BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Praktikum Prestasi Mesin merupakan kegiatan yang dilaksanakan untuk
melengkapi perkuliahan mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi. Pada
praktikum ini, terdapat beberapa alat yang baik secara langsung maupun tidak
langsung berkaitan dengan proses konversi dan konservasi energi, seperti:
1. motor diesel,
2. motor otto,
3. turbin pelton,
4. kompresor,
5. pompa aksial,
6. pompa sentrifugal,
7. refrigeration training unit, dan
8. heat pump.
Percobaan dilakukan dengan pengamatan dan pengambilan data secara
langsung terhadap mesin-mesin tersebut, sehingga kita dapat mengetahui secara
umum karakteristik dari mesin-mesin tersebut.
1.2 Tujuan
Pengujian terhadap sebuah Reciprocating Air Compressor (RAC) bertujuan
untuk menyelidiki sifat-sifat dari kompresor udara bertingkat ganda atau lebih.
Sifat-sifat yang diselidiki antara lain adalah: massa udara, rasio kompresi,
temperatur, harga nilai index politropis, kerja politropis, efisiensi volumetris,
kerja isotermal, kerja mekanis, efisiensi, dan analisa psikometris.
2
BAB II
DASAR TEORI
Kompresor udara bertingkat ganda terdiri dari GT102 (tingkat pertama) dan
GT102/2 (tingkat kedua) yang masing-masingnya terpasang pada sebuah lori yang
terpisah.
Tingkat pertama dapat digunakan secara terpisah atau tersendiri tanpa tingkat
kedua, sedangkan bila diinginkan sebuah kompresor bertingkat ganda, maka dengan
pipa udara (hose) tingkat pertama dapat dihubungkan pada tingkat kedua secara tepat
sehingga akan terbentuk sebuah kompresor bertingkat ganda lengkap dengan sistem
intercooling.
Tingkat Pertama (GT102)
Tingkat pertama ini memiliki dua silinder dengan sistem pendinginan udara.
Digerakkan oleh DC Dynamometer Motor yang kecepatannya dapat diatur untuk
meneruskan putaran motor kepada kompresor V-belt dengan perbandingan kecepatan
3,57:1.
Kecepatan kompresor dapat diukur dengan tachometer listrik dan dapat juga
dibaca langsung pada panel instrumen. Suatu pegas pengimbang dipasang untuk
mengukur besar momen torsi motor, sedang daya listrik dapat diukur dengan
instrumen yang terpasang pada kontrol kabinet. Sebuah orifice dipasang untuk
mengukur jumlah aliran massa dari kompresor.
Temperatur dapat diukur pada setiap titik yang dikehendaki dalam siklus
dengan menggunakan multipoint temperature dan thermocouple. Temperatur wet
bulb dan dry bulb digunakan untuk mengukur kelembaban udara sebelum dan
sesudah kompresi.
Tingkat Kedua (GT102/2)
Tingkat kedua ini juga digerakkan oleh sebuah DC Dynamometer Motor yang
kecepatannya dapat diatur seperti pada tingkat pertama. Putaran motor diteruskan
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
3
kepada kompresor dengan menggunakan V-belt dengan perbandingan kecepatan
3,57:1.
Tingkat kedua ini memiliki 2 silinder yang mempunyai ukuran yang lebih
kecil dibandingkan dengan silinder tingkat pertama. Di sini tidak dibutuhkan
receiver. Pemakaian daya tekanan dan temperatur pada setiap titik dalam siklus
diukur dengan peralatan yang sama dengan peralatan pada tingkat pertama.
Pada tingat kedua ini dipasang sebuah intercooler dengan pendingin air.
Udara bertekanan dari tingkat pertama dilewatkan melalui intercooler sebelum
memasuki tingkat kedua atau dapat langsung memakai tingkat kedua tanpa harus
melewati intercooler. Sebuah instrumen dipasang untuk mengukur flowrate dari air
pendingin serta temperatur masuk dan keluar udara dan air.
Sebagai alat tambahan pada tiap tingkat dipasang penunjuk tekanan Maihak
Indicator yang berguna untuk pembuatan diagram P-V. Alat ini dipasang di kepala
silinder dari setiap kompresor dan digerakkan oleh suatu mekanisme yang
dihubungkan pada bagian crankcase.
Setiap motor dilengkapi dengan panel kontrol yang berisi variable
transformer dan rectifier serta dilengkapi pula dengan alat pengatur putaran. Kontrol
unit kabinet hanya dapat dihubungkan dengan arus listrik satu fase pada tegangan
220-240 Volt frekuensi 50-60 Hertz. Pemakaian daya maksimum pada setiap tingkat
tidak akan melebihi 2,2 kW.
