modul praktikum mesin-mesin fluidafluidlaboratory.ub.ac.id/wp-content/uploads/2020/... · energi...

MODUL PRAKTIKUM

MESIN-MESIN FLUIDA

Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Fakultas Teknik

Jurusan Teknik Mesin

2019/2020

PETUNJUK PENGUJIAN

TURBIN AIR FRANCIS

Praktikum Mesin Konversi Energi

Laboratorium Mesin-Mesin Fluida

BAB I

PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS

1.1 Pendahuluan

Seiring dengan perkembang teknologi yang semakin maju, banyak diciptakan

peralatan–peralatan yang inovatif serta tepat guna. Dalam bidang teknik mesin terutama

pada konsentrasi konversi energi diperlukan pengetahuan tentang bagaimana menghasilkan

suatu sumber energi yang nantinya akan berguna untuk masyarakat luas. Diantaranya

adalah pemanfaatan aliran air yang dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.

Dan alat tersebut dapat berupa instalasi turbin khususnya turbin air. Turbin air

memanfaatkan aliran air untuk menggerakkan poros yang biasanya dihubungkan dengan

generator sehingga dapat menghasilkan energi listrik.

Turbin air francis merupakan jenis turbin yang paling sering digunakan karena turbin

air francis dapat beroperasi pada head dan aliran sedang serta perkembangannya dalam

dekade terakhir telah memberikan dampak yang besar dalam pengembangan aplikasi-

aplikasi baru. Dengan dilaksanakannya praktikum turbin air francis ini diharapkan

mahasiswa akan memiliki pengetahuan tentang mesin konversi energi yang dalam hal ini

adalah turbin air.

1.2 Tujuan Pengujian

1. Praktikan mampu memahami hubungan antara putaran poros turbin terhadap daya

keluaran atau Brake Horse Power (BHP).

2. Praktikan mampu memahami hubungan antara putaran poros turbin terhadap daya

masukan atau Water Horse Power (BHP).

3. Praktikan mampu memahami hubungan antara putaran poros turbin terhadap efisiensi

turbin.

4. Praktikan mampu memahami pengaruh besaran Head Drop (HD) terhadap daya

keluaran (BHP), daya masukan (WHP), dan efisiensi turbin.

5 . Praktikan mampu memahami pengaruh besar bukaan Guide Vane (GV) terhadap daya

keluaran (BHP), daya masukan (WHP), dan efisiensi turbin.

1.3 Teori

1.3.1 Pengertian Turbin Air

Turbin Air adalah suatu mesin konversi energi yang berfungsi untuk mengonversikan

energi tekanan (Head Tekanan) yang dimiliki oleh air ke bentuk energi mekanik berupa

putaran poros turbin. Pada umumnya turbin air pada aplikasi nyatanya digunakan untuk

menggerakan generator dan menghasilkan arus listrik akibat energi mekanik yang dihasilkan

oleh turbin.

1.3.2 Klasifikasi Turbin Air

1. Turbin Impuls

Turbin impuls adalah salah satu jenis turbin air yang mampu menciptakan energi

mekanik dari adanya impuls atau perubahan momentum dari air. Energi Potensial (Head

elevasi) atau energi Tekanan (Head tekanan) yang dimiliki oleh air akan masuk ke dalam

Nozzle yang terpasang pada instalasi Turbin Impuls untuk kemudian diubah seluruh energi

tersebut menjadi energi kinetik (Head kecepatan). Kemudian air yang telah memiliki energi

kinetik yang tinggi tersebut akan menumbuk sudu runner dari turbin impuls ini dan

menciptakan perubahan momentum atau biasa disebut impuls. Impuls yang tercipta oleh air

ini akan menggerakan poros turbin impuls dan akan didapatkan energi mekanik.

2. Turbin Reaksi

Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah energi tekanan yang dimiliki

oleh air menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros turbin. Energi

potensial atau energi tekanan yang dimiliki oleh air akan masuk ke dalam guide vane untuk

sebagian diubah menjadi bentuk energi kinetik kemudian setelah melalui guide vane air akan

menumbuk runner dari turbin reaksi. Kemudian energi tekanan dan kinetik dari air akan

dikonversikan menjadi energi mekanik untuk memutar poros turbin.

