bab ii_no image
TRANSCRIPT
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
BAB II
LANDASAN TEORI
21PNEUMATIK
211 Umum
Pneumatik berasal dari bahasa Yunani yang berarti udara atau
angin Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam
bentuk udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja yang
disebut pneumatik Dalam penerapannya sistem pneumatik banyak
digunakan sebagai sistem otomatis
Dalam suatu rangkaian pneumatik udara diluar dihisap kedalam
kompresor dan mengalami kompresi sehingga memiliki bentuk energi
yang kemudian dirubah menjadi gerak piston
Berkaitan dengan ilmu pneumatik yang terus berkembang maka
pada kesempatan kali ini kita mencoba untuk mempraktekkan bagaimana
sebenarnya udara itu dimampatkan dengan alat bantu apa sehingga
semua gagasan mengenai pemanfaatan udara ini bisa diwujudkan
Kelebihan sistem pneumatik antara lain
- Fluida kerja yang mudah didapat untuk ditransfer
- Dapat disimpan dengan baik
- Penurunan tekanan relatif lebih kecil dibandingkan dengan
hidrolik
- Viskositas fluida yang lebih kecil sehingga gesekan dapat
diabaikan
- Aman terhadap kebakaran
Kekurangan sistem pneumatik antara lain
- Gangguan udara yang bising
- Gaya yang ditransfer terbatas
- Dapat terjadi pengembunan
3
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
212 Komponen Pendukung Sistem Pneumatik
1 Kompresor
Kompresor digunakan untuk menghisap udara atmosfer dan
memampatkannya kedalam tangki penampung atau receiver Kondisi
udara dalam atmosfer dipengaruhi oleh suhu dan tekanan sehingga
berlaku persamaan
Dimana
P
V
M
R1
T
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Volume yang dibutuhkan oleh gas (m3)
Massa molar
Konstanta gas spesifik (287 JkgK)
Temperatur absolute (degK)
Simbol
Gambar 211 Kompresor
2 Kompresor air filter
Kompresor air filter berfungsi sebagai penyaring udara yang dipakai
pada sistem dengan jalan pemisahan partikel-partikel air dan debu dari
udara
Simbol
Gambar 212 Kompresor air filter
4
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
3 Katup 32 (32 Way Valve)
Berfungsi sebagai saklar untuk mengatur arah aliran fluida
Simbol
Model Push Button
Model Roller
Model Pedal
Gambar 213 Macam-macam Katup 32
4 Katup 52 (52 Way Valve)
Berfungsi sebagai saklar yaitu untuk mengatur arah aliran dari
fluida
Simbol
Gambar 214 Katup 52
5 Katup pengatur aliran searah (One Way Flow Control)
Berfungsi untuk mengatur debit aliran fluida sehingga dapat
mempengaruhi kecepatan silinder Dengan kata lain alirannya dapat
dibesarkan dan dikecilkan
5
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 215 One Way Flow Control
6 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila tekanan kedua
lubang sama cara kerjanya harus mempunyai masukan dari kedua
lubang dengan tekanan yang sama
Simbol
Gambar 216 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
7 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila ada tekanan
pada salah satu lubang saja
Simbol
Gambar 217 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
8 Time Delay Valve
Berfungsi untuk menunda kerja dari silinder
Simbol
Gambar 218 Time Delay Valve
9 Tabung Gerak Tunggal (Single Acting Cylinder)
6
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
bergerak maju dengan tekanan dan kembali lagi secara otomatis
Simbol
Gambar 219 Single Acting Cylinder (SAC)
10 Tabung Gerak Ganda (Double Acting Cylinder)
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
akan bergerak maju tanpa bisa kembali secara otomatis karena silinder
ini merupakan silinder kerja ganda
Simbol
Gambar 2110 Double Acting Cylinder (DAC)
11 Preassure Relief Valve
Berfungsi sebagai saklar otomatis komponen ini bekerja apabila
tekanan pada tabung didalam komponen telah mencapai tekanan
maksimumnya maka udara akan mengalir dan mengaktifkan katup 32
yang juga terdapat menyatu dalam komponen pressure relief ini
Simbol
Gambar 2111 Pressure Relief Valve
12 Pressure Gauge
7
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan aliran udara pada sistem
pengontrol Pneumatik
Simbol
Gambar 2112 Pressure Gauge
213 Studi Kasus (contoh soal)
Rangkaian 1
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja apabila kita telah
memasang selang kompresor pada line 1 Apabila kita menekan
tombol (katup 32 push button) maka SAC (Single Acting Cylinder)
akan terdorong maju akibat adanya udara yang menekannya Udara
masuk melalui katup 32 pada saat dia ditekan maka katup terbuka
dan udara mengalir ke SAC Dan apabila tombol dilepas maka SAC
akan kembali kekeadaan semula dan udara sisa hasil kerja tadi
dibuang melalui line 3 pada katup 32
Rangkaian 2
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja jika tombol katup 32 A
model push button ditekan udara masuk dari kompresor ke katup 32
A melalui lubang 1 Kemudian katup 32 A pindah ruang dan udara
dipompa masuk ke lubang 2 kemudian dari lubang 2 udara bergerak
menuju katu 52 melalui lubang 14 kemudian katup 52 pindah ruang
udara mengalir ke lubang 4 menuju tabung silinder DAC sehingga
mendorong piston DAC maju ke depan Jika katup 32 B model push
button ditekan udara dari kompresor masuk melalui lubang 1
kemudian katup 32 B pindah ruang udara mengalir dari lubang 2
menuju katup 52 melalui lubang 12 katup 52 pun pindah ruang
udara mengalir ke lubang 2 kemudian menuju tabung silinder DAC
sehingga menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula dan
8
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
212 Komponen Pendukung Sistem Pneumatik
1 Kompresor
Kompresor digunakan untuk menghisap udara atmosfer dan
memampatkannya kedalam tangki penampung atau receiver Kondisi
udara dalam atmosfer dipengaruhi oleh suhu dan tekanan sehingga
berlaku persamaan
Dimana
P
V
M
R1
T
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Volume yang dibutuhkan oleh gas (m3)
Massa molar
Konstanta gas spesifik (287 JkgK)
Temperatur absolute (degK)
Simbol
Gambar 211 Kompresor
2 Kompresor air filter
Kompresor air filter berfungsi sebagai penyaring udara yang dipakai
pada sistem dengan jalan pemisahan partikel-partikel air dan debu dari
udara
Simbol
Gambar 212 Kompresor air filter
4
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
3 Katup 32 (32 Way Valve)
Berfungsi sebagai saklar untuk mengatur arah aliran fluida
Simbol
Model Push Button
Model Roller
Model Pedal
Gambar 213 Macam-macam Katup 32
4 Katup 52 (52 Way Valve)
Berfungsi sebagai saklar yaitu untuk mengatur arah aliran dari
fluida
Simbol
Gambar 214 Katup 52
5 Katup pengatur aliran searah (One Way Flow Control)
Berfungsi untuk mengatur debit aliran fluida sehingga dapat
mempengaruhi kecepatan silinder Dengan kata lain alirannya dapat
dibesarkan dan dikecilkan
5
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 215 One Way Flow Control
6 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila tekanan kedua
lubang sama cara kerjanya harus mempunyai masukan dari kedua
lubang dengan tekanan yang sama
Simbol
Gambar 216 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
7 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila ada tekanan
pada salah satu lubang saja
Simbol
Gambar 217 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
8 Time Delay Valve
Berfungsi untuk menunda kerja dari silinder
Simbol
Gambar 218 Time Delay Valve
9 Tabung Gerak Tunggal (Single Acting Cylinder)
6
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
bergerak maju dengan tekanan dan kembali lagi secara otomatis
Simbol
Gambar 219 Single Acting Cylinder (SAC)
10 Tabung Gerak Ganda (Double Acting Cylinder)
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