Data Teori
Instrumen yang digunakan sebagai berikut:
Tingkat Pertama (GT.102)
Motor
a. Spring balance untuk menghitung momen
b. Voltmeter
c. Amperemeter
Tekanan udara
a. Bourdon gauge untuk menghitung delivery pressure
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
4
b. Manometer untuk menghitung inlet pressure
Massa udara yang mengalir
a. Sharp edged orifice
b. Dua manometer untuk orifice differential dan down steam pressure
Temperatur
Thermocouple dengan multipoint indicator yang berfungsi sebagai penghitung:
a. Temperatur dari udara yang akan masuk ke dalam kompresor
b. Temperatur dari udara yang keluar
c. Temperatur udara yang masuk ke dalam orifice
Kelembaban (Humidity)
a. Termometer wet bulb dan dry bulb untuk inlet dan delivery
Tingkat Kedua (GT.102/2)
Motor
a. Spring balance untuk menghitung momen
b. Voltmeter
c. Amperemeter
Kompresor
Electrical Tachometer
Tekanan udara
Bourdon gauge untuk menghitung delivery pressure
Intercooler
Rotameter untuk water flow
Temperatur
Termometer dengan multipoint indicator yang berfungsi sebagai
penghitung:
a. Temperatur dari udara yang masuk intercooler
b. Temperatur dari udara yang keluar intercooler
c. Temperatur udara yang masuk ke kompresor
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
5
d. Temperatur udara yang keluar dari kompresor
e. Temperatur air yang masuk ke intercooler
f. Temperatur air yang keluar dari intercooler
Data Teknik
Tingkat Pertama (GT102)
Number of cylinder : 2
Bore : 66,7 mm
Stroke : 63,5 mm
Swept volume : 374 l/min. pada putaran 850 rpm
Compressor speed range : 425 – 850 rpm
Max. delivery pressure : 10,3 bar
Drive belt ratio : 3,57:1
Motor power : 2,2 kW
Free air delivery : 262 l/min.
Air receiver volume : 107 liter
Tingkat Kedua (GT102/2)
Number of cylinder : 2
Bore : 50,8 mm
Stroke : 50,8 mm
Swept volume : 156 l/min. pada putaran 850 rpm
Compressor speed range : 425 – 850 rpm
Max. delivery pressure : 10,3 bar
Drive belt ratio : 3,57:1
Motor power : 2,2 kW
Motor speed range : 0 – 3000 rpm
Free air delivery : 106 l/min.
Intercooler water flow : 200 l/jam
Gabungan Tingkat Pertama dan Kedua (Tingkat Ganda)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
6
Dimension: Length : 1450 mm
Width : 610
Height : 1780 mm
Electrical supply: 220-240 Volt, 50-60 Hz
Single phase 2,2 kW for cash stage
Weight: GT102/2: 182 kg
Dalam operasinya reciprocating air compressor (RAC) ataupun sebuah
kompresor mengisap sejumlah udara dengan volume tertentu masuk ke dalam
silinder. Udara yang diisap ini di dalam silinder ditekan secara politropis sehingga
mengakibatkan suatu kenaikan tekanan dan temperatur. Dara tekanan ini mengalir
melalui "Spring loaded out disc valve" ke "discharge system”:
Udara akan keluar secara kontinu sampai piston mencapai titik mati bawah
(TMB), sejumlah udara berikutnya akan terhisap melalui spring loaded disc valve dan
proses akan berulang kembali. Dari diagram P-V yang ideal untuk kompressor satu
tingkat dibawah ini dapat dilihat siklus yang dijalani oleh udara tersebut.
Teori Umum Dari Kompresi
Gambar 1
Keterangan gambar : a b = langkah kompresi
b c = langah buang
Vc = Volume sisa
Vs = Va – Vc = volume lengkap
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
7
V = Va – Vd = volume isi
Dari suatu siklus kompressor, proses penekanan dan pengembangan tidak
mengikuti proses adiabatis ataupun isothermal, ini berarti index politropis untuk
proses penekanan dan pengembangan (n) terletak diantara 1.0 dan 1.4 dimana PVn =
konstan. Kerja politropis Vpj = yang ditunjukan oleh luas diagram P-V adalah:
persamaan tersebut dapat juga ditulis:
(1)
Diagram dibawah ini memperlihatkan sebuah bentuk dari diagram P-V yang
sebenarnya yang berbeda dengan diagram P-V yang ideal, yang mana seperti terlihat
pada gambar terlihat titik-titik ujung mempunyai bentuk yang membulat.
Gambar 2
Kerja yang ditunjukkan:
dimana: Ap = luas penampang piston
Ls = langkah
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
8
N = putaran
Ataupun ditulis
W1 = Pm Ap Ls N (2)
Diagram ini memperlihatkan sebuah diagram P-V yang ideal dari sebuah
kompressor bertingkat ganda. Disini penekanan berlangsung dalam dua tingkat, yang
mana akan ada suatu tekanan perantara (P1) yang terletak diantara P1 dan P2. Dalam
hal ini dianggap tidak tekanan yang hilang diantara tingkat tersebut.
Gambar 3
Dengan menggunakan persamaan (1) untuk siklus penekanan didapatkan
(3)
Suatu yang tidak boleh dilupakan dalam pembahasan kompressor adalah
mengenai efesiensi, yang mana efesiensi volumetris praktis sebuah kompressor.