1.3.2 Proses Konversi Energi Turbin Air Francis

Energi Tekanan yang dimiliki oleh air tercipta akibat adanya bantuan pompa sentrifugal

yang terdapat pada instalasi Turbin Air Francis. Kemudian air yang bertekanan tersebut akan

memasuki guide vane untuk sebagian diubah menjadi energi kinetik. Setelah melalui guide

vane, air akan memiliki energi tekanan dan kinetik dan selanjutnya menumbuk dan memutar

sudu runner dari turbin air francis. Putaran dari runner inilah yang akan kemudian memutar

poros dan tercipta energi mekanik.

1.4 Bagian-bagian dan Skema Instalasi Turbin Air Francis

Gambar 1.1 Skema Instalasi Turbin Francis

Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida (2015)

a. Runner

Merupakan bagian turbin Francis yang dapat berputar, terdiri dari poros dan sudu gerak

turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik.

Gambar 2.7 Runner

Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)

b. Casing

Merupakan saluran yang menyerupai rumah siput dengan bentuk penampang melintang

lingkaran. Berfungsi untuk menampung fluida sebelum melewati guide vane dan runner.

Gambar 2.8 Casing


c. Guide Vane

Berfungsi sebagai pengarah aliran air dari katup pengatur kapasitas dari casing ke

runner dan berfungsi menaikkan kecepatan aliran air sebelum menuju runner.

Gambar 2.9 Guide vane


d. Pipa Inlet

Merupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air yang akan masuk ke casing.

Gambar 2.10 Pipa inlet


e. Draft Tube

Merupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air dari turbin ke saluran

pembuangan dengan menggunakan tinggi jatuh air. Pengaplikasian draft tube juga dapat

mengurangi dampak kavitasi yaitu mengubah head kecepatan menjadi head statis.

Gambar 2.11 Draft Tube

Sumber Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)

1.5 Perhitungan Spesifik untuk Turbin Francis GH. 63P

Hasil pengukuran yang didapatkan dari percobaan :

Tekanan masuk turbin : ................. H1 [m]

Tekanan keluar turbin : ................. H2 [m]

Perbedaan tekanan pada orifice plate : ................. p1 [mmHg]

Ketinggian air pada V-notch : ................. p2 [mm]

Kecepatan putar turbin : ................. n [rpm]

Gaya pengereman : ................. F [N]

Catatan:

- kalibrasi pressure gauge dalam bar

1 bar = 10,336 mH2O

1.6 Rumus Yang Digunakan

1. Head drop turbin (H)

H = H2 – H1 [m]

Catatan: perhitungan ini tidak mengabaikan perbedaan statik head antara kedua

buah titik pengukuran.

2. Debit yang melalui orifice plate (Q) debit aliran air untuk turbin

Q = 3,521 . p [m3/jam]

Dimana: p tinggi kolom air raksa dalam satuan mmHg

3. Torsi (T)

T = F . L

Dimana: F = gaya pengereman [N]

L = panjang lengan gaya [m]

= 0,248 m

4. Brake Horse Power (BHP)

BHP = 2𝜋𝑛𝑇

60 [Watt]

Dimana : n = kecepatan putar turbin (rpm)

5. Water Horse Power (WHP)

WHP = 𝛾 . 𝑄 . 𝐻

3600 [Watt]

Dimana : 𝛾 = 𝜌 . 𝑔

6. Efisiensi (

𝐵𝐻𝑃

𝑊𝐻𝑃 𝑥 100%

1.7 Variabel yang Diamati

1.7.1 Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel terikat, yang bisa

ditentukan sesuai dengan keperluan/yang diinginkan. Dalam praktikum ini yang variabel

bebasnya adalah kecepatan putaran.

1.7.2 Variabel Terikat

Variabel terikat adalah variabel yang hasilnya dipengaruhi oleh variabel bebas.

Dalam praktikum ini yang termasuk variabel terikat adalah tekanan manometer pada orifice

plate dan gaya pengereman.

1.7.3 Variabel Kontrol

Variabel kontrol adalah variabel nilainya dijaga tetap pada harga tertentu agar tidak

mempengaruhi nilai variabel terikat selama proses pengambilan data. Dalam hal ini yang

termasuk variabel kontrol adalah bukaan guide vane dan head drop.

