seminar nasional teknik mesin 2012 …perpus.upstegal.ac.id/files/e_book/artikel_109.pdf ·...

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PANCASILA

Jl. Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan

Jakarta, 24 Oktober 2012

PENGHEMATAN PENGGUNAAN ENERGI BAHAN BAKAR FOSIL SERTA PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF

DI INDONESIA

SEMINAR NASIONAL TEKNIK MESIN 2012

proceeding

i

SEMINAR NASIONAL TEKNIK MESIN 2012

PENGHEMATAN PENGGUNAAN ENERGI BAHAN BAKAR FOSIL SERTA PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF DI INDONESIA

Proceeding

Jakarta, 24 Oktober 2012

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PANCASILA

Jl. Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan

ii

DIPUBLIKASIKAN OLEH:

Program Studi Teknik MesinFakultas Teknik Universitas Pancasila

Dengan mengirimkan makalah kepada kami, makan seluruh penulis dalam prosiding ini kami anggap sudah memberikan pernyataan mengenai orisinalitas karya mereka serta mengijinkan penerbitannya

dalam prosiding ini. Penerbit dan Panitia SEMNAS TM 2012 tidak bertanggung jawab terhadap kebenaran, kesalahan, dan keakuratan isi, serta akibat yang diakibatkan oleh penggunaan sebagian atau

seluruh materi makalah dalam prosiding ini. Pengutipan, pengambilan, penggunaan, atau penerbitan kembali sebagian atau seluruh materi makalah dalam prosiding ini hanya dapat dilakukan

atas ijin penulis yang bersangkutan. Penerbit dan Panitia SEMNAS TM 2012 tidak bertanggung jawab secara hukum atas akibat yang mungkin dihasilkan

Copyright © by Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Pancasila2012

Seminar Nasional Teknik Mesin 201Jakarta, 24 Oktober 2012

Program Studi Teknik Mesin iii Fakultas Teknik Universitas Pancasila

KATA SAMBUTAN KETUA PANITIA PELAKSANA

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh dan salam sejahtera bagi kita semua Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena hanya atasberkat, rahmat dan karunia-Nya-lah seminar SEMNAS TM 2012 ini kembali dapat terselenggara pada hari ini, 24 Oktober 2012, di Gedung Fakultas Teknik Universitas Pancasila yang sangat kita cintai ini. SEMNAS TM 2012, yang merupakan kependekan dari Seminar Nasional Teknik Mesin 2012, adalah seminar tahunan, yang diharapkan dapat menjadi wahana pertukaran informasi hasil penelitian/karya ilmiah dari para mahasiswa dan akademisi di tingkat perguruan tinggi khususnya, serta para ilmuwan dan kalangan profesional dari seluruh Indonesia. Seminar ini diharapkan juga dapat menjadi forum diskusi ilmiah antar disiplin ilmu yang tercakup dalam berbagai bidang keilmuan, khususnya ilmu teknik, serta ilmu-ilmu lain yang terkait. Seluruh panitia SEMNAS TM 2012 telah berupaya keras untuk melakukan tugasnya dengan baik. Hal ini terlihat dari banyaknya artikel ilmiah yang telah kami terima. Setelah melalui proses penilaian yang cukup ketat oleh tim reviewer kami yang berasal dari perguruann tinggi dan lembaga penelitian di Indonesia, hanya sekitar 90% dari keseluruhan paper yang akhirnya dinilai layak untuk disajikan dalam serangkaian sesi presentasi yang diadakan selama seminar berlangsung, serta selanjutnya akan didokumentasikan dan diterbitkan dalam Proceeding SEMNAS TM 2012. Terima kasih yang setulus-tulusnya kami sampaikan kepada seluruh anggota tim pengarah dan reviewer, yang telah membantu terjaminnya kualitas artikel-artikel yang disajikan dalam seminar ini. Sebagai Ketua Panitia SEMNAS TM 2012, saya sampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya atas antusias serta kerja keras yang telah ditunjukkan oleh seluruh anggota panitia, serta berbagai pihak yang telah terlibat secara langsung atau pun tidak langsung demi suksesnya seminar ini. Akhir kata, saya ucapkan terima kasih dan selamat datang kepada semua peneliti, dosen, mahasiswa, pihak industri, serta seluruh peserta SEMNAS TM 2012 ini. Kami akui bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penyelenggaraan acara ini, namun begitu kami selalu berharap adanya saran yang membangun untuk perbaikan di masa mendatang. Wassalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh Ketua Panitia Pelaksana SEMNAS TM 2012, Dr. Ir. Yohannes Dewanto, MT


Program Studi Teknik Mesin v Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL iKATA SAMBUTAN KETUA PELAKSANA iiiSUSUNAN PANITIA ivDAFTAR ISI vUCAPAN TERIMA KASIH ix A. KELOMPOK ENERGI TERBARUKAN

1. ENERGI LISTRIK TENAGA OMBAK GERAK VERTIKAL DENGAN “TAPERED CHANNEL” (K1-4-01) Soebyakto, M. Fajar Nurwildani, M. Agus Shidiq, Drajat Samyono

A1

2. STUDI POTENSI ENERGI ANGIN (WIND ENERGY) DI CIREBON UNTUK TURBIN ANGIN (WIND TURBINE) KAPASITAS 900 W – 1000 W KEPERLUAN DAERAH NELAYAN DESA GEBANG KABUPATEN CIREBON (K1-7-02) W.Djoko Yudisworo dan Junial Heri

A8

3. ANALISIS PRESTASI KETEL UAP DENGAN PENGUNAAN SUMBER PANAS ULANG GAS BUANG MOTOR BAKAR TORAK YANG MENGUNAKAN BAHAN BAKAR GAS ALAM. (K1-5-03) Bambang Hermani

A11

4. DESAIN ALAT PENANGKAP GAS METHAN BAHAN SAMPAH ORGANIK DI PASAR (K1-9-04) Sugeng Suprijadi

A16

5. GENERASI LISTRIK DARI ENERGI PEMBANGKIT TENAGA PANAS BUMI DI JAWA BARAT INDONESIA (K1-10-05) Agus Siswanto

A21

6. STUDI AWAL KULTUR MIKROALGA Scenedesmus sp DENGAN MENGGUNAKAN WARNA PENCAHAYAAN BERSUMBER DARI LED SEBAGAI UPAYA PENYEDIA BAHAN BAKU BIODIESEL: SEBUAH RANCANGAN PENELITIAN (K1-32-06) Amalia Rizky Eka Putri, Agung Sedayu dan Satwiko Sidopekso

A26

7. STUDI KARAKTERISTIK MODUL SURYA SISTEM 48 VOLT PADA DC HOUSE (K1-37-07) Riyan M. Satwiko S. dan Hadi N

A31

8. STUDI UJI COBA WIND TURBINE MENGGUNAKAN ADJUSTABLE SPEED DRIVE SEDERHANA (K1-39-08) Kristin Natalia, Satwiko S. dan Hadi N

A36


Program Studi Teknik Mesin vi Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

9. STUDI RANCANG BANGUN PORTABLE NANO HYDRO SEBAGAI ALTERNATIF SUMBER PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK (K1-43-10) Al Amin, Satwiko S dan Taufik

A40

10. PERANCANGAN TURBIN ANGIN SAVONIUS KAPASITAS 110 W (K1-49-10) Eka Maulana dan Adri Huda

A44

11. PENGUKURAN KANDUNGAN ENERGI PANAS PADA PANAS BUMI (K1-53-10)

Nafsan Upara

A48

B. KELOMPOK REKAYASA ENERGI

1. ANALISIS PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK PADA ELECTRIC ARC FURNACE DENGAN SISTEM WASTE HEAT RECOVERY (K2-6-01) Ade Nadjuri

B1

2. ANALISA PENGARUH PENGGUNAAN DUA BUSI PADA KINERJA MESIN VESPA SCOOTER (K2-11-02) Imron rosyadi, Yusvardi Yusuf dan Heru Sulton

B6

3. PEMANFAATAN GAS BUANG YANG MASUK KEDALAM EKONOMISER SEBAGAI PENINGKATAN KINERJA KETEL UAP PIPA AIR (K2-12-03) Wasiran

B12

4. RANCANG BANGUN PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK MIKROHIDRO BERBASIS PEDESAAN (K2-14-09) Ibrahim Sb

B19

5. RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HYBRID (PANEL SURYA DAN WIND TURBINE) UNTUK SUPPLY DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS) (K2-15-10) Muhamad Soleh dan Safrizal

B23

6. SIMULASI KURVA POLARISASI PEMFC TERHADAP PENGARUH PERUBAHAN PARAMETER TEKANAN, TEMPERATUR, DAN KELEMBABAN (K2-23-11) Anton Dwi Kusuma

