Download - Laporan Resmi Steam Engine

PERCOBAAN

STEAM ENGINE

I. Tujuan

Dalam praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat :

a. Mengetahui persiapan pengoperasian steam engine

b. Mampu mengoperasikan steam engine

c. Mampu melaksanakan percobaan antara lain

- Perhitungan SHP

- Perhitungan BHP

- Perhitungan power efisiensi dan lain-lain

II. DASAR TEORI

2.1 Prinsip kerja

Dalam mesin uap dengan panas yang diperoleh dari pembakaran bahan

bakar dalam suatu ketel digunakan untuk merubah air sehingga menjadi uap

dengan tekanan dan suhu tertentu. Uap demikian ini sudah mempunyai tenaga

tekanan (potensial), uap yang mempunyai daya usaha tempat ini disalurkan

kedalam silinder yang di dalamnya terdapat torak beserta batang toraknya, kepala

silang, batang penggerak dan engkol ini dapat berubah ke tenaga mekanik, jadi

dalam mesin uap terdapat suatu peralihan tenaga tunggal yaitu dari tenaga tempat

ke tenaga mekanik.

Pembagian jenis mesin uap:

1. Menurut kerja uap

- Mesin kerja tunggal yaitu apabila uap hanya bekerja pada salah satu sisi

torak

- Mesin uap bekerja ganda yaitu apabila uap bekerja pada kedua sisi torak

2. Menurut arah aliran uap

- Mesin arus bolak-balik

- Mesin arus searah

PPNS - ITS | Tugas Marine External Combustion Engine 1

3. Menurut arah garis sumbu mesin

- Mesin tegak, misal: mesin kapal

- Mesin datar, misal: mesin darat

4. Menurut arah putaran AS

- Mesin berjalan cepat

- Mesin berjalan lambat

Menentukan daya mesin

Ketika mesin sedang bekerja didalam silinder terdapat uap untuk

mendesak toraknya. Besarnya tekanan uap selama satu langkah, kita anggap

seolah-olah tekanannya tetap ini biasanya disebut tekanan rata-rata atau Pr,

dengan satuan Kg/cm2 .

Gambar :

S

Pr

SP

ST D

Pr

Keterangan:

Pr = Tekanan rata-rata dalam Kg/cm2

S = Panjang langkah dalam m

D = Diameter torak dalam cm

A = Luas Torak ( m2 )

Untuk selanjutnya usahanya:

A = Pr x S x F ( Kg.m )

Jika kecepatan putaran mesin N putaran tiap menit maka:

N = Pr x S x F x N (Kg.m/Menit)

Untuk sisi tutup poros:

Ni = Pr x F x S x N

60 x 70


Untuk sisi poros ke sisi tutup berhubung ada batang toraknya maka:

Ni = Pr (F-f) x S x N

60 x 75Dimana :

F = Luas batang torak

= 0,875 *d2

Bila mesin bekerja ganda maka usahanya Ni dalah:

Ni = (Pr x F x S x N) + Pr (F-f) x S x N

60 x 75

= Pr (2F-f) x S x N 60 x 75

Karena ada gesekan mekanik antara torak dengan silinder antara

batang dengan bush backing, antara slop antar dengan jalan antar, juga pada

proses pena-pena dan metal AS-nya, maka tenaga yang diberikan mesin

sebenarnya akan semakin kecil, tenaga yang diberikan ini sebenarnya disebut

tenaga efektif atau Ne < Ni.

Jika perbandingan Ne / Ni = ήm

Dimana :

ήm = Randasemen mesin

RUMUSDalam perhitungan digunakan rumus – rumus yang sama, sehingga hanya memasukkan saja, rumus – rumus tersebut adalah sebagai berikut :

1. Tekanan Efektif rata-rata :

Pr = ………………….....................……..

(bar)

2. Volume Silinder

Vs = { ( As + ( As – Ac ) } s …………………………………………( m3 )

3. Untuk Silinder Ganda

Vs = 2 x Vs………………………………………………………...….( m3 )


4. Daya effektif

Pe = Pr x Vs x n……………………………………… ……………( Watt )

5. Konsumsi Uap

M uap = …………………………………………………..… ( Kg/s )

6. Daya condenser :

P cond = M uap x Ca x (t2 – t3 )………………………………….… ( KW )

7. Daya pendinginan air :

P pa = Ma x Ca x ( t2 – t4 )……………………………… ( KW )

8. Daya listrik :

PL = V x I …………………………………………………( Watt )

9. Effisiensi Total

ηT = …………………………………………………….( % )

Dimana :

PI = Inlet pressure

Pb = 1 bar (14,5 lb/sq in) tekanan atmosfer

r = = 5 , untuk mesin ini

As = 0,0572² m2

Ac = 0,01032² m2

S = 0,0508 m

n = Rps, jumlah putaran perdetik

Ca = Nilai kalor uap panas = 4,178 KJ / Kg

Ma = 0,467 m3 /h xl h/3600 detik

V = Voltage

I = Arus

Mcon= jumlah air condensate

Tcon= waktu yang diprlukan untuk mngumpukan air condensate


III.Bahan dan Alat

1. Dinamo / altenator

2. Steam engine

3. Pelumas SAE-30

4. Pelumas SAE-40

5. Bahan bakar solar

6. Pipet

7. Kuas

8. Majun

IV. PROSEDUR KERJA

1. Menghidupkan boiler sampai tekanan 10 bar

2. Menghidupkan air pendingin

3. Menutup katup-katup yang ke arah kalorimeter, steam engine, dan super

heater.

4. Menghidupkan aliran listrik.

5. Melumasi steam engine

6. Membuka katup utama yang ada pada steam engine

7. Membuka katup cabang yang ada pada steam engine

8. Menekan tombol warm upyang kea rah solenoid valve, agar solenoid valve

membuka dan uap masuk ke steam engine, kemudian biarkan mesin

selama ± 5 menit agar uap masuk.

9. Meneklan tombol start maka steam engine akan menyala.

10. Mencatat data-data hasil percobaan pada table yang sudah tersedia


V. RANGKAIAN PERCOBAAN

VI. TABEL DATA HASIL PERCOBAAN

P

load

(%)

Speed

(Rps)

Pin

(bar)

Temperatur

( ºC )

Vcond

(liter)

Time

Cond

(dtk)

Pout

(bar)

Alternator

Engine Alternator T1 T2 T3 T4 V I

0 15,5 110 5,5 105 85 25 15 0,55 60 0,1 6 12

20 15,5 110 5,5 105 80 20 15 0,55 60 0,1 7 15

40 13,5 95 5 105 55 25 15 0,53 60 0,1 10 20

60 7,5 55 5,5 105 45 25 15 0,47 60 0,1 12 25

Keterangan :

T1 = Steam In

T2 = Steam Out

T3 = Condensor Out

T4 = Condensor In atau Cooling Water Out


VII. PERHITUNGAN dan GRAFIK

Perhitungan 1 ( P load = 0 %)

1. Pr = ( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

= ( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,971 bar

2. Vs = { As + ( As – Ac ) } S

= {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508

= 0,000327 m3

3. Vs = 2 x Vs

= 2 x 0,000327

= 0,000654 m3

4. Pe = Pr x Vs x n

= 1,971 x 100.000 Pa x 0,000654 m³ x 15,5

= 1998,0027 Watt

5. PL = V x I

= 6 ( 12 )

= 72 W

6. η T = = x 100 %

= 3,6 %

Perhitungan 2 ( P load = 20 %)

1. Pr = ( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

= ( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,971 bar


2. Vs = { As + ( As – Ac ) } S

= {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508

= 0,000327 m3

3. Vs = 2 x Vs

= 2 x 0,000327

= 0,000654 m3

4. Pe = Pre x Vs x n

= 1,971 x 100.000 Pa x 0,000654 m³ x 15,5

= 1998,0027 Watt

5. PL = V x I

= 7 x 15

= 105 W

6. η T = = x 100 %

= 5,2 %

Perhitungan 3 ( P load = 40 % )

1. Pre = ( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

= ( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,71 bar

2. Vs = { As + ( As – Ac ) } s

= {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508

= 0,000327 m3

3. Vs = 2 x Vs

= 2 x 0,000327

= 0,000654 m3


= 1,71 x 100.000 Pa x 0,000654 m³ x 13,5


= 754,88 Watt

5. PL = V x I

= 10 x 20

= 200 W

6. η T = = x 100%

= 26 %

Perhitungan 4 ( P load = 60 % )

1. Pre = ( 1 + ln r ) – ( Pb – Pout )

= ( 1 + ln 5 ) – ( 1 – 0,1 )

= 1,971 bar

2. Vs = { As + ( As – Ac ) } s

= {( 0,0572 ) 2 + ( 0,0572 ) 2 – ( 0,01032 ) 2 } 0,0508

= 0,000327 m3

3. Vs = 2 x Vs

= 2 x 0,000327

= 0,000654 m3


= 1,971 x 100.000 x 0,000654 m³ x 7,5

= 966,7755 Watt

= 0,0352 kW

5. PL = V x I

= 12 x 25

= 300 W

6. η T = = x 100%

= 3


VIII. PEMBAHASANUap bertekanan 10 bar dari steam supply line dialirkan ke steam engine

dengan membuka steam flow control valve. Kemudian cooling water condenser

dinyalakan dan steam engine dinyalakan. Sebelum dinyalakan pastikan bahwa

load pada steam engine pada posisi 0 % dan bagian – bagian yang bergerak pada

steam engine seperti connecting rod, crank shaft, dsb diberi pelumas agar tidak

cepat berkarat (korosi). Sebelum uap dimasukkan ke dalam steam engine, steam

trap valve dibuka dahulu untuk membuang air kondensasi uap yang terjebak.

Setelah itu valve ditutup kembali. Kemudian drain valve ditutup agar uap tidak

keluar.

Steam engine yang digunakan mempunyai tekanan kerja 5,5 bar. Jadi

sebelum masuk ke steam engine, uap diatur tekanannya melalui pressure

regulating valve yang sudah diset pada tekanan 5,5 bar. Mekanisme pengaturan

pressure regulating valve ini sama dengan sistem mur, yaitu diatur dengan

memutar mur bagian atas valve. Jika pressure uap yang masuk ke steam engine

melebihi tekanan kerjanya maka secara otomatis uap akan dibuang melalui

pressure relief valve.

Untuk memulai pengoperasian steam engine, terlebih dahulu steam engine

di ON kan. Kemudian tombol warm up ditekan sesaat sebagai pemanasan gerak

dari piston pada steam engine. Penekanan tombol warm up dilakukan berulang –

ulang sampai piston benar – benar panas dan siap untuk dioperasikan. Setelah

selesai, tombol start ditekan untuk memulai pengoperasian steam engine. Setelah

steam engine aktif, pencatatan variabel data yang diperlukan untuk perhitungan

dilakukan seperti (temperatur condenser dan steam, putaran mesin dan alternator,

tekanan, air condensate, tegangan serta arus). Pencatatan ini dilakukan dengan 3

variasi beban agar dapat diketahui perubahan yang terjadi akibat adanya

perubahan beban.

Setelah selesai digunakan, kembalikan beban (load) steam engine ke posisi

semula yaitu 0 % secara perlahan – lahan. Kemudian steam flow control valve

ditutup untuk menghentikan supply uap ke steam engine. Setelah itu tombol stop

ditekan untuk menghentikan pengoperasian steam engine dan power supply di

OFF kan. Drain valve kemudian dibuka untuk membuang uap dan air kondensasi


dari steam engine. Valve uap buang juga dibuka untuk membuang uap ke udara.

Valve uap buang harus dibuka secara perlahan – lahan agar tidak terjadi STEAM

HUMER. Karena uap yang dibuang merupakan uap yang bertekanan besar, bila

dibuka secara spontan dan cepat maka dapat membahayakan konstruksi pipa. Pipa

terutama sambungan pipa dapat bergetar yang dapat merusak pipa itu sendiri.

Setelah selesai digunakan, steam engine dibersihkan dan kemudian diberi pelumas

lagi pada bagian yang selalu bergerak agar tidak cepat berkarat (korosi).

IX. KESIMPULANDari data hasil perhitungan di atas semakin besar persen beban P load

maka efisiensi steam engine juga semakin besar karena tegangan dan arus yang di

hasilkan oleh alternator semakin besar, sehingga daya listrik yang dihasilkan

semakin besar.

X. DAFTAR PUSTAKA

1. G.Cusson Ltd. “Kalorimeter Instructioanal Manual Hand Book” England 1

December 1986, 2 march 1987.

2. M.J. Djokosetyadjo “Ketel Uap” PT Pradnya Paramita, Jakarta 1999.

3. Maridjo “Petunjuk Praktikum Mesin Konversi” Penerbit Pusat

Pengembangan Pendidikan Politeknik, Bandung 1995


Download - Laporan Resmi Steam Engine

Top Related