebih jelasnya mengenai proses-proses kompresi tersebut dapat diperhatikan pada diagram p-V  sebagai berikut:

Penentuan Indeks Politropik ( n)

Untuk proses kompresi politropik berlaku:

n n  p  p T  T  1 1 2 1 2 −

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

  (9) Ambil logaritmanya:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

1 2 1 2 ln ln  p  p n l  n T  T    (10) Misalkan

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

=

−

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

=

1 2 1 2 ln 1 , ln  p  p  X  dan n n a T  T  Y _{i i}

Maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut:

(11)

i i a X 

Y 

=

Dengan metode least square diperoleh:

2 2 _{( )} ) ( i i i i i i  X   X   N  Y   X  Y   X   N  a

Σ

−

Σ

Σ

Σ

−

Σ

=

  ₍₁₂₎

5. PEMBACAAN DIAGRAM PSIKROMETRIK

Misalkan pada saat masuk kompresor, hasil pengukuran adalah:

C 

Twb=26o , T _db =27oC 

6. TUGAS-TUGAS 6. TUGAS-TUGAS

1.

1. Buktikan rumuBuktikan rumus 1, 2, s 1, 2, 3, dan 63, dan 6 2.

2. Hitung indeks politropikHitung indeks politropik 3.

3. Hitung laju aliran massa uap air pada saat masuk dan keluar kompresorHitung laju aliran massa uap air pada saat masuk dan keluar kompresor 4.

4. Buat diagramBuat diagram mmaa,, W W  pol  pol ,, W W isoiso,,

5.

5. Buat diagram indikator (diagramBuat diagram indikator (diagram p p--vv)) 1.

1.  pada pada p p22= 6 bar dan= 6 bar dan p p22= 0 bar, atau= 0 bar, atau

2.

2.  pada pada  p p22 = 6 bar (atau= 6 bar (atau  p p22 = 9 bar) untuk 2 macam putaran kompresor= 9 bar) untuk 2 macam putaran kompresor

(ditentukan asisten) (ditentukan asisten)

Cara Pembuatan Diagram Cara Pembuatan Diagram p p--V V 

Langkah 1 – 2 dibuat dengan menggunakan hubungan: Langkah 1 – 2 dibuat dengan menggunakan hubungan:

konstan konstan 2 2 2 2 1 1 1 1V V  == p p V V  == AA==  p  p nn nn n

n dihitung dari persamaan (9) dan dihitung dari persamaan (9) dan p p11,, p p22,, T T 11, dan, dan T T 22 dari data pengujian. dari data pengujian.

 L  L V  V  V  V  V  V ₁₁== _ee−− ,, aa  p  p  A  A V  V  1 1 2 2 2 2 ⎟⎟⎟⎟  ⎠  ⎠  ⎞  ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝  ⎝  ⎛  ⎛  = = Titik-titik

n n l  l   p  p  A  A V  V  _⎟⎟⎟⎟  ⎠  ⎠  ⎞  ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝  ⎝  ⎛  ⎛  = = xi xi xi xi  p

 p xi xidipilih antara pdipilih antara p11 dan dan p p2.2.

Langkah 3 – 4 dibuat dengan menggunakan hubungan Langkah 3 – 4 dibuat dengan menggunakan hubungan

konstan konstan 4 4 4 4 3 3 3 3V V  == p p V V  == p p V V  == BB==  p

 p nn nn  _{y y  y y}nn

1 1 4 4 0 0 3 3 2 2 3 3  p p ,,V V  V V ,, p p pp  p  p == == == Titik-titik

Titik-titik YiYi ditentukan dari hubungan ditentukan dari hubungan

n n l  l   p  p  A  A V  V 

_⎟⎟

⎟⎟

 ⎠

 ⎠

 ⎞

 ⎞

⎜⎜

⎜⎜

⎝ 

⎝ 

⎛ 

⎛ 

=

=

yi yi xi xi

Tabel Data Pengujian Tabel Data Pengujian Kondisi Awal: Kondisi Awal:  p  p1=1= mmHmmH22OO ∆∆ p=  p= mmHmmH22OO  p  p2=2= mmHmmH22OO  p p33= = mmHmmH22OO Inlet Outlet Inlet Outlet  n  n m m  p p11  p p22  p p33  p p T T 11 T T 22 T T 33 T  T ww T T dd T T ww T T dd Gaya Gaya No. No. [rpm] [mmH

[rpm] [mmH22OO]] [[bbaarr]] [[mmmmHH22OO]] [[mmmmHH22OO]] [[°°CC]] [[°°CC]] [[°°CC]] [[°°CC]] [[°°CC]] [[°°CC]] [[°°CC]] [[NN]]

1 1 2 2 3 3 4 4 1 1 2 2 3 3 4 4 1 1 2 2 3 3 4 4 35 35

V. PENGUJIAN MOTOR BENSIN

1. TUJUAN

 Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja dan karakteristik motor bensin.