B28

7. STUDI PARAMETER DESAIN DAN OPERASI SIKLUS RANKINE ORGANIK SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI TERBUANG (K2-25-12) Darwin Rio Budi Syaka, Syarifuddin Ahmad dan Nugroho Gama Yoga

B35


Program Studi Teknik Mesin vii Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

8. THE ANALYSIS OF SOLARDEX FUEL HEATING AGAINST PERFORMANCE OF STATIONARY CYCLE DIESEL ENGINE (K2-26-13) Nugrah Rekto Prabowo

B40

9. PENINGKATAN PERFORMANCE ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE MENGGUNAKAN INSERT UNTUK MENGURANGI KONSUMSI BAHAN BAKAR SISTEM PEMBANGKIT TENAGA (K2-27-14) Chandrasa Soekardi

B45

10. OPTIMALISASI DESIGN ALAT ECONOMIZER SEBUAH HRSG INSTALASI PEMBANGKIT TENAGA GAS-UAP UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI ENERGI (K2-28-15) Chandrasa Soekardi

B51

11. DESAIN ALAT APLIKATIF PEMANFAATAN LIMBAH PLASTIK POLIETILEN SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF MESIN BENSIN (K2-31-17) Ahmad Kholil, Eko Arif Syaefudin dan Fani Anggriawan

B55

12. KARAKTERISTIK POLA ALIRAN NANOFLUIDA Al2O3-Water DI SUSUNAN SUB BULUH SEGI EMPAT (K2-41-18) Anwar Ilmar Ramadhan, As Natio Lasman dan Anggoro Septilarso

B61

13. ANALISA KEMAMPUAN POMPA EMERGENCY SEAL BFP SEBAGAI ALTERNATIF PENGISI AIR MAIN DRUM UNIT 5 PLTU XY (K2-42-19) Yusvardi Yusuf, Slamet Wiyono dan Andi Rahman

B65

14. ANALISA HASIL REAKSI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR YANG MENGGUNAKAN OKSIDATOR UDARA DAN MENGGUNAKAN GAS OKSIGEN (K2-48-21) Setiyono, I Gede Eka Lesmana dan Rini Prasetyani

B72

15. MENINGKATKAN NILAI OKTAN BAHAN BAKAR DENGAN MENCAMPURKAN GAS HYDROGEN, DALAM RANGKA PENGHEMATAN BAHAN BAKAR DAN MENINGKATAKAN MUTU GAS BUANG (K2-51-22) Setiyono, I Gede Eka Lesmana dan Rini Prasetyani

B77

16. PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO SKALA LABORATORIUM (K2-52-23) Rudi Hermawan, Eko Prasetyo, dan Ainil Syafitri

B85

C. KELOMPOK DAMPAK LINGKUNGAN 1. ANALISIS KINERJA MESIN PENDINGIN COLD STORAGE

DENGAN MENGGUNAKAN HIDROKARBON MUSICOOL 134 (K3-24-06) Ismail dan Widodo

C1


Program Studi Teknik Mesin viii Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

D. KELOMPOK MANUFAKTUR 1. OPTIMASI KERJA POMPA HIDRAM (K4-8-01)

Mastur

D1

2. PENGARUH SUHU AUSTEMPER PADA DUCTILE IRON TERHADAP STUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS (K4-29-03) Triyono dan Himawan HS

D8

3. PERANCANGAN & ANALISA STYROFOAM PADA PROSES PENGEPAKAN TELEVISI (K4-33-04) Eko Prasetyo, Febryan Maulana dan Hasan Hariri

D13

4. PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP STRUKTUR MAKRO DAN CACAT LAS BAJA KONTRUKSI BJ.44 PADA PROSES PENGELASAN SMAW MENGGUNAKAN KAMPUH SINGLE V DENGAN ELEKTRODA E6013 (K4-36-07) Imam Basori

D18

5. OPTIMASI DESAIN MOULD PADA TIN BALL CASTING MACHINE UNTUK SKALA INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH (K4-40-08) Eddy Djatmiko, Titiek Ediyanto dan Agri Suwandi

D22

6. STUDI KOMPARASI SERBUK NICKEL CHROMIUM ALUMINUM METCO 443NS DAN NICKEL ALUMINUM METCO 450NS TERHADAP SIFAT MEKANIS PERMUKAAN PADA PROSES THERMAL SPRAYING (K4-44-09) Sunardi, Ipick Setiawan dan Saepuloh

D27

7. UPAYA MENURUNKAN SHORT SHOOT PROSES INJECTION DI PT. XYZ DENGAN MENERAPAN SIX SIGMA (K4-45-10) Lukman Arhami

D32

8. PENGUKURAN KINERJA PERUSAHAAN DENGAN METODE SUPPLY CHAIN (SUPPLY CHAIN OPERATION REFERENCES) (STUDI KASUS DI PT X Y Z) (K4-47-11) Tri Bambang AK

D38

9. ANALISIS DESAIN PENINGKATAN GAYA DORONG PADA MOTOR ROKET RX-220 (K4-50-12) Pirnadi

D42

10. PERANCANGAN TUNGKU CRUCYBLE UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM, TIMAH DAN KUNINGAN (K4-53-13) Hendri Sukma, Ismail dan Ramon Trisno

D49

A KELOMPOK ENERGI

TERBARUKAN


Program Studi Teknik Mesin A1 Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

(K1-4-01)

ENERGI LISTRIK TENAGA OMBAK GERAK VERTIKAL DENGAN “TAPERED CHANNEL”

Soebyakto, M. Fajar Nurwildani, M. Agus Shidiq, Drajat Samyono Universitas Pancasakti, FakultasTeknik, Tegal 52121

E-mail: [email protected]

Abstrak Energi ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial. Gelombang yang diamati dalam penelitian ini adalah gelombang yang mendekati pantai di perairan dangkal. Yang dimaksud perairan dangkal adalah

perbandingan kedalaman laut dengan panjang gelombang laut lebih kecil dari pada seperduapuluh (20

1h

).

Alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) ditempatkan di dekat pemecah ombak. Data ombak yang diperoleh yakni frekuensi ombak rata-rata, f = 10,2 rpm, kecepatan ombak rata-rata, v = 15 cm/s, amplitudo ombak rata-rata, R = 13,8 cm, periode ombak rata-rata, T = 6,2 detik dan daya ombak rata-rata, P = 15,4 Watt. Data-data ini dapat menggerakkan alat PLTO yang dibuat, akan tetapi karena periode waktu datang ombak ke ombak berikutnya terlalu lama. Hal ini menyebabkan alat PLTO tidak berfungsi dengan baik. Secara mekanik dapat berputar tetapi putaran akan berhenti disebabkan terlalu lama menunggu ombak yang datang berikutnya. Untuk mengatasi ini digunakakan sistem penyaluran ombak dengan “Tapered Channel”. Alat PLTO akan berfungsi dengan baik, apabila ketinggian dan periode ombak cukup baik untuk memutar dinamo,energi listrik dapat dihasilkan. Kata kunci: Tenaga ombak, PLTO, energi listrik.

Abstract

Energi wave can be in the form of kinetic energy and potential energy. Waves observed in this study is the wave approaching the shore in shallow water. Its meaning, wave of shallow water is the ratio of the depth of

shallow sea with a wavelength smaller than the twentieth (20

1

h ). Wave power tool placed near the

breakwater. Data obtained, the average wave frequency, f = 10.2 rpm, the average wave velocity, v = 15 cm/s, the average wave amplitude, R = 13.8 cm, the average wave period, T = 6.2 sec and the average wave power, P = 15.4 Watt. These data can move the Wave power tool made, but because the time period to the next wave came the waves for too long. This causes the Wave power tool not functioning properly. It is mechanically able to rotate but the rotation will stop due to too long to wait for the next wave came. To overcome this system is used waves with "Tapered Channel". Wave power tool will function properly, if the height and period of wave is good enough to rotate the dynamo, electrical energy can be obtained. Keywords: Energy waves, wave power tool, electrical energy. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Sudah banyak pemikiran untuk mempelajari kemungkinan pemanfaatan energi yang tersimpan dalam ombak laut. Berdasarkan hasil pengamatan yang ada, deretan ombak (gelombang) yang terdapat di sekitar pantai, mempunyai daya ombak yang dapat dikonversikan ke daya listrik. Energi ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial. Bila gelombang mencapai suatu pantai, maka massa air laut akan menghempas atau memukul ke pantai atau daratan. Gelombang di permukaan laut adalah hasil dari intraksi antara massa air laut dengan massa udara di atasnya. Gelombang laut

yang dominan adalah yang terjadi karena tiupan angin. Gerakan naik turunnya air laut di laut lepas dan gerakan air laut memukul ke pantai dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Secara gerakan air laut yang naik turun itu dipakai untuk menggerakkan suatu tuas naik turun, atau untuk menggerakkan suatu pompa, atau untuk menekan kolom udara untuk menggerakkan baling-baling. Prinsipnya adalah mengkonversi gerak mekanik menjadi energi listrik.