Efisiensi volumetris adalah perbandingan antara besarnya massa udara yang
dikeluarkan sebenarnya dengan harga maksimum secara teoritis.
Efisiensi volumetris dapat didefinisikan sebagai berikut:
(4)
Karena Vs = Va, maka persamaan (4) dapat juga ditulis sebagai berikut:
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
9
Karena :
Karena : (5)
Dari persamaan (5) diatas dilihat bahwa apabila tekanan "naik" akan
menyebabkan efisiensi volumetris “turun”. Oleh karena itu ntuk mendapatkan nilai
perbandingan efesiensi volumetris yang tinggi pada umumnya digunakan kompressor
tingkat ganda atau lebih. Hal ini akan lebih menyempurnakan jumlah udara yang
diberikan pada suatu nilai perbandingan dan dapat mengurangi jumlah daya yang
dibutuhkan untuk mencapai nilai perbandingan tertentu.
Aspek-Aspek Teoritis Tambahan
Berikut ini diberikan suatu ringkasan yang ada hubungannya dengan teori
Psikrometris dan juga suatu analisa thermodinamis dari sebuah intercooler.
1. Spesifikasi Humidity (Moisure Content)
Udara dalam keadaan tekanan normal terdiri dari sejumlah uap air.
Kandungan uap air tersebut banyaknya tergantung pada keadaan atmosfir. Dan dalam
suatu proses penekanan serta kemudian dianjurkan daengan perbandingan pada
keadan normal, maka perbandingan campuran itu dapat berubah. Spesifik Humidity
adalah:
Dimana : Va dan Vv adalah mempunyai spesifik volume.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
10
Bila dianggap uap air mempunyai sifat sebagai gas sempurna, kemudian
dengan hukum Dalton dari "Partai Pressure" diketahui:
Pv = mv . Rv . Tv dan Pa . V = ma . Ra . Ta
Untuk Ta = Tv, maka:
(6)
dimana: Ra = gas konstan untuk udara kering = 0,2871 KJ/kg.K
Rv = gas konstan untuk uap air = 0,14615 KJ/kg.K
Bila uap air dalam keadaan jenuh, Pv hanya merupakan fungsi naik, maka
persentase kandungan uap air menjadi kurang, pengurangan didapat dari
pengembunan.
2. Relative Humidity (Q)
(7)
Dengan menggunakan sistim thermometer tabung kering dan tabung basah
pengurangan relative dari temperatur tabung basah terhadap tabung kering bisa didapatkan.
Dan dari tabel yang diberikan nilai relative Humidity dapat ditemukan.
3. Pembahasan Intercooler
Intercooler adalah tabung perpindahan panas, dimana temperatur udara yang
keluar dari tingkat pertama didinginkan sampai mencapai harga terendah.
Panas yang diambil oleh air:
Q’w = mw . Qpw (T26-T24) (8)
Panas yang diberikan oleh udara:
Q’a = ma . Qpa (T23-T24) (9)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
11
Karena thermocouple yang digunakan untuk mendapatkan harga-harga dari
T23 -T24 dipasang dekat intercooler, maka akibatnya terdapat kehilangan panas yang
sangat kecil dan tidak dapat dihitung. Secara Umum:
Q'a = Q'w + Losses (10)
Sehingga efisiensi thermal adalah:
(11)
Dalam hal ini sangat sulit untuk menghitung jumlah panas yang sebenarnya
diberikan oleh udara, disebabkan oleh losses yang tidak dihitung. Maka disini yang
lebih pendting untuk diketahui dari sebuah heat exchanger adalah "thermal ratio"
yang didefinisikan sebagai berikut:
(12)
Berdasarkan data-data yang didapat dari pengujian dapat dilakukan analisa
terhadap kompressor yang telah diuji tersebut dengan menggunakan rumus-rumus
berikut ini.
Rumus-rumus Untuk Perhitungan
1. Analisa Massa Udara (kg/s)
(13)
Dimana: ∆p = Orifice Diferential Head (mmH2O)
P3 = Orifice plate down stream pressure (Bar abs)
= 9,8 . 10-5. P3 + P0
P3 = Penunjukan pada manometer (mmH2O)
P0 = Tekanan atmosfer (Pa abs)
T3 = T’3 + 273.15 (K)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
12
2. Kompresi Ratio (γP)
Tingkat Pertama:
(14)
Tingkat Pertama:
(15)
3. Temperatur Ratio (γP)
Tingkat Pertama:
(16)
Tingkat Kedua:
(17)
4. Harga Index Politropis (n)
Bila: P1 .Vn1 = P2 . Vn
2 dan P1 + (T2/T1)n/n-1 .P2
Dengan cara menurunkan rumus diatas maka akan diperoleh harga n, yaitu:
5. Kerja politropis (Wp 1)
Dari persamaan (1):
(18)
Dimana: m’a = Aliran massa udara (kg/s)
R = Konstanta gas = 0.2871 (kj/kg/K)
T1 = Temperatur Udara masuk (K)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
13
n = Index politropis
γ = Pressure Ratio
6. Efisiensi Volumetris
Dari persamaan (4) didapatkan:
Aliran Massa udara yang sebenarnya: m’a
Untuk kompresor tingkat pertama:
“Swept air mass flow” =
(19)
Untuk kompresor tingkat kedua:
“Swept air mass flow” =
(20)
Pada persamaan (20) besarnya temperature dan tekanan adalah
penting, selama tingkat kedua mempunyai udara masuk dengan tekanan P21
dan temperature T21.