1.8 Spesifikasi Peralatan yang digunakan

a. Pompa air tipe sentrifugal dengan motor listrik AC sebagai penggerak dengan spesifikasi

sebagai berikut:

Model : C 160 MAH

Serial Number : BS 29821

Output : 11 kW

Revolution / Minute : 2900 rpm

Voltage : 380 volt

Arus : 234 Ampere

Frekuensi : 50 Hz

Rating : MCR

Phase : 3

Inc.Cluse : F

b. Pipa penyalur air yang menghubungkan pompa dan turbin lengkap dengan orifice plat

beserta pengukur tekanannya dan stop valve.

c. Brake torque force spring balanceatau neraca pegas.

d. Bak penampung air dan v-notch dan pengukur tinggi permukaan

e. Pipa penyalur air yang menghubungkan bak penampung dengan pompa

Hand digital tachometer,digunakan untuk mengukur putaran poros turbin

1.9 Perangkat Percobaan

Instalasi pengujian turbin air tipe Francis yang digunakan adalah sebuah perangkat

yang kompak, karena dengan dimensinya yang relatif kecil dan dapat dipakai untuk

beberapa tujuan percobaan

Juga dengan adanya beberapa bagian dari draft tube turbine yang terbuat dari material

transparan sehingga praktikan dapat mengamati secara langsung aliran air yang ada, di

mana hal ini tidak mungkin dilihat pada instalasi turbin air biasa.

Adapun perangkat tersebut terdiri dari :

1. Pompa air mampu mampat tipe sentrifugal dan motor listrik sebagai penggeraknya.

2. Pipa penyalur air yang menghubungkan pompa dan turbin, lengkap dengan orifice

plate beserta pengukur tekanannya dan stop valve.

3. Turbin air tipe Francis beserta pengukur tekanannya yaitu pada bagian : Turbine

inlet, Turbine discharge, beberapa titik pada runner serta pada guide vane.

4. Brake torque force spring balance beserta neraca pegas.

5. Bak penampung air yang dilengkapi dengan v-notch dan pengukur tinggi

permukaan.

6. Pipa penyalur air yang menghubungkan bak penampung dengan pompa.

7. Hand digital tachometer untuk mengukur putaran poros turbin.

8. Tachometer untuk mengukur putaran poros pada turbin.

1.10 Langkah Percobaan

1. Pastikan semua instrumen pengukuran menunjukkan posisi 0 (nol), dan katup

discharge dalam keadaan tertutup penuh

2. Atur bukaan guide vane sesuai dengan yang dikehendaki.

3. Hidupkan motor listrik penggerak pompa, kemudian buka katup discharge secara

perlahan-lahan sampai pada head drop yang dikehendaki.

4. Pada head drop yang dikehendaki, catat besarnya putaran poros sebagai putaran

maksimumnya, kemudian catat data dari semua instrumen pengukuran sebagai data

pertama.

5. Kurangi putaran poros sebesar 10% dari putaran maksimumnya dengan cara menambah

beban pengereman. Ambil data-data yang diperlukan antara lain:

Beda ketinggian kolom Hg pada orificemeter.

Gaya pengereman (F)

6. Ulangi langkah no. 5 sampai poros berhenti.

7. Setelah semua pengambilan data selesai dilakukan, atur kembali beban pengereman

seperti kondisi awal.

8. Tutup katup discharge dan matikan motor listrik penggerak pompa.

9. Percobaan selesai.

PETUNJUK PENGUJIAN

POMPA SENTRIFUGAL



BAB II

PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL

2.1 Pendahuluan

Pompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida

melalui pipa dari suatu tempat ketempat lain. Spesifikasi pompa dinyatakan dengan

jumlah fluida yang dapat dialirkan per satuan waktu dan tinggi energi angkat. Dalam

menjalankan fungsinya tersebut, pompa mengubah energi gerak poros untuk

menggerakkan sudu-sudu menjadi energi gerak kemudian menghasilkan fluida

bertekanan.

Pada umumnya pompa digunakan untuk menaikkan fluida ke sebuah reservoir,

irigasi, pengisi ketel, dan sebagainya. Sedang dalam pelaksanaan operasinya pompa

dapat bekerja dengan instalasi secara tunggal, seri, dan paralel. Yang kesemuanya

tergantung pada kebutuhan serta peralatan yang ada.

Dalam perencanaan instalasi pompa, harus diketahui karakteristik pompa yang

akan digunakan untuk mendapatkan sistem yang optimum. Untuk itu mahasiswa teknik

mesin perlu malaksanakan praktikum yaitu untuk mendapatkan pengalaman pengujian

karakteristik pompa.


