Paper Title (use style: paper title)

Efisiensi Kinerja Siklus Stirling EngineAinun Nadiroh, Dame Peto Marcella Banurea, Heru Susanto, Muhammad Salman Alfarisi, Winona AndnindyaraJurusan Teknik Fisika ITS, Surabaya

Abstrak-Kata kunci:

I. PENDAHULUANKebutuhan bahan bakar selalu meningkat, seiring dengan pengunaannya di bidang industri maupun transportasi. Tetapi saat ini dunia mengalami krisis bahan bakar minyak. Penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi menimbulkan dampak negatif pada lingkungan [1].Mesin stirling ditemukan tahun 1816 oleh Robert Stirling (1790-1878). Saat itu disebut mesin udara dengan model mesin pembakaran luar siklus tertutup. Dia mematenkan temuan itu pada 27 September 1816 dan berlaku efektif 20 Januari 1817 atau ketika dia baru berumur 26 tahun. Sejak awalnya mesin Stirling memiliki reputasi kerja yang baik dan masa kerja yang lama (di atas 20 tahun), antara lain digunakan sebagai mesin pompa air dengan kapasitas rendah, yaitu pada pertengahan abad ke sembilanbelas sampai sekitar tahun 1920, yaitu ketika mesin pembakaran internal dan motor listrik mulai menggantikannya. Mesin dengan udara panas (hot-air machine) dikenal karena cara kerjanya yang mudah, kemampuannya menggunakan berbagai jenis bahan bakar; selain itu operasinya aman, tidak berisik, efisiensinya memadai (moderate), stabil dan rendah biaya perawatannya [2].Oleh karena itu, percobaan ini dilakukan untuk menghitung dan menganalisa efisiensi sistem dari stirling engine.II. DASAR TEORI2.1 Mesin StirlingStirling adalah mesin kalor yang mengambil kalor dari luar silinder kerjanya. Sumber kalor apapun, selama temperaturnya cukup tinggi, akan bisa menggerakkan motor stirling ini. Mesin stirling juga dikenal sebagai mesin pembakan luar,proses kerjanya seperti motor bakar pembakaran dalam komponen utama sistem [1]

Gambar 2.1 Skema Stirling dengan Bahan Bakar [1]Cara kerja mesin ini memanfaatkan sifat dasar Udara yang akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika di dinginkan. Dengan demikian akan terjadi siklus pemuaian dan penyusutan sehingga sebuah mesin dapat berputar. Dari definisi diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa sebuah mesin stirling akan bekerja atau berputar jika terdapat perbedaan temperatur.

Mesin Stirling bekerja dengan urutan demikian:

1. Ruang udara dipanasi dari bawah, maka udara di dalam nya akan memuai dan menekan power piston ke atas.2. Power piston menggerakkan crank saft bersamaan dengan itu displacer akan berpindah tempat ke posisi paling atas, dengan melihat gambar, dengan adanya posisi displacer di bagian atas ruang udara, maka mayoritas udara di dalam ruang udara mengalami pemanasan. Sehingga terjadi kompresi lanjutan yang menebabkan power piston terus bergerak hingga posisi puncak.3. Saat power piston berada di posisi pincak maka dengan bantuan fly wheel, segera piston akan bergerak turun lagi, posisi displacer sudah berada di tengah,sehingga dengan demikian sebagian udara akan mengalami penyusutan yang mengakibatkan power piston terhisap ke bawah.

4. Hal ini terus berlangsung hingga posisi power piston ter-rendah di ikuti oleh pergerakkan displacer ke tengah.

5. Dan begitu seterusnya, hal ini berlangsung juga dengan bantuan fly wheel yang menyimpan momen inersianya.

Siklus stirling ideal terdiri dari 4 (empat) proses yang dikombinasikan menjadi sebuah siklus tertutup, yaitu, dua proses isothermal dan dua proses isochoric, seperti gambar 2.7. Proses-proses tersebut ditunjukkan pada diagram tekanan-volume (P-v) dan diagram temperatur-entropi (T-s). Luas area didalam diagram siklus stirling tersebut adalah kerja indikator yang dihasilkan dari siklus tersebut. Kerja dihasilkan oleh siklus hanya dihasilkan dari proses isothermalnya saja. Untuk memfasilitasi kontinuitas kerja dari dan menuju sistem, sebuah flywheel harus diintegrasikan dalam rancangan mesin stirling. Flywheel berguna sebagai storage device untuk energi. Dalam siklus ini, panas harus ditransmisikan dalam seluruh prosesnya, kerja yang dihasilkan dari siklus stirling tertutup ideal direpresentasikan oleh luas area 1-2-3-4 pada diagram P-V. Dari Hukum Pertama Termodinamika, kerja output harus sama dengan panas input yang direpresentasikan pada area 1-2-3-4 di diagram T-S. Regenerator dapat digunakan untuk mengambil panas dari fluida kerja di proses 4-1 dan mengembalikan lagi panas dalam proses 2-3. Siklus Carnot memperlihatkan efisiensi teoritik dari sebuah siklus termodinamika.Kerja output dari siklus Stirling dapat dievaluasi dengan cara integral tertutup.

Gambar 2.2 Siklus Stirling Ideal dalam Diagram P-v dan T-s [1]

. . . (2.1)

. . . (2.2)

. . . (2.3)

. . . (2.4)

. . . (2.5)

. . . (2.6)

. . . (2.7)

. . . (2.8)

. . . (2.9)

. . . (2.10)

. . . (2.11)III. METODOLOGI PERCOBAANDalam bagian ini akan dipaparkan mengenai peralatan dan bahan yang digunakan pada praktikum ini beserta langkah-langkah dalam praktikum.

3.1 Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam praktikum P-2 adalah sebagai berikut:

a. Stirling engineb. Tachometerc. Timbangan massa digitald. Bensin

e. Spiritusf. Jangka sorong3.2 Prosedur PraktikumLangkah-langkah yang dilakukan selama praktikum yakni sebagai brikut:a. Peralatan dan bahan disiapkan

b. Massa bahan bakar bensin ditimbang dengan timbangan digital (berlaku juga untuk spiritus) dan dicatat pada tabel 1.c. Bahan bakar dimasukkan ke dalam tungku pembakaran, lalu diletakkan tepat di atas bagian hot end pada stirling engine.d. Api pada tungku pembakaran dinyalakan.

e. Tachometer diletakkan di samping flywheel untuk diukur rotasi per menitnya dan dicatat pada tabel 2.1.f. Suhu yang tertera di termometer saat sebelum dan sesudah pembakaran dicatat pada tabel 2.1.g. Kemudian dilakukan perhtiungan efisiensi dan daya dari stirling engine.Tabel 1 Perbedan massa pembakaran

Bahan Bakarmassa sesudahmassa sebelum massa

Bensin

Spirtus

Tabel 2.1 Hasil Pengambilan DataMenitRpmThotTcool

3

6

9

3.3 Prosedur Pengolahan DataLangkah-langkah dalam pengolahan data hasil praktikum adalah sebagai berikut:a. Daya dari stirling engine dihitung.b. Efisiensi dari stirling engine dihitung.

c. Terakhir dilakukan analisa pada hasil perhitungan daya dan efisiensi stirling engine.

IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN4.1 Analisa Data

Dari praktikum yang telah dilaksanakan ditentukan pengambilan data dilakukan 3 kali dengan rentang setiap 3 menit sekali. Tabel berikut berisi data pengukuran yang dilakukan. Data yang didapatkan adalah sebagai berikut:Tabel 4.1 Bahan Bakar Bensin

WaktuT eksp (Celcius)T komp (Celcius)Rotasi/n menit

3 menit92.0639.06370

6 menit126.7539.60366

9 menit157.7542.48391

rata-rata125.5240.38375.67

Tabel 4.2 Bahan Bakar Spiritus

waktuT eksp (Celcius)T komp (Celcius)Rotasi/n menit

3 menit8141167

6 menit8342177

9 menit83.542.97190

rata-rata82.541.99178

4.1.1 Perhitungan QinLHV = HHV 3240 kJ/kg maka nilai HHV dari masing-masing bahanbakar adalah sebagaiberikut:Tabel 4.3 Nilai HHV Bahan BakarBahan bakarHHV (kj/kg)

Bensin46536

Spiritus22884

Tabel 4.4 Massa Pembakaran

Bahan Bakarmassa sesudah(gram)massa sebelum(gram) massa(gram)

Bensin238.14223.96514.175

Spirtus2762715

a. Bahan Bakar Bensin

Qin = m x HHV

= 0.014175 x 46535

= 659.63 kJb. Bahan Bakar Spiritus

Qin = m x HHV

= 0.005 x 22884

= 114,42 kJ4.1.2 Perhitungan Qouta. Bahan Bakar SpiritusPerhitungan W menggunakan persamaan di bawah ini:

Qout = nR(Thot Tcool) ln (Vhot/ Vcool)

SecWP

000

1801.05511612.93674

3601.0814943.190407

5401.06909643.385472

Gambar 4.1 Grafik Sec-P SpirtusDari grafik pada gambar 4.1 didapat luasan yang berarti nilai Qout = 1671.451b. Bahan Bakar BensinSecWP

000

1801.3980298.6211781

3602.29883414.022889

5403.04058119.814452

Gambar 4.2 Grafik Sec-P Bensin

Dari grafik pada gambar 4.1 didapat luasan yang berarti nilai Qout = 6135.2644.1.3 Menghitung efisiensi

Perhitungan efisiensi menggunakan rumus di bawah ini:

a. Bahan Bakar Bensin

= 6135.264/659.63

= 9.3b. Bahan Bakar Spiritus

= 1671.451/114.42

= 14.64.2 PembahasanV. KESIMPULAN

References[1] H. I. Alfikri, "Analisis Pembangkit Listrik dengan Generator Stirling," Jurnal Teknik Elektro, vol. I, no. 1, pp. 1-6, 2014.

[2]A. R. Maulana, "Karakteristik Unjuk Kerja Stirling Engine Type Gamma 40cc Terhadap Variasi Tekanan Awal," digilib unej, pp. 1-15, 2012.