Maka efisiensi volumetrik:
Untuk tingkat pertama:
(21)
Untuk tingkat kedua:
(22)
dengan menggambarkan diagram η vol – δp’ akan terlihat bahwa harga
efisiensi volumetrik akan menurun sebanding dengan pertambahan p’.
7. Kerja Isothermal (WIs)
Untuk tingkat pertama:
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
14
Wis = ma . RT11 .ln. γP1 (23)
Untuk tingkat kedua:
Wis = ma . RT21 .ln. γP2 (24)
8. Kerja Indicated (Wi)
Untuk tingkat pertama:
W1 = Pm1 . A1 . L1 . N1 . Z1 (25)
Untuk tingkat kedua:
W1 = Pm2 . A2 . L2 . N1 . Z1 (26)
Pm = Indicated steam pressure, dimana Pm = K. Ad/Xs
Dengan: K = Konstanta pegas =39.1 kpa/mm
Ad = Luas indicator diagram (mm2)
Xs = Jangka/stroke dari diagram indicator (mm)
Untuk kompresor tingkat pertama, bore x stroke = 66,7 mm x 63,4 mm,
jumlah silinder = 2. Untuk kompresor tingkat kedua, Bore X stroke = 50.8,
jumlah silinder =2.
9. Kerja Mekanis (Wmech)
Dimana:
K = Putaran Motor Listrik = 3,53 .N1 / 60 atau (3.53 x N2)
Tq = Momen puntir (N-m) = F . R
F = Menunjukan spring balance (N)
R = Broke arm radius = 160 mm = 0.160 m
Jadi: Wmech1 = 0.0591 . 10-3 . N1 . F1 (kw)
(27)
Wmech2 = 0.0591 . 10-3 . N2 . F2 (kw)
(28)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
15
10. Input Daya Motor Listrik
Suplai daya listrik total = armature power + field power
=
Field power mempunyai nilai tetap, pada 20 volt DC dan arus 0.4 ampere.
11. Harga-harga Efisiensi
Efisiensi termal : ηis=
W is
Wi
(29)
Efisiensi isotermal overall : ηis . o=
W is
W mech
(30)
Efisiensi mekanis : ηmech=
W i
W mech
(31)
12. Analisa Psikometris
Dari tabel dapat dicari harga relative humidity pada bagian masuk Q1
dan bagian Q3, berdasarkan selisih temperatur dry bulb dengan temperatur wet
bulb (TD - Tw) pada temperatur TD. Dan berdasarkan harga Q3, dari tabel
tersebut juga dapat dicari tekanan uap air jenuh (Pvsat) pada temperatur TD1.
Maka
Pv=Q . Pvsat(32)
dan
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
16
W =0 ,622×PvPo−Pv
(33)
Dimana spesific humidity adalah:
m' vm' a
sehingga aliran rata-rata dari
massa uap air yang mengalir adalah: M V 1=W . m .
Dengan cara yang sama, dapat dicari harga dari aliran rata-rata massa
uap air (MV2). Dan dengan mengumpulkan air yang mengendap pada
intercooler atau pada receiver akan dapat diperiksa perbedaan antara MV1 dan
m2.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
17
TD (C)WET BULB DEPRESSION TD - Tw ( C ) VAPOUR PRESSURE
(RIBUAN) . (Pa)2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
15 80 61 44 27 13 - - - - - 1,704
16 81 63 46 30 15 - - - - - 1,817
17. 81 64 47 32 18 - - - - - 1,936
18. 82 65 49 34 20 - - - - - 2,063
19. 82 65 50 36 22 10 - - - - 2,2
20. 83 66 51 37 24 12 - - - - 2,337
21. 83 67 53 39 26 14 - - - - 2,486
22. 83 68 54 40 28 17 6 - - - 2,642
23. 84 69 55 42 30 19 8 - - - 2,808
24. 84 69 56 43 31 20 10 - - - 0,982
25. 84 70 57 44 33 22 12 - - - 3,166
26. 85 71 58 46 34 24 14 5 - - 3,36
27. 85 71 58 47 36 26 16 7 - - 3,564
28. 85 72 59 48 37 27 18 9 - - 3,779
29. 86 72 60 49 38 28 19 11 - - 4,004
30. 86 73 61 50 39 30 21 13 - - 4,212
31. 86 73 61 51 40 31 22 14 9 - 4,491
32. 86 74 62 51 41 32 24 16 10 - 4,754
33. 87 74 63 52 43 33 25 17 11 - 5,029
34. 87 75 63 53 43 35 26 19 12 5 5,318
35. 87 75 64 54 44 36 28 20 13 7 5,622
Tabel 1. Kelembapan Relatif dan Tekanan Uap Jenuh
13. Analisa Intercooler
Thermal Ratio: 2523
2423
TT
TT
(34)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
18
14. Analisa Indikator Diagram dari Operasi Tingkat Ganda
Dengan menggunakan analisa indikator diagram akan dapat dihasilkan
suatu grafik tekanan vs volume yang telah dikoreksi, disamping itu dapat pula
dihasilkan suatu diagram kombinasi dari tekanan vs volume untuk tingkat
ganda.