Adapun tujuan praktikum adalah untuk mendapatkan kurva karakterisistik dari

pengoperasian pompa tunggal, seri dan pararel yang diujikan sifat beberapa antara:

a. Hubungan antara Kapasitas (Q) terhadap Head (H)

b. Hubungan antara Kapasitas (Q) terhadap Efisiensi.

c. Hubungan antara Kapasitas (Q) terhadap Daya Poros keluaran dan Daya Air masukan.

2.3 Prinsip Kerja

Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida

melalui pipa dari suatu tempat ketempat lain. Cara fluida dapat berpindah adalah dengan

menciptakan beda tekanan. Fluida dapat mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.

Oleh sebab itu agar fluida dapat masuk ke dalam pompa, tekanan di sisi inlet harus lebih

rendah daripada tekanan atmosfer (tekanan vakum). Tekanan vakum ini diciptakan oleh

cepatnya putaran impeler dengan sudu yang dibuat sedemikian rupa agar air dapat masuk ke

dalam pompa.

Kemudian di dalam pompa, air diberikan gaya sentrifugal oleh putaran impeler

kemudian masuk ke sisi output dengan luasan pipa yang semakin melebar (volute). Dengan

demikian air mendapatkan tambahan energi tekanan ketika keluar dari pompa.

Proses konversi energi yang terjadi didalam pompa ialah dari energi listrik yang

diberikan akan dirubah menjadi energi mekanik oleh sebuah motor listrik AC. Energi

mekanik yang dihasilkan oleh motor listrik ini kemudian digunakan untuk memutar poros

yang tersambung ke impeler di dalam casing pompa. Putaran impeler akan menciptakan

tekanan vakum pada sisi inlet sehingga fluida dapat masuk kedalam pompa. Kemudian di

dalam pompa, fluida diberikan gaya oleh putaran impeler dan akan masuk ke pipa outlet

yang memiliki luas penampang yang membesar (volute) sehingga fluida yang keluar dari

pompa akan memiliki tekanan yang tinggi.

2.4 Klasifikasi Pompa

1. Positive Displacement Pump

Pompa jenis ini bekerja dengan cara membuat perubahan volume ruang kerja akibat

gerak translasi piston atau sudu sehingga dapat meningkatkan tekanan fluida didalamnya.

Pompa yang termasuk kedalam jenis ini ialah pompa torak, pompa rotary, gear pump, dll.

2. Dynamic Pump

Pompa jenis ini bekerja dengan adanya transfer gaya dari putaran impeler ke fluida

didalamnya, serta dibantu pula oleh sisi outlet yang memilki luasan pipa yang membesar

(volute). Sehingga pada sisi outlet fluida yang keluar mengalami peningkatan energi tekanan.

2.5 Rumus Perhitungan

2.5.1 Pompa Tunggal

1. Head (H)

𝐻 = 𝑃𝑑− 𝑃𝑠

𝛾 (m) .............................................................................................................. (2-25)

Keterangan:

𝑃𝑑 : Tekanan buang (N/m2)

𝑃𝑠 : Tekanan buang (N/m2)

: berat jenis air = water . g (N)

2. Kapasitas (Q)

.................................................................................................. (2-26)

Keterangan:

h = beda ketinggian fluida pada manometer (mmHg)

)/(1000

189,0 3smhQ

3. Putaran (n)

Satuan : rpm

4. Torsi (T)

........................................................................................................................ (2-27)

Keterangan:

F = Gaya / beban (N)

L = Panjang lengan momen = 0,179 m

5. Daya (W)

Daya Poros (W1) :

.................................................................................................. (2-28)

Keterangan:

k = konstanta brake = 53,35

n = putaran (rpm)

Daya Air (W2) :

𝑊2 = (𝑃𝑑 − 𝑃𝑠). 𝑄 (Watt) ........................................................................................... (2-29)

6. Efisiensi ( )

............................................................................................................. (2-30)

2.5.2 Pompa Seri

1. Head

Berdasarkan persamaan (2-25):

𝐻1 = 𝑃𝑑1 − 𝑃𝑠1

𝛾

𝐻2 = 𝑃𝑑2 − 𝑃𝑠2

𝛾

2. Kapasitas (Q)


)/(1000

189,0 3smhQ

3. Torsi (T)


).(11 mNLFT

).(22 mNLFT

LFT

)(1 Wattk

nFW

%1001

2 W

W

)(21 mHHHTotal

21 TTTTotal

4. Daya (W)

Daya Poros (W1) :


)(

)(

)(

2,11,1,1

222,1

111,1

WattWWW

Wattk

nFW

Wattk

nFW

Total

Daya Air (W2) :