1.2 Tujuan

1. Untuk mendapatkan energi listrik dari tenaga ombak.



2. Untuk mendapatkan besaran energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik) dan energi yang terjadi karena ketinggian ombak (energi potensial).

3. Untuk memperoleh sistem mekanik, alat konversi energi ombak ke energi listrik.

2. METODE PENELITIAN 2.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) dilaksanakan di Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian pembuatan alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) pada siang hari antara jam 09.00 – 12.00 WIB dan sore hari jam 15.00 – 16.30, dimulai sejak bulan Januari 2012 sampai Juni 2012. Penelitian untuk mendapatkan data ombak pantai laut Kota Tegal pada bulan Juni – Juli 2010 dan pada hari Jum’at, 13 Juli 2012, jam 14.25 – 15.30.

2.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga

Ombak Pembangkit listrik tenaga ombak metode

gerak harmonik. Prinsip metode ini dengan memanfaatkan gerak osilasi benda yang mempunyai massa jenis beban lebih kecil dibandingkan massa jenis air laut atau massa jenis beban sama dengan massa jenis air laut, diletakkan pada puncak ombak. Osilasi ombak akan menggerakkan lengan momen naik-turun dan dilanjutkan menggerakkan dinamo, penghasil listrik. 2.3 Teknik Pengumpulan Data

Data penelitian ombak diperoleh dengan cara pengukuran langsung di Pantai Alam Indah Kota Tegal, di sekitar pemecah gelombang. Data didapat secara bertahap, meliputi tinggi ombak, banyaknya ombak untuk selang waktu tertentu. 2.4 Pengolahan Data

Pengambilan sample data dari banyak data atau beberapa data parameter yang diperoleh dari perairan laut, diolah menggunakan metode regresi linier untuk mendapatkan satu data contoh (sample) ombak.

Dengan menggunakan persamaan :

n = banyaknya ombak t = lamanya ombak mengenai tiang pancang (s)

= frekuensi ombak (Hz)

Merubah satuan Hertz (Hz) menjadi Rotation Per Menitues (RPM) :

1 detik = menit

60 rpm

Menentukan kecepatan ombak pada satu titik, kita sebut kecepatan vertikal : 2 v = kecepatan ombak (m/s) f = frekuensi ombak (Hz) H = ketinggian ombak (m)

= ketinggian puncak gelombang = ketinggian lembah gelombang

t

nf n = f.t

y = m.x y = n ; m = f; x = t

Gambar 1 Sebaran data pada regresi linear

koefisien korelasi diperoleh dari persamaan

22 )()(

))((

yyxx

yyxxr

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Pembuatan Alat Ukur Parameter Ombak

Gambar 2 Alat ukur ketinggian ombak yang

dihubungkan dengan alat konversi energi ombak ke energi mekanik.

ISBN

No

1 BP

2 KPU

3 LP

4 M5 K6 L

P7 R8 R9 R10 P

B11 K12 D

Cara k(1) O

Bp

(2) OBtnpSbo

(3) OBptdyt

(4) Opkldr

(5) Ordgd

(6) Fm

Program S Fakultas T

N 978-602-

Tabel 1

Nama Alat

Beban Pelampung Kawat Penunjuk Ukuran Lengan Pengungkit 1 Meteran Katrol Lengan Pengungkit 2 Roda Gigi 1 Roda Gigi 2 Roda gigi 3 Penyeimbang Beban Kriwil Dinamo

kerja alat: Ombak datangB, kawat penupada meteran Ombak datangB dan kawat turun. Data dnaik berapa pelampung BSelisih nilai sbeban pelampombak (H). Ombak datangB dan pengupenumpu katurun, mengdilanjutkan myang dipasantidak mengeraOmbak dapelampung Bkarena ada lengan L2 naidilanjutkan mroda gigi dinaOmbak datanroda gigi R1ditengah rodagigi R2 seadinamo R3, daFungsi penymeringankan p

Studi TekniTeknik Univ17026-0-4

Data kode ala

Kode M (kg)

B 1,7

P

L1

M K L2

R1 R2 R3 D

g menaikkan unjuk ukuran dapat terbacag naik turun, penunjuk uk

diambil pada snilai skalany

B turun berapskala pada sapung B, meru

g menaikkan ungkit lenganatrol, pengunggerakkan rmengerakkan ng ditengan rakkan roda gigatang menuB dan pengun

penumpu kaik, menggerak

mengerakkan ramo R3. ng naik turu, karena ada a gigi R2, marah mengeraan menghasilkyeimbang beputaran roda g

k Mesinversitas Pan

at ukur

D (m) R (m)

0,18 0,9 0,32 0,16 0,05 0,03

0,09

beban pelampP ikut naik, s

a. beban pelamp

kuran P ikut saat pelampun

ya dan pada pa nilai skalaat naik dan tu

upakan keting

beban pelampn L1, karena ngkit lengan roda gigi roda gigi kr

oda gigi R2 gi dinamo R3.urunkan bengkit lengan atrol, pengunkkan roda gigiroda gigi R2

un menggerakroda gigi kr

maka putaran akkan roda kan energi listeban D adgigi 2.

ncasila

L (m)

0,64

pung skala

pung naik

ng B saat

anya. turun ggian

pung ada L2

R1, riwil dan

. eban

L1, ngkit i R1,

dan

kkan riwil roda gigi

trik. dalah

Semi

3.2 PrototypOmbak

Gambar 3 Ae

Tabe

No NamAla

1 BebanPelampng

3 LengaPengukit 1

5 Katrol6 Lenga

Pengukit 2

7 Roda Gigi 1

8 Roda Gigi 2

9 Roda g3

10 Penyeibang Beban

11 Dinam

Cara kerja ala(1) Ombak

B dan ppenumputurun, dilanjutkyang diptidak me

(2) Ombak pelampukarena lengan Ldilanjutkroda gig

nar NasionJa

pe Pembang

Alat konversi nergi listrik

el 2 Data kode

ma t

Kode (

puM

n ng

L1

K n ng

L2

R1

R2

gigi R3

im

D

mo

at: datang menaikpengungkit leu katrol, pemenggerakka

kan mengerakpasang ditengengerakkan ro

datang ung B dan p

ada penumpL2 naik, mengkan mengeraki dinamo R3.

al Teknik Makarta, 24 Okt

gkit Listrik

tenaga ombak

e alat prototyp

M (kg)

D (m)

2,2 0,38

0,18

0,32

0,05

ikkan beban pengan L1, kengungkit lean roda gkkan roda ggan roda gig

oda gigi dinammenurunkan

pengungkit lepu katrol, pggerakkan rodkkan roda gig

Mesin 201tober 2012

A3

Tenaga

k ke

pe

R (m) L (m)

0,19

0,84

0,93

0,9

0,16

0,025

0,64

pelampung arena ada

engan L2 gigi R1, igi kriwil

gi R2 dan mo R3.

beban engan L1, pengungkit da gigi R1, gi R2 dan



(3) Ombak datang naik turun menggerakkan roda gigi R1, karena ada roda gigi kriwil ditengah roda gigi R2, maka putaran roda gigi R2 searah mengerakkan roda gigi dinamo R3, dan menghasilkan energi listrik.

(4) Fungsi penyeimbang beban D adalah meringankan putaran roda gigi 2.

3.3 Pengukuran Parameter Ombak

Untuk periran dangkal, perbandingan kedalaman dengan panjang gelombang laut,

20

1

h

; maka vgHP 2

81

Parameter ombak yang diperlukan dalam penelitian ini adalah h (kedalaman dimana ombak berada), (panjang gelombang ombak), H ( beda tinggi ombak maksimum dan minimum atau dua amplitudo ombak), t ( lamanya ombak menjalar dari dua titik pengamatan), L (jarak titik pengamatan), (massa jenis air laut) dan g (percepatan gravitasi permukaan air laut).

1) Pengukuran L, t dan h

Gambar 4 Lokasi pengukuran di pantai laut

dengan ketentuan20

1

h

Ombak yang datang di tiang pancang B

diamati sampai ke tiang pancang A, didapat data t

(waktu tempuh ombak dari B ke A). Jarak L

diukur dari tiang pancang A ke tiang pancang B.

Kedalaman h, diukur dari dasar pantai ke

permukaan laut.

2) Pengukuran H dan

Gambar 5 Pengukuran ketinggian ombak, H

dan panjang gelombang .