 Untuk memahami pengujian dan evaluasi parameter prestasi motor bensin

2. PRINSIP KERJA DAN PARAMETER PRESTASI MESIN

Motor bensin yang digunakan sebagai penggerak tenaga termal pembakaran bekerja  berdasarkan siklus Otto. Siklus Otto yang ideal memiliki tahapan-tahapan antara lain: langkah isap (proses tekanan konstan), langkah kompresi (isentropik), pembakaran (pemasukan kalor pada volume konstan), langkah kerja (isentropik), proses  pembuangan (pengeluaran kalor pada volume konstan), dan langkah buang (tekanan

konstan). Motor bensin sering pula disebut sebagai Spark Ignition Engine,  karena  penyalaan bahan bakarnya menggunakan loncatan bunga api listrik yang dihasilkan oleh busi. Hal ini yang membedakan prinsip kerja antara motor bensin dengan motor diesel. Komponen lainnya yang cukup penting pada motor bensin adalah karburator yang memiliki fungsi sebagai tempat pencampuran bahan bakar dengan udara. Pencampuran tersebut terjadi karena bahan bakar terisap masuk ke dalam karburator. Beberapa parameter prestasi motor bakar torak adalah:

 Daya poros ( N  p).

 Tekanan efektif rata-rata ( pe), efisiensi termal (ηt ), dan efisiensi volumetrik (ηv).

 Pemakaian bahan bakar (m f ) dan pemakaian bahan bakar spesifik ( Be).

 Perbandingan bahan bakar udara (AFR).

Untuk berbagai kondisi operasi, nilai parameter prestasi tersebut akan bervariasi nilainya. Dengan variasi kondisi operasi nilai paramter juga akan bervariasi. Dari data-data ini, karakteristik motor bakar dapat digambarkan. Variabel-variabel operasi yang dapat digunakan dalam pengujian ini adalah:

 Putaran, n [rpm]

 Beban (momen puntir), T  [Nm]

3. INSTALASI PENGUJIAN

Instalasi pengujian yang digunakan dalam pengujian ini diperlihatkan pada Gambar 1. Gambar lebih detail komponen-komponen motor bakar itu ditunjukkan pada Gambar 2 dan langkah kerja yang lebih aktual dari siklus kerjanya diberikan pada Gambar 3.

Gambar 1. Instalasi Pengujian Motor Bensin Spesifikasi motor bensin yang digunakan pada pengujian ini adalah:

Pabrik : Toyota Motor, Japan

Type : 7 - KE

Jenis : Motor Bensin, 4 silinder sebaris, 4 langkah, 2 katup per silinder,

cam di tengah dilengkapi push-rod  dan hidraulik filter.

Dia. silinder : 80,5 mm

Langkah torak : 87,5 mm

Vol langkah torak : 1781 cc

Rasio kompresi : 9 : 1

Firing order : 1 – 3 – 4 – 2

Daya maksimum : 84 PS pada 4800 rpm

Suplai bahan bakar :  Electronics Fuel Injection Sistem Pendinginan : Air, dengan pompa listrik

Sistem Bahan Bakar : Pompa sirkulasi, dengan pendingin air

Tekanan : 240 s/d 275 kN/m2 ( 35 s/d 40 lbs/in )

Bahan Bakar : Premium Pertamina

Gambar 2. Komponen Utama Motor Bakar Gambar 3. Siklus Sebenarnya

Gambar 5. Prinsip Kerja Pengukuran Dinamometer

4. PROSEDUR PENGUJIAN Persiapan sebelum pengujian

a. Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar, jika kurang harus ditambah.  b. Periksa minyak pelumas, tambah bila kurang.

c. Air pendingin yang bersih perlu dialirkan ke dalam dinamometer, blok mesin,  pendingin pelumas dan gas kalorimeter. Buka penuh katup aliran air pendingin

minyak pelumas. Katup penambah air pendingin harus diatur selama pengujian

untuk mempertahankan temperatur air pendingin antara 70 hingga 75oC. Katup

aliran air pendingin minyak pelumas baru dibuka setelah mesin jalan dan diatur

sehingga temperatur minyak pelumas 80oC.

Prosedur menjalankan dan mematikan motor bakar seperti yang diberikan oleh asisten. Pengujian dapat dilakukan dengan metode:

a.  beban berubah-ubah, katup gas konstan

 b.  beban dan katup gas berubah-ubah, putaran konstan Untuk tiap kondisi operasi, parameter pengukuran meliputi:

•

_{Momen putar}

•

_{Pemakaian bahan bakar}

•

_{Perbedaan tekanan udara pada orifice}

•

_{Temperatur air pendingin masuk motor}

•

_{Temperatur pendingin keluar motor}

5. METODE PERHITUNGAN

Parameter prestasi motor bensin dihitung dengan memanfaatkan persamaan-persamaan yang diberikan berikut:

Daya poros efektif

ω  T   N _e = 305 , 9549 n T   N _e = ⋅ (kW) T  = momen putar n = putaran motor (rpm)

Tekanan efektif rata-rata

rak  langkah to volume siklus  per Kerja = e  p 6 1 10 60 ) (

⋅

⋅

⋅

⋅

=

a n  z  V   N   p_e e (kPa)

V 1 = volume langkah torak (cm3)

= jumlah silinder

= jumlah siklus per putaran

a

Laju pemakaian bahan bakar

6 , 3 50_{⋅ ⋅} = _b b t  m& ρ  (kg/jam)

t  = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 50 cm3 (detik)

b

 ρ   = massa jenis bensin, 0,7329 g/cm3

Pemakaian bahan bakar spesifik

e b e  N  m  B = & (kg/kW-jam)

Laju aliran massa udara

u u or  u T   p  p  D m& = 4,5⋅10−6⋅3600⋅ 2 ∆ . (kg/jam)

= beda tekanan pada orifice (mm H

or 

 p

∆ _2O)

u

 p = tekanan udara luar (cm Hg)

u

T   = temperatur udara luar (K)

Perbandingan udara bahan bakar b u m m  AFR & & = Efisiensi volumetrik

Efisiensi volumetrik adalah perbandingan antara laju aliran massa udara sebenarnya dengan laju aliran massa udara ideal.

100 iu u v m m & & = η   (%)

Laju massa aliran udara ideal yang diperoleh dari rumus berikut:

1000 60 ) ( ₁⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = _u iu V   z  n a m& ρ   (kg/jam) u

 ρ   = massa jenis udara ideal

) K  ( ) cmHg ( 10 6446 , 4 3 T   p_u u − ⋅ =  ρ  Efisiensi termal 5 10 6 , 3 ⋅ ⋅ ⋅ =  LHV  m  N  b e t  & η   (%)  LHV  bensin = 42697 kJ/kg Neraca Energi Energi masuk 3600  LHV  m  E _in = b ⋅ (kW) Energi keluar (kW) loss ap e

out   N   E  E 

 E  = + + a a a ap C  T  Q  E  = ⋅ ⋅ ⋅∆ 3600  ρ    (kW) (kW) ) ( _{e ap} in

loss  E   N  E 

 E  = − +

5. TUGAS

a.Hitung seluruh parameter prestasi pada pengujian ini

 b.Gambarkan parameter prestasi tersebut terhadap putaran motor c.Gambarkan grafik neraca energi

42 Kelompok : Temperatur Lingkungan : oC Tanggal : Tekanan Udara Lingkungan : mm Bar

Bahan Bakar :

Air Pendingin Mesin  No. Putaran (rpm) Beban (Nm/kg) _{T  in (}o C) T out (oC) Q (lt/s) Bahan Bakar  per 50 cc (s) ∆ p Udara (mm H2O) T  gas Buang (oC)

VI. PENGUJIAN MOTOR DIESEL

1. TUJUAN

 Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja dan karakteristik motor Diesel.