Dari grafik P-T akan dapat dihasilkan suatu indeks politropis (n). Dari
diagram P-V yang sebenarnya akan naik oleh karena adanya clearance volume
yang dapat dilihat pada tabel berikut ini. Tabel ini diberikan untuk
menghitung clearance volume terhadap tekanan untuk kompressor tingkat
tunggal dan tingkat ganda.
Pressure (Bar) Tingkat Pertama
Vc.10-5 m3
Tingkat Kedua
Vc.10-5 m3
0 2,294 1,691
1 2,307 1,704
2 2,319 1,717
3 2,331 1,730
4 2,345 1,743
5 2,360 1,757
6 2,373 1,770
7 2,388 1,783
8 2,401 1,796
9 2,414 1,810
10 2,425 1,822
Tabel 2 Tabel Clearance Kompresor Tingkat I dan II
Isi yang dikerjakan untuk tingkat tunggal = 22.187x105 Pa untuk satu silinder,
sedangkan untuk tingkat ganda 10.296x105Pa untuk satu silinder . Dengan ini dapat
digambarkan diagram P-V yang telah dikoreksi . Supaya diagram tingkat tunggal
dapat dimodifikasikan untuk mendapatkan grafik volume rata-rata, yaitu sebagai
berikut:
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
19
Untuk Tingkat tunggal :V 1=
V 1. 60
N1
(35)
Untuk Tingkat ganda :V 1=
V 1. 60
N1 (36)
Sehingga dengan demikian diagram P-V untuk compressor tingkat ganda dapat
digambar.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
20
BAB III
PENGOLAHAN DATA
3.1 Data Percobaan
Dari percobaan yang telah dilakukan oleh kelompok kami, didapat data-data
dari unit tingkat 1 dan unit tingkat 2 sebagai berikut :
UNIT TINGKAT 1
PERCOBAAN KE - 1 2 3
P1 mmH2O 350 350 350
P2 Bar 2 2.5 3
T10C 32 33 32
T20C 58 61 60
T30C 26 26 27
N1 rpm 400 400 400
ΔP mmH2O 1 1 1
P3 mmH2O 13 13 13
F1 Newton 4 4.5 4
V Volt 72 72 72
I Ampere 4 4 2.5
TD10C 31 31 31
TW10C 28.5 28 28
TD30C 30.5 31 31
TW30C 29.5 30 30.5
P0 mBar 1 1 1
Tabel 3 Data Unit Tingkat I
UNIT TINGKAT 2
PERCOBAAN KE - 1 2 3
Vin Lt/min 3 3 3
P1 Bar 0.25 0.25 0.25
P2 Bar 2 2.5 3
T10C 32 32 33
T20C 29 30 30
T30C 40 44 44
T40C 28 29 29
T50C 27 27 27
T60C 55 58 61
N2 rpm 400 400 400
F2 Newton 4.5 4.2 4.2
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
21
V Volt 115 115 115
I Ampere 5 5 5
Tabel 4 Data Unit Tingkat II
3.2Perhitungan
1. Analisa Massa Udara
Perhitungan Analisa Massa Udara dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Tabel 5 Perhitungan Analisa Massa Udara Menggunakan Excel
2. Rasio Kompresi (γP)
Perhitungan Rasio Kompresi dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Tabel 6 Perhitungan Ratio Kompresi Menggunakan Excel
3. Rasio Temperatur (γT)
Perhitungan Rasio Temperatur dapat dinyatan dalam persamaan sebagai berikut :
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
22
4. Indeks Politropis (n)
Perhitungan Indeks Politropis dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Tabel 7 Perhitungan Rasio Temperatur dan Indeks Politropis menggunakan
Excel
5. Kerja Politropis (WP)
Perhitungan Kerja Politropis dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Tabel 8 Perhitungan Kerja Politropis menggunakan Excel
6. Efisiensi Volumetris (ηvol)
Perhitungan Efisiensi Volumetris dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
23
Tabel 9 Perhitungan Efisiensi Volumetris menggunakan Excel
7. Kerja Isothermal (Wis)
Perhitungan Kerja Isothermal dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Tabel 10 Perhitungan Kerja Isothermal menggunakan Excel
8. Kerja Indicated (Wi)
Perhitungan Kerja Indicated dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Tabel 11 Perhitungan Kerja Indicated menggunakan Excel
9. Kerja Mekanik (Wmech)
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
24
Perhitungan Kerja Mekanik dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
Tabel 12 Perhitungan Kerja Mekanik menggunakan Excel
10. Input Daya Motor
Perhitungan Input Daya Motor dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Tabel 13 Perhitungan Input Daya Motor Menggunakan Excel
11. Harga-harga efisiensi
a. Efisiensi Thermal
Persamaan dari Efisiensi Thermal :
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
25
b. Efisiensi Thermal ”Overall”
Persamaan dari Efisiensi Thermal “Overall” :
c. Efisiensi Mekanis
Persamaan dari Efisiensi Mekanis :
Tabel 14 Perhitungan dari Harga-harga Efisiensi
12. Analisa Psikometris
Saat masuk:
Dari tabel halaman 4/13:
Dengan menggunakan nilai TD1-TW1 dan nilai TD1, diperoleh nilai Q (%) dan nilai PV-sat
(kPa).