Pengukuran parameter H (ketinggian ombak) dilakukan dengan cara mencatat tinggi maksimum gelombang datang dan tinggi minimum gelombang laut (ombak) pada tiang pancang B. Panjang gelombang laut ditentukan dengan mengukur jarak penjalaran gelombang dari titik tiang pancang B ke titik tiang pancang A serta menghitung banyaknya ombak (n) antara dua titik tiang pancang A dan B. L = n.

n

L

L = jarak tempuh ombak dari B ke A (m) n = banyaknya ombak = panjang gelombang ombak (m)

3) Pengukuran v

Pengukuran laju ombak (v) ada dua jenis yaitu laju ombak secara vertikal dan laju ombak secara horizontal. Laju ombak secara vertikal dilakukan dengan mencatat banyaknya ombak pada selang waktu tertentu dan amplitudo ombaknya pada satu titik tiang pancang. Laju ombak secara horizontal dengan mengukur banyaknya ombak pada selang waktu tertentu dan amplitudonya pada dua titik tiang pancang. Untuk perairan dangkal, kecepatan gelombang dapat juga diperoleh dengan mengukur h (kedalaman perairan laut dimana gelombang menjalar). Kecepatan ombak dihitung dengan menggunakan

persamaan : v = gh , dimana g adalah

percepatan gravitasi bumi.

4) Pengukuran Energi Ombak dan Daya Ombak Energi (per satuan luas) dari gelombang

sinusoidal tergantung pada kerapatan ρ, percepatan gravitasi g dan ketinggian gelombang H (yang sama dengan dua kali amplitudo, a):

Untuk periran dangkal, perbandingan h (kedalaman) dengan (panjang gelombang laut),

20

1

h

; maka daya per meter dari muka

gelombang :

vgHP 281

3.4 Hasil Penelitian Ombak Hasil pengamatan penelitian ombak di

pantai laut Kota Tegal pada hari Jum’at, 13 Juli 2012, jam 14:25 – 15:30, didapat :



Tabel 3 Data frekuensi, ketinggian dan kecepatan ombak

No

Frekuensi Ombak Ketinggian Ombak v

(m/s) n

t (detik

)

f (Hz

)

Hmak

s (cm)

Hmin (cm

)

R (m)

1 6 25,0 0,24 55 30 0,13

0,19

2 5 32,9 0,15 54 29 0,13

0,12

3 8 32,6 0,25 62 28 0,17

0,26

4 10

60,0 0,17 49 29 0,10

0,10

5 12

75,0 0,16 58 30 0,14

0,14

6 14

108,0 0,13 64 32 0,16

0,13

7 16

121,0 0,13 65 38 0,14

0,11

8 18

127,0 0,14 70 40 0,15

0,13

Frekuensi rata-rata

0,17 Kecepatan rata-rata 0,15

Frekuensi ombak (f) = 0,17 Hz, artinya 0,17 x 60 = 10,2 rpm; banyaknya ombak 10 dalam satu menitnya. Kecepatan rata-rata = 0,15 m/s = 15 cm/s, artinya setelah jarak ombak 15 cm terhadap ombak berikutnya dalam satu detik, baru ada ombak lagi. 3.5 Frekuensi Ombak

a) Grafik Frekuensi Ombak

Gambar 6 Grafik frekuensi ombak pantai

laut tegal

b) Deviasi Standar Frekuensi Ombak

Nilai Kecermatan = 100% - %100)(f

= 77,1%

c) Koefisien korelasi (r)

Koefisien Korelasi Frekuensi Ombak

98,0)(.)(

))((22

yyxx

yyxxr

3.6 Ketinggian, Periode dan Kecepatan Ombak

Ketinggian ombak maksimum (Hmaks) dikurangi ketinggian ombak minimum (Hmin) diperoleh amplitudo ombak (R). Jari-jari putaran ombak sama dengan amplitudo ombak. Kecepatan ombak pada satu titik tiang pancang, didapat

2minHH

R maks

Rfv ..2

fT

1

RT

v .2

Tv

R .2

R = amplitudo ombak (m) f = frekuensi ombak (Hz) v = kecepatan ombak di satu titik tiang pancang (m/s) T = Periode ombak (detik)

Tabel 4 Amplitudo, periode, kecepatan ombak

No R (cm) T (detik) v (cm/s)

1 12,5 4,2 18,8

2 12,5 6,6 11,9

3 17,0 4,1 26,2

4 10,0 6,0 10,5

5 14,0 6,3 14,1

6 16,0 7,7 13,0

7 13,5 7,6 11,2

8 15,0 7,1 13,4

13,8 6,2 14,9

0,0

50,0

100,0

150,0

0 5 10 15 20

t

n

Frekuensi Ombak

tfnt

nf .

039,0

1

5,0

1

2

n

xxn

mi



Gambar 7 Grafik amplitudo ombak terhadap

kecepatan ombak

Gambar 8. Grafik kecepatan ombak terhadap

periode ombak

Deviasi Standar Kecepatan Ombak

Nilai Kecermatan = 100% - (v

)100% = 66,7

Koefisien Korelasi Kecepatan Ombak

85,0)yy(.)xx(

)yy)(xx(r

22

3.7 Daya Ombak

Daya per meter dari muka gelombang :

vgHP 281

H = Hmaks – Hmin = 1025 kg/m3 g = 9,81 m/s2

Tabel 5 Daya ombak

Ketinggian Ombak v

(m/s) P

(Watt) Hmaks (cm)

Hmin (cm)

H(m)

55 30 0,25 0,19 14,8

54 29 0,25 0,12 9,4

62 28 0,34 0,26 38,1

49 29 0,20 0,10 5,3

58 30 0,28 0,14 13,9

64 32 0,32 0,13 16,8

65 38 0,27 0,11 10,3

70 40 0,30 0,13 15,1

0,28 0,15 15,4

Gambar 9 Grafik daya ombak terhadap kecepatan

ombak

Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar. 3.8 Daya Mekanik yang dihasilkan alat

Gambar 10 Ombak sampai ke beban

pelampung

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0,0 10,0 20,0

v (cm/s)

R (cm)

Amplitudo Ombak

0,0

10,0

20,0

30,0

0,0 5,0 10,0

v (cm/s)

T (detik)

Periode Ombak

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

0,00 0,10 0,20 0,30

P (Watt)

v (m/s)

96,4

1

5,0

1

2

n

xxn

mi



Gambar 11 Ombak belum sampai ke beban

pelampung

Dari data gambar 10, gambar 11, serta data tabel 5, periode ombak sampai ke beban pelampung cukup lama, sehingga daya mekanik yang dihasilkan alat untuk memutar dinamo lambat. Secara mekanik alat pembangkit listrik tenaga ombak mampu beroperasi dengan kondisi daya ombak, P = 15,4 Watt, kecepatan ombak, v = 0,15 m/s. Akan tetapi yang tidak mendukung alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) yang dibuat ini, yakni frekuensi ombak, f = 0,17 Hz yang setara dengan f = 10,2 rpm. Dinamo bisa berfungsi dengan baik bila jumlah rpm = 1000 – 1500 rpm (rotasi per menit/putaran per menit). Untuk itu pada alat PLTO perlu dilengkapi alat gear box atau alat mempertinggi nilai rpm dari 10,2 rpm menjadi 1000 rpm.

4. KESIMPULAN

1) Energi listrik dapat diperoleh dari energi gelombang laut (energi ombak) dengan ketentuan daya dan frekuensi ombak mampu menggerakkan alat dan dinamo dengan rpm (rotasi per menit) yang mencukupi untuk mendapatkan listrik.

2) Secara teori energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial. Energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik) dan energi yang terjadi karena perbedaan ketinggian ombak (energy potensial), dapat digabung, menghasilkan energi mekanik.

3) Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar.

4) Daya mekanik yang dihasilkan alat menjadi kecil, karena faktor beban apung yang kurang besar.

5) Frekuensi ombak yang dihasilkan pada saat pengambilan data, tidak mampu untuk mempercepat alat PLTO yang digunakan.

6) Untuk mengatasi frekuensi ombak ini, alat PLTO akan berfungsi dengan baik dengan menggunakan sistem saluran ombak yang meruncing (Tapered Channel).

DAFTAR PUSTAKA

[1] Riyadi, A., 2010. Gelombang Laut Berpotensi Sebagai Energi Listrik. <http://www.alpensteel.com/article/52-106-energi-lautombakgelombangarus /2181--gelombang-laut-berpotensi sebagai-energi-listrik.html> [14/03/2010 08:29].

[2] Rahmanta, 2010. Metode Konversi Gelombang Laut. Ocean Wave Energy. <http://www.begokmild.com> [21/11/2010 17:05].

[3] Rwahyuningrum, 2009. Energi Gelombang Laut, <http://rwahyuningrum.blog.uns.ac.id/2009/08/25/energi-gelombang-laut/> [04/02/2011 18:17].