akan bergerak maju tanpa bisa kembali secara otomatis karena silinder
ini merupakan silinder kerja ganda
Simbol
Gambar 2110 Double Acting Cylinder (DAC)
11 Preassure Relief Valve
Berfungsi sebagai saklar otomatis komponen ini bekerja apabila
tekanan pada tabung didalam komponen telah mencapai tekanan
maksimumnya maka udara akan mengalir dan mengaktifkan katup 32
yang juga terdapat menyatu dalam komponen pressure relief ini
Simbol
Gambar 2111 Pressure Relief Valve
12 Pressure Gauge
7
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan aliran udara pada sistem
pengontrol Pneumatik
Simbol
Gambar 2112 Pressure Gauge
213 Studi Kasus (contoh soal)
Rangkaian 1
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja apabila kita telah
memasang selang kompresor pada line 1 Apabila kita menekan
tombol (katup 32 push button) maka SAC (Single Acting Cylinder)
akan terdorong maju akibat adanya udara yang menekannya Udara
masuk melalui katup 32 pada saat dia ditekan maka katup terbuka
dan udara mengalir ke SAC Dan apabila tombol dilepas maka SAC
akan kembali kekeadaan semula dan udara sisa hasil kerja tadi
dibuang melalui line 3 pada katup 32
Rangkaian 2
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja jika tombol katup 32 A
model push button ditekan udara masuk dari kompresor ke katup 32
A melalui lubang 1 Kemudian katup 32 A pindah ruang dan udara
dipompa masuk ke lubang 2 kemudian dari lubang 2 udara bergerak
menuju katu 52 melalui lubang 14 kemudian katup 52 pindah ruang
udara mengalir ke lubang 4 menuju tabung silinder DAC sehingga
mendorong piston DAC maju ke depan Jika katup 32 B model push
button ditekan udara dari kompresor masuk melalui lubang 1
kemudian katup 32 B pindah ruang udara mengalir dari lubang 2
menuju katup 52 melalui lubang 12 katup 52 pun pindah ruang
udara mengalir ke lubang 2 kemudian menuju tabung silinder DAC
sehingga menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula dan
8
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
3 Katup 32 (32 Way Valve)
Berfungsi sebagai saklar untuk mengatur arah aliran fluida
Simbol
Model Push Button
Model Roller
Model Pedal
Gambar 213 Macam-macam Katup 32
4 Katup 52 (52 Way Valve)
Berfungsi sebagai saklar yaitu untuk mengatur arah aliran dari
fluida
Simbol
Gambar 214 Katup 52
5 Katup pengatur aliran searah (One Way Flow Control)
Berfungsi untuk mengatur debit aliran fluida sehingga dapat
mempengaruhi kecepatan silinder Dengan kata lain alirannya dapat
dibesarkan dan dikecilkan
5
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 215 One Way Flow Control
6 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila tekanan kedua
lubang sama cara kerjanya harus mempunyai masukan dari kedua
lubang dengan tekanan yang sama
Simbol
Gambar 216 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
7 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila ada tekanan
pada salah satu lubang saja
Simbol
Gambar 217 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
8 Time Delay Valve
Berfungsi untuk menunda kerja dari silinder
Simbol
Gambar 218 Time Delay Valve
9 Tabung Gerak Tunggal (Single Acting Cylinder)
6
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
bergerak maju dengan tekanan dan kembali lagi secara otomatis
Simbol
Gambar 219 Single Acting Cylinder (SAC)
10 Tabung Gerak Ganda (Double Acting Cylinder)
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
akan bergerak maju tanpa bisa kembali secara otomatis karena silinder
ini merupakan silinder kerja ganda
Simbol
Gambar 2110 Double Acting Cylinder (DAC)
11 Preassure Relief Valve
Berfungsi sebagai saklar otomatis komponen ini bekerja apabila
tekanan pada tabung didalam komponen telah mencapai tekanan
maksimumnya maka udara akan mengalir dan mengaktifkan katup 32
yang juga terdapat menyatu dalam komponen pressure relief ini
Simbol
Gambar 2111 Pressure Relief Valve
12 Pressure Gauge
7
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan aliran udara pada sistem
pengontrol Pneumatik
Simbol
Gambar 2112 Pressure Gauge
213 Studi Kasus (contoh soal)
Rangkaian 1
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja apabila kita telah
memasang selang kompresor pada line 1 Apabila kita menekan
tombol (katup 32 push button) maka SAC (Single Acting Cylinder)
akan terdorong maju akibat adanya udara yang menekannya Udara
masuk melalui katup 32 pada saat dia ditekan maka katup terbuka
dan udara mengalir ke SAC Dan apabila tombol dilepas maka SAC
akan kembali kekeadaan semula dan udara sisa hasil kerja tadi
dibuang melalui line 3 pada katup 32
Rangkaian 2
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja jika tombol katup 32 A
model push button ditekan udara masuk dari kompresor ke katup 32
A melalui lubang 1 Kemudian katup 32 A pindah ruang dan udara
dipompa masuk ke lubang 2 kemudian dari lubang 2 udara bergerak
menuju katu 52 melalui lubang 14 kemudian katup 52 pindah ruang
udara mengalir ke lubang 4 menuju tabung silinder DAC sehingga
mendorong piston DAC maju ke depan Jika katup 32 B model push
button ditekan udara dari kompresor masuk melalui lubang 1
kemudian katup 32 B pindah ruang udara mengalir dari lubang 2
menuju katup 52 melalui lubang 12 katup 52 pun pindah ruang
udara mengalir ke lubang 2 kemudian menuju tabung silinder DAC
sehingga menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula dan
8
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 215 One Way Flow Control
6 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila tekanan kedua
lubang sama cara kerjanya harus mempunyai masukan dari kedua
lubang dengan tekanan yang sama
Simbol
Gambar 216 Katup gerbang logika ldquoANDrdquo
7 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
Berfungsi sebagai switch yang akan bekerja apabila ada tekanan
pada salah satu lubang saja
Simbol
Gambar 217 Katup gerbang logika ldquoORrdquo
8 Time Delay Valve
Berfungsi untuk menunda kerja dari silinder
Simbol
Gambar 218 Time Delay Valve
9 Tabung Gerak Tunggal (Single Acting Cylinder)
6
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
bergerak maju dengan tekanan dan kembali lagi secara otomatis
Simbol
Gambar 219 Single Acting Cylinder (SAC)
10 Tabung Gerak Ganda (Double Acting Cylinder)
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
akan bergerak maju tanpa bisa kembali secara otomatis karena silinder
ini merupakan silinder kerja ganda
Simbol
Gambar 2110 Double Acting Cylinder (DAC)
11 Preassure Relief Valve
Berfungsi sebagai saklar otomatis komponen ini bekerja apabila
tekanan pada tabung didalam komponen telah mencapai tekanan
maksimumnya maka udara akan mengalir dan mengaktifkan katup 32
yang juga terdapat menyatu dalam komponen pressure relief ini
Simbol
Gambar 2111 Pressure Relief Valve
12 Pressure Gauge
7
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan aliran udara pada sistem
pengontrol Pneumatik
Simbol
Gambar 2112 Pressure Gauge
213 Studi Kasus (contoh soal)
Rangkaian 1
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja apabila kita telah
memasang selang kompresor pada line 1 Apabila kita menekan
tombol (katup 32 push button) maka SAC (Single Acting Cylinder)
akan terdorong maju akibat adanya udara yang menekannya Udara
masuk melalui katup 32 pada saat dia ditekan maka katup terbuka
dan udara mengalir ke SAC Dan apabila tombol dilepas maka SAC
akan kembali kekeadaan semula dan udara sisa hasil kerja tadi
dibuang melalui line 3 pada katup 32
Rangkaian 2
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja jika tombol katup 32 A
model push button ditekan udara masuk dari kompresor ke katup 32
A melalui lubang 1 Kemudian katup 32 A pindah ruang dan udara
dipompa masuk ke lubang 2 kemudian dari lubang 2 udara bergerak
menuju katu 52 melalui lubang 14 kemudian katup 52 pindah ruang
udara mengalir ke lubang 4 menuju tabung silinder DAC sehingga
mendorong piston DAC maju ke depan Jika katup 32 B model push
button ditekan udara dari kompresor masuk melalui lubang 1
kemudian katup 32 B pindah ruang udara mengalir dari lubang 2
menuju katup 52 melalui lubang 12 katup 52 pun pindah ruang
udara mengalir ke lubang 2 kemudian menuju tabung silinder DAC
sehingga menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula dan
8
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
bergerak maju dengan tekanan dan kembali lagi secara otomatis
Simbol
Gambar 219 Single Acting Cylinder (SAC)
10 Tabung Gerak Ganda (Double Acting Cylinder)
Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir Pada SAC ini silinder
akan bergerak maju tanpa bisa kembali secara otomatis karena silinder
ini merupakan silinder kerja ganda
Simbol
Gambar 2110 Double Acting Cylinder (DAC)
11 Preassure Relief Valve
Berfungsi sebagai saklar otomatis komponen ini bekerja apabila
tekanan pada tabung didalam komponen telah mencapai tekanan
maksimumnya maka udara akan mengalir dan mengaktifkan katup 32
yang juga terdapat menyatu dalam komponen pressure relief ini
Simbol
Gambar 2111 Pressure Relief Valve
12 Pressure Gauge
7
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan aliran udara pada sistem
pengontrol Pneumatik
Simbol
Gambar 2112 Pressure Gauge
213 Studi Kasus (contoh soal)
Rangkaian 1
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja apabila kita telah
memasang selang kompresor pada line 1 Apabila kita menekan
tombol (katup 32 push button) maka SAC (Single Acting Cylinder)
akan terdorong maju akibat adanya udara yang menekannya Udara
masuk melalui katup 32 pada saat dia ditekan maka katup terbuka
dan udara mengalir ke SAC Dan apabila tombol dilepas maka SAC
akan kembali kekeadaan semula dan udara sisa hasil kerja tadi
dibuang melalui line 3 pada katup 32
Rangkaian 2
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja jika tombol katup 32 A
model push button ditekan udara masuk dari kompresor ke katup 32
A melalui lubang 1 Kemudian katup 32 A pindah ruang dan udara
dipompa masuk ke lubang 2 kemudian dari lubang 2 udara bergerak
menuju katu 52 melalui lubang 14 kemudian katup 52 pindah ruang
udara mengalir ke lubang 4 menuju tabung silinder DAC sehingga
mendorong piston DAC maju ke depan Jika katup 32 B model push
button ditekan udara dari kompresor masuk melalui lubang 1
kemudian katup 32 B pindah ruang udara mengalir dari lubang 2
menuju katup 52 melalui lubang 12 katup 52 pun pindah ruang
udara mengalir ke lubang 2 kemudian menuju tabung silinder DAC
sehingga menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula dan
8
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan aliran udara pada sistem
pengontrol Pneumatik
Simbol
Gambar 2112 Pressure Gauge
213 Studi Kasus (contoh soal)
Rangkaian 1
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja apabila kita telah
memasang selang kompresor pada line 1 Apabila kita menekan
tombol (katup 32 push button) maka SAC (Single Acting Cylinder)
akan terdorong maju akibat adanya udara yang menekannya Udara
masuk melalui katup 32 pada saat dia ditekan maka katup terbuka
dan udara mengalir ke SAC Dan apabila tombol dilepas maka SAC
akan kembali kekeadaan semula dan udara sisa hasil kerja tadi
dibuang melalui line 3 pada katup 32
Rangkaian 2
Kerja rangkaian rangkaian ini bekerja jika tombol katup 32 A
model push button ditekan udara masuk dari kompresor ke katup 32
A melalui lubang 1 Kemudian katup 32 A pindah ruang dan udara
dipompa masuk ke lubang 2 kemudian dari lubang 2 udara bergerak
menuju katu 52 melalui lubang 14 kemudian katup 52 pindah ruang
udara mengalir ke lubang 4 menuju tabung silinder DAC sehingga
mendorong piston DAC maju ke depan Jika katup 32 B model push
button ditekan udara dari kompresor masuk melalui lubang 1
kemudian katup 32 B pindah ruang udara mengalir dari lubang 2
menuju katup 52 melalui lubang 12 katup 52 pun pindah ruang
udara mengalir ke lubang 2 kemudian menuju tabung silinder DAC
sehingga menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula dan
8
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
udara dibuang dari tabung DAC menuju lubang 4 katup 52 dan
dibuang lewat lubang 3 dan lubang 5 katup 52
Rangkaian 3
Pada tekan tombol katup 32 model push button udara
dari kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup 32 pun pindah
ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32 menuju katup gerbang
logika ldquoANDrdquo melalui lubang 12 katup gerbang logika ldquoANDrdquo namun
Karena hanya diinput dari sisi kanan maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo
tidak bekerja Pada karena tombol katup 32 model roller sudah
dalam posisi tertekan oleh DAC maka katup gerbang logika pun
bekerja karena sudah ada 2 input dari lubang 12 dan 14 dari katup
gerbang logika ldquoANDrdquo kemudian dari katup gerbang logika ldquoANDrdquo
udara dipompa menuju katup lubang 14 katup 52 katup 52 pindah
ruang udara dipompa ke katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo melalui
lubang 4 katup 52 Dari ldquoOne Way Flow Controlrdquo udara dipompa
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan maka
tombol roller pun terlepas dan roller pada katup 32 model roller pun
tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model push button maka udara
dipompa dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 katup 32
pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 32 menuju
ke SAC sehingga piston SAC bergerak maju ke depan Pada
karena piston SAC maju ke depan maka roller pada katup 32 model
roller pun terlepas dan katup 32 model roller pun tidak bekerja
Pada tekan katup 32 model pedal maka udara dipompa
dari kompresor masuk melalui lubang 1 katup 32 model pedal katup
pun pindah ruang melalui lubang 2 udara dipompa ke lubang 1 katup
32 model roller pada katup pun pindah ruang udara dipompa
melalui lubang 2 katup 32 model roller menuju lubang 12 katup 52
katup 52 pun pindah ruang udara dipompa melalui lubang 2 katup 52
9
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
menuju DAC pada dan menggerakkan piston DAC mundur ke
posisi awal Sisa fluida (udara) dari DAC dibuang melalui lubang B dari
katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 4
Bila katup 32 model push button ditekan secara bersamaan
pada kedua katup melalui lubang 1 udara dipompa dari kompresor
kemudian katu pindah ruang udara dipompa dari lubang 2 katup 32
model push button menuju lubang 12 dan 14 katup gerbang logika
ldquoANDrdquo karena mendapat tekanan yang sama dari kedua lubangnya
maka katup gerbang logika ldquoANDrdquo pun bekerja Dari katup gerbang
logika ldquoANDrdquo udara kemudian ditekan menuju katup gerbang logika
ldquoORrdquo karena mendapat tekanan dari salah satu lubangnya maka
katup gerbang logika ldquoORrdquo pun bekerja Kemudian udara ditekan
menuju lubang 14 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan
menuju DAC dan menggerakkan piston DAC maju ke depan
kemudian menekan roller pada katup 32 model roller Ketika katup
32 model roller bekerja katup pindah ruang udara ditekan menuju
ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk jeda waktu tertentu
kemudian udara ditekan kembali menuju lubang 12 katup 52 katup
pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur kembali seperti
pada posisi semula secara otomatis secara beberapa saat Sisa
fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52 dan dibuang
melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Bila katup 32 model pedal ditekan melalui lubang 1 udara
dipompa dari kompresor kemudian katup pindah ruang udara
dipompa dari lubang 2 katup 32 model pedal menuju katup gerbang
logika ldquoORrdquo pada sisi kanan Ketika katup gerbang logika ldquoORrdquo
bekerja udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 katup pun
10
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
pindah ruang udara ditekan menuju DAC dan menggerakkan piston
DAC maju ke depan kemudian menekan roller pada katup 32 model
roller Ketika katup 32 model roller bekerja katup pindah ruang
udara ditekan menuju ldquoTime Delay Valverdquo dan udara ditahan untuk
jeda waktu tertentu kemudian udara ditekan kembali menuju lubang
12 katup 52 katup pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur kembali seperti pada posisi semula secara otomatis secara
beberapa saat Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup
52 dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
Rangkaian 5
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 14
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
4 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya dan ditekan melalui lubang B
menuju DAC untuk menggerakkan piston DAC maju ke depan
secara perlahan
Tekan tombol katup 32 model push button katup pun
pindah ruang udara dari kompresor dipompa melalui lubang 1
kemudian ditekan melalui lubang 2 katup 32 menuju lubang 12
katup 52 katup 52 pun pindah ruang udara ditekan melalui lubang
2 katup 52 menuju lubang A katup ldquoOne Way Flow Controlrdquo
kemudian udara diatur debit alirannya menuju DAC untuk
menggerakkan piston DAC mundur ke posisi semula secara
perlahan Sisa fluida (udara) kemudian menuju lubang 4 katup 52
dan dibuang melalui lubang 3 dan 5 katup 52
11
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 6
Tabung DAC berada pada posisi awal mundur menekan
katup 32 model roller dengan demikian katup pindah ruang
udara ditekan menuju lubang 14 katup 52 sehingga katup 52
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 4 menuju DAC
sehingga posisi awal piston DAC berada pada posisi maju ke
depan
Tekan tombol katup 32 model push button udara dari
kompresor dipompa masuk melalui lubang 1 katup pun pindah ruang
udara di tekan melalui lubang 2 katup 32 menuju katup 52
melalui lubang 14 Kemudian katup 52 pindah ruang udara tekan
melalui lubang 4 menuju tabung DAC sehingga menggerakkan
piston DAC maju ke depan menekan tombol katup 32 model roller
kemudian katup 32 model roller pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju lubang 12 katup 52 Katup 52 pun pindah
ruang udara ditekan melalui lubang 2 katup 52 menuju tabung
DAC sehingga menggerakkan piston DAC mundur dan
menekan katup 32 model roller kemudian katup 32 model roller
pindah ruang udara ditekan melalui lubang 2 menuju lubang 12 katup
52 Kemudian katup 52 pindah ruang udara ditekan melalui
lubang 2 menuju DAC sehingga menggerakkan piston DAC
mundur seperti semula dan piston DAC pun maju seperti pada posisi
awalnya ketika tombol pada katup 32 model push button dilepas
22 HIDROLIK
221 Umum
Persiapan dasar dari sistem hidrolik adalah mekanika fluida
Mekanika fluida dan hidrolik merupakan ilmu yang berkaitan dengan fluida
dalam keadaan diam atau bergerak Fluida adalah zat yang memiliki
kemampuan untuk mengalir dan menyesuaikan diri dengan tempatnya
Fluida terbagi dua yaitu fluida compressible dan fluida non-compressible
12
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dalam sistem pneumatik fluida compressible dimampatkan untuk
menggerakan siinder sedangkan pada sistem hidrolik digunakan fluida
non-compressible
Kelebihan sistem hidrolik antara lain
- Ketelitian penyetelan posisi
- Dapat menahan beban yang besar
- Dapat mentransfer energi yang besar
Kekurangan sistem hidrolik antara lain
- Reaksi yang dikerjakan lambat
- Sensitif terhadap kebocoran dan kotoran
- Sisa cairan hidrolik yang menimbulkan limbah
1 Kekentalan (Viskositas)
Kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besarnya
daya tahan terhadap gaya geser atau dapat didefinisikan sebagai
ketahanan terhadap aliran Kekentalan ini dipengaruhi oleh gaya tarik
antara molekul-molekul dalam fluida tersebut Pada standar internasional
koefisien kekentalan didefinisikan sebagai koefisien kekentalan kinematik
dan dilambangkan dengan () Sedangkan koefisien kekentalan mutlak
dari fluida dilambangkan dengan () kedua koefisien ini memiliki
hubungan sebagai berikut
dalam m2s dalam kgm3 dan dalam Pa detik
2 Tekanan Hidrostatis
Yang dimaksud dengan tekanan hidostatis hidrolik adalah tekanan
yang dilakukan oleh cairan dalam keadaan tak bergerak Cairan yang
ditempatkan pada suatu bejana memiliki energi tekanan yang diakibatkan
oleh massa jenis cairan gravitasi dan jarak terhadap titik acuan
persamaannya adalah
13
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana
Ps= tekanan hidrostatis (Pa)
G = percepatan gravitasi (ms2)
= densitas cairan (kgm3)
h = tinggi cairan (m)
3 Tekanan terhadap permukaan
Besarnya tekanan berbanding terbalik dengan luas penampang
tempat gaya itu bekerja Besar tekanan dirumuskan sebagai berikut
Dimana
P
F
A
=
=
=
Tekanan (Pa)
Gaya (N)
Luas penampang (m2)
4 Debit aliran
Debit aliran didefinisikan sebagai volume air yang melewati pipa
dalam satuan waktu tertentu Debit aliran dirumuskan
Dimana
Q
A
V
=
=
=
Debit aliran (m3s)
Luas penampang (m2)
Kecepatan aliran (ms)
5 Jenis aliran fluida
Tipe aliran dalam fluida dibedakan atas pergerakan partikel dalam
fluida tersebut yaitu aliran laminer dan turbulen Pada aliran laminer
partikel-partikel dalam fluida bergerak disepanjang lintasan-lintasan lurus
sejajar dalam lapisan-lapisan Sedangkan dalam aliran turbulen partikel-
partikel fluida bergerak secara acak ke segala arah
Untuk mengetahui besar dan jenis aliran dari fluida perlu diketahui
bilangan Reynolds yaitu bilangan tak berdimensi yang menyatakan
14
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap kekentalan suatu fluida Untuk
menghitung dan menentukan jenis aliran dapat didasarkan pada
Kecepatan aliran (ms)
Diameter pipa (m)
Viskositas kinematik (m2s)
Ketiga hal tersebut dapat dirumuskan
Aliran laminer Relt2300
Aliran turbulen Regt2300
Dengan
Re
V
v
d
=
=
=
=
Bilangan Reynolds
Kecepatan aliran (ms)
Viskositas kinematik (m2s)
Diameter pipa (m)
6 Penurunan tekanan
Pada suatu aliran dalam pipa tekanan fluida yang dihasilkan
tidaklah selalu konstan Faktor yang menyebabkan terjadinya penurunan
tekanan ini adalah
Viskositas cairan
Panjang pipa
Tipe dan kecepatan aliran
Besarnya penurunan tekanan memenuhi persamaan
Dimana
P
D
ρ
=
=
=
Penurunan tekanan (Pa)
Diameter pipa (m)
Massa jenis (kgm3)
15
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
L
V
=
=
=
Konstanta tahanan (75Re)
Panjang pipa (m)
Kecepatan aliran (ms)
7 Rumus perhitungan sillinder
Dengan Beban
Gaya akibat beban (Fm)
Dimana
m
g
=
=
massa benda (kg)
percepatan gravitasi (ms2)
Kerja piston akibat gaya (WF)
Dimana
L = panjang langkah (m)
Daya kerja piston (Pp)
Tanpa Beban
Gaya tekan (Fp)
Dimana
Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana
Volume silinder (v)
Dimana L = panjang langkah (m)
Kapasitas aliran (Qs)
Kecepatan aliran (V)
16
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Kerja torak (W)
Daya torak (P)
222 Komponen Pendukung Sistem Hidrolik
1 Katup (valve)
Katup dalam sistem hidrolik dibedakan atas fungsi desain
dan cara kerja katup Untuk pembagian katup berdasarkan fungsi
terdiri atas
Katup tekanan (pressure relief valve)
Katup arah aliran (direction control valve)
Katup aliran searah (non return valve)
Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
a Katup tekanan (pressure valve)
Komponen ini berfungsi sebagai saklar otomatis pada sistem
hidrolik katup ini akan membuka apabila tekanan dalam
tabungnya telah mencapai tekanan maksimum sesuai dengan
yang telah diatur fluida masuk melalui P dan keluar di T
Simbol
Gambar 221 Preassure Valve
b Katup 43 (direction control valve)
Komponen ini berfungsi sebagai pengarah laju fluida yang
fungsinya sama seperti pada katup 32 pada rangkaian
Pneumatik dimana fluida masuk melalui P dan keluar pada titik A
17
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan B sedangkan T sebagai tempat keluaran sisa fluida yang
digunakan untuk kemudian ditampung kembali di receiver tank
Simbol
Gambar 222 Katup 43
c Katup aliran searah (non return valve)
Pada komponen ini aliran fluida hanya bisa mengalir pada
satu arah saja jadi fluida yang telah mengalir tidak dapat kembali
atau disebut juga penyearah aliran fluida
Simbol
Gambar 223 Non Return Valve
d Katup pengaturan debit aliran (flow control valve)
Komponen ini berfungsi untuk mengatur kecepatan aliran
fluida dalam rangkaian
Simbol
Gambar 224 Flow Control Valve
2 Silinder hidrolik
18
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Silinder hidrolik berfungsi untuk mengubah energi yang dimiliki oleh
cairan menjadi energi gerakmekanik Jenis silinder hidrolik terbagi
menjadi dua yaitu
a Single Acting Cylinder (SAC)
SAC berfungsi sebagai komponen penggerak akhir SAC
bekerja dengan cara apabila ada fluida yang menekannya maka
SAC akan bergerak maju
Namun jika tidak ada tekanan yang masuk maka
silindernya akan kembali kembali seperti semula (mundur) secara
otomatis
Simbol
Gambar 225 Single Acting Cylinder (SAC)
b Double Acting Cylinder (DAC)
DAC sama fungsinya seperti SAC yaitu sebagai elemen
penggerak akhir hanya saja dalam DAC silinder tidak kembali
seperti semula seperti SAC kecuali line in satunya lagi diberi
tekanan fluida karena DAC merupakan silinder kerja ganda jadi
bisa maju dan mundur Dan tidak kembali secara otomatis seperti
pada SAC
Simbol
Gambar 226 Double Acting Cylinder (DAC)
3 Motor hidrolik
19
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada motor hidrolik ini berfungsi untuk mengubah energi
tekanan cairan hidrolik menjadi energi mekanikputaran ukuran dari motor
ini dinyatakan dengan kapasitas perpindahan geometrik (cm3) (V)
Simbol
Gambar 227 Motor Hidrolik
Ukuran besar kapasitas dirumuskan dengan
Dimana
P
Q
M
N
V
=
=
=
=
=
Tekanan (Pa)
Debit aliran (Lmin)
Torsi (Nm)
Kecepatan putaran (rpm)
Perpindahan geometrik (cm3)
4 Pompa
Pompa digunakan untuk sejumlah volume cairan yang digunakan
agar suatu cairan tersebut memiliki bentuk energi Berdasarkan prinsip
kerjanya pompa dibagi dalam
Positive displacement pump
Pompa dynamic
Simbol HPP (Horse Power Pack)
20
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 228 Horse Power Pack
Pada sistem hidrolik pompa yang digunakan adalah pompa gigi
karena dapat memindahkan sejumlah volume zat cair yang memiliki
viskositas yang besar Dalam penggunaan pompa pada suatu sistem
haruslah mempertimbangkan karakteristik dari pompa itu sendiri salah
satu karakteristik yang penting adalah besar volume yang dipindahkan
pompa (V) dirumuskan
Dimana
N
V
Q
=
=
=
Putaran pompa (rpm)
Volume yang dipindahkan (cm3rpm)
Debit aliran (cm3s)
223 Studi Kasus (contoh soal)
21
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Rangkaian 1
Gambar 229 Rangkaian 1
Rangkaian 2
Gambar 2210 Rangkaian 1
Pada rangkaian ini dilakukan percobaan untuk mengetahui waktu
yang dibutuhkan untuk melakukan pemukaan katup pada waktu yang
dibutuhkan untuk melakukan pembukaan katup pada One Way Flow
22
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Control dengan bukaan yang berbeda dan tekanan yang berbeda pula
yaitu 35 bar 40 bar 45 bar
Data percobaan
D
L
V
Qpump
10 mm
200 mm
612 mm2s
333000 mm3s
Lembar data percobaan
Tabel 21 Tabel data rangkaian 2 Hidrolik
Untuk tekanan 20 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 30 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Untuk tekanan 40 bar
No Bukaan katup Waktu (s)
1 I
2 II
3 III
Rumus dasar
23
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
1 Debit aliran (Q)
Dimana Q = kapasitas aliran (m3s)
v = volume (m3)
L = panjang langkah (m)
r = jari-jari (m)
2 Kecepatan aliran (V)
Dimana v = volume (m3)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
A = luas penampang (m2)
r = jari-jari (m)
3 Konstanta Reynolds (Re)
Dimana Re = Reynold number
v = kecepatan (ms)
4 Kerja pompa (W)
Dimana W = kerja pompa (J)
Qr = kapasitas aliran (m3s)
5 Efisiensi ()
Tabel 22 Tabel hasil perhitungan rangkaian 2 Hidrolik
24
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Katup t (s)Qr
(m3s)
Vkec
(ms)Re
W
(Watt) ()
I
II
III
Rangkaian 3
Gambar 2211 Rangkaian 3
Pada rangkaian hidrolik 3 ini kita akan menghitung waktu yang
dibutuhkan silinder untuk maju pada saat diberi beban dan tidak diberi
beban serta dengan tekanan yang berbeda
Lembar data percoban
25
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Tabel 23 Tabel data pengamatan rangkaian 3 Hidrolik
No P (bar) Waktu tanpa beban
1
2
No P (bar) Waktu dengan beban
1
2
Perhitungan
Spesifikasi komponen
1 Motor hidrolik
Daya (P)
Putaran
Momen puntir
650 Watt
1320 rpm
0002 N mm
2 Pompa hidrolik
Debit aliran
Tekanan pompa
22 Lmin
5-60 bar
3 Siliinder hidrolik
Diameter silinder
Diameter rod
Panjang langkah
6 mm
10 mm
200 mm
Rumus silinder dengan beban
26
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
a Gaya akibat beban (Fm)
Dimana Fm = gaya akibat beban (N)
m = massa beban (kg)
g = percepatan gravitasi (ms2)
b Kerja piston akibat gaya (Wf)
Dimana Wf = Kerja piston akibat gaya (J)
Fm = gaya akibat beban (N)
L = panjang langkah (m)
c Daya kerja piston (Pp)
Dimana Pp = daya kerja piston (Js)
Wf = kerja piston akibat gaya (J)
t = waktu (s)
Rumus silinder tanpa beban
a Gaya tekan (Fp)
Dimana Fp = gaya tekan (N)
P = tekanan (Pa)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
b Tekanan akibat gaya tekan (pF)
Dimana pF = tekanan akibat gaya tekan (Pa)
Fp = gaya tekan (N)
A2 = 0785 D2
c Volume silinder (v)
27
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Dimana V = volume silinder (m3)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
L = panjang langkah (m)
d Kapasitas aliran (Qs)
Dimana Qs = kapasitas aliran (m3s)
V = volume silinder (m3)
t = waktu (t)
e Kecepatan aliran (v)
Dimana v = kecepatan aliran (ms)
Qs = kapasitas aliran (m3s)
A1 = 0787 (D2 ndash Db2)
f Kerja torak (W)
Dimana W = kerja torak (J)
Fp = gaya tekan (N)
L = panjang langkah (m)
g Daya torak (P)
Dimana P = daya torak (Js) t = waktu (t)
W = kerja torak (J)
Tabel 24 Tabel hasil perhitungan rangkaian 3 Hidrolik
Dengan beban
No P (bar) T (s) Fm Wf Pp
1
28
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
2
Tanpa beban
No P (bar) T (s) Fp pF v Qs V W P
1
2
23 Pompa
231 Umum
Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk
memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida Setiap
pompa memiliki karakteristik sendiri tergantung pada desain dari pompa
tersebut Berdasarkan prinsip kerjanya pompa terbagi atas dua jenis
1 Positive displacement pump
Pada pompa Positive displacement aliran fluida didasarkan
atas mekanisme penghisapan dan kempadesak Contoh pompa ini
adalah pompa ulir pompa roda gigi pompa torak dan lain-lain Pompa
jenis ini dapat digunakan untuk mengalirkan fluida dengan viskositas yang
relatif besar Salah satu jenis pompa ini yang banyak digunakan adalah
pompa roda gigi Karakteristik dari pompa roda gigi sangat dipengaruhi
oleh putaran dari motor yang digunakan
Dimana
Q
n
v
=
=
=
Debit aliran (cm3waktu)
Putaran pompa (rpm)
Volume yag dipindahkan (cm3)
2 Dynamic pump
29
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada pompa dinamik energi ditambahkan pada fluida dengan
cara melewatkan fluida pada sudu yang berputar cepat Contoh pompa ini
adalah pompa radialsentrifugal pompa aksial
Pada pompa sentrifugal energi yang ditambahkan pada fluida
tergantung pada sudu dari impeller Kecepatan yang keluar tersebut
merupakan kecepatan absolut dengan komponen kecepatan putar
(tangensial) dan kecepatan yang mengikuti impeller (relatif)
Kecepatan fluida ini kemudian berkurang dan menjadi tinggi kenaikan (H)
disudu pengarah atau pada rumah spiral pompa
Gambar 231 Segitiga kecepatan impeller
Daya pada fluida yang melalui impeller dirumuskan dengan euler
Turbo machine Equations
1)
2)
Dimana Pw adalah daya fluida g Q (H) yaitu Water Horse
PowerWHP sedangkan daya yang diberikan pada pompa diberikan
persamaan (I) BHP = nT pada kenyataannya WHP akan selalu lebih
kecil dibandingkan dengan BHP Sehingga efisiensi pompa merupakan
perbandingan WHP dan BHP
Persamaan tersebut menunjukan torsi daya dan head merupakan
fungsi dari kecepatan linier dari tepian rotor u1dan u2 dan kecepatan
tangensial absolut dari fluida Vt1 dan Vt2
30
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Sehingga
Disubstitusikan pada persamaan (2)
3)
Untuk pompa sentrifugal power yang diberikan dapat
dihubungkan terhadap kecepatan radial Vn = Vt tan maka untuk tinggi
tekan teoritis debit dapat diperoleh dengan
B adalah kedalaman suduBlade pada inlet dan outlet
Keseimbangan Energi pada Pompa Sentrifugal
Pada gambar 2 terlihat bahwa
Penampang 1
4)
5)
Dari persamaan diatas didapat
6)
Jika penampang input dan discharge sama maka V1 = V2 dan
persamaannya menjadi
7)
232 Pompa DAP dan Gambar Rangkaian
Pompa DAP memiliki head dan Q yang lebih kecil dari pompa
Wolley dan daya yang lebih besar dari pompa Wolley adapun spesifikasi
dari pompa tersebut adalah sebagai berikut
31
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi pompa DAP (pompa 1)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 232 Rangkaian Pompa DAP
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
233 Pompa Wolley dan Gambar Rangkaian
Pada pompa Wolley head dan Q lebih besar dari pada pompa DAP
dan dayanya lebih kecil dari pada pompa DAP sehingga listrik yang
digunakan lebih irit
32
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Adapun spesifikasi dari pompa Wolley adalah sebagai berikut
Spesifikasi pompa Wolley (pompa 2)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Gambar rangkaian
Gambar 233 Rangkaian Pompa Wolley
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
234 Modul Pompa Sentrifugal Yang Dipasang Seri dan Pararel
Dengan Karakteristik Berbeda
Dalam modul ini kita akan melakukan percobaan pemasangan dua
buah pompa sentrifugal dengan karakteristik berbeda yang akan dipasang
secara seri dan pararel Dalam percobaan ini akan sangat membantu bila
dalam satu sistem membutuhkan nilai Head dan kapasitas yang tidak
33
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dapat dicapai oleh satu pompa saja adapun karakteristik pompa tersebut
adalah sebagai berikut
Pompa 1 (DAP pump)
Head
Q
N
P
33 m
42 Lmin
2850 rpm
125 Watt
Pompa 2 (Wolley pump)
Head
Q
N
P
47 m
45 Lmin
2900 rpm
100 Watt
Telah kita ketahui bersama
Head total pompa (H)
H = P γ + v2 middot d 2g + h
Dimana P = tekanan statik (Pa)
v2 middot d 2g = head kecepatan keluar (m)
h = head statik total (m)
g = percepatan gravitasi (ms2)
(+) dipakai jika muka air disisi keluar lebih tinggi dari pada sisi
isap
(-) dipakai jika muka air disisi keluar lebih rendah dari pada sisi
isap
v2 diperoleh dari harga Head kerugian gesek (
Dmiddot2g)
karena kerugian gesek pada percobaan ini kita anggap kecil
maka persamaan Head total kita anggap menjadi
H = P γ + h
34
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
WHP (Water Horse Power)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
ρ = massa jenis (kgm3)
g = percepatan gravitasi (ms2)
Q = debit aliran (m3s)
H = head total (m)
BHP (Blade Horse Power)
Dimana BHP = Blade Horse Power (Watt)
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
Efisiensi pompa (p)
Dimana WHP = Water Horse Power (Watt)
BHP = Blade Horse Power (Watt)
2341 Pompa Yang Dipasang Secara Seri dan Gambar Rangkaian
Pada hubungan seri setelah zat cair melalui sebuah pompa zat
cair itu dibawa kembali ke pompa berikutnya Dari P2 diteruskan ke P1
dengan menutup kran 4 dan kran 2 dalam pemasangan secara seri head
yang dihasilkan akan lebih besar head pompa 1 ditambah head pompa 2
namun dengan debit aliran fluida yang kecil (pompa2)
35
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar rangkaian
Gambar 234 Rangkaian Pompa secara Seri
Keterangan = kran tertutup
= kran terbuka
2342 Pompa Yang Dipasang Secara Paralel dan Gambar
Rangkaian
Pada hubungan pararel pada pompa beberapa buah pompa
dihubungkan pada saluran kempa yang sama Untuk menjaga agar
jangan sampai sebuah pompa mengempa kembali zat cair kedalam
saluran isap pompa yang lain umpamanya bila pompa yang terakhir ini
tidak bekerja maka dipasang sebuah katupkran Dengan menutup kran 3
36
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
maka rangkaian ini akan terhubung secara pararel dan akan dihasilkan
debit aliran yang sangat besar namun head tidak bertambah
Gambar rangkaian
Gambar 235 Rangkaian Pompa secara Peralel
Keterangan ` = kran tertutup
= kran terbuka
235 Lembar Data Pengamatan
Tabel 25 Tabel data pengamatan Pompa
Karakteristik pompa pada putaran konstan
Pompa 1 (DAP pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
37
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pompa 2 (Wolley pump)
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan seri
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
Pompa 1+2 pemasangan pararel
Bukaan katup Head statis Tekanan Waktu
236 Karakteristik Pompa Sentrifugal (EBARA pump)
Head yang dihasilkan pada persamaan (3) merupakan head
teoritis dimana sudu pada impeller dianggap jumlahnya tak
berhingga dan tebal sudu adalah nol
Pada keadaan sesungguhnya terjadi berbagai kerugian-
kerugian antara lain adanya kerugian hidrolis akibat gesekan arus
steddy dari aliran fluida pada casing dan volume juga adanya shock
pada saat fluida meninggalkan pompa
38
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Spesifikasi alat uji
a Pompa
Pompa sentrifugal
Spec
Pipa input
Pipa discharge
Head pada 300 lm
Ebara pump
FS 4J 522
25 ldquo
2rdquo
14 m
b Motor listrik
Pembuat
Daya
Putaran
Tabung 3 phase 220-380 V
22 kW
600-1200 rpm
24 MOTOR BAKAR
241 Umum
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah
mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk
melakukan kerja mekanik Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal
ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu
a Mesin pembakaran luar (external combistion engine) yaitu
proses pembakaran yang terjadi diluar mesin energi thermal
39
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin
melalui dinding pemisah sebagai contohnya mesin uap turbin
uap dan lain-lain
b Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang
pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar Proses
pembakarannya berlangsung didalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi
sebagai fluida kerja contohnya motor diesel dan motor bensin
242 Beberapa Jenis Motor Bakar
1 Motor Bakar Torak
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang
didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik) Didalam
silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara Gas
pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan
torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan
dengan poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada torak
2 Motor Bensin
Motor bensin merupakan salah satu jenis penggerak mula
yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik Energi
thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara
Motor bensin itu sendiri adalah mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) yang dimana proses pembakarannya terjadi pada
ruang bakar Lain halnya dengan pembakaran luar yang mana proses
pembakarannya terjadi diluar mesin yang kemudian energi panas tersebut
dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah
40
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 251 Siklus Motor Bakar 4 langkah
243 Skema Motor Bakar
Gambar 252 Skema Motor Bakar 4 langkah
Siklus Udara Ideal
Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar
sangatlah kompleks untuk dianalisis menurut teori Oleh karena itu maka
diperlukan adanya asumsi keadaan yeng ideal
Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk
dianalisis akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari
keadaan sebenarnya
Umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus
udara ideal Siklus udara tersebut menggunakan beberapa keadaan yang
sama dengan siklus sebenarnya misalnya mengenai
a Urutan proses
b Perbandingan kompresi
c Temperatur dan tekanan
d Penambahan kalor
41
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Pada keadaan sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur
siklus ideal tersebut Hal tersebut antara lain
Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan
titik mati bawah torak
Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas
ideal
Pada motor bakar torak tidak terdapat pemasukan kalor
seperti yang terjadi pada siklus udara akan tetapi perubahan
temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran
bahan bakar dan udara
Tidak ada pembakaran yang sempurna
Terjadi kerugian-kerugian gesek thermal dan kerugian energi
lain
Rumus Dasar
Pengolahan data
1 Torsi yang dihasilkan (output toque)
2 Daya yang dihasilkanBHP (Break Horse Power)
3 Fuel Consumtion (Brake Fuel Consumtion)
4 Spesifik Fuel Consumtion and Power
(liter kW H)
5 BMEP (Break Mean Effective Preassure)
Tekanan udara rata-rata yang digunakan untuk
menggerakan piston selama langkah kerja (ekspansi)
6 Daya indikatorIHP (Indicator Horse Power)
42
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
7 Kerugian akibat gesekan pada komponenFHP (Friction Horse
Power)
BHP (x) BFC (y)
8 IMEP (Indicator Mean Effective Preassure)
9 mek (perbandingan daya keluar dan indikator)
10Daya gesek rata-rataFMEP (Friction Mean Effective
Preassure)
11Efisiensi thermal (th)
Tujuan pengolahan data
Mengetahui karakteristik motor bensin 4 langkah pada
berbagai putaran
Mendapatkan grafik dari pengolahan data (rpm vs BHP dan
rpm vs mek)
244 Lembar Data Percobaan
Tabel 26 Tabel data pengamatan Motor Bakar
rpm t (detik) Volume (mL)
5
5
43
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
5
Tabel 27 Tabel hasil perhitungan Motor Bakar
Rpm BHP BFC SFC IHP BMEP η
25 Refrigerator (AC)
251 Umum
Prinsip pengkondisian udara merupakan terapan dari teori
perpindahan kalor dan thermodinamika Berbagai konsep model dan
hukum thermodinamika dan perpindahan kalor dikembangkan dari konsep
yang dikembangkan dari dunia fisika model khusus dan juga hukum yang
digunakan untuk memecahakan masalah dan sistem rancangan Massa
dan energi merupakan dua konsep dasar yang menjadi titik tolak
perkembangan sains rekayasa (engineering science) Hukum pertama
dan kedua thermodinamika dan persamaan laju perpindahan kalor
merupakan contoh yang tepat untuk hal ini
Sifat thermodinamika bagian yang penting dalam
menganalisis dalam sistem thermal adalah penemuan sifat
thermodinamika yang bersangkutan Suatu sifat adalah karakteristik atau
ciri dari bahan yang dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya
tetapi keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri melainkan merupakan
hal yang dilakukan terhadap suatu sistem untuk merubah suatu sifatnya
Kerja dan kalor dapat diukur hanya pada pembatas sistem atau jumlah
energi yang dipindahkan tergantung pada terjadinya perubahan
Oleh karena itu thermodinamika berkisaran pada energi maka
seluruh sifat-sifat thermodinamika berkaitan dengan energi Dalam hal ini
sifat-sifat thermodinamika yang diutamakan adalah tekanan suhu rapat
44
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
massa volume spesifik kalor spesifik entalpi dan sifat cair uap dari suatu
keadaan Suhu (t) dari suatu bahan menyatakan keadaan thermal dan
kemampuannya untuk bertukar energi dengan bahan lain yang
bersentuhan dengannya Jadi suatu bahan yang suhunya lebih tinggi akan
memberikan kepada bahan yang suhunya lebih rendah Titik acuan bagi
skala Celcius adalah titik beku air (0degC) dan titik didih air (100degC)
Suhu absolut (T) adalah derajat diatas suhu nol absolut yang
dinyatakan dengan skala Kelvin (K) yaitu = tdegC + 273 Oleh karena itu
interval suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu
pada Celcius dinyatakan dengan Kelvin
Tekanan (P) adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan
oleh suatu fluida persatuan luas benda yang terkena gaya tersebut
Tekanan absolut adalah ukuran diatas nol (tekanan yang sebenarnya
berada diatas nol) Tekanan pengukuran (gauge preassure) diukur diatas
tekanan atmosfir suatu tempat (nol tekanan pengukuran = tekanan
atmosfir ditempat tersebut) Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah
Newtonm2 disebut juga Pascal (Pa)
Tekanan atmosfir standar adalah 101325 Pa = 1013 Mpa
tekanan dapat diukur dengan instrument seperti ukuran tekanan
(preassure gauge) atau Manometer (yang diperlihatkan secara skematik)
Rapat massa dan volume spesifik rapat massa dari suatu
fluida adalah massa yang mengisi satu-satuan volume sebaliknya volume
spesifik adalah volume yang diisi oleh satu-satuan massa rapat massa
dan volume spesifik saling berkaitan satu dengan yang lainnya
Kalor spesifik kalor spesifik dari suatu bahan adalah jumlah
energi yang diperlukan untuk menaikkan satu-satu massa bahan tersebut
sebesar 1degK Oleh karena itu besaran ini dipengaruhi oleh cara proses
berlangsung maka cara kalor ditambahkan atau dilepaskan harus
disebutkan Nilai pendekatan untuk nilai spesifik dari beberapa bahan
yang penting adalah sebagai berikut
45
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Entalpi perubahan entalpi (h) adalah jumlah kalor yang
dilepaskan atau diberikan persatuan massa melalui proses tekanan
konstan Sifat entalpi dapat juga dinyatakan laju perpindahan kalor untuk
proses yang padanya terjadi penguapan atau pengembunan misalnya
proses dalam ketel air atau koil pendinginan udara dimana uap air
mengembun
Entropi walaupun entropi memiliki arti teknis dan filosofi tapi
sifat ini hanya digunakan dalam hal khusus dan terbatas Entropi terdapat
pada banyak grafik dan tabel-tabel sifat bahan
Berikut adalah sifat entropi yaitu
1 Jika suatu gas uap ditekan atau diekspansikan tanpa gesekan
dan tanpa penambahan atau pelepasan kalor selama proses
berlangsung maka bahan itu akan tetap
2 Dalam proses yang akan disebutkan dalam butir perubahan
entalpi menyatakan jumlah kerja persatuan massa yang