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
26
Saat keluar:
Dari tabel halaman 4/13:
Dengan menggunakan nilai TD3-TW3 dan nilai TD3, diperoleh nilai Q (%) dan nilai PV-sat
(kPa).
Tabel 15 Perhitungan Analisa Psikometris menggunakan Excel
13. Analisa Intercooler
Perhitungan Analisa Intercooler dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Tabel 16 Perhitungan dari Analisa Intercooler menggunakan Excel
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
27
3.3 Pengolahan Grafik
Tingkat 1:
Perhitungan untuk pengolahan grafik unit tingkat I dapat dinyatakan dalam
persamaan berikut :
Tabel 17 Perhitungan Grafik menggunakan Excel
Berikut ini adalah Grafik diagram perbandingan antara Tekanan (P) dengn
Volume (V) dari 3 kali percobaan di Unit Tingkat I :
0 0.005 0.01 0.015 0.020
0.10.20.30.40.50.60.70.8
Tingkat 1 - Percobaan 1
Volume (V)
Teka
nan
(P)
0 0.005 0.01 0.015 0.020
0.10.20.30.40.50.60.70.8
3 2
1
Tingkat 1 - Percobaan 2
Volume (V)
Teka
nan
(P)
Gambar 3 (kiri) “Tingkat I Percobaan 1” – 4 (kanan) “Tingkat I Percobaan 2”
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
28
0 0.005 0.01 0.015 0.020
0.10.20.30.40.50.60.70.8
3 2
1
Tingkat 1 - Percobaan 3
Volume (V)
Teka
nan
(P)
Gambar 5 Tingkat I Percobaan 3
Tingkat 2:
Perhitungan untuk pengolah grafik Tingkat II dapat dinyatakan dalam persamaan
sebagai berikut :
Tabel 18 Perhitungan Pengolahan Grafik menggunakan Excel
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
29
Berikut ini adalah Grafik diagram perbandingan antara Tekanan (P) dengn
Volume (V) dari 3 kali percobaan di Unit Tingkat I :
0 0.0020.0040.0060.008 0.010
0.5
1
1.5
2
2.5
3 2
1
Tingkat 2 - Percobaan 1
Volume (V)
Teka
nan
(P)
0 0.005 0.010
0.5
1
1.5
2
2.5
3 2
1
Tingkat 2 - Percobaan 2
Volume (V)
Teka
nan
(P)
Gambar 6 (kiri) “Tingkat II Percobaan 1” – 7 (kanan) “Tingkat II Percobaan 2”
0 0.0020.0040.0060.008 0.010
0.5
1
1.5
2
2.5
3 2
1
Tingkat 2 - Percobaan 3
Volume (V)
Teka
nan
(P)
`
Gambar 8 Tingkat II Percobaan 3
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
30
BAB IV
ANALISA
4.1 Analisa Alat
Alat yang digunakan pada percobaan kompresor ini adalah kompresor udara
bertingkat ganda yang terdiri dari GT 102 sebagai tingkat pertama dan GT 102/2
sebagai tingkat kedua. Dikarenakan umur alat yang sudah lama, beberapa komponen
tidak dapat bekerja dengan baik, seperti pengukur temperatur T1 pada tingkat pertama
dan alat penggambar grafik diagaram P-V yang tidak dapat menggambar grafik
secara tepat. Selain itu, tidak adanya indikator temperatur dan tekanan untuk kondisi
ruangan praktikum juga membuat adanya asumsi dalam penentuan nilai temperatur
dan tekanan lingkungan sehingga menyebabkan hasil yang didapat menjadi semakin
tidak akurat
4.2 Analisa Percobaaan
Pada percobaan, variabel yang diatur oleh praktikan adalah tekanan P2 pada
kompresor unit tingkat 2. Tekanan ini dijaga dengan mengatur bukaan udara pada
unit tingkat 1. Saat kompresor bekerja, udara masuk ke dalam suatu vessel. Dalam
keadaan ini, keran pengatur bukaan udara pada unit tingkat 1 harus ditutup, sehingga
tekanan P2 pada unit tingkat 2 dapat naik. Setelah beberapa waktu, penunjuk tekanan
P2 pada unit tingkat 2 akan menunjukkan angka sesuai dengan nilai yang praktikan
inginkan, yaitu 2 bar, 2.5 bar, atau 3 bar. Bukaan keran diatur sedemikian hingga agar
penunjukkan angka diatas dapat dijaga nilainya. Dalam keadaan ini, parameter-
parameter lainnya yang ingin didapat seperti gaya, beda potensial, arus, dan
temperatur dapat diukur melalui alat ukur yang tersedia.
4.3 Analisa Hasil
Dari hasil yang didapat melalui percobaan, didapat parameter seperti
temperatur, gaya motor kompresor, tegangan, dan arus. Dari parameter-parameter ini,
temperatur merupakan parameter yang ikut meningkat seiring dengan kenaikan
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
31
tekanan P2 pada kompresor unit 2. Hal ini jelas menunjukkan bahwa meningkatnya
tekanan udara akibat kerja kompresor juga menaikkan temperatur udara tersebut.
4.4 Analisa Grafik
Grafik diagram P-V yang didapat dari hasil penggambaran mesin kompresor
(gambar grafik ada di lampiran) terlihat tidak begitu presisi. Hal ini mungkin
disebabkan karena umur alat yang sudah tua, sehingga penggambaran grafik P-V
pada kertas tidak baik. Seharusnya grafik yang tergambar tidak terlihat seperti garis
lurus. Grafik harusnya tergambar agak melengkung keatas seperti grafik-grafik P-V
semestinya.
4.5 Analisa Kesalahan
Pada analisa proses percobaan telah dibahas mengenai kondisi serta metode
percobaan yang masih jauh dari sempurna. Kondisi instrumen dan lingkungan jelas
mempengaruhi kualitas hasil yang diperoleh. Selain itu metode percobaan yang
kurang rinci dan teliti pun juga dapat dipastikan mempengaruhi hasil yang diperoleh.
Kesalahan-kesalahan yang terjadi dapat terjadi saat pembacaan hasil ukur
serta penentuan variasi data input yang kurang akurat. Proses pembacaan hasil ukur
yang dilakukan pada kondisi yang tidak stabil pun juga mempengaruhi besar
kesalahan dari hasil yang diperoleh.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
32
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
a. Praktikum dilakukan dengan menggunakan dua unit kompresor, tingkat I dan
tingkat II beserta intercooler.
b. Parameter yang dihitung melingkupi massa udara kompresor, tekanan masuk
dan keluar kompresor, temperatur di beberapa titik kompresor, temperatur
wet bulb dan dry bulb lingkungan, temperatur dan debit air intercooler, serta
daya listrik kompresor.
c. Besar massa udara yang dapat dikerjakan kompresor sebesar 0.00137 kg/s
dengan rasio kompresi untuk kompresor tingkat pertama sebesar 3.4955 dan
2; 2.5; 3 untuk kompresor tingkat kedua pada tekanan 2, 2.5, 3 bar.
d. Rasio temperatur untuk kompresor tingkat pertama dan tingkat kedua
berturut-turut adalah sebesar 1,089 dan 0.9912. Sedangkan untuk indeks
politropis, untuk kompresor tingkat pertama sebesar 0.9352 dan untuk
kompresor tingkat kedua sebesar 1.0087.
e. Beberapa indikator kerja yang digunakan antara lain kerja isotermal, kerja
mekanis, kerja indicated, dan kerja politropis.
f. Beberapa nilai efisiensi yang digunakan antara lain efisiensi volumetrik,
efisiensi mekanis, dan efisiensi isotermal.
g. Dari diagram P-V yang didapat, diketahui bahwa proses kompresi sesuai
dengan bentuk dasar siklus kompresi.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
33
5.2 Lampiran
Lembar Absensi Praktikum Konversi dan Konservasi Energi (KKE) di
Salemba.
Lembar Hasil Percobaan pada compressor.
Kertas grafik Unit tingkat I dan II.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
34
BAB VI
TUGAS TAMBAHAN
Resume Kegiatan Praktikum
1. Pompa Sentrifugal
Pompa adalah suatu alat yang dipakai untuk memberikan atau menambah
tenaga dinamis (kinetis) dan tenaga potensial pada cairan. Cairan dihisap melalui
tengah impeller dank e luar secara radial dengan kecepatan (absolute) yang
merupakan kecepatan putar (tangensial) dan kecepatan air yang meluncur mengikuti
impeller (relative).
Di dalam volute (rumah pompa), kecepatan air berkurang karena luas bidang
yng dilalui bertambah besar dan tenaganya berubah menjadi tenaga tekanan, maka
pompa dan pipa hisap telah terisi penuh dengan air. Pada pelaksanaannya, cairan
masuk impeller dengan kecepatan resultan (vr) pada radius (r1) dan meninggalkan
impeller dengan kecepatan resultan (v2) pada radius (r2).