)(

)()(

)()(

2,21,2,2

222,2

111,2

WattWWW

WattQPPW

WattQPPW

Total

sd

sd

5. Efisiensi ( ) :


%100,1

,2

Total

Total

W

W

2.5.3 Pompa Paralel

1. Head


)(111 m

PPH

sd

)(222 m

PPH sd

2. Kapasitas (Q)


)/(1000

189,0 3smhQ

3. Torsi (T)


).(11 mNLFT

).(22 mNLFT

21 TTTTotal

)(2

21 mHH

HTotal

4. Daya (W)

Daya Poros (W1) :


)(

)(

)(

2,11,1,1

222,1

111,1

WattWWW

Wattk

nFW

Wattk

nFW

Total

Daya Air (W2) :


o Jika n sama

W2,1 = (Pd1 – Ps1).2

Q (Watt)

W2,2 = (Pd2 – Ps2). 2

Q(Watt)

W2,total = W2,1 + W2,1 (Watt)

o Jika n berbeda

W2,1 = (Pd1 – Ps1). Q1 (Watt)

W2,2 = (Pd2 – Ps2). Q2 (Watt)

W2,total = W2,1 + W2,1 (Watt)

5. Efisiensi ( )


%100,1

,2

Total

Total

W

W



Variabel bebas adalah variabel yang dapat ditentukan sendiri dan tidak dipengaruhi

variabel lain. Dalam percobaan pompa sentrifugal ini, variabel bebas yang diamati adalah

besarnya kecepatan putaran poros dan putaran katup.


Variabel terikat adalah variabel yang nilainya dipengaruhi variabel bebas. Variabel

terikat dalam percobaan pompa sentrifugal ini antara lain:

a. Besarnya head pompa yang ditentukan dari perbedaan tekanan isap dan tekanan

buang.

b. Besarnya daya air dan daya poros dari pompa.

c. Besarnya kapasitas pompa yang ditentukan oleh beda ketinggian fluida pada

manometer.

d. Besarnya torsi dari pompa.

2.6.3 Variabel Terkontrol

Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga

variabel bebas dan variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang diteliti. Variabel

kontrol dalam percobaan pompa sentrifugal ini adalah besarnya kecepatan putaran motor

yang dijaga konstan.

2.7 Spesifikasi Peralatan yang Digunakan

Dalam pengujian pompa sentrifugal ini, digunakan perangkat pompa sentrifugal

dengan spesifikasi sebagai berikut :

Equipment : Two Stage Centrifugal Pump

Serial No. : TE 83/5806

Date : 8 March 1982

Suplied to : Karl Klub KG (for Indonesia)

Electrical Supply : 220 Volt, 1 Phase, 50 Hz

Tabel 2.1

Spesifikasi Pompa Sentrifugal

1st Stage 2nd Stage

Driving motor type Neco Shunt Neco Shunt

Serial no. C 166415.C C 166415.B

Speed Variable 0 to 3000

rev/min

Variable 0 to 3000

rev/min

Power 0,75 KW (1 HP) 0,75 KW (1 HP)

Electrical control

type

Neco electrical 2AF

ISO

Neco electrical 2AF

ISO

Pump type Stuart no 25/2 Stuart no 25/2

Max head 13 m 13 m

Max flow 130 L/minute 130 L/minute

Power Constant : 35,53

min/revNewtonWatts

Tachometer : Compand Type M 48, No. 62637

Venturi

Calibration : hv 2,0

Diameters D = 37,5 mm dan d = 22,2 mm

Note : Electrical Warning Labels Fitted

Literature : Winning Diagram 41109

2.8 Perangkat Percobaan

Instalasi pengujian ini terdiri dari 2 pompa sentifugal, yaitu pompa I (PI) dan pompa

II (PII) yang masing-masing digerakkan oleh sebuah sebuah motor listik (M) yang

dihubungkan dengan neraca pegas. Sebuah panel pengaturan putaran dan alat ukur

manometer raksa dan manometer jenis bourdon melengkapi sistem uji ini. Jaringan pipa

dilengkapi dengan 2 katup isap yaitu katup pompa I (A) & katup isap pompa II (B), sebuah

katup pengatur aliran tunggal, seri, atau paralel (C), sebuah katup pengatur pengeluaran

(D), serta sebuah venturi (V).

Gambar 2.1 Instalasi Pompa

Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida


1. Periksa semua kedudukan alat ukur pada posisi yang benar.

2. Pastikan tangki terisi air.

3. Pastikan dinamometer dalam keadaan setimbang.

4. Katup A dibuka, katup B tertutup (pengujian pompa tunggal).

5. Pompa I dihidupkan.

6. Besar putaran diatur dengan penyetelan n (putaran). Jaga putaran tetap konstan.

7. Dalam keadaan katup buang tertutup catat semua data pada alat ukur.

Data yang dicatat adalah :

a. Pompa tungggal

- Tekanan masuk (Ps)

- Tekanan buang (Pd)

- Beda ketinggian kolom Hg pada venturimeter (h)

- Gaya pembebanan (F)

b. Pompa seri

- Tekanan masuk (Ps) pompa 1 dan 2

- Tekanaan buang (Pd) pompa 1 dan 2


- Gaya pembebanan (F) pompa 1 dan

2 c. Pompa pararel

- Tekanan masuk (Ps) pompa 1 dan 2

- Tekanaan buang (Pd) pompa 1 dan 2


- Gaya pembebanan (F) pompa 1 dan 2

8. Ulangi langkah 7 dengan memutar katup buang 180o,untuk tiap pengambilan data.

Lakukan hingga terbuka penuh.

9. Untuk mengakhiri pengujian putar perlahan pengatur kecepatan putar pompa agar

kecepatan melambat. Katup buang ditutup kembali. Matikan mesin.

10. Pada pengujian pompa seri katup C diubah kedudukannya 1800 dan pompa II

dihidupkan. Langkah 7-8 diulangi lagi.

11. Pada pengujian pompa paralel katup C diubah kedudukannya 1800 (seperti

kedudukan awal), katup B dibuka dan pompa II dihidupkan. Langkah 7-8 diulangi

lagi.

12. Percobaan selesai

PETUNJUK PENGUJIAN

KOMPRESOR TORAK



BAB III

PENGUJIAN KOMPRESOR TORAK

3.1 Pendahuluan

Kompresor adalah suatu peralatan teknik yang penting untuk dipelajari karena

kompresor merupakan salah satu peralatan yang paling banyak digunakan di perindustrian,

selain itu perkembangan teknologi kompresor semakin mengalami kemajuan dan kemajuan

ini banyak melibatkan banyak pihak, salah satunya adalah mahasiswa. Sehingga

diharapkan dengan dilakuannya praktikum kompresor, mahasiswa nantinya juga semakin

ikut andil dalam kemajuan kompresor karena pentingnya kompresor di perindustrian. Dan

juga terdapat banyak faktor yang mempengaruhi teknologi kompresor karena terdapat

beberapa variabel yang mempengaruhi proses, diantaranya yaitu: laju aliran masukan

fluida, tekanan, dan temperatur. Semua variabel tersebut memiliki sistem pengendalian

masing-masing yang terintegarasi menjadi suatu sistem pengendalian kompresor agar

mendapatkan hasil kompresi yang sempurna.

Diantara sekian banyak kompresor, kompresor yang paling banyak digunakan adalah

kompresor torak karena kompresor adalah kompresor yang mempunyai daerah operasi

dengan tekanan yang paling tinggi. Selain itu, perawatan dan penggunaan kompresor

torak lebih sederhana diantara kompresor yang lainnya.


Mengetahui karakteristik kompresor torak secara umum, dalam pengertian mencari grafik

hubungan antara:

a. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice terhadap tekanan buang kompresor

(discharge pressure).

b. Kapasitas aliran udara pada sisi isap terhadap tekanan buang kompresor (discharge

pressure).

c. Daya adiabatik tarhadap tekanan buang kompresor (discharge pressure).

d. Efisiensi adiabatik terhadap tekanan buang kompresor (discharge pressure).

e. Efisiensi volumetrik terhadap tekanan buang kompresor (discharge pressure).

3.3 Klasifikasi Kompresor

1. Positive Displacement Compressor

Merupakan salah satu jenis kompresor yang mampu meningkatkan tekanan udara dengan

cara mengubahnya dari energi mekanik poros (crankshaft) ke dalam gerakan translasi piston

sehingga mengakibatkan adanya perubahan volume ruang kerja. Contoh dari kompresor jenis

ini ialah kompresor torak dan kompresor sekrup.

2. Dynamic Compressor

Merupakan salah satu jenis kompresor yang mampu meningkatkan tekanan udara dengan

adanya transfer gaya oleh sudu berputar atau impeller serta dibantu dengan bentuk casing

dengan luasan pipa yang membesar (volute). Contoh dari kompresor jenis ini ialah kompresor

aksial dan kompresor sentrifugal.