[4] Gunawan, T., 2008. Pemanfaatan Energi Laut 1 : Ombak, Majari Magazine, <http://majarimagazine.com/> [27/02/2010 15:55].

[5] Wikimedia, 2010. Analisis Regresi. Wikimedia Foundation, Inc.



(K1-7-02)

STUDI POTENSI ENERGI ANGIN (WIND ENERGY) DI CIREBON UNTUK TURBIN ANGIN (WIND TURBINE )

KAPASITAS 900 W – 1000 W KEPERLUAN DAERAH NELAYAN DESA GEBANG KABUPATEN CIREBON

W.Djoko Yudisworo, Junial Heri Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Mesin, Cirebon 45135

E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak Kebutuhan akan energi untuk kebutuhan rumah tangga di kawasan nelayan pantai pantura desa Gebang Kabupaten Cirebon sangat dibutuhkan.Penerimaan hasil tangkapan dari nelayan tentu tidak dapat di andalkan untuk membeli energy listrik PLN yang sangat mahal bagi Nelayan Pantai. Pemanfaatan energy angin untuk pembangkit listrik diharapkan akan membantu masyarakat Nelayan mengurangi cost anggaran rumah tangganya , Penelitian turbin angin yang dilakukan di Pantai Baro Gebang kabuapaten Cirebon bualan Juni – Desember 2011 di ketinggian 10 M dengan waktu 1700 jam di dapatkan kecepatan rata –rata angin 2,5 – 4.0 m/s . Hal ini dapat dimanfaatkan untuk Generator Listrik dengan output Daya sebesar 900 W -1000 W. Desain turbin angin dengan blade 3 buah dengan poros vertical type salvonius.

Kata kunci: Turbin angin,kecepatan angin,output daya.

Abstract

The need for domestic energy in the coastal fishing village of Gebang coast of Cirebon regency very dibutuhkan.Penerimaan catches from fishermen would not be in the count to purchase energy electricity is very expensive for Coastal Fishermen. Utilization of wind energy for electricity generation is expected to help the fishermen reduce their household budget cost, wind turbine study conducted in Côte Baro Gebang Cirebon district boasting June - July 2011 at the height of 10 M with a time of 1700 hours at an average speed get second wind, 5 - 4.0 m / s. It can be utilized for electricity generators with an output power of 900-1000W. Wind turbine blade design with 3 pieces of the vertical shaft type salvonius.

Keywords: wind turbine, wind speed, power output. 1. PENDAHULUAN

Penelitian ini dimaksudkan sabagai kontribusi ke Masyarakat dengan pendekatan pengabdian Masyarakat melalui penelitian. Mengingat tingkat kehidupan ekonomi Nelayan yang tergantung pada hasil tangkapan yang tidak menentu, sisi lain sebagai penggerak ekonomi di kawasan tersebut,dengan adanya pasokan energy yang didapat dari angin diharapkan masyrakat dapat meningkatkan taraf kehidupan yang lebih baik dengan menggerakkan roda ekonominya.

Angin adalah udara bergerak yang di akibatkan oleh rotasi bumi juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya .Angin bergerak dari tempat tinggi ke tekanan rendah ,kecepatan angin di penggaruhi oleh beberapa hal diantaranya letak tempat dimana kecepatan angin didekat katulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis katulistiwa.semakin tinggi tempat semakin tinggi angin bertiup .hal ini karena pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju aliran udara.dengan kecepatan angin 2.5 – 4.0 m/s kampung pantai Gebang kabupaten Cirebon yang merupan daerah nelayan punya potensi untuk di

kembangkan turbin angin type kecil untuk kebutuhan energy listrik rumah tangga seperti penerangan tempat pelelangan ikan dan energy listrik rumahan lainya, diharapkan akan menghasilkan daya output kisaran 900-1000 W. 2. METODE PENELITIAN

Penelitian potensi energi angin yang dilakukan selama 1700 jam dari bulan Juni sampai Desember 2011 di Pelabuhan Baro Pantai Gebang Kabupaten Cirebon menggunakan metodologi penelitian langsung pengambilan data angin dengan menggunakan anemometer dan alat penghitung waktu yang kemudian di input ke data computer.Pengambilan data dilakukan secara acak (Random Sampling) dengan durasi waktu selama delapan jam. Potensi angin yang sering terjadi biasanya terjadi di bulan Juli sampai Desember. Sedangkan kecepatan poros diperoleh dari dari pengujian skala laboratorium di Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon dengan menggunakan Tachometer



3. HASIL DAN PEMBAHASAN Energi angin merupakan energi alternatif

yang mempunyai prospek bagus, karena sumber energi bersih dan terbarukan. Pada dasarnya angin terjadi karaena ada perbedaan suhu dan udara panas dan dingin di daerah khatulistuwa, udara menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih ringan. Udara menjadi dingin dan turun ke bawah, dengan demikian terjadi suatu perputaran udara berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis khatulistiwa.

E=0.5V2………………………………(1) Dimana : E = Energi (Joule) m = massa uadara (kg) v = Kecepatan angin (m/s)

Jika suatu balok udara yang mempunyai penampangan A m2 dan bergerak dengan kecepatan v m/s, maka jumlah massa yang melewati suatu tempat adalah :

m=A.v.ϼ…………………………..….(2) dimana : A = Luas penampang (m2) V = Kecepatan angin (m/s) ϼ = kerapatan udara (kg/m3) Dengan menggabungkan ke dua persamaan di dapat daya yang dihasilkan energi angin (P)

P=0.5.ϼ.A.V3…………………………(3) Dan kecepatan angin pada ujung kincir angin (TSR) adalah :

VRotor /. …………...(4)

Torsi pada kincir angin dapat menggunakan persamaan :

232 / RVT ….........................….(5) Kecepatan angin mempengaruhi putaran turbin. Kepatan pada poros turbin angin menggunakan parameter :

rpmDvSS )/(60 …………..(6)

Desain diameter suatu rotor suatu kincir angin diperoleh melalui melalui perhitungan. Persamaan menghitung diameter rotor kicir angin yaitu :

23 ))47(( xRpmPD ….......…..(7)

Penentuan jumlah sudut turbin angin dapat menggunakan persamaan :

2/80 B ………….............………..(8) Dalam bulletin 17 FAO internal working yang berjudul “Windmills for water lifting and the generator of electricity on the farm” yang ditulis oleh E.W. Golding, daya yang dihasilkan dari energy angin dirumuskan sebagai berikut :

3.... vEAFkP ……..............……..(9) Biasanya daya angin dapat dihitung dengan persamaan :

3..2/1 VAP …...................…….(10)

Gaya-gaya angin yang bekerja pada sudu-sudu kincir pada dasarnya terdiri atas 3 komponen yaitu :

Gaya aksial a, yang mempunyai arah sama dengan arah angin

Gaya sentrifugal s, yang meningggalkan titik tengah

Gaya tangensial t, yang menghasilkan momen, bekerja tegak lurus pada radius dan yang merupakan gaya produktif

Gambar 1. Kincir angin dengan 3 sudu.

Data angin yang di dapat dari hasil

penelitian di pelabuhan baru Gebang Kabupaten Cirebon bulan Juni – Desember 2011 atau 1704 jam didapatkan flutuasi kecepatan angin 2,5 m/s pada ketinggian 10 m diatas permukaan dengan kecepatan angin 26 knot = 13.1 m/s.

Tabel 2 Hasil Pengukuran kecepatan Angin di Cirebon



Gambar 3 .Grafik Kecepatan Angin di Pelabuhan

Baro Gebang Juni –Juli 2011

Desain kincir angin dengan kecepatan angin 13.06 m/s dengan diametr kincir angin 70 cm sehingga didapat Daya ( P ) a. Perhitungan Daya Kincir angin

3..2/1 VAPa

Pa = 0.5..1.2 .0.77 .15.43 W = 1015 W b. Perhitungan tip speed ratio

v

rntsr

60

2

Dari data didaptkan putaran poros (n) sebesar 600 rpm pada kecepatan angin (v) 13,06 m/s, sedangkan jari-jari kincir (r) sebesar 0.35 m. Maka besarnya tip speed ratio :

v

rntsr

60

2

2,713.60

600.35,0.2

tsr

c. Perhitungan Koefisien daya (Cp)

%100xP

PCp

a

k

Dimana Torsinya (T) = r.m.a r = 0.2 m m = 0.18 kg g = 9,81 m/s2 T = 0.2x0.18x9,81 = 0,35 N.m

Daya kincir dihitung

30

..1

nTP

WattP 98,2130

600.14,3.35,01

Sehingga koefisien daya :

%16.2%1001015

98,21 xCp

Gambar 4 Hubungan antara putaran poros, torsi,

daya, untuk diameter kincir 70 cm 4. KESIMPULAN

Turbin angin prinsip kerjanya memutar poros yang selanjutnya akan diteruskan putarannya ke generator sehingga generator membangkitkan energi listrik yang dapat digunakan untuk keperluan tertentu. Misalnya kebutuhan rumah tangga yang jauh dari jangkauan listrik Negara (PLN). Desain turbin angin berkecepatan 2,5 – 4,06 m/s dengan kecepatan angin 26 knot dengan output daya keluaran 1000 W , dengan diameter blade sudu 70 cm, tcrnyata 7,2, Cp nya = 2,6 % dan torsi yang didapat 0,35 N.m. Fluktuasi kecepatan angin dapat berpengaruh daya yang dihasilkan oleh turbin angin sehingga diharapkan kecepatan angin yang konstan dapat mengahsikan output yang konstan juga. Dengan demikian energy listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk skala kebutuhan energi rumah tangga dikawasan kampong nelayan di wilayah Pelabuhan Gebang Kabupaten Cirebon.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Khurmi, RS., Gupta, J.K 1962. Text Book Of Machine Design. New Delhi. Eurasia Languages Publishing Hause Ltd.