diperlukan oleh poros penekanan atau yang dilepaskan oleh
proses ekspansi tersebut
Hukum gas ideal model idealisasi dari perilaku gas yang
berhubungan dengan tekanan suhu dan volume spesifik suatu gas ideal
memenuhi
Dimana
P = Tekanan (Pa)
Cp
Cp
Cp
10 kJkgK
419 kJkgK
188 kJkgK
Udara kering
Air
Uap air
46
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
v
R
T
=
=
=
Volume spesifik (mkg)
Terapan gas = 287 JkgK untuk udara
= 426 JkgK untuk air
Suhu absolut (k)
Persamaan gas ideal berlaku pada udara kering dan uap air
dengan derajat panas lanjut yang tinggi sekali dan tidak berlaku bagi uap
air serta refrigran yang suhunya dekat dengan kondisi jenuh
Konservasi massa massa adalah suatu ldquokonseprdquo yang
mendasar karena itu tidak mudah untuk didefinisikan Definisi massa
sering dirumuskan dengan menunjukan pada hukum Newton yaitu
Dimana
m
V
a
t
=
=
=
=
Massa (kg)
Kecepatan (mdet)
Percepatan (mdet2)
Waktu (det)
Pemanasan dan pendinginan pada kebanyakan proses
pemanasan dan pendinginan misalnya pada pemanas air pada ketel
perubahan beberapa bagian energi diabaikan Seringkali perubahan
energi kinetik sebesar V22 dan energi potensial dari titik yang satu ke titik
yang lain sebesar 981 z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan
dengan besarnya perubahan entalpi kerja yang dilakukan atau
perpindahan kalor Apabila dalam proses tidak ada kerja yang dilakukan
oleh pompa kompresor atau mesin maka W = 0 karena itu persamaan
energi disederhanakan menjadi
atau
Artinya laju perpindahan kalor sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi
Proses adiabatik adiabatik berarti tidak ada kalor yang
dipindahkan jadi q = 0 Proses adiabatik dapat terjadi jika pembatas
sistem diberi sekat penahan aliran kalor Tetapi walaupun sistem tidak
47
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
disekat asalkan laju energi total didalam sistem jauh lebih besar
dibandingkan dengan energi yang dimasukan atau dikeluarkan ke
lingkungan dalam bentuk kalor maka proses tersebut dapat dikatakan
dengan adiabatik
Kerja kompresi suatu contoh yang dapat dijadikan sebagai
model proses adiabatik adalah pengkompresian suatu gas Perubahan
energi kinetik dan potensial serta laju perpindahan kalor (q) didapat
Artinya daya yang dibutuhkan sama dengan laju aliran massa dikalikan
dengan perubahan entalpi Kerja W berharga negatif untuk kompresor dan
positif untuk mesin
Kompresi isentropic merupakan bahan lain yang
tersediauntuk memperkirakan perubahan entalpi selama proses
berlangsung kompresi Jika kompresi bersifat adiabatik dan tanpa
gesekan maka kompresi tersebut terjadi pada entropi tetap
Perpindahan kalor analisis perpindahan kalor digali dari
hukum thermodinamika tentang konservasi massa energi hukum kedua
dan ketiga persamaan tentang konduksi radiasi dan konveksi Persamaan
ini dikembangkan dari pengalaman gejala fisika tentang energi yang
merupakan ungkapan matematis dari model-model yang dibuat untuk
menjelaskan gejala tersebut Perpindahan kalor melalui suatu bahan
padat yeng disebut peristiwa konduksi menyangkut pertukaran energi
tingkat molekuler Sebaliknya radiasi adalah proses yang membawa
energi dalam jalan pelompatan proton dari suatu permukaan ke
permukaan yang lain Radiasi dapat memindahkan energi menyebrangi
energi ruang vakum yang tidak tergantung pada medium perantara untuk
menghubungkan dua permukaan Perpindahan kalor konveksi tergantung
pada konduksi antara permukaan benda padat dengan fluida terdekat
yang bergerak
Gambar rangkaian
48
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Gambar 241 Rangkaian Refrigerator (AC)
252 Bagian-Bagian Pada Refrigerator
A Kompresor
Kompresor adalah semacam pompa yang didesain untuk
menaikkan tekanan dari refrigeran Menurut hukun fisika jika gas atau
uap dikompresikan maka temperaturnya juga akan naik Ketika tekanan
49
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
dan temperatur naik refrigeran cepat mengalami kondensasi pada
kondensor
Simbol
Gambar 242 Kompresor
B Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengkondensasikan udara
menjadi mencairkan gas refrigeran yang telah dikompresikan bertekanan
tinggi bertemperatur tinggi yang keluar dari kompresor
Kondensor dibagi menjadi dua bagian yaitu Air Cooled Type dan Water
Cooled Type kapasitas 720 kcalh
Simbol
Gambar 243 Kondensor
C Liquid Receiver
Liquid receiver menyimpan refrigeran yang telah
dikondensasikan dalam bentuk cairan secara berkala sebelum melalui
expantion valve (katup ekspansi)
Simbol
Gambar 244 Liquid Receiver
D Sight Glass
Dalam sight glass akan memberikan informasi keadaan dari
refrigeran (bercampur dengan air kualitas dari refrigeran dan lain-lain)
50
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
alat inin dipasang diantara pipa cairan refrigeran diantara kondensor dan
expantion valve
Simbol
Gambar 245 Sight Glass
E StrainerDrier
Alat ini memisahkan air yang bisa berada pada pipa freon
refrigeran Jika air masuk dalam sistem pipa bukan hanya akan
menghambat aliran refrigeran yang dikarenakan air ini akan membeku
tetapi juga akan menyebabkan terjadinya asam hidrochloric asam floride
hydrogen Ini akan menyebabkan akibat yang kurang baik sebagai contoh
karat pada komponen adhesive tembaga atau material elektrik isolator
Standar 14 inchi
Simbol
Gambar 246 Strainer (filter)
F Expantion Valve
Digunakan untuk mempertahankan derajat suhu super head
dengan mengontrol aliran refrigeran
Alat ini memiliki thermostatis expantionvalve Digunakan untuk refrigeran
freon 12 (R12) Standar daerah temperatur yang dikontrol -40 - 10degC
Simbol
Gambar 247 Expantion Valve
GEvaporator
Adalah bagian alat dari refrigeration system yang digunakan
untuk menguapkan refrigeran dengan cara menangkap panas dari
lingkungan Dengan kata lain alat ini menguapkan cairan refrigeran
dengan cara head exchanging (pertukaran panas) antara temperatur
rendah tekanan rendah cairan refrigeran dengan udara
51
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Simbol
Gambar 248 Evaporator
H Dual
Alat ini digunakan untuk menghentikan kompresor pada saat
tekanan berlebihan dari tekanan normal operasi dan akan kembali
dihidupkan jika kembali normal Dan akan menghentikan kompresor untuk
mengurangi tekanan pada tekanan rendah untuk membuat pompa bekerja
pada tekanan rendah yang berhubungan dengan selenoid valve
Daerah tekanan dapat dikontrol
High Preassure 8-30 kgcm2
Low Preassure 05-2 kgcm2
Daerah tekanan diferensial 50 mmHg ndash 6 kgcm2
Simbol
Gambar 249 Dual
I Pressure Gauge
Alat ini akan memberikan informasi dan rendahnya tekanan
pada sistem daerah yang dapat dibaca
Daerah tekanan yang dapat dibaca
High Preassure 0-30 kgcm2
Low Preassure 0-15 kgcm2
Simbol
Gambar 2410 Preassure Gauge
J Thermostat
52
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53
Laporan Akhir Praktikum Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin
Alat ini mengontrol solenoid valve dengan tujuan untuk
memelihara temperatur udara pada outlet evaporator dan temperatur
ruangan pada temperatur konstan Daerah udara dapat dikontrol 30-
50degCSimbol
Gambar 2411 Thermostat
K Temperatur
Alat ini akan menemukan volume keluar penukar dengan
mengukur temperatur dalam sistem
Simbol
Gambar 2412 Temperatur
253 Lembar Pengambilan Data Refrigerasi (AC)
Kelompok
Ketua Kelompok
Shift
Temperatur Control Limit degC
Temperatur inlet kondensor (TK1) degC
Temperatur outlet kondensor (TK2) degC
Temperatur kondensator (pengembunan) degC
Temperatur inlet evaporator (TE1) degC
Temperatur outlet evaporator (TE2) degC
Temperatur evaporator penguanpan degC
53