 Untuk memahami pengujian dan evaluasi parameter prestasi motor Diesel

2. PRINSIP KERJA DAN PARAMETER PRESTASI MESIN

Secara umum, motor bakar torak dapat dibagi menjadi dua tipe dasar, yaitu  spark-ignition engine  dan compression- spark-ignition engine. Pada  spark- spark-ignition engine, campuran  bahan bakar dan udara dibakar oleh busi ( spark plug ). Sedangkan pada compression-ignition engine, udara dikompresikan pada tekanan dan temperatur yang cukup tinggi dimana pembakaran akan berlangsung secara spontan ketika bahan bakar disemprotkan. Karena  spark-ignition engine  relatif ringan dan murah sehingga cocok digunakan pada kendaraan bermotor. Compression-ignition engine  lebih umum digunakan dengan  pertimbangan bahan bakar lebih ekonomis dan daya yang dihasilkan besar.

Motor diesel menggunakan prinsip compression ignition engine. Pada langkah isap hanyalah udara segar saja yang masuk ke dalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai TMA (titik mati atas) bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder. Terjadilah  proses penyalaan untuk pembakaran, pada saat udara di dalam silinder sudah bertemperatur

tinggi. Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi, berkisar antara 12 sampai 25.

Beberapa parameter prestasi motor bakar torak adalah:

 Daya poros ( N  p).

 Tekanan efektif rata-rata ( pe), efisiensi termal (ηt ), dan efisiensi volumetrik (ηv).

 Pemakaian bahan bakar (m f ) dan pemakaian bahan bakar spesifik ( Be).

 Perbandingan bahan bakar udara (AFR).

Untuk berbagai kondisi operasi, nilai parameter prestasi tersebut akan bervariasi nilainya. Dengan variasi kondisi operasi nilai paramter juga akan bervariasi. Dari data-data ini, karakteristik motor bakar dapat digambarkan. Variabel-variabel operasi yang dapat digunakan dalam pengujian ini adalah:

 Putaran, n [rpm]

 Beban (momen puntir), T  [Nm]

3. INSTALASI PENGUJIAN

Instalasi pengujian yang digunakan dalam pengujian ini ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar skematik pengujian diberikan pada Gambar 2 dan prinsip kerja pengukuran dinamometer diperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 1. Instalasi Pengujian Motor Diesel Spesifikasi motor diesel yang digunakan dalam pengujian mesin:

Pabrik : Toyota Motor, Japan

Type : 2L

Jenis : Motor Diesel, 4 silinder sebaris, 4 langkah, 2 katup per silinder, cam

di atas.

Diam. silinder : 92 mm

Langkah torak : 92 mm

Vol. langkah torak : 2446 cc

Rasio Kompresi : 22,2 : 1

Firing Order : 1 – 3 – 4 – 2

Daya maksimum : 83 PS pada 4200 rpm

Torsi maksimum : 16,3 kgm pada 2400 rpm

Sistem bahan bakar : Solar Pertamina/Direct Injection/Distribution Pump. Sistem pendinginan : Air/Sirkulasi Luar/Temperatur Konstan.

Gambar 2. Skematik Peralatan Pengujian

Gambar 3. Prinsip Kerja Pengukuran Dinamometer 4. PROSEDUR PENGUJIAN

Persiapan sebelum pengujian

a. Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar,jika kurang harus ditambah.  b. Periksa minyak pelumas, tambah bila kurang.

c. Air pendingin yang bersih perlu dialirkan ke dalam dinamometer, blok mesin,  pendingin pelumas dan gas kalorimeter. Buka penuh katup aliran air pendingin minyak  pelumas. Katup penambah air pendingin harus diatur selama pengujian untuk mempertahankan temperatur air pendingin antara 70 hingga 75oC. Katup aliran air  pendingin minyak pelumas baru dibuka setelah mesin jalan dan diatur sehingga

temperatur minyak pelumas 80oC.

Prosedur menjalankan dan mematikan motor bakar seperti yang diberikan oleh asisten. Pengujian dapat dilakukan dengan metode:

a.  beban berubah-ubah, katup gas konstan

Untuk tiap kondisi operasi, parameter-parameter yang diukur adalah:

•

_{Momen putar}

•

_{Pemakaian bahan bakar}

•

_{Perbedaan tekanan udara pada orifice}

•

_{Temperatur air pendingin masuk motor}

•

_{Temperatur pendingin keluar motor}

•

_{Laju aliran air pendingin motor}

5. METODE PERHITUNGAN

Parameter prestasi motor bensin dihitung dengan memanfaatkan persamaan-persamaan yang diberikan berikut:

Daya poros efektif

ω  T   N _e = 305 , 9549 n T   N _e = ⋅ (kW) T  = momen putar n = putaran motor (rpm)

Tekanan efektif rata-rata

rak  langkah to volume siklus  per Kerja = e  p 6 1 10 60 ) (

⋅

⋅

⋅

⋅

=

a n  z  V   N   p_e e (kPa)

V 1 = volume langkah torak (cm3)

= jumlah silinder

= jumlah siklus per putaran

a

Laju pemakaian bahan bakar

6 , 3 50_{⋅ ⋅} = _b b t  m& ρ  (kg/jam)

t  = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 50 cm3 (detik)

b

Pemakaian bahan bakar spesifik e b e  N  m  B = & (kg/kW-jam)

Laju aliran massa udara

u u or  u T   p  p  D m& =4,5⋅10−6⋅3600⋅ 2 ∆ . (kg/jam)

= beda tekanan pada orifice (mm H

or 

 p

∆ ₂O)

u

 p = tekanan udara luar (cm Hg)

u

T   = temperatur udara luar (K)  D = diameter orifice, 55 cm Perbandingan udara bahan bakar

b u m m  AFR & & = Efisiensi volumetrik

Efisiensi volumetrik adalah perbandingan antara laju aliran massa udara sebenarnya dengan laju aliran massa udara ideal.

100 iu u v m m & & = η   (%)

Laju massa aliran udara ideal yang diperoleh dari rumus berikut:

1000 60 ) ( ₁⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = _u iu V   z  n a m& ρ   (kg/jam) u

 ρ   = massa jenis udara ideal

) K  ( ) cmHg ( 10 6446 , 4 3 T   p_u u − ⋅ =  ρ  Efisiensi termal 5 10 6 , 3 ⋅ ⋅ ⋅ =  LHV  m  N  b e t  & η   (%)  LHV  solar = 43057 kJ/kg Neraca Energi Energi masuk 3600  LHV  m  E _in = b⋅ (kW) Energi keluar loss ap e

out   N   E  E 

 E  = + + (kW) a a a ap C  T  Q  E  = ⋅ ⋅ ⋅∆ 3600  ρ    (kW) ) ( _{e ap} in

loss  E   N  E 

6. TUGAS-TUGAS

a. Hitung seluruh parameter prestasi pada pengujian ini

 b. Gambarkan parameter prestasi tersebut terhadap putaran motor c. Gambarkan grafik neraca energi

49 Tanggal : Tekanan Udara Lingkungan : mm Bar

Bahan Bakar : Air Pendingin Mesin

 No. Putaran (rpm) Beban (Nm/kg) _{T  in (}o_{C) T out (}o_{C) Q (lt/s)} Bahan Bakar  per 50 cc (s) ∆ p Udara (mm H2O) T  gas Buang (oC)

50

VII. PENGUJIAN PEMBANGKIT TENAGA UAP

1. TUJUAN

 Untuk mengetahui tahapan konversi energi yang terjadi pada sistem pembangkit uap

 Untuk mengetahui efisiensi pembangkit tenaga sebag ai parameter prestasi pada sistem

 pembangkit tenaga uap

2. PRINSIP KERJA DAN KONVERSI ENERGI TENAGA UAP

Sistem pembangkit tenaga uap adalah sistem pembangkit yang mengkonversikan energi yang dikandung bahan bakar menjadi energi poros turbin. Pengkonversian energi berlangsung dengan tahapan sebagai berikut:

1. Energi bahan bakar dikonversikan menjadi energi termal dalam bentuk gas asap. Tahap ini berlangsung pada alat pembakar.

2. Energi termal gas asap dipindahkan ke H2O sehingga energi termal H2O

meningkat. Tahap ini berlangsung pada permukaan pemanas pembangkit uap. 3. Energi termal H2O dikonversikan menjadi energi kinetik H2O ketika melewati

nosel.

4. Energi kinetik H2O dikonversikan menjadi energi kerja poros di rotor turbin.

5. Energi kerja poros dikonversikan menjadi energi listrik pada pembangkit listrik.

Laju kalor masukan bahan bakar

 pp bb  N 

 M 

Q

&

=

&

⋅

Laju energi yang tersedia pada turbin

( ) u mt ts W

&

= M h

&

−h Daya turbin 60 2 n  L F   N _TB = ⋅ ⋅ π  , (Watt) Daya listrik  A V   N  _LT  = ⋅ , (Watt)

51 Efisiensi turbin ) ( _{mt  kts} TB PT  h h  M   N  − =

&

η 

Efisiensi pembangkit daya instalasi

 pb  LT  PI   N   M   N  ⋅ =

&

η   Heat Rate TB mpu kapl u  N  h h  M   HR = ( − )

&

dengan: bb

 M 

&

= Laju pemakaian bahan bakar (Pembangkit Uap + Pemanas Lanjut)

 N  pb = Nilai pembakaran bahan bakar (38000 kJ/kg)

u

 M 

&

= Laju aliran massa air/uap (= M

&

_TOT −M 

&

_EJ  )

TOT 

 M 

&

= Laju aliran massa air dari tangki timbang

 EJ 

 M 

&

= Laju aliran massa dalam ejektor

hmt  = Enthalpi masuk turbin

hkts = Enthalpi uap keluar turbin teoritik (isentropik)

hkapl = Enthalpi uap keluar alat pemanas lanjut

hmpu = Enthalpi uap masuk pembangkit uap

F  = Gaya dinamometer

 L = Panjang lengan dinamometer (0,19m)

n = Kecepatan putar turbin (rpm)

V  = Tegangan listrik (Volt)

52 3. PROSEDUR PENGUJIAN DAN INSTALASI PENGUJIAN

Prosedur pengujian sistem pembangkit uap dapat diuraikan dalam langkah-langkah  berikut:

• Bahan bakar dari sistem diperiksa untuk menentukan kelayakan pemakaiannya.

• Sistem turbin uap dihidupkan dahulu untuk memanaskan air dalam boiler.

• Pemeriksaan setiap bagian peralatan selama proses pemanasan dilakukan untuk

mengetahui sistem telah beroperasi dengan baik.

• Proses pemanasan ditunggu sampai temperatur rata-rata yang diinginkan tercapai.

• Temperatur dan tekanan rata-rata pada stasiun pengukuran dicatat untuk mendapatkan tingkat keadaan termodinamika yang diperlukan dalam analisis.

• Laju aliran massa yang dicatat meliputi aliran untuk make-up water , kondensor dan  bahan bakar.

• Peralatan uji dimatikan setelah pengujian dilakukan

53 Peralatan uji yang digunakan dalam pengujian ini diperlihatkan pada Gambar 1. Sedangkan gambar skematiknya diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Skematik Pengujian Pembangkit Tenaga Uap

Keterangan Gambar 

APL: Alat Pemanas Lanjut PMP: Pompa Pasok Menara Pendingin

BB: Beban PSIR: Pompa Sirkulasi

BNR: Alat Pembakar PSTH: Pompa Pasok Tangki Air Harian

CON: Kondensor PU: Pembangkit Uap

EJ: Ejektor RES: Reservoir Air

MEJ: Meteran Air Ejektor RTM: Rotameter

MP: Menara Pendingin TAH: Tangki Air Harian

PAU: Pompa Air Umpan TB: Turbin Uap

PEJ: Pompa Ejektor TBB: Tangki Bahan Bakar

PKON: Pompa Kondensat TP: Tangki Penampung

54 4. DATA PENGUJIAN

Besaran yang diukur langsung dalam pengujian ini diberikan pada Tabel 1 dan besaran yang diukur tidak langsung diberikan pada Tabel 2.

Tabel 1. Besaran yang diukur langsung

Besaran Lambang Satuan Nilai

Tekanan Barometer P bar   bar

Tekanan Uap Keluar Turbin Pkpu  Kg/cm2

Temperatur Uap Keluar Turbin T kpu oC

Tekanan Uap Masuk Turbin Pmt  bar

Temperatur Uap Masuk Turbin T mt oC

Tegangan Listrik V Volt

Arus Listrik  I Ampere

Gaya Dinamometer F  Newton

Putaran n rpm

Lengan Momen  L m

Tabel 2. Besaran yang diukur tidak langsung

Besaran Saat Awal Saat Akhir Penunjukan

Awal

Penunjukan Akhir Laju aliran

massa air total Laju aliran

massa air ejektor Laju aliran

massa air bahan  bakar