LAPORAN PRAKTIKUM KONVERSI ENERGI

KEMENTERIAN PENDIDIKAN, KEBUDAYAAN, RISET DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL

“VETERAN” JAWA TIMUR FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

LAPORAN PRAKTIKUM KONVERSI ENERGI

Disusun oleh:

Kelompok 14

Amajida Sadrina 21036010032 Ramadan Bimo Anggoro 21036010035 Hanifah Qolbu R. 21036010066 Muhammad Hendra B. S. 21036010077

Semester Ganjil 2022/2023

LEMBAR PERSETUJUAN

LAPORAN PRAKTIKUM KONVERSI ENERGI

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

JAWA TIMUR

Disusun oleh : Kelompok 14

Amajida Sadrina 21036010032 Ramadan Bimo Anggoro 21036010035 Hanifah Qolbu R. 21026010066 Muhammad Hendra Budi S. 21036010077

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Dosen Pembimbing

Tria Puspa Sari, S.T., M.S.

NPT. 20219940311205

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-Nya sehingga laporan akhir praktikum Konversi Energi ini dapat terselesaikan. Saya juga ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak/Ibu yang telah berkontribusi dengan baik. Adapun tujuan dari penulisan laporan ini adalah untuk memenuhi tugas pada mata kuliah Perpindahan Kalor dan Massa I serta mata kuliah Termodinamika I. Kami berharap laporan ini dapat bermanfaat dalam meningkatkan kualitas belajar dan membantu mahasiswa dalam melaksanakan praktikum. Karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman, kami yakin masih banyak kekurangan dalam laporan ini, oleh karena itu kami mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan laporan ini.

Surabaya, 22 Desember 2022

Kelompok 14

i

DAFTAR ISI

HALAMAN COVER ... i

LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... i

DAFTAR GAMBAR ... ii

DAFTAR TABEL... iii

DAFTAR LAMPIRAN ... iv

DAFTAR NOTASI ... v

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang... 1

1.2. Tujuan ... 1

1.3. Manfaat ... 2

BAB II LANDASAN TEORI ... 3

2.1. Prinsip Kerja ... 3

BAB III METODE ... 5

3.1. Lokasi Praktikum... 5

3.2. Waktu Pelaksanaan ... 5

3.3. Alat dan Bahan ... 5

3.3.1. Alat ... 5

3.3.2. Bahan... 8

3.4. Metode Praktikum ... 9

3.4.1. Pembuatan Kapal Uap ... 9

3.4.2. Mekanisme Kerja Kapal Uap ... 10

3.5. Flow Chart ... 11

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 12

4.1. Tabel Hasil Data Pengamatan ... 12

4.2. Perhitungan Data ... 12

4.2.1. Kecepatan Kapal ... 12

4.2.2. Suhu Total Kapal... 12

4.2.3. Total Bahan Bakar yang dipakai ... 12

4.2.4. Panas yang masuk ... 12

4.2.5. Panas yang dibuang ... 13

4.2.6. Efisiensi Thermal ... 13

4.3. Pembahasan ... 13

BAB V KESIMPULAN... 15

5.1. Kesimpulan ... 15

5.2. Saran ... 15

DAFTAR PUSTAKA ... 16

LAMPIRAN ... 17

ii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Gerinda ... 5

Gambar 3.2 Bor ... 5

Gambar 3.3 Gunting seng ... 6

Gambar 3.4 Gunting kertas ... 6

Gambar 3.5 Penggaris ... 6

Gambar 3.6 Drawing pen ... 6

Gambar 3.7 Korek ... 6

Gambar 3.8 Washing bottle... 7

Gambar 3.9 Termogun ... 7

Gambar 3.10 Meteran... 7

Gambar 3.11 Timbangan ... 7

Gambar 3.12 Galvalum 0,4 mm ... 8

Gambar 3.13 Paraffin ... 8

Gambar 3.14 Sedotan stainless ... 8

Gambar 3.15 Solasi panci ... 8

Gambar 3.16 Lem dextone ... 9

Gambar 3.17 Kardus ... 9

Gambar 3.18 Pylox... 9

Gambar 3.19 Flow chart ... 11

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Progres kerja kapal uap sederhana ... 5 Tabel 4.1 Hasil data pengamatan ... 12

iv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Berat bahan bakar awal... 17

Lampiran 2. Berat bahan bakar akhir ... 17

Lampiran 3. Suhu awal kapal ... 17

Lampiran 4. Suhu akhir kapal ... 18

Lampiran 5. Waktu total ... 18

Lampiran 6. Desain kapal pada solidworks ... 18

v

DAFTAR NOTASI

Notasi 2.1 Persamaan Termodinamika 1 ……….………3 Notasi 2.2 Persamaan Massa Jenis ………..3 Notasi 2.3 Persamaan Perpindahan Panas………4

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Salah satu alat transportasi di Indonesia adalah kapal laut, armada ini digunakan sebagai sarana penghubung satu pulau dengan pulau lainnya.

Perkembangan zaman sekarang ini yang memacu fikiran seseorang semakin luas dan kritis. Rasa ingin tahu manusia yang tentu semakin besar terhadap hal-hal yang ada dengan melakukan pembuktian-pembuktian yang tak elak memacuh cepatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam berbagai aspek yang otomatis mengharuskan diperlukannya sumber daya manusia (SDM) yang berkualitas (Hendrawan, 2019). (Stamenkovic, et al., 2004)

Pada praktikum konversi energi terdiri dari 2 mata kuliah yaitu mata kuliah Perpindahan Kalor dan Massa I dan mata kuliah Termodinamika I. Termodinamika adalah satu cabang dari fisika dinamika, yang mempelajari tentang perilaku gerakan energi dan materi, termasuk panas atau kalor (heat, therm) sebagai tenaga atau energi, dan juga mencakup dinamika fluida (fluid dynamics) yang mempelajari tentang aliran fluida (fluid flow), seperti gas, udara, air, dan benda bergerak di dalamnya, materi atau pun energi (Warokka & Boedi, 2020).

Perpindahan kalor adalah peristiwa terjadinya aliran kalor karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Ilmu perpindahan kalor mencoba menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah dari satu benda ke benda lain, serta meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Ilmu perpindahan kalor melengkapi hukum pertama dan kedua Termodinamika yang berisikan tentang kekekalan energi dan arah perpindahan kalor yang berlangsung pada arah tertentu (Yohana, 2008).

1.2. Tujuan

Tujuan dari praktikum ini:

1. Untuk memahami materi tentang Hukum Termodinamika I serta Perpindahan Kalor dan Massa I.

2. Untuk mengetahui sistem kerja kapal uap sederhana.

3. Untuk mengetahui besarnya laju konversi energi panas menjadi energi uap.

2

4. Untuk mengetahui besarnya laju konversi energi panas menjadi energi gerak.

1.3. Manfaat

Hasil dari praktikum ini diharapkan dapat bermanfaat:

1. Dapat memahami materi tentang Hukum Termodinamika I serta Perpindahan Kalor dan Massa I.

2. Dapat memahami sistem kerja kapal uap sederhana.

3. Dapat mengetahui besarnya laju konversi energi panas menjadi energi uap.

4. Dapat mengetahui besarnya laju konversi energi panas menjadi energi gerak.

3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Prinsip Kerja

Pada praktikum kapal uap sederhana menggunakan 3 prinsip kerja, yaitu:

1. Menggunakan konsep Hukum III Newton (𝐹𝑎𝑘𝑠𝑖 = − 𝐹𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖)

Bunyi hukum Newton III : “Jika suatu benda mengerjakan gaya pada benda keuda, maka besar gayanya sama dengan gaya yang diterima tetapi berlawanan arah”. Perlu dicatat bahwa dua gaya harus bekerja pada dua benda yang berbeda.

2. Menggunakan Hukum 1 Termodinamika

Bunyi hukum pertama termodinamika : “Kenaikan energi internal dari suatu suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya”. Dengan kata lain, energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya dan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Jadi, hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang dihasilkan dari kalor, usaha, dan energi dalam. Hukum 1 termodinamika menyatakan bahwa kalor yang diserap dapat diubah menjadi perubahan energi dalam dan usaha. Sebagai ide dasar, dapat dikatakan bahwa energi dapat disimpan dalam suatu sistem dalam berbagai bentuk makroskopik. Energi juga dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya dan ditransfer antar sistem (Warokka & Boedi, 2020). Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka hukum termodinamika 1 dirumuskan :

𝑄 = ∆𝑈 + 𝑊

∆𝑈 = 𝑈₂ + 𝑈₁ ………….………(2.1) 3. Tekanan Uap

Tekanan uap adalah proses uap dalam kesetimbangan dengan fase, bukan pada uapnya. Massa jenis adalah ukuran massa suatu zat per satuan volume. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, semakin besar massa yang dimiliki setiap volume benda tersebut. Rumus untuk menentukan massa jenis :

𝜌 =

^𝑚

𝑉 ………..…………..(2.2)

Perpindahan kalor dalam kapal uap juga merupakan jenis perpindahan panas secara konveksi. Perpindahan kalor secara konveksi ialah perpindahan kalor yang

4

disertai dengan perpindahan molekul-molekul zat perantaranya. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada cairan dan gas, dan itu tergantung pada perbedaan kerapatan antara zat-zat ini. Perpindahan panas dapat dirumuskan sebagai berikut : 𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇……….…………..(2.3)

5

BAB III METODE

3.1. Lokasi Praktikum

Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi dan Danau UPN

“Veteran” Jawa Timur.

3.2. Waktu Pelaksanaan

Pelaksanaan praktikum ini pada tanggal 1 Desember – 23 Desember 2022.

Tabel 3. 1 Progres kerja kapal uap sederhana

No. Jenis Kegiatan Minggu ke-

1 2 3

1. Diskusi perancangan kapal 2. Pembuatan desain kapal

menggunakan Solidworks 3. Pembuatan badan kapal 4. Uji percobaan kapal 5. Final dan menghias kapal 6. Pengambilan data

3.3. Alat dan Bahan 3.3.1. Alat

1. Gerinda

2. Bor

Gambar 3.1 Gerinda (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.2 Bor (Sumber : dokumen pribadi)

6

3. Gunting seng

4. Gunting kertas

5. Penggaris

6. Drawing pen

7. Korek

Gambar 3.3 Gunting seng (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.4 Gunting kertas (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.5 Penggaris (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.6 Drawing pen (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.7 Korek (Sumber : dokumen pribadi)

7

8. Washing Bottle

9. Termogun

10. Meteran

11. Timbangan

Gambar 3.8 Washing bottle (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.9 Termogun (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.10 Meteran (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.11 Timbangan (Sumber : dokumen pribadi)

8

3.3.2. Bahan

1. Galvalum 0,4 mm

2. Paraffin

3. Sedotan stainless

4. Solasi panic

Gambar 3.12 Galvalum 0,4 mm (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.13 Paraffin (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.14 Sedotan stainless (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.15 Solasi panci (Sumber : dokumen pribadi)

9

5. Lem dextone

6. Kardus

7. Pylox

3.4. Metode Praktikum

3.4.1. Pembuatan Kapal Uap

1. Membuat desain kapal dan bagian-bagiannya pada software solidworks dengan ukuran.

2. Menggambar bagian-bagian kapal pada kardus sesuai ukuran pada solidworks.

3. Memotong bagian-bagian kapal yang telah digambar pada kardus menggunakan gunting kertas. Lalu mengemal bagian kapal pada

Gambar 3.16 Lem dextone (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.17 Kardus (Sumber : dokumen pribadi)

Gambar 3.18 Pylox (Sumber : dokumen pribadi)

10

galvalum 0,4 mm, setelah itu dipotong menggunakan gunting seng dan gerinda, lalu dirakit sehingga menjadi kerangka kapal.

4. Lalu menguji coba lambung kapal mengalami kebocoran atau tidak, jika mengalami kebocoran maka menambalnya dengan solasi panci dan lem dextone.

5. Membuat tempat pembakaran kapal berupa penampung air dengan ukuran 13×10×3 cm dan tempat paraffin dengan ukuran 9×9 cm. Lalu melubangi penampung air dengan mesin bor yang memiliki diameter 4,5 mm untuk tempat exhaust.

6. Menguji coba penampung air mengalami kebocoran atau tidak, jika mengalami kebocoran maka menambalnya dengan solasi panci dan lem dextone.

7. Menggabungkan kerangka kapal dengan alat pembakaran menjadi satu, sehingga jadilah kapal uap sederhana.

3.4.2. Mekanisme Kerja Kapal Uap

1. Washing bottle diberi air sampai terisi penuh, lalu disuntikan ke exhaust sampai penampung air penuh dengan volume air 300ml.

2. Setelah penampung air sudah penuh, letakkan paraffin di tempat pembakaran yang sudah disediakan.

3. Paraffin dibakar menggunakan korek api sampai api membesar sehingga menjadikan air penampungan panas dan menghasilan uap yang ada di dalam penampungan air.

4. Uap keluar melalui kenalpot sehingga mendorong kapal bergerak maju.

11

3.5. Flow Chart

Gambar 3.19 Flow chart (Sumber : dokumen pribadi)

12

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Tabel Hasil Data Pengamatan

Tabel 4.1 Hasil data pengamatan

No. Jenis Data Ukuran

1. Panjang lintasan 20 meter

2. Bahan bakar (sebelum digunakan) (𝑚₁) 32,78 gram 3. Bahan bakar (setelah digunakan) (𝑚₂) 14,80 gram

4. Suhu didih (𝑇₁) 100°C

5. Suhu Awal (𝑇₂) 32°C

6. Suhu Akhir (𝑇₃) 85°C

7. Jarak yang ditempuh 12 meter

8. Waktu yang dibutuhkan 501 second

9. Kecepatan 0,024 m/s

10. Kalor jenis paraffin 2.200 J/kg°C

11. Kalor jenis air 4.200J/kg°C

4.2. Perhitungan Data 4.2.1. Kecepatan Kapal

𝑣 =𝑆 𝑡 𝑣 = 12 𝑚

501 𝑠 𝑣 = 0,024 𝑚/𝑠 4.2.2. Suhu Total Kapal

∆𝑇 = 𝑇₃− 𝑇₂

∆𝑇 = 85℃ − 32℃

∆𝑇 = 53℃

4.2.3. Total Bahan Bakar yang dipakai

𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32,78 𝑔𝑟 − 14,80 𝑔𝑟 𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17,98 𝑔𝑟

4.2.4. Panas yang masuk 𝑄_𝑖𝑛= 𝑚₁× 𝑐(𝑇₁− 𝑇₂)

𝑄_𝑖𝑛= 32,78 𝑔𝑟 × 2200(100℃ − 32℃)

13

𝑄_𝑖𝑛= 32,78 𝑔𝑟 × 2200(68℃) 𝑄_𝑖𝑛= 4903888 𝐽

4.2.5. Panas yang dibuang 𝑄_𝑜𝑢𝑡= 𝑚₂× 𝑐(𝑇₁− 𝑇₃)

𝑄_𝑜𝑢𝑡= 14,80 𝑔𝑟 × 2200(100℃ − 85℃) 𝑄_𝑜𝑢𝑡= 14,80 𝑔𝑟 × 2200(15℃)

𝑄_𝑜𝑢𝑡= 488400 𝐽 4.2.6. Efisiensi Thermal

𝜂_𝑇ℎ = 𝑊_𝑛𝑒𝑡 𝑄_𝑖𝑛 𝜂_𝑇ℎ = 𝑊_𝑛𝑒𝑡

𝑄_𝑖𝑛 × 100%

𝜂_𝑇ℎ = 𝑄_𝑖𝑛− 𝑄_𝑜𝑢𝑡

𝑄_𝑖𝑛 × 100%

𝜂_𝑇ℎ = 4903888 𝐽 − 488400 𝐽

4903888 𝐽 × 100%

𝜂_𝑇ℎ = 90,04%

4.3. Pembahasan

Mesin uap adalah mesin yang menggunakan energi panas dalam uap air dan mengubahnya menjadi energi mekanik. Kapal uap mulai digunakan di Inggris setelah penemuan mesin uap oleh James Watt, yang memicu revolusi industri, yang juga merupakan revolusi bahan bakar, karena batu bara banyak digunakan sebagai pengganti bahan bakar.

Dalam percobaan ini bertujuan untuk mengetahui kecepatan laju kapal uap, banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi, dan suhu akhir kapal. Setelah dilakukan pengujian kapal uap dengan suhu total 53°C dari suhu awal kapal dikurangi suhu akhir kapal di permukaan air dengan panjang lintasan 12 meter, berat bahan bakar yang dikonsumsi 17,98 gram, waktu yang dibutuhkan 501 second, memperoleh kecepatan 0,024 m/s dari perhitungan jarak dibagi waktu. Dan efisiensi thermal yang didapat 90,04% dari perhitungan kalor yang masuk dikurangi kalor yang dibuang dibagi kalor yang masuk dikali 100%.

Kapal uap bekerja dengan menggunakan sarana penggerak yang keluar dari dalam katel uap (penampung air), karena bagian bawah kaleng memanas, udara di

14

bagian bawah kaleng naik suhunya dan kemudian mamuai. Artinya masa jenisnya lebih ringan dari udara di atasnya, sehingga udara naik (perpindahan panas terjadi secara konveksi). Suhu udara di luar penampung air lebih rendah dari pada di dalam penampung air, sehingga uap di dalam penampung air keluar melalui lubang-lubang di permukaan tutup penampung air, dan kemudian menciptakan gaya terhadap lingkungan. Gaya aksi ini kemudian menciptakan gaya reaksi yang mendorong kapal ke depan.

Faktor yang dapat mempengaruhi kecepatan kapal yaitu hasil pemanasan uap yang ada ditangki air dan skala dimensi kapal dengan dimensi pembakaran. Suhu air semakin panas maka hasil uap yang dikeluarkan semakin banyak, dan jika kapal semakin ringan maka beban uap untuk mendorong kapal berjalan semakin ringan.

15

BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

1. Setelah dilakukan perngujian kapal uap, didapatkan data dengan panjang lintasan 12 meter, bahan bakar sebelum digunakan 32,78 gram, bahan bakar setelah digunakan 14,80 gram, suhu awal kapal 32°C, suhu akhir kapal 85°C, jarak yang ditempuh 12 meter, waktu yang dibutuhkan dalam menempuh jarak 12 meter adalah 501 second, kalor jenis paraffin 2200 J/kg°C, dan kalor jenis air 4200 J/kg°C.

2. Dari perhitungan data mendapatkan hasil kecepatan kapal 0,024 m/s, suhu total kapal 53°C, bahan bakar yang dikonsumsi 17,98 gram, kalor yang masuk 4903888 J, kalor yang keluar 488400 J, dan efisiensi kapal uap yang didapat 90,04%.

3. Berdasarkan hasil percobanaan pembuatan kapal uap membuktikan bahwa energi panas dapat menghasilkan energi gerak. Air dalam penampung air mendidih dan mengeluarkan uap yang kuat karena adanya energi panas dari paraffin yang membuat kapal tersebut berjalan. Ini menandakan adanya konversi dari energi panas ke energi uap. Dari percobaan ini juga membuktikan bahwa adanya hubungan antara hukum aksi reaksi, tekanan uap, massa jenis, dan perpindahan kalor menyebabkan kapal bisa bergerak maju.

5.2. Saran

1. Praktikan seharusnya lebih memahami dasar teori dan konsep kerja dari kapal uap.

2. Praktikan seharusnya lebih teliti dalam melakukan pembuatan kapal uap, uji coba kapal uap, dan perhitungan data.

3. Laboran sebaiknya melakukan pengadaan barang dan memiliki peralatan yang cukup untuk melaksanakan praktikum ini.

16

DAFTAR PUSTAKA

Hendrawan, A., 2019. KONSEP KAPAL DENGAN TENAGA OTEC. Prosiding Seminar Nasional.

Stamenkovic, J. et al., 2004. Distribution of total and methyl mercury in sediments along Steamboat Creek (Nevada, USA). Science of the Total Environment, Volume 322, p. 167–177.

Warokka, A. & Boedi, S., 2020. TERMODINAMIKA TEKNIK. Manado - Sulawesi Utara: POLIMDO PRESS.

Yohana, S., 2008. LAJU PERPINDAHAN KALOR DAN EFEKTIVITAS SIRIP PADA KASUS 3 DIMENSI KEADAAN TAK TUNAK.

17

LAMPIRAN

Lampiran 1. Berat bahan bakar awal

Lampiran 2. Berat bahan bakar akhir

Lampiran 3. Suhu awal kapal

18

Lampiran 4. Suhu akhir kapal

Lampiran 5. Waktu total

Lampiran 6. Desain kapal pada solidworks