3.4 Prinsip Kerja

Energi listrik yang diberikan akan dirubah oleh sebuah motor listrik AC menjadi energi

mekanik berupa putaran poros yang tersambung ke crankshaft. Crankshaft sendiri berfungsi

untuk mengubah gerakan putar dari poros menjadi gerak translasi piston sehingga terjadi

perubahan volume ruang kerja di dalam silinder kompresor. Perubahan volume ruang kerja

ini dapat meningkatkan tekanan udara didalamnya. Sehingga pada sisi buang, udara yang

keluar sudah memiliki energi tekan yang tinggi.

3.5 Rumus Perhitungan

𝑇 = 273 + 𝑡𝑠(𝐾)................................................................................................................ (2-21)

𝑅 =8314.34

28.97(

𝐽

𝑘𝑔.𝐾)

.......................................................................................... (2-22)

𝑃𝑠=𝑃𝑏𝑎𝑟 . 13,6. (𝑚𝐻2𝑂) ....................................................................................................... (2-23)

𝑃 = 𝜌𝑎𝑖𝑟 . 𝑔. 𝑃𝑠(𝑘𝑔. 𝑚−2) .................................................................................................... (2-24)

𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =𝑃

𝑅.𝑇(

𝑘𝑔

𝑚3) ............................................................................................................... (2-25)

.......................................................................... (2-26)

Dimana :

T = temperatur ruangan (K)

)./()()8,997,28(

)34,8314(Kkgkgm

)

3.(.

1

..1

mkgudarak

P

airhgSGP k

saluran

ts = temperatur ruangan (oC)

R = konstanta gas universal

ρudara = rapat massa udara pada sisi isap (kg.m-3)

ρsaluran = rapat massa udara pada saluran (kg.m-3)

SG = spesific gravity

𝑆𝐺 =𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

𝜌𝑎𝑖𝑟 ........................................................................................................................ (2-27)

X = kelembaban relatif (%)

Pbar = tekanan barometer (mmHg)

Ps = tekanan atmosfer pada sisi isap (mH2O)

P = tekanan atmosfer (kg.m-2)

g = percepatan gravitasi (m.s-2)

hair = beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice (mH2O)

k = konstanta adiabatik = 1,4

1. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice

)(60)}(2{(12/1

menitkghgAW airairsaluran ................................ (2-28)

Dimana :

W = kapasitas aliran massa udara [kg/menit]

= koefisien kerugian pada sisi buang (coeffisient of discharge) = 0,613852

= faktor koreksi adanya ekspansi udara=0,999

A = luas penampang saluran pipa [m2]; d=0,0175 m

g = percepatan gravitasi bumi=9,81 [m/2

s ]

airh = beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice [ OmH 2]

air = rapat massa air [kg3

m ]

saluran = rapat massa udara pada sisi isap [kg3

m ]

2. Debit aliran udara pada sisi isap

]/[ 3 menitmW

Qudara

s

.............................................................................................. (2-29)

Dimana :

sQ = debit aliran udara pada sisi isap

W = kapasitas aliran massa udara [kg/menit]

udara = massa jenis udara [kg/3

m ]

3. Daya udara adiabatik teoritis

Pd = Pdgage x 104 + 1,033 x 104 [kg m-2] .............................................................................. (2-30)

161201

/1 kk

ds

adP

PQP

k

kL [kW] ................................................................. (2-31)

Dimana :

Lad = daya udara adiabatik teoritis [kW]

Pd = tekanan absolut udara pada sisi buang kompresor [kg m-2abs]

Pdgage = tekanan udara pada sisi buang kompresor [kg cm-2]

4. Efisiensi adiabatik

Ls = Nm x m [kW] ............................................................................................................ (2-32)

s

adad

L

L ........................................................................................................................ (2-33)

Dimana :

Ls = daya input kompresor [kW]

Nm = daya input motor penggerak [kW]

m = efisiensi motor penggerak

5. Efisiensi volumetrik

Qth = Vc x Nc [m3/min] ....................................................................................................... (2-34)

cccc nLDV ...4

2 [m3] .................................................................................................... (2-35)

th

sv

Q

Q ........................................................................................................................... (2-36)

Dimana :

Qth = kapasitas teoritis kompresor [m3/min]

Vc = volume langkah piston [m3]

Dc = diameter silinder = 0,065 [m]

Lc = langkah piston = 0,065 [m]

nc = jumlah silinder = 2

Nc = putaran kompresor [rpm]



Variabel bebas adalah variabel atau faktor yang dibuat bebas dan bervariasi. Dalam

praktikum kali ini variabel bebas adalah tekanan buang kompressor.


Variabel terikat adalah variabel atau faktor yang muncul akibat adanya variabel bebas.

Dalam pengujian ini variable terikatnya adalah:

a. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice (W)

b. Debit aliran udara pada pipa isap (Qs)

c. Daya adiabatik (Lad)

d. Efisiensi adiabatik (ηv)

3.6.3 Variabel Terkontrol

Variabel terkontrol adalah variabel atau faktor lain yang ikut berpengaruh dibuat sama

pada setiap media percobaan terkendali seperti katup tabung.

3.7 Spesifikasi Peralatan yang digunakan

3.7.1 Kompresor Torak

AIR COMPRESSOR SET

MODEL : CPT-286A

WORK : NO. 36EC-0799

DATE : MAY,1987

POWER SUPPLY : AC 380V, 50Hz. 3-PHASE

TOKYO METER CO..LTD

TOKYO JAPAN

3.7.2 Motor Listrik Penggerak Kompresor

Merk = Fuji electric

Output = 2,2 Kw ; Poros 4

Hz = 50

Volt = 380

Amp = 4,7

Rpm = 1420

RATING CONT.

SER NO (N) 5482703Y234

Type = MRH 3107 M

Frame = 100L

Rule = JEC 37

INSUL E JPZZ

BRG D-END 6206ZZ

BRG N-END 6206ZZ

3.7.3 Tangki Udara

AIR TANK

DATE : JANUARY 1987

MAX. WORKING PRESS : 11 Kg/cm2

HYDRAULIC TEST PRESS : 17,3 Kg/cm2

CAPACITY : 200 LITERS

3.8 Instalasi Alat dan Bagian-bagiannya

Gambar 3.1 Instalasi Alat dan Bagian-bagiannya

Sumber: Buku Pedoman Praktikum Mesin-Mesin Fluida FT-UB (2019)

Peralatan yang digunakan:

1. Motor Listrik

2. Kompresor

3. Tangki Udara

4. Orifice

5. Alat-alat Ukur:

- Tegangan (Voltmeter)

- Daya Input (Wattmeter)

- Putaran (Tachometer)

- Suhu (Thermometer)

- Tekanan (Pressure Gauge)

- Kelembaban (Hygrometer)


a. Periksa air pada manometer (Differential Pressure gage) apakah permukaan di kedua sisi

manometer berada dipertengahan daerah pengukuran pipa U.

b. Hubungkan unit dengan jaringan listrik, sementara saklar wattmeter, tenaga kompresor

masih pada kondisi “OFF”.

c. Hidupkan unit dengan menekan saklar “ON” kemudian tekan tombol start kompresor.

d. Atur kapasitas aliran dengan “discharge valve control”

e. Tunggu untuk selang waktu tertentu sehingga dipastikan kondisi sudah steady, kemudian

lakukan pencatatan data kompresor pada kondisi tersebut, dimana data yang dicatat

meliputi :

Tekanan = ditunjukkan oleh Pressure Gauge Manometer

Suhu = ditunjukkan oleh terrmometer

Putaran = ditunjukkan oleh tachometer

f. Catat data yang berhubungan dengan motor listrik

Tegangan = ditunjukkan oleh voltmeter

Daya input = ditunjukkan oleh wattmeter

Putaran motor = diukur dengan tachometer

g. Catat kondisi udara dalam tangki dan yang melewati saluran buang setelah tangki udara.

Data meliputi :

Tekanan = ditunjukkan oleh “Pressure Gauge Manometer”.

Temperatur bola basah dan bola kering yang ditunjukkan oleh “wetbulb dan drybulb

thermometer”. Untuk mendapatkan harga kelembaban udara.

Tekanan( beda tekanan) udara sebelum dan sesudah orifice yang ditunjukkan oleh

manometer cairan “Deflection Manometer”.

h. Ubah kapasitas aliran udara hingga tekanan dalam tangki naik, selanjutnya lakukan e, f,

dan g.

i. Percobaan selesai.

modul praktikum mesin-mesin fluidafluidlaboratory.ub.ac.id/wp-content/uploads/2020/... · energi...

Documents