[2] Wiley, Easterm Limited. 1994. “ Weastermman Tables For The Metal Trade”, New Delhi.

[3] Sularso, MSME.,Ir., Suga, Kiyokatsu. 2002. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT. Pratnya Paramita.

[4] Purton, Tony, Sharpe, David Jenkins, Niek. Bossanyi. Ervins, Wind Energy Handbook, Willey: New York,2001.

[5] http//en.wikipedia.org/wiki/windmill [6] http//id.wikipedia.org./wiki/kincir angin



(K1-5-03)

ANALISIS PRESTASI KETEL UAP DENGAN PENGGUNAAN SUMBER PANAS ULANG GAS BUANG MOTOR BAKAR TORAK

YANG MENGUNAKAN BAHAN BAKAR GAS ALAM

Bambang Hermani Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Mesin, Cirebon 45135


Abstract

This study directed to the study of re-use of heat energy available in the flue gas has been removed from the cycle combustion piston engines, as a form of heat source flue gas boiler, with a performance analysis of boiler flue gas to the decline of the periodic load of generator set natural gas combustion piston engines at the utility indrustry. In this study several methods of tracking task analysis approach to the technical specifications of data collection, data operator flue gas boiler, and the method of tracing back over the whole calculation of the thermal parameters of the design so that the flue gas boiler can produce comparable data to calculate the thermal design and thermal design manufacturer as a form of correction of thermal design, and then do the processing of raw data record of performance parameters flue gas boiler. From this study were obtained parameter values achievement flue gas boiler at 3600 kW maximum load basis, as follows: QC = 363.60 kW ; QH = 570.22 kW ; mC = 0.76 kg/s ; mH = 0.25 kg/s ; BC = 2736 t/h ; U = 0.28 W/m2K ;Є = 25.52 % ; ηk = 63.76 % ; Σηksg = 10.10 % Keywords: The re-use of heat energy flue gas combustion engine piston, the flue gas boiler performance. 1. PENDAHULUAN

Secara teoristis dinyatakan bahwa efesiensi suatu motor bakar rata – rata diperoleh sebesar 40 % maksimum dapat dicapai pada motor yang masih gress, sisanya terbuang percuma keluar sistim melalui gas buang dan air pendingin, serta panas radiasi ke lingkungan. Penelitian ini didorong untuk usaha menakar besarnya efesiensi suatu mesin konversi energi dari jenis motor bakar torak yang digunakan terus menerus untuk pembangkit listrik khusus, atau generator set enjin utiliti indrustri, baik motor bakar torak yang berbahan bakar gas atau minyak diesel. Rekayasa teknik dalam pemanfaatan energi potensial gas buang, rancangan, sistim konvertor pemanas udara, mesin pengering banyak diterapkan di indrustri, juga pada sistim ketel uap gas buang, panas digunakan ulanguntuk menguapkan air ketel menjadi uap untuk mesin proses pelumeran lactam polimer pada produksi PE chip menjadi benang poliester atau knur plastik.

Tujuan dari penelitian ini adalah bagaimana cara pemanfaatan panas ulang gas buang dari siklus motor bakar torak, dimana kandungan potensial energi panas dengan temperatur rerata 500 – 600 oC, berpeluang digunakan ulang, serta dapat ditakar dengan parameter yang berlaku di indrustri. Uraian dalam penelitian ini akan dilakukan analisis berikut:

1. Rancang termal ketel uap gas buang (KUGB)

2. Analisis prestasi ketel uap gas buang

2. METODE PENELITIAN

Titik utama dalam penelitian ini, adalah untuk penelitian sifat prestasi ketel uap gas buang pada Instalasi pembangkit energi listrik swadaya dengan pilihan unit motor bakar torak gas alam set generator (Natural Gas reciprocating Engine Generating Set), dalam penelitian ini dilakukan pendekatan metode Analisis uji prestasi ketel uap gas buang.

Batasan dan ruang lingkup penelitian, Sebagai pemetaan penelitian dilakukan dengan analisis pengamatan data rekam teknik, dan data rekam harian operator; ketel uap gas buang jenis pembuluh api dan sebagai bentuk sumber daya panas diperoleh dari gas buang motor bakar torak set generator listrik dengan bahan bakar gas alam.

4. STUDI LITERATUR Skema 1, adalah sistim pemanfaatan ulang

aliran panas gas buang motor bakar torak ke sistim ketel uap gas buang.

Gambar 1. Skema pembangkit Gabungan

ISBN

sistemaliranpotensatu beriku

adalahperpinterkaiIntegrpersam

dan ouPe

proses

fluidadiabaiadiabapanas

Subscdinginkondicairandan mdengadapat perpin Q = Q


N 978-602-

Dari hukumm terbuka, di n tunak, dengasial dan kinetaliran fluid

ut[6]hal:35-37

δQ = di

Dimana h entalpi spesndahan panasit dengan perurasi dari pemaan:

Q = m (i2 - i Dimana i1

utlet dari aliraersamaan (2.s dari gambar

Gambar.3.

Dicatat baha panas. Jikaikan antara patik) integral

s dan dingin di

Q = mh ( ih2 -Q = mc ( iC2 -

cript h dan c mn, sedangkan isi sisi masukn sekunder kememiliki panaan di = Cpd

ditulis ndahan-panas

= ( m CP )h ( = ( m CP )c (


m pertama termbawah keadaan diabaikan ik, perubahan

da ditulis d7:

adalah lajusifik, dan δQs ke fluida yaubahan negarersamaan (2

i1)

dan i2 mewan fluida. 2) dan berl2.10.

Profil perbed

hwa δQ adala ada perpindpenukar dan s Persamaan iperoleh persa

- ih1 ) iC1 )

mengacu padaangka 1 dan

k dan sisi keeluar tidak adas jenis spersidT dan persammenjadi ptotal :

Th1 - Th2 ) Tc1 - Tc2 )

k Mesinversitas Pan

modinamika uaan tunak, kon

perubahan enn entalpi dari sdalam persam

u aliran massQ adalah tinang bersangkra infinit desi2.4) member

wakili entalpi

aku bagi se

daan suhu

ah negatif udahan panas ysekitarnya (pr(3). untuk fl

amaan berikut

a fluida panasn 2 penunjukluar fluida.

da perubahan ifik (Cp) konmaan (3) danersamaan d

ncasila

untuk ndisi nergi salah maan

(1)

a, i ngkat kutan imal. rikan

(2)

inlet

emua

untuk yang roses luida t ini:

(3) (4)

s dan k ke Jika fasa

nstan n (4) daya

(5) (6)

K

Semi

Perbedaan suPernya

pendinginan berkaitan denpanas dan perpindahan berubah-ubahpersamaan um

ΔTAM=[(

Kapasitas PanEntalp

Cpmean dan pCp untuk duamaka Cp rata-dari persamaa

Entalpi=Cp

Cp(mean)=

Koefisien PerKoefis

didasarkan atapembuluh (tuitu dan diturubahang seluditentukan de

Q=U A ΔT

Luas penamp A = π di L

Jumlah pembu

NT =

Untuk persam

U =

Kecepatan tor

p = S.N / 3

Kecepatan ga

g= S.N / 30

Bilangan Rey

Re=

Korelasi Nuse

NuH = 1.95

nar NasionJa

uhu ΔT ataan hukum

bahwa lajungan perbeda

media dinbahang, pe

h baik dengamum perpinda

(THi+THo)/2]–

nas Spesifik Gi gas adalah

perbedaan suha temperatur rata gas

an sebagai ber

pmean(T2-T1)=C

rpindahan Basien perpindahas luas bagian

ubes) dapat diunkanmelaluipruh Q antangan persama

TAM

ang pembuluhNT

uluh api:

∆

maan U adalah

∆

rak rata-rata[1

0000 (m/s)

s buang rata-r

0000.(D/d ) 2

ynolds

elt-Graetz [6]

3x


m Newton u perpindahaaan suhu sesangin, dalamerbedaan su

an posisi atauahan bahang.

–[(TCi+TCo)/2

Gas Buang h produk dahu. Jadi, jika yang dipertim

s buang dapat rikut [3]:

Cp2T2-Cp1T1

ahang seluruhan bahang sn dalam dan bisesuaikan depersamaan peara dua flui

maan :

h:

h:

1]hal272 :

)

rata

(m/s)

hal :85.

/

Mesin 201tober 2012

A12

tentang an panas aat antara

m proses uhu akan u waktu

2] (7)

ari massa, memiliki

mbangkan, diperoleh

(8)

(9)

uh seluruh U

bagian luar engan cara erpindahan ida dapat

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

ISBN

Koefi

hi

Penur

Koefe

f Asumfluidaefekti

Efesiedidefienergdengadalam

η Efisiedidefnenergdaya r

Σηs

5. HA

T

Exh Bo

A Q BKap

BBaNT SheeQH Uo Vg Re Nu-Ghi ΔPt ε ηk ηksg


N 978-602-

isien Perpinda

=

runan Tekanan

ΔPt = 4 f +

esien factor ge

f=[1.58 ln Re

msi laju alirana panas sebagivitas KUGB :

Є =

ensi termal inisikansebagai yang dibutu

an laju aliranm gas buang :

ηK = [QC.Є] / Q

ensi termal nisikan sebagi yang dibuturata – rata pem

spg = QC / P

ASIL DAN P

Tabel 1. Data KUG

haust oiler

IndrDes

355 2335

pasitas 3.5 akar

604 ell OD 1

Gr


ahan Bahang K

n Aliran Gas B

+ Np

esekan

– 3.28]

n masa gas bugai fluida min:

ketel uaai perbandinuhkan air dijan energi pan

QH

siklus gagai perbandinuhkan air dijadmbangkit :

PEMBAHASA

pembanding GB

rustry sign

RanTer

356 23423.492

Gas Buang600

908 ID 114457.6241.3

74

10.0217.68

k Mesinversitas Pan

Konveksi

(

Buang

(

(2

uang konstan nimum persam

(2

ap gas bungan antara adikan uap je

nas yang ters

(2

abungan selungan antara dikan uap den

(2

AN

rancang terma

cang rmal

SistimSatua

m2

2 kW2 t/hg Panas

Pcs420 mm

5 kW4 W/m2K

m/s40.72 2300

1.503 2 W/m2K8 a 6.7

78 % 71 % 53 %

ncasila

18)

19)

20)

dan maan

21)

uang laju

enuh sedia

22)

uruh laju

ngan

23)

al

m an

W

m

K

K

Semi

Tabel 2 D

Daya

(kW)

V

1000 2000 2800 3600

Grafik.

Grafik.2

Daya

kW 1000 2000 2800 3600

nar NasionJa

ata uji prestas

Volume Air

(kg/s)

S

0.00 0.32

0.57 0.76

1. Prestasi rat

2. Prestasi rera

Tabel 3 La

Tekanan Uap kPa

0.00542827

1103


si rata-rata K

Suhu Air (0C)

S

89.17 89.17 89.17 89.17

ta-rata volume

ata suhu air &

anjutan

Gas buang

0C

SCr

151.67 310.72 464.72 561.11

Mesin 201tober 2012

A13

U G B

Suhu Uap (0C)

91.11 114.11174.28189.28

e air

& uap

Suhu robong

0C 50

115180195

ISBN

G

Graf

Tab

DakW

10002000

2800

3600

G

G


N 978-602-

Grafik.3. Pre

fik.4. Prestasi su

bel 4 Data pres

aya W

QC kW

0 0.00 0 38.14 0 231.84 0 363.60

Grafik.5. PER

Grafik.6. Pres


stasi rata-rata

rata-rata suhuuhu cerobong

stasi rancang t

QH kW

0.00

60.97

372.50

570.22

RPAN fluida p

stasi masa gas

k Mesinversitas Pan

tekanan uap

u gas buang d

termal K U G

mC

kg/s0.00

0.32

0.57

0.76

panas/dingin

buang & air

ncasila

dan

G B

Semi

Tab Daya kW 1000 2000 2800 3600

Grafik

Grafik.8

Tab Daya kW 1000 2000 2800 3600

Grafik.9

nar NasionJa

el 5. Data Pre mH kg/s

0.000.050.210.25

.7. Prestasi ka

. Prestasi koef

bel 6. Data preЄ %

0.0013.8027.9325.52

9. Prestasi Efe


estasi LanjutanBC t/h W

0.00 1.152 2.052 2.736

apasitas ketel u

f PERPAN se

estasi lanjutanηk %

Σ

0.00 62.55 62.24 63.76

ektivitas K U

Mesin 201tober 2012

A14

n U

W/m2K 0.00

0.0640.230.28

uap

luruh

n Σηksg

% 0.001.918.28

10.10

G B

ISBN

Grafik

6. KE

1)

2)

3)

4)

7. DA

8. LA

AABC

C

ddfhL

NNN


N 978-602-

k.10.PrestasiEEfesiens

ESIMPULAN Keuntungan

paling prinskepala pemefisiensi sikdimanfaatknsehingga tidsejenis.

Prestasi KUpotensi panmotor bakaryang dioper

Prestasi pronaik denganbakar torak,b

Pada, daya Qc = 0 , da570.22 kW,

AFTAR SING AMTD =

temperatu EGB = PERPAN KUGB = KSG = Eff =

AMBANG, ISA = Luas bidAT = Luas bidBC = KapasitaCp(mean) H = K

raCp(mean) C = K - u

do = Diametedi = Diametef = Faktor khi = Koef KoL = Panjang

H = masa gC = Masa a

NT = JumlahNp = JumlahNuH = Bilang


Efesiensi termsiPembangkitS

N n penggunaasip dibanding mbakar, adaklus, karena n sebagai sumdak memerlu

UGB sangat nas gas buangr torak gas aasikan. oduksi uap Kn kenaikan daybahan bakar gminimum 10

aya maksimumQc = 363.60

GKATAN The arithma

ur difference = Exhaust ga = Perpindah Ketel uap ga

= Kilang sikl= Efesiensi

STILAH, SAdang per pan sdang perp pan as ketel uap ( tKapasitas panata gas buang Kapasitas panuap rata-rata er luar pembuler dalam pemb

koefisien gesekonveksi gas bu

pembuluh apgas buang panair ketel (kg/s)h pembuluh aph laluan fluidagan Nuselt-Gr

k Mesinversitas Pan

al KUGB & Siklus Gabung

an KUGB yketel uap den

alah peningkgas buang p

mber panas uukan bahan b

tergantung pg yang dihasilam set gener

KUGB sebanya keluaran mgas alam. 000 kW, Qh m 3600 kW, QkW.

atic mean

as boiler han Bahang as buang lus gabungan

ATUAN seluruh (m2) buluh api (m

t/h) as spesifik rat (kJ/kgK)

nas spesifik air(J/kgK) luh (m) buluh (m) kan aliran uang (W/m2Ki (m)

nas (kg/s) ) pi a raetz

ncasila

gan

yang ngan katan panas ulang bakar

pada ilkan rator

nding motor

= 0, Qh =

m2)

ta-

r

K)

Semi

P = DayPr = Bila

(kW)QH = Qc

Re = bilaTHi = suhTHo = suhTCi = suhTCo = suhU = KoeV = KeceVg = KecΔTAM = TΔPt = PenЄ = EfeηK = EfiΣηspg = Efρ = Mass

[1] AdvanceCollege Centre L

[2] Basic HH & row

[3] CATEPISpecificaSpecifica

[4] Engineecombust

[5] Exhaust Internati3000 Ce

[6] Heat Ethermal edition c

[7] Internal Jhon B.HCompan

[8] Heat TraPhilogis

[9] Kursus Sarco Thomso

[10] PesawatUap). Sy

[11] Steam,Severns

[12] TerjemaAir lang

[13] V. GanaRecoveryAplicatioIndrustrebook.co

nar NasionJa

ya pembangkitangan Prandl ) = perpindahan

angan Renoldshu gas buang shu gas buang hu air sisi mashu uap sisi kelf per pan selurepatan aliran fcepatan gas buThe arith meannurunan tekanektivitas KUGisiensi termal fisiensi termal a jenis fluida

DAFTAR PU

ed engine tech

of North WLondon UK.

Heat Transfer Fw plublishers NILAR 3500ations Informaation manual ring fundamtion engine. W

Gas Boional d.o.o Belje Slovenia. Exchanger, se

design ,Sadcrc press.

Combustion Heywood.Mc ny. USA. ansfer John Hton press Pengunaan

Limited,42Tan Road,Singapt-Pesawat Koyamsul A.M. Air and GasMS.

ahan Perpindaga jakarta. apathy Indrusy Steam on and ies Abilene, om.


t (kW) perpindahan

n panas air kes sisi masuk (0Ksisi keluar (0K

suk (0K) luar (0K)

uruh (W/m2Kfluida (m/s) uang ( m/s) n tempdifferennan gas buang

GB (%) KUGB (%)

l siklus gabung (kg/m3)

USTAKA

chnology HeinWest London

Frank reith.WNew York 0 Engine. ation Model book.

mental of theWillard W Pulloiler, JARNBiro Celje UL

election, ratdik K, Hongt

Engine FunGraw Hill P

H.L.IV.A. Thi

Tenaga Uapagore Lane apore2678. onversi Energ CV. Rajawals Power, W

ahan Kalor, JP

strial boiler Generators, Calculation Texas USA

Mesin 201tober 2012

A15

gas buang

etel (kW)

K) K)

K)

nce ( 0K) g (Pa)

gan (%)

nz. H The Willesden

W.Z. Black

Product Views and

e internal lkrabek.

NFORSEN L. XIV.SI-

ing, and, tan L 2nd

ndamental. Plublishing

rd Edition

p, Spirax , upper

gi I (Ketel li Jakarta.

William H.

P Holman,

and Heat Design, ABCO

A, gogle-



(K1-9-04)

DESAIN ALAT PENANGKAP GAS METHAN BAHAN SAMPAH ORGANIK DI PASAR

Sugeng Suprijadi Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Elektro, Cirebon 45135


Abstrak Tumpukan sampah diberbagai kota menjadikan masalah yang serius, maka perlu dipikirkan solusi cara penanganannya seperti mengolah sampah menjadi energy biogas yang berguna dan dapat dikerjakan dengan sangat mudah. Nilai tambah ini bukan hanya untuk memperlambat laju eksploitasi sumber daya alam, seperti lewat konsep Reuse, Recycle, and Recovery, namun juga pemanfaatan sampah dari produk proses pengolahan sampah itu sendiri. Untuk memanfaatkan sampah menjadi energi alternatif penggati minyak tanah perlu suatu alat untuk menangkap gas metan yang terkandung dalam sampah untuk dijadikan bio gas. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain alat penangkap gas methan pada sampah menjadi biogas yang mudah dirakit, murah dan berkinerja baik yang terbuat dari plastic polyethilene untuk sekala kecil. Penelitian ini menghasilkan rancangan alat penangkap gas metan yang berbahan dasar plastik polyethilene dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan volume total 100 L ,volume sampah : 0,085 m3, hasil tekanan gas methana pada pipa sepajang 5 meter : 25 Pa.

Kata kunci : Desain, energi alternatif, biogas, gas methan.

Abstract

Piles of garbage in several cities to make a serious problem, it is necessary to consider solutions such as how to handle process waste into useful energy and biogas can be done very easily.This added value not only to slow the rate of exploitation of natural resources, such as through the concept of Reuse, Recycle, and Recovery, but also the utilization of waste products from sewage treatment process it self. To utilize waste into alternative energy change kerosene need a tool to capture methane gas contained in the waste to be used as bio-gas. This study aimed to design a tentacle on the waste into methane biogas that is easy assembled, inexpensive and performs well polyethylene made of plastic for small scale. This research design produces methane gas tentacle-based plastics polyethylene with the following specifications: bio digester with 100 L total volume, waste volume: 0.085 m3, the methane gas pressure in the pipe long 5 meters: 25 Pa.

Keywords: design, alternative energy, biogas, methane gas.

1. PENDAHULUN 1.1. Latar belakang

Perkembangan teknologi yang memerlukan energy seperti bahan bakar gas bumi, minyak bumi, batu bara di Negara kita terus semakin meningkat membuatsumber-sumber energy akan menjadi masalah besar keberadaanya. Indonesia mempunyai potensi yang luar biasa mengenai sumber-sumber daya energi alternative antara lain sampah utamanya sampah pasar yang tiap hari bertambah banyak seiring dengan pertambahan penduduk dan kebutuhan pokok yang disiapkan dari pasar.

Sampah pada dasarnya merupakan suatu bahan yang terbuang atau dibuang dari suatu sumber hasil aktivitas manusia maupun proses-proses alam yang tidak mempunyai nilai ekonomi, bahkan dapat mempunyai nilai ekonomi yang negatif karena dalampenanganannya baik untuk membuang atau membersihkannya memerlukan biaya yang cukup besar.

Ketahui bahwa sampah di pasar melimpah dengan sampah organik terbuang siasia, ber-dasarkan hal tersebut peneliti berfikir memanfaat-kan sampah oraganik untuk dijadikan energy alternatif yang dapat kita kembangkan sebagai pengganti bahan bakar fosil yaitu bahan-bahan organik yang mana dapat diperbaharui dan sampah organik yang jumlahnya dari waktu ke waktu semakin bertambah.Sebagai contoh sampah organik di sini yaitu berupa sekam, sampah pasar,sarung jagung, batok kelapa, serbuk gergaji kayu dan masih banyaklagi sampah organik lainnya.

Teknologi yang bisa mengolah dan memanfaatkan sampah sangatlahdiperlukan. Menerapkan proses 3R: reduce, reuse, and recycle padasampah segar tidak saja menghasilkan produk berharga, namun jugamenyelesaikan masalah sampah dan memberikan peluangpendapatan bagi mereka yang mau mengelolanya. Banyak manfaatyang

ISBN

telah gas, sekalilingkumembfosil.

organsumbepupukdapatmdikomkarbountukdijadiethano

organdan pcara mnyulinmenghSedanbahanpembmenghCO. untukmethapasar 1.2. T

yaitu:a) U

ao

b) Mmd

2. M

rekaytidak tribusprodu 2.1. D

masalberupmemuyang desainpentininiadakesehdanmu


N 978-602-

diambil dari terobosanini

igus yakni ungan dari bantumengata

Ada dua mnik yaitudiguner energi. Sak dengan menyuburkan

mposkan umuonis atau sampk sumber enikan duamacaol dan gas me

Proses pembnik ada duaprproses gasifikmembusukkanng gas mhasilkan 60%

ngkan untuk pn bakar padaakarandenganhasilkan gas

Oleh karekmelakukan man yang dihassecara sederh

Tujuan penelitTujuan dar

Untuk mendaalat produksorganik dengaMemasysrakamengelola sadengan harga

METODE PEMetode pen

asa (suatu kerutin, sehing

si baru, baik uk/prototype.

Desain (PeranKonsep desa

lah perancanpa gambar teknuatsemua fun

perlu ditamnadalah penng yang menjalah mudah hatan, ergonudah perawat


sampah menmemecahka

me-nanggulimbahsam

si keterbatas

macam pemanakan untuk pampah organik

cara pengn tanah.Jumlaumnyaterdiri pah bio degr

nergi, sampaham sumber

etana. buatan gas meroses, yaitu pkasi. Prosesfen sampah orgametana di % gasmetana proses gasifikat menjadi ga

n pembatasanyang dibakar

ena itu sanmendesain alat

silkan dari sahana, murah da

tian ri penelitian

apatkan desaisi gas metanan cara fermenatkan desain ampah yang m

murah.

NELITIAN nelitian yang degiatan ranca

gga di dalamndalam bentuk

ncangan) ain yang merungan yang nik yang sedengsi yang dmbah atau

ngembangan adi tambahan

dioperasikanomis, ramannya

k Mesinversitas Pan

njadi bahan ban dua masulangipencemmpah sekalsan bahan b

anfaatan samupuk organikk dapat dijadgomposan yah sampah ydari 30% ba

radable.Semenh organik denergi yaitu

etana dari samproses fermenermentasi denanik kemudian

mana ratadan 40% C

asi adalahkonvas melalui prn ogsigen yr seperti CH4,ngat diperlupenangkapan

ampah organian mudah .

yang dilaku

in dan konstrna dari samntasi sampahsederhana da

melimpah dip

digunakan meng bangun) ynya terdapat kk proses mau

upakan solusi harusdipecahrhana, tetapi tdiperlukan.Fu

diperbaiki prototype.

n dalam penelan, aman

mah lingkun

ncasila

bakar salah

maran ligus

bakar

mpah k dan dikan yang yang ahan ntara dapat

bio

mpah ntasi ngan nme-a-rata CO2. versi roses yang , H2, ukan n gas ik di

ukan

ruksi mpah

alam pasar

etode yang kon-upun

dari hkan, telah ungsi

dari Hal

litian bagi ngan

Semi

Perancfungsional darikomponendan ranmenentukanbutama.Secara dengan kondi

a. Tempe

Gas mