presentation stirling

PERANCANGAN ALATBIDANG STUDI MESIN PRODUKSI

ALPHA MINI STIRLING ENGINE

Oleh :Imam Mulyono 341 1111 015Tukidi Slamet Rianto 341 1111 019

PROGRAM STUDI D III TEKNIK MESINPOLITEKNIK NEGERI BATAMBATAM - 2013

Dosen Pembimbing :Rahman Hakim ,STBudi Baharudin ,STNurman Pamungkas ,ST

ra

PERANCANGAN ALATALPHA MINI STIRLING ENGINE

Pada saat ini perkembangan motor bakar menuju ke arah motor bakar yang ramah lingkungan dan menekankan pada pemakaian biaya yang lebih rendah. Hal ini disebabkan karena semakin menipisnya persediaan bahan bakar fosilyang tersedia di dunia.

Berdasarkan pemikiran tersebut, penelitian ini dilakukan untuk mengembangkan sebuah motor bakar yang menggunakan bahan bakar yang low cost dan relatif tidak membahayakan lingkungan, dalam artian emisinya rendah. Bahan bakar digunakan sebagai sumber energi kalor yang dikonversikan oleh motor bakar menjadi energi mekanik berupa gerakan translasi piston yang kemudian diubah menjadi gerakan rotasi flywheel. Untuk mendapatkan hasil tersebut digunakan motor bakar berupa motor stirling.

Motor stirling adalah salah satu jenis motor bakar dimana pembakarannya terjadi di luar.Dalam proses pembuatan sebuah prototype mesin stirling, dibutuhkan proses perancangan. Proses perancangan tersebut meliputi proses perhitungan termodinamika yang nantinya dijadikan sebagai acuan dalam perancanganelemen mesin, pemilihan bahan dan penentuan dimensi dari prototype tersebut.

ABSTRAK

Isu kenaikan bahan bakar memaksa para ilmuwan untuk melakukan studi maupun riset dalam hal menghemat bahan bakar, lebih-lebih yang ramah lingkungan.

Mesin stirling dapat dioperasikan melalui berbagai sumber panas, seperti tenaga matahari, kimia maupun nuklir. Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal, mesin Stirling memiliki potensi untuk lebih efisien, lebih tenang, dan lebih mudah perawatannya.Mengingat mesin stirling ini sangat berpotensi untuk dikembangkan sebagai tenaga pembangkit listrik mini di daerah – daerah hiterland.Maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang di tuangkan dalam prototype mini stirling.

PERANCANGAN ALATALPHA MINI STIRLING ENGINELatar Belakang


PERUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang dapat diangkat dalam pembahasan kali ini adalah berusaha membuat prototype alpha mini stirling engine yang nantinya dapat di kembangkan menjadi mesin yang dapat di gunakan sebagai pembangkit tenaga listrik yang hemat energi dan ramah lingkungan


Batasan Masalah

Dalam topik penulisan Proposal ini.Pembatasan – pembatasan tersebut sebagai berikut :

•Mengetahui Prinsip kerja Mesin Stirling

•Perancangan Mesin Stirling Tipe alpha


Metodologi yang penulis lakukan untuk merancangMesin mini Stirling Alpha ini antara lain : •Studi leteratur

Dilakukan untuk mengupulkan data atau informasi yangterdapat dari buku-buku referensi,internet, Dan sumber – sumber lainnya.

•ObservasiMelakukan survei dan mengamati secara

langsung Prinsip kerja Mesin Stirling Yang ada di Workshop Politeknik Negeri Batam.

•EksperimenMelakukan Uji coba data

Metodologi


Hukum yang berlakuProses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut proses ireversibel (irreversibel process). Proses tersebut berlanggsung secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya. Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung secara bolak-balik. Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses reversibel selalu mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel merupakan proses seperti-kesetimbangan (quasi equilibrium process).


Tiga pernyataan bagi Hukum Kedua TermodinamikaKalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas

(sebaliknya: dapat spontan?)Tidak ada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi

usaha secara utuh (sebaliknya: dapat spontan?)Setiap sistem terisolasi condong menjadi acak (sistem terbuka: dapat menumbuhkan

keteraturan?)


Hukum II Termodinamika

Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi (Clausius)

Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible jika tidak terjadi proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)Suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan hanya mengambil energi

dari suatu sumber suhu tinggi kemudian membuangnya ke sumber panas tersebut untuk menghasilkan kerja abadi

(Ketidakmungkinan mesin abadi)Mesin Carnot adalah salah satu mesin reversible yang menghasilkan

daya paling ideal. Mesin ideal memiliki efisiensi maksimum yang mungkin dicapai secara teoritis

MESIN KALOR Sebuah mesin kalor adalah sesuatu alat yang menggunakan

kalor/panas untuk melakukan usaha/kerja.

Mesin kalor memiliki tiga ciri utama:

1. Kalor dikirimkan ke mesin pada temperatur yang relatif tinggi dari suatu tempat yang disebut reservoar panas.

2. Sebagian dari kalor input digunakan untuk melakukan kerja oleh working substance dari mesin, yaitu material dalam mesin yang secara aktual melakukan kerja (e.g., campuran bensin-udara dalam mesin mobil).

3. Sisa dari kalor input heat dibuang pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur input ke suatu tempat yang disebut reservoar dingin.


1.Sejarah Singkat Mesin Stirling

Penemu dari mesin stirling adalah Robert Stirling (1790-1878), beliau adalah preacher (pendeta) dan penemu. Beliau juga merupakan menteri gereja negara Skotlandia pada saat itu yang tertarik pada kesehatan fisik dan keselamatan dari jemaah gerejanya dalam rangka untuk kebaikan jiwanya.

t


Prinsip Kerja Mesin Stirling

Prinsip Kerja Dasar Mesin Stirling

Cara kerja mesin ini memanfaatkan sifat dasar Udara yang akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika didinginkan. Dengan demikian akan terjadi siklus pemuaian dan penyusutan sehingga sebuah mesin dapat berputar.

Dari definisi tadi dapat ditarik kesimpulan bahwa sebuah stirling engine akan bekerja atau berputar jika terdapat perbedaan temperatur. Perbedaan temperatur tersebut mengakibatkan adanya perbedaan tekanan yang akhirnya menghasilkan ekspansi dari fluida kerjanya. Ekspansi inilah yang dimanfaatkan untuk dikonversi menjadi kerja oleh piston yang kemudian dihubungkan ke poros engkol (crankshaft) agar menjadi kerja mekanik. Poros engkol ini kemudian dihubungkan ke flywheel agar dapat terjadi siklus berikutnya.


Mesin Stirling dibagi menjadi tiga type :

1. Type Alpha

2. Type Beta

3. Type Gama


Prinsip Kerja Mesin Strirling Tipe Alpha (α)

Seperti yang dapat dilihat pada gambar di samping, motor stirling tipe initerdiri dari dua silinder dengan susunan saling membentuk sudut 90° antara satu sudut dengan sudut yang lainnya, silinder tersebut adalah silinder panas(ekspansi) dan silinder dingin(kompresi).

Stirling engine ini juga memerlukan flywheel. Pada gambar silinder panas di samping, ditunjukkan dengan disebelah kiri, yang dipanaskan dengan api dari burner. Kemudian silinder dingin ditunjukkan di sebelah kanan pada gambar di bawah, didinginkan dengan sistem pendinginan udara

.


PERANCANGAN TERMODINAMIKA

Proses perancangan mesin stirling ini, tidak berdasarkan daya output yang harus dihasilkan, melainkan mencoba menges-timasi berapa daya yang dihasilkan dengan kondisi-kondisi termodinamika yang dapat dicapai.

Kondisi termodinamika tersebut adalah:•Temperatur udara dalam silinder panas (TE), temperatur ini dicapai dengan menggunakan burner dengan bahan spirtus,minyak tanah / kerosin.•Temperatur udara dalam silinder Dingin (TC). Pendinginan yang

dilakukan untuk mencapai temperatur ini adalah menggunakan sirip pada silinder dingin, dengan sistem pendinginan udara.

•Fluida kerja yang digunakan adalah udara dengan konstanta gas individualnya adalah 286 J/(Kg.K)



•Sudut antara silinder ekspansi(hot cylinder) dan silinder kompresi (cold cylinder) (dx) = 900, yang juga merupakan sudut fasa dari

mesin stirling yang dirancang.

Untuk menghitung parameter-parameter dalam perancangan termodinamika mesin stirling ini, digunakan pendekatan termodinamika dengan teori Schmidt

Asumsi-asumsi tersebut adalah sebagai berikut:

•Tidak ada pressure loss dan tidak ada perbedaan internal pressure

•Proses ekspansi dan proses kompresi berlangsung secara isothermal.

•Kondisi fluida kerja adalah udara sebagai gas ideal.

•Terjadi regenerasi sempurna.•Volume sisa pada silinder panas menjaga temperatur gas pada silinder panas - TE, volume sisa pada silinder dingin menjaga temperatur gas pada silinder dingin - TC selama siklus.•Temperatur pada regenerator adalah rata-rata temperatur ekspansi – TE dan temperatur kompresi – TC ( tidak dipakai).

•Volume ekspansi (VE) dan volume kompresi (VC) berubah berdasarkan fungsi sinusioda.



Parameter Berdasarkan Kondisi Termodinamika

Volume Langkah Piston Kompresi ( VSC ) Dan Ekspansi ( VSE )

Rasio Kompresi ( r ) :

Rasio Temperatur ( t ) :

Parameter Berdasarkan Kondisi Termodinamika


Rasio Volume Langkah ( v ) :

Rasio Volume sisa Pada Silinder Dingin ( XDC )

Rasio Volume Sisa Pada Silinder Panas ( XDE )


Diketahui :Volume untuk heating silinder VDE dan cool Vc

Vsc =

Vsc = 3,85 . 10-6 m³

Dimana d = 14 mm =0,014 m Panjang langkah / stroke S = 25mm = 0,025 m

Menghitung silinder expansi


Menghitung Volume sisa

V =

Vsc / = 3,08 . 10-7 m³VDE

Rasio Kompresi :

3,85 x 10-6 + 3,08 x 10-7

3,08 x 10-7r =

r = 1,35

Rasio Temperatur :

t =

Asumsi Tc = 25º C = 298,15 KTe = 150ºC = 423,15 K

t = 0,705


Rasio Volume langkah :

V =

V= 1

Rasio Volume sisa pada silinder dingin / panas:

XDX= XDX= 0,08

PERANCANGAN ALATALPHA MINI STIRLING ENGINE ( Pembuatan

Diagram Alir Proses Pembuatan Mesin Stirling


Mesin-mesing yang akan di gunakan :

1.Bubut ( turning )2.Frais ( Milling )3.Gergaji ( Bandsaw )4.Bor ( Drilling )5.Dan alat – alat kerja bangku

Dengan tingkat kepresisian 0.01 sampai 0.02 untuk yang memerlukan kepresisian ( suaian antara poros dan lubang )

Estimasi biaya yang harus dikeluarkan :No Komponen Material Jumlah Harga ( Rp )

1 Heating Cylinder Ø50x65 AL 1 100.000,-

2 Radiator Ø60x30 AL 1 100.000,-

3 Spacer Ø50x12 AL 1 30.000,-

4 Heating Piston Drive Rod Ø6x87,2 MS/AL 1 20.000,-

5 Slotted Pivot Connector Ø8x12 MS/AL 1 10.000,-

6 Lock Pin Ø4x8 SKH 1 20.000,-

7 Arm Heating And Cooling Drive Rod 5x46 MS/AL 2

10.000,-

8 Cooling Cylinder Ø50x47 AL 1 100.000,-

9 Bracket #1 12x60x109,8 AL 1 100.000,-

10 Base 12x150x250 AL 1 250.000,-

11 Fastener / Cap Screw M6x20 BMS 15 30.000,-

12 Washer Ø8x1 AL 1 3000,-

13 Round Eccentric Connector Ø40x12 AL 1 10.000,-

14 Bracket #2 12x107x109,8 AL 1 50.000,-

15 Bearing SKF Bearing Ø40x27 AL 1 30.000,-

16 Flywheel Ø90x12 AL 1 100.000,-

17 Shaft Ø8x53 SKH 1 20.000,-

18 Pison Pin Ø4x14 SKH 1 20.000,-

19 Cooling Piston Ø14x28 AL 1 10.000,-

20 Heating Piston Ø14x44 AL 1 10.000,-

21 Axle Pin Ø6x18 MS 1 10.000,-

22 Insert Screw M4x6 BMS 1 2.000

Jumlah Total Biaya Pembuatam Mini Stirling Engine Rp 1.035.000,-

Analisis Secara Umum

Secara umum, Mesin stirling yang dirancang dan dibuat sudah memenuhi teori-teori dan perhitungan yang dilakukan dengan persamaan-persamaan yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya,yang didapat pada saat tahap studi literatur penyusunan tugas Perancangan alat ini, Mini Stirling Engine tipe Alpha yang akan saya buat belum dicapai dan temperatur di dalam silinder panas & dingin ( belum diadakanya percobaan ), tetapi teori saja belum mencukupi untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai mesin stirling ini, pengalaman dalam melakukan perancangan sebuah motor bakar juga dibutuhkan dalam melakukan penelitian pada saat pengujian nanti.

Analisis Perancangan Termodinamika

Dari hasil perancangan prototype termodinamika Mini stirling engine tipe alpha akan diperoleh daya yang cukup besar dengan putaran tertentu,Hasil-hasil tersebut diperoleh dengan mengaplikasikan teori Schmidt pada perancangan termodinamika ini. Pada perancangan termodinamika tersebut, fungsi regenerator tidak dilibatkan, dalam artian pengaruh termodinamika dari regenerator tidak muncul dalam persamaan-persamaan yang digunakan dalam teori Schmidt tersebut

DAFTAR PUSTAKA

1.Stirling energy system, SES . 2008 . Solar Two . diakses tanggal 16 April 2013 dari http://www.stirlingenergy.com/projects/default.asp2.Fette, Peter . How Does Stirling Engine Work.. diakses 16 April 2013 dari

http://www.stirling-fette.de/howdoes.htm#A0#A03. Khirata, Koichi . Bekkoame Home Page, Schmidt theory for Stirling engines .

Stirling engine home page [online]. diakses tanggal 16 April 2013. dari :http://www.bekkoame.ne.jp/_khirata

4. Herzog, Zig . Schmidt Theory . Diakses pada tanggal 16 April 2013darihttp://www.ent.ohiou.edu/~urieli/stirling/ engines/engines.html

5. www.google.co.id6. Anggit Yuliartono M, Perencanaan termodinamika dan Pengujian motor

Stirling tipe Alpha (α) dengan Konfigurasi V-90° . Buku Tugas Akhir program Sarjana Strata Satu , Jurusan Teknik Mesin ,Istitut Teknologi Nasional Bandung,2010

presentation stirling

Documents