1
RANCANG ALAT MINI STIRLING ENGINE SEDERHANA
LAPORAN OLEH:
KELOMPOK 2
Faomasi Nduru 200308004
Helpin Zanvanes Wau 200308006
Muhammad Farhan 200308012
Anggi Indri Kokoina Sihombing 200308030
Anis Dwi Silviandari 200308031
Cindy Siburian 200308034
Diaz Ananda Putra Nasution 200308035
Elizabeth Bintang Paulaean 200308036
Galuh Permata Sari 200308038
Iin Yolanda Cibro 200308040
Eferman 200308056
Rakha Jabran Ochisa 200308076
PRAKTIKUM ENERGI DAN LITRIK PERTANIAN PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2023
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN
OLEH:
KELOMPOK 2
Faomasi Nduru 200308004
Helpin Zanvanes Wau 200308006
Muhammad Farhan 200308012
Anggi Indri Kokoina Sihombing 200308030
Anis Dwi Silviandari 200308031
Cindy Siburian 200308034
Diaz Ananda Putra Nasution 200308035
Elizabeth Bintang Paulaean 200308036
Galuh Permata Sari 200308038
Iin Yolanda Cibro 200308040
Eferman 200308056
Rakha Jabran Ochisa 200308076
TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM A
Proposal Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memenuhi Komponen Penilaian di Mata Kuliah Praktikum Energi dan listrik Pertanian Program Studi Teknik
Pertanian dan Biosistem Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara
Disetujui Oleh:
Dosen Penanggung Jawab
(Sulastri Panggabean STP., MSi) NIP. 198504172019032009
PRAKTIKUM ENERGI DAN LITRIK PERTANIAN PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2023
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur Penulis ucapkan kehadirat Tuhan, atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan akhir praktikum dengan judul “Rancang Alat Mini Stirling Engine” yang mana merupakan salah satu syarat untuk memenuhi komponen penilaian dalam mata kuliah Praktikum Energi dan Listrik Pertanian di Program Studi Teknik Pertanian dan Biosistem Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penulis menyadari bahwa proposal ini masih memiliki kekurangan. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun sehingga dapat menjadi perbaikan yang lebih baik lagi kedepannya. Akhir kata penulis ucapkan terimakasih, semoga proposal ini dapat bermanfaat.
Medan, Mei 2023
Penulis
ii
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR GAMBAR ... iii
DAFTAR TABEL ... iv
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan ... 2
TINJAUAN PUSTAKA ... 3
Mesin Stirling ... 3
Prinsip Kerja Mesin Stirling Engine ... 3
Komponen pada Mesin Stirling Engine ... 4
Parameter Unjuk Kerja Mesin Stirling ... 7
Efesiensi Alat ... 8
SolidWorks ... 9
Desain Struktural ... 9
Desain Fungsional ... 10
Desain Teknis ... 10
METODE PENELITIAN ... 11
Waktu dan Tempat Penelitian ... 11
Alat dan Bahan ... 11
Prosedur Praktikum ... 12
Konseptual Desain Penelitian ... 13
Parameter Penelitian ... 15
𝐸fesieensi alat ... 15
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 16
Suhu ... 16
Energi Kinetik ... 17
Efisiensi Alat ... 18
KESIMPULAN DAN SARAN ... 19
Kesimpulan ... 19
Saran ... 19
DAFTAR PUSTAKA ... 20
LAMPIRAN ... 21
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Kompoen Mesin Stirling Engine ... 5 Gambar 2. Desain Alat di Solidwork ... 13
iv
Tabel 1. Suhu Pembakaran Pada Stirling Engine ... 16 Tabel 2. Energi Kinetik yang dihasilkan alat stirling engine ... 17 Tabel 3. Efisiensi Alat Stirling Engine ... 18
1
PENDAHULUAN Latar Belakang
Energi panas adalah energi yang dihasilkan dari panas suatu benda. Energi ini biasanya disebut kalor. Energi panas terjadi antara dua benda yang berbeda suhunya. Ada empat sumber energi panas dalam kehidupan sehari-hari, yakni matahari, api, panas bumi, minyak bumi, dan batu bara. Energi panas dapat dikonversi ke berbagai energi lainnya seperti kinetik ataupun listrik..hal tersebut sesuai dengan hukum kekekalan energi dimana energi tidak bisa di ciptakan ataupun dimusnahkan, namun dapat berpindah dari energi satu ke energi lainnya.
Pada praktikum kali ini akan membahas perpindahan energi panas ke energi kinetik dengan bantuan alat Stirling Engine.
Mesin Stirling pertama kali ditemukan pada tahun 1816 oleh Dr. Robert Stirling. Mesin Stirling adalah mesin yang bekerja dengan menggunakan siklus udara panas pada sistem tertutup. Aliran udara panas dan udara dingin di dalam sistem alat peraga akan mengakibatkan terjadinya perbedaan tekanan udara.
Perbedaan tekanan udara ini akan menghasilkan suatu gerakan mekanik.
Mesin stirling merupakan mesin kalor yang mempunyai cara kerja mengkompresi dan mengekspansi fluida pada suhu yang berbeda yang menyebabkan terjadinya perubahan energi panas menjadi energi mekanik. Listrik dapat dihasilkan ketika fluida panas yang masuk ke dalam mesin stirling menggerakkan komponen penggerak mesin stirling (displacer dan piston) yang tersambung ke sebuah generator. Mesin stirling memiliki tiga tipe, antara lain mesin stirling tipe alpha, mesin stirling tipe beta, dan mesin stirling tipe gamma.
Tujuan
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui proses dasar pembuatan dan perakitan komponen-komponen stirling engine
2. Mengetahui prinsip kerja stirling engine
3. Mengetahui besaran energi yang dihasilkan dari konversi energi pada alat stirling engine.
Manfaat Praktikum
Adapun manfaat dari praktikum ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi Mahasiswa
Praktikum bermanfaat untuk mengetahui proses pembuatan serta konversi energi dari stirling engine.
2. Bagi Umum
Praktikum bermanfaat untuk penelitian lebih lanjut mengenai alat stirling engine.
3
TINJAUAN PUSTAKA Mesin Stirling
Mesin-mesin ini bekerja dengan memanfaatkan sifat gas yang dipanaskan akan memuai kemudian saat didinginkan gas akan menyusut volumenya. Salah satu contoh siklus tertutup yang dapat digunakan dalam merancang mesin yang ramah lingkungan Mesin Stirling (Moran dan Shapiro, 2000). Saat ini dalam pengembangan Mesin Stirling untuk kebutuhan produksi massal baru mampu menghasilkan daya terbesar mencapai 3 kilowatt listrik. Mesin-mesin Stirling yang berdaya besar pada umumnya menggunakan volume kecil namun dengan tekanan puluhan bar (Minassian, 2007; Roni Dzakaria, dkk.2013).
Mesin Stirling merupakan teknologi lama yang dikembangkan kembali pada zaman ini. Teknologi ini kembali dikembangkan karena dibutuhkannya teknologi yang ramah lingkungan, sumber energi fleksibel, dan efisiensi tinggi. Telah diketahui bahwa secara teori, Mesin Stirling merupakan teknologi yang memiliki efisiensi mendekati efisiensi Carnot dengan proses isotermal dan isokhorik.
Teknologi ini mengkonversi energi panas menjadi energi mekanik. Dari energi mekanik dapat dikonversi menjadi energi listrik jika dihubungkan pada dinamo generator listrik.
Prinsip Kerja Mesin Stirling Engine
Stirling engine adalah sebuah mesin kalor regenerasi pada siklus tertutup, berfluida kerja berupa udara atau gas yang menggunakan pembakaran luar atau eksternal. Prinsip kerja mesin stirling itu sendiri bekerja dengan dasar yang sederhana dari proses pemuaian (ekspansi) dan penyusutan (kompresi) misalkan pada sebuah kaleng (anggap saja silinder) yang ditutup dengan karet balon. Dari
kedua proses tersebut digabungkan menjadi satu (ekspansi dan kompresi) pada ujung silinder yang berbeda dan diantaranya diletakkan piston yang memiliki ukuran kecil dari dinding kaleng (silinder). Udara dapat melewati celah piston dengan volume yang tetap serta terdapat perbedaan suhu yang cukup, ketika dipancing dengan sedikit gerakan ke atas, maka terjadilah sebuah coupling gerakan antara ekspansi dan kompresi. Piston akan naik dan turun secara bergantian dan bila dilihat kondisi termal, maka di dalam silinder terjadi sebuah siklus termal antara ekspansi dan kompresi sebuah mesin kalor regenerasi panas pada siklus tertutup yang menggunakan pembakaran luar atau eksternal. Dari gerakan yang dihasilkan oleh karet dan piston yang berlawanan, maka dibuat sebuah mekanisme engkol yang mengkonversi dari gerakan piston dan karet tersebut menjadi gerakan. Ketika mekanisme engkol telah dibuat mesin tidak akan bisa berjalan atau berputar dengan sendirinya karena udara panas akan terus menekan. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah penstabil gerak putar dengan memanfaatkan momen inersia sehingga piston dapat kembali kebawah. Penstabil ini biasanya berupa flywheel atau bandul massa yang terpasang secara seimbang di poros engkol tersebut. Mesin stirling ini merupakan sistem energi listrik alternatif yang menggunakan sistem pembakaran luar yang ramah lingkungan.
Komponen pada Mesin Stirling Engine
Sistem mesin Stirling memiliki setidaknya satu sumber panas, satu unit pendingin dan hingga lima penukar panas. Beberapa jenis dapat menggabungkan atau membuang beberapa di antaranya:
5
1. Sumber Panas
Sumber panas dapat disediakan oleh pembakaran bahan bakar dan, karena produk pembakaran tidak bercampur dengan fluida kerja dan karenanya tidak bersentuhan dengan bagian internal mesin, mesin Stirling dapat berjalan dengan bahan bakar yang akan merusak tipe mesin lain internal, seperti gas TPA, yang mungkin mengandung siloksan yang dapat menyimpan silikon dioksida abrasif secara konvensional mesin. Sumber panas lain yang cocok termasuk energi surya terkonsentrasi, energi panas bumi, energi nuklir, limbah panas dan bioenergi. Jika tenaga surya digunakan sebagai sumber panas, biasa cermin surya dan piring surya dapat digunakan. Penggunaan Lensa dan cermin Fresnel juga telah dianjurkan, untuk contoh dalam eksplorasi permukaan planet. Mesin Stirling bertenaga surya semakin populer karena mereka menggunakan Dish Stirling dari SES fer pilihan yang ramah lingkungan untuk menghasilkan tenaga sementara beberapa desain menarik secara ekonomi dalam proyek pembangunan.
Gambar 1. Kompoen Mesin Stirling Engine
2. Regenerator
Regenerator adalah komponen dalam mesin Stirling yang menyimpan panas dari satu siklus sehingga dapat digunakan pada siklus berikutnya.
Regenerator sering dibuat dari lembaran foil, wol baja, atau spons logam. Gas kerja panas mengalir di atas regenerator (menyimpan sebagian panasnya di sana) dalam perjalanannya ke zona dingin. Ketika gas dingin kembali, ia mengalir kembali ke regenerator dan dipanaskan terlebih dahulu sebelum masuk ke zona panas. Hasilnya adalah tenaga yang lebih tinggi dan efisiensi yang lebih tinggi dari mesin Stirling yang diberikan. Fungsi regenerator adalah untuk mempertahankan dalam sistem yang panas yang seharusnya ditukar dengan lingkungan pada suhu menengah ke suhu siklus maksimum dan minimum.
3. Pendingin (cooling)
Penukar panas sisi dingin / dingin Dalam mesin kecil berdaya rendah, ini mungkin terdiri dari dinding ruang dingin, tetapi di mana kekuatan yang lebih besar diperlukan pendingin
4. Displacer
Pemindah (displacer) adalah piston tujuan khusus, digunakan dalam Beta dan mesin Stirling tipe Gamma, untuk menggerakkan kerja bolak-balik antara penukar panas panas dan dingin. Tergantung pada jenis desain mesin, perpindahannya mungkin atau mungkin tidak disegel ke silinder, yaitu mungkin pas longgar di dalam silinder, memungkinkan gas bekerja untuk melewatinya saat bergerak untuk menempati bagian dari silinder di luar.
7
Parameter Unjuk Kerja Mesin Stirling 1. Suhu
Mesin stirling juga demikian terkait dengan suhu lingkungan; efisiensi yang lebih tinggi diperoleh saat cuaca lebih dingin, sehingga membuat mesin jenis ini kurang menarik di tempat-tempat dengan iklim yang lebih hangat.
Seperti mesin pembakaran luar lainnya, mesin Stirling dapat menggunakan sumber panas selain dari pembakaran bahan bakar. Singkatnya, mesin Stirling menggunakan temperatur perbedaan antara ujung panas dan ujung dinginnya siklus massa tetap gas, dipanaskan dan diperluas, dan didinginkan dan dikompresi, sehingga mengubah energi panas menjadi energi mekanik.
Semakin besar perbedaan suhu antara sumber panas dan dingin, semakin besar efisiensi termal. Semakin besar perbedaan suhu antara sumber panas dan dingin, semakin besar efisiensi termal.
Pada penelitian yang sudah dilakukan (Eko Prasetyo dan Achmad Syahril, 2019) suhu pada sumber panas mencapai 550˚Cmenghasilkan daya sebesar 3,7630 kW. Efisiensi teoretis maksimum setara dengan siklus Carnot, namun efisiensinya mesin nyata kurang dari nilai ini karena gesekan dan kerugian lainnya. Mesin berdaya sangat rendah telah dibangun yang beroperasi pada perbedaan temperatur sesedikit 0,5 K. Dalam sebuah perpindahan jenis mesin stirling Anda memiliki satu piston dan satu pemindah. Diperlukan perbedaan suhu antara atas dan bawah silinder besar untuk menjalankan mesin.
Di dalam kasus mesin stirling perbedaan suhu rendah (LTD), perbedaan suhu antara tangan Anda dan udara di sekitarnya cukup untuk menjalankan mesin.
∆𝑇 = 𝑇𝑠𝑖𝑠𝑖 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠− 𝑇𝑠𝑖𝑠𝑖 𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛
Dimana :
∆𝑇 = perbedaan temperatur (℃)
𝑇𝑠𝑖𝑠𝑖 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 = temperatur sisi panas (℃) 𝑇𝑠𝑖𝑠𝑖 𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 = temperatur sisi dingin (℃) 2. Torsi
Paramater penting dalam motor bakar baik itu motor bakar pembakaran internal maupun motor bakar pembakaran eksternal adalah torsi dan daya mesin, alasannya karena kedua parameter ini adalah penentu performa atau unjuk kerja mesin. Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu energi. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya dalam hal ini adalah wheel.
Dalam mesin Stirling, udara panas mengembang saat dipanaskan dan menyusut saat didinginkan. Prinsip dari operasi paling baik dipahami oleh ilmuwan Irlandia Robert Boyle dari hasil-hasilnya percobaan pada udara yang terperangkap dalam tabung kaca berbentuk J. Boyle menyatakan bahwa tekanan gas adalah berbanding terbalik dengan volumenya dan produk tekanan dan volume yang ditempati adalah konstanta tergantung pada temperatur gas.
Efesiensi Alat
Pada kenyataannya, hilangnya energi selama proses berlangsung tidak dapat dipungkiri. Sehingga besarnya efisiensi dari mesin stirling bisa dihitung menggunakan rumus Carnot di bawah ini
𝐸𝑓𝑒𝑠𝑖𝑒𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑙𝑎𝑡 = (𝑇1 − 𝑇2) 𝑇1
9
Dengan : T1 = Thot T2 = Tcool SolidWorks
Solidworks adalah sebuah program computer-aided design (CAD) 3D yang menggunakan platform Windows. Software ini dikembangkan oleh Solidworks Corporation, yang merupakan anak perusahaan dari Dassault System, S.A. 6 Solidworks menyediakan feature-based parametic, solid modeling dan bergerak pada pemodelan 3D. Software ini juga mampu menganalisis produk untuk mengetahui kekuataan produk seperti force, torque, temperature, dan safety factor.
Sebagai software CAD, solidworks dipercaya sebagai perangkat lunak untuk membantu proses mendesain suatu benda atau alat dengan mudah. Di Indonesia sendiri terdapat banyak perusahaan manufaktur yang mengimplementasikan perangkat lunak solidworks. Keunggulan solidworks dari software CAD lain adalah mampu menyediakan sketsa 2D yang dapat di-upgrade menjadi bentuk 3D. Selain itu pemakaiannya pun mudah karena memang dirancang khusus untuk mendesain benda sederhana maupun yang rumit sekalipun. Inilah yang membuat solidworks menjadi popular dan menggeser ketenaran software cad lainnya.
Desain Struktural
Desain struktural merupakan sebuah gambaran berdasarkan garis, ukuran, bentuk, warna, tekstur, dan nilai dari suatu benda. Tujuan dibuatnya desain struktural adalah untuk mengetahui rancangan, bentuk, model dan bahan pada baju/benda produksi lain sebelum dibuat menjadi barang yang utuh dan nyata.
Desain Fungsional
Desain fungsional merupakan sebuah desain dengan mengacu pada bagaimana alat tersebut bekerja secara fisik. Desain fungsional merupakan aspek penting yang perlu diperhatikan karena mencakup semua fungsi pada berbagai komponen setiap rangkaian pada alat.
Desain Teknis
Desain teknis merupakanmetode yang digunakan untuk mengidentifikasi dan menganalisis berbagai ukuran yang akan dirancang pada setiap komponen rangkaian serta juga merekayasa bangunan dan struktur dari alat yang akan dibuat.
11
METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan pada bulan Maret sampai dengan selesai di Laboratorium Biosistem dan Laboratorium Bengkel, Program Studi Teknik Pertanian dan Biosistem, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan selama praktikum : 1. Gergaji
2. Mesin gerinda 3. Mesin bor 4. Pisau cutter 5. Gunting 6. Bunsen spirtus
Bahan yang digunakan selama praktikum 1. Solatip
2. Papan/Kayu 3. Tabung reaksi 4. Paku
5. Spirtus 6. Pemantik api 7. CD bekas 8. Baut 9. Lem korea 10. Bear ring
Prosedur Praktikum A. Perancangan Alat
1. Merancang desain alat stirling engine serta melakukan simulasi terlebih dahulu pada solidwork.
2. Mengumpulkan semua alat dan bahan pembuatan stirling engine.
3. Membuat alas, penyangga, roda putaran, serta dari bahan kayu papan dengan bentuk dan ukuran sesuai desain pada solidwork.
4. Memasukkan kawat serabut ke dalam gelas tabung, guna menghasilkan panas serta uap ketika dilakukan pembakaran.
5. Merangkai bagian-bagian alat yang telah dibuat menjadi satu kesatuan sesuai desain yang telah dibuat pada solidwork.
6. Meletakkan lilin tepat dibawah tabung yang berisi kawat serabut, sebagai proses pembakaran yang akan menghasilkan uap dan memicu terjadinya konversi energi menjadi kinetik.
13
B. Pengambilan data
1. Mengukur suhu api pada sumber panas (spiritus)
2. Mengukur kapan roda dapat berputar setelah pembakaran dilakukan 3. Mengukur kecepatan putaran roda yang dihasilkan
4. Mengukur berapa lama konversi energi berlangsung Konseptual Desain Penelitian
Gambar 2. Desain Alat di Solidwork
Keterangan:
Desain Fungsional 1. Tabung reaksi
Pada praktikum ini tabung reaksi digunakan untuk pemanasan, karena tabung reaksi memiliki ketahanan yang baik terhadap panas.
1
3
2 4
5
6 7
7
2. Wheel
Pada praktikum ini wheel dengan diameter 7 cm dengan ketebalan 1 cm yang terbuat dari triplek digunakan sebagai representasi dari energi kinetik yang dihasilkan dari pemanasan.
3. Piston/pengayuh
Pada praktikum ini piston dengan diam eter 1,9 cm untuk dimasukkan ke dalam tabung reaksi, piston/pengayuh dikaitkan pada wheel untuk menggerakannya.
4. Pemanas
Pada praktikum ini pemanas digunakan untuk memanaskan tabung reaksi sehingga akan menghasilkan uap.
5. Regenerator
Pada praktikum ini regenerator yang digunakan yaitu serabut kawat dan diletakkan di dalam tabung reaksi dengan tujuan menyimpan panas dari pemanasan sumber panas.
6. Alas
Pada praktikum ini alas dengan panjang 100 cm, lebar 50 cm, dan tebal 1,5 cm digunakan untuk meletakkan alat sehingga mudah untuk dibawa dengan ukuran yang disesuaikan.
7. Penyangga
Pada praktikum ini penyangga dengan tinggi 8,5 cm dan lubang dengan diameter 2 cm digunakan untuk menyangga tabung reaksi.
8. Bear Ring
Pada praktikum ini bear ring dengan dimeter 7 cm digunakan untuk membantu wheel agar lancar berputar.
15
Parameter Penelitian 1. Suhu
Suhu merupakan salah satu faktor terjadinya konesi pada alat stirling engine.
Suhu diukur menggunakan termometer digital.
2. Energi kinetik
Energi kinetik yang dihasilkan dapat dihitung dari putaran roda yang dihasilkan. Putaran roda diukur menggunakan tachometer.
3. Efesiensi Alat
Efesiensi alat diartikan dengan tidak ada sumber daya yang terbuang dalam melakukan proses, atau dapat dikatakan mengoptimalkan segala sesuatunya. Besarnya efisiensi dari mesin stirling bisa dihitung menggunakan rumus Carnot di bawah ini :
𝐸𝑓𝑒𝑠𝑖𝑒𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑙𝑎𝑡 = (𝑇1 − 𝑇2) 𝑇1
16
HASIL DAN PEMBAHASAN Suhu
Tabel 1. Suhu Pembakaran Pada Stirling Engine
Ulangan Suhu Lama Pembakaraan
I 74℃ -
II 92℃ -
III 76,9℃ 3,5 menit
Berdasarkan tabel diatas, perbedaan suhu pembakaran mempengaruhi lama pembakaran untuk roda berputar. Pada ulangan I diberi suhu sebesar 74℃, namun perputaran pada roda tidak terjadi sama sekali. Hal tersebut kami asumsikan kurangnya suhu panas. Oleh karena itu, pada ulangan II suhu yang diberikan dinaikkan yaitu sebesar 92℃. Pada ulangan II tetap tidak terjadi perputaran pada roda dan bahkan tabung reaksi justru pecah dikarenakan suhu yang diberikan terlalu besar. Setelah dilakukan pengamatan kembali, ternyata perputaran roda tidak terjadi bukan dikarenakan kurang besarnya suhu yang diberikan melainkan adanya kebocoran udara pada piston. Hal ini dikarenakan ukuran piston yang tidak sesuai sehingga terdapat celah yang membuat udara tidak sepenuhnya mendorong piston.
Pada ulangan III perputaran pada roda pun terjadi setelah 3,5 menit pembakaran dengan diberikan suhu yang tidak terlalu jauh berbeda dengan suhu pada ulangan I yaitu sebesar 76,9℃ dan tentunya dengan piston yang sudah sesuai.
Penjelasan yang telah dipaparkan dimana ternyata terdapat permasalahan yang terjadi pada piston bukan berarti perbedaan suhu tidak berpengaruh pada kinerja alat stirling engine. Suhu berpengaruh dalam kinerja alat stirling engine lebih tepatnya berpengaruh pada bahan yang digunakan. Jenis bahan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah kaca, dimana kaca tidak bisa menerima
17
suhu yang terlalu tinggi. Hal ini dapat dilihat pada ulangan II, dimana ketika suhu yang diberikan terlalu besar tabung reaksi yang digunakan pun pecah. Pada jenis bahan ini pun suhu yang diberikan juga tidak bisa terlalu rendah, dikarenakan pembakaran dapat berlangsung terlalu lama. Suhu yang tepat diberikan pada alat stirling engine adalah berkisa 70 - 80 ℃.
Energi Kinetik
Tabel 2. Energi Kinetik yang dihasilkan alat stirling engine
Parameter pengukuran Keterangan
RPM -
Lama perputaran roda 15 s
Energi kinetik pada alat stirling engine dimaksudkan pada gerakan putaran roda yang dihasilkan dan juga pada gerakan piston yang merupakan faktor utama dalam pergerakan roda. Pada mesin stirling engine memiliki displacer yang berguna sebagai pembatas antara suhu panas dang suhu dingin. Perbedaan suhu ini lah yang memunculkan adanya tekanan yang membuat piston bergerak. Piston yang mulai bergerak dan terhubung langsung dengan flying wheel akan membuat flying wheel tersebut pun ikut bergerak.
Lama perputaran flying wheel tersebut selama 15 detik seperti pada tabel.
Perputaran yang dihasilkan hanya sebentar dikarenakan adanya hambatan pada pergerakan piston yang sulit untuk bergerak. Piston tersebut sulit bergerak karena ukurannya yang terlalu panjang sehingga jarak antar displacer dengan piston hanya sedikit yang membuat dorongan tekanan yang diterima tidak terlalu besar.
Selain itu, piston juga berbahan kaca dimana memiliki massa yang terlalu berat dibandingkan flying wheel yang hanya terbuat dari CD bekas. Besarnya RPM tidak dapat diukur karena lama putaran yang terlalu singkat serta adanya hambatan pada
piston sehingga roda tidak dapat berputar kembali. Roda berputar benar – benar hanya 15 detik dan setelah 15 detik itu roda mengalami kesulitan untuk berputar.
Efisiensi Alat
Tabel 3. Efisiensi Alat Stirling Engine
Parameter pengukuran Keterangan
Efesiensi alat 0,6 %
Suhu pemanasan 76,9 ℃
Suhu pendingin (suhu ruang) 30.9 ℃
Berdasarkan data tabel diatas diketahui efisiensi alat yang dibuat sebesar 0,6 % dengan suhu pemanasan sebesar 76,9 ℃ dan suhu pendinginnya sebesar 30,9℃. Besarnya efisiensi alat ini dipengaruh besarnya selisih antara suhu panas dan dingin (∆T). Semakin besar nilai ∆T maka efisiensi alat yang dihasilkan pun semakin besar. Efisiensi pada alat yang dibuat menghasilkan nilai yang kecil. Hal ini dikarenakan suhu atau energi input yang diberikan kecil sehingga kecil kemungkinan menghasilkan energi output yang besar. Namun pemberian suhu juga memiliki batas dikarenakan bahan yang digunakan tidak memiliki ketahanan panas yang cukup
19
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
1. Dalam pembuatan mesin stirling engine dapat dimulai dengan memilih bahan dasar untuk pembakaran atau pemanasannya, bahan untuk roda (flying wheel), serta bahan penyangga alat. Kemudian membuat beberapa kompenen seperti sumber panas (spiritus), regenerator (serbuk besi), displacer (kayu dengan lubang ditengah), cooling (sisa ruang antara displacer dengan piston). Setelah itu pembuatan alat bisa dilakukan dengan memperhatikan ukuran masing- masing komponen terlebih lagi pada piston
2. Prinsip stirling engine ialah perpindahan energi panas menjadi energi kinetik.
Adanya perpindahan tersebut dikarenakan adanya perbedaan suhu pada alat tersebut. Pada alat tersebut terdapat displacer sebagai pembatas atau tempat penukaran suhu panas menjadi suhu dingin. Perbedaan suhu ini lah yang memunculkan adanya tekanan yang membuat piston bergerak. Piston yang mulai bergerak dan terhubung langsung dengan flying wheel akan membuat flying wheel tersebut pun ikut bergerak. Pergerakan tersebut lah yang ditetapkan sebagai energi kinetik yang dihasilkan dalam perpindahan energi pada alat ini.
3. Besaran energi yang dihasilkan dari konversi energi pada alat stirling engine adalah lama perputaran flying wheel yaitu selama 15 detik.
Saran
Saran yang dapat di berikan setelah melakukan pembuatan dan perakitan ialah penyesuaian pengukuran pada alat dan bahan yang akan di gunakan, dengan mengacu pada referensi – referensi yang telah ada.
20
DAFTAR PUSTAKA
Alexakis, Athanasios.2013.CFD Modelling of Stirling Engines with Complex Design Topologies. Thesis. University of Northumbria.
Aryal, Pradeep., et.al.2018.Study And Development Of Parabolic Concentrated Solar Powered Stirling Engine. Final Project Report.
Kathmandu University.
Hargreaves, Clifford.M.1991.The Philips Stirling Engine.Amsterdam:
Elsevier Science Publishers.
Ivan Niell Deetlefs. 2014. Design, Simulation, anufacture And Tessing Of A Free Piston Stirling Engine, Thesis Of Mechanical And Mechatronic Engineering. Stellenbosch University. South Africa.
J. Mutamadra, 2016. Pemanfaatan Mesin Stirling Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa. Skripsi, tidak diterbitkan, Universitas Islam Indonesiarta.
Prasetyo. Eko dan Syahril. 2019. PERANCANGAN STIRLING ENGINE SEBAGAI PENGGERAK GENERATOR SET BERBAHAN BAKAR GAS. Seminar dan Konferensi Nasional IDEC.
Rahmalia, Dwi., et.al.2020. Pengembangan Stirling Engine Tipe Piston Bebas Untuk Aplikasi Concentrated Solar Power (CSP). Jurnal Teknologi. 13(01):101-108.
Ria Saifudin, Ahmad., et.al.2022. Analisis Performasi Steam Turbine Generator 1 Pada Power Plat 2 Utilities PT Pertamina RU V Balikpapan. Jurnal Rekayasa Mesin dan Inovasi Teknologi. 13(01): 172-178.
Tri. Januar N. 2013. Perancangan Dan Pembuatan Alat Peraga Mesin Stirling Di SMK PGRI 1 Surakarta. Skripsi, tidak diterbitkan, Universitas Atma Jaya. Yogyakarta.
Zakaria, Roni., Priadythama, Ilham., dan Eka Budiyanto, Nugroho. 2013.
Rancangan Mesin Stirling Memanfaatkan Komponen Mesin Lain Yang Ada Di Pasaran Indonesia Sebagai Pembangkit Listrik. 12 (01): 51-56.
21 LAMPIRAN Lampiran 1. Foto Kegiatan
Perakitan alat Perekatan Penyangga
Perakitan Alas Penyangga Penggabungan Alat
Suhu panas Suhu dingin
Lampiran 2. Perhitungan Efisiensi Alat 𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑎𝑙𝑎𝑡 =(𝑇1−𝑇2)
𝑇1 = (76.9 − 30.9) 76.9 = 46
76.9 = 0,59 %
22