Percobaan praktikum yang dilakukan pada sesi pompa sentrifugal adalah
pengamatan yang dilakukan pada setiap kedudukan katup delivery dan perubahan
kecepatan putar yang diamati seperti kecepatan putar, kedudukan katup, momen torsi
dan motor penggerak, tinggi muka air raksa pada kedua kaki manometer dan tinggi
muka air dalam saluran flow meter. Pengamatan yang dilakukan selama pengujian
berlangsung dilakukan secara serentak dan dilaksanakan apabila keadaan pada
parameter pengujian sudah “ready”.
2. Pompa Axial
Pompa aksial adalah salah satu alat yang berfungsi untuk mengalirkan fluida
dari potensial rendah ke potensial tinggi dengan menggunakan gerak putaran dari
sudu-sudu dan mempunyai arah aliran yang sejajar dengan sumbu porosnya.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
35
Perbedaan dengan pompa sentrifugal dilihat dari arah alirannya. Pompa aksial
mengalirkan fluida sejajar dengan sumbu porosnya.
Percobaan pompa aksial pada praktikum 18 Mei 2013 membaca tabung
manometer air raksa (Hv, Ht, p, kedudukan runner blades (Qr) dan diffuser blade (Qd).
Dengan mengatur torsimeter dengan brake yang diketahui besar putarannya
menggunakan tachometer. Dan data-data dari tabung manometer air raksa dicatat
dalam lembar praktikum.
3. Motor Diesel
Motor diesel merupakan motor pembakaran dalam yang bahan bakarnya
menggunakan solar. Motor diesel yang digunakan dalam percobaan adalah mesin 4-
langkah. Siklusnya pun sama seperti motor otto.
Berbeda dengan motor otto, pembakaran pada motor diesel berlangsung pada
tekanan konstan. Pada kondisi ini penyalaan pembakaran dengan tekanan yang tinggi.
Percobaan motor diesel juga dilakukan dengan mengatur putaran mesin dari
1000 rpm hingga 1800 rpm dengan selang 200 rpm, sehingga percobaan dilakukan 5
kali. Pada setiap kali percobaan, parameter-parameter yang dicatat adalah temperatur,
ΔL, kapasitas aliran air sistem pendingin, dan waktu yang dibutuhkan untuk
menghabiskan 25 ml bahan bakar.
4. Turbin Pelton
Melalui praktikum turbin pelton, dapat diketahui aplikasi nyata perhitungan
serta analisa dari ilmu mekanika fluida dan sistem fluida. Turbin Pelton merupakan
turbin dengan karakteristik kerja pada kondisi head yang tinggi dan kecepatan
spesifik (ns) yang rendah. Hal terpenting yang mempengaruhi tingkat efisiensi turbin
Pelton adalah pada desain nozzle dan bucket turbin. Bentuk nozzle sangat
mempengaruhi besar kecepatan pancaran air yang akan memutar turbin. Selain itu
nozzle juga mempengaruhi jumlah dan ukuran pancaran air. Bucket yang terdapat
pada turbin juga harus didesain sedemikian rupa sehingga dapat mengoptimalkan
besar energi yang diberikan oleh pancaran air. Bucket didesain agar dapat menerima
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
36
pancaran air dengan efektif dan dapat membuang air yang sudah mengenai bucket
agar tidak memberikan efek balik pada turbin.
5. Refrigeration Training Unit
Melalui praktikum RTU, dapat diketahui proses suatu sistem refrijerasi
sederhana. Pada suatu sistem refrijerasi, terdapat komponen dasar yang terlibat dalam
proses tersebut, antara lain kondensor, evaporator, kompresor, dan katup ekspansi.
Selain itu juga terdapat beberapa komponen penunjang seperti akumulator dan
receiver. Hal terakhir yang juga berperan penting pada proses refrijerasi adalah fluida
refrijeran itu sendiri.
Proses refrijerasi melibatkan proses penyerapan panas di suatu lingkungan dan
proses pembuangan panas di lingkungan yang lain. Proses penyerapan panas terjadi
pada komponen evaporator berupa proses penyerapan panas oleh refrijeran yang
membuat refrijeran mengalami perubahan wujud dari fluida cair menjadi fluida gas
(uap). Setelah itu refrijeran dalam wujud gas masuk ke dalam kompresor untuk
dinaikkan tekanannya sehingga dapat mencapai wujud cair pada kondensor. Di
kondensor inilah terjadi proses pembuangan panas ke lingkungan. Refrijeran dalam
wujud cair yang berasal dari kondensor diteruskan ke dalam katup ekspansi yang
berfungsi untuk menurunkan tekanan fluida sehingga temperatur didih (boiling point)
fluida refrijeran dapat diturunkan. Dari katup ekspansi fluida refrijeran diteruskan ke
dalam evaporator dan siklus refrijeran kembali berulang.
Laporan Praktikum KKE 2013 Universitas Indonesia
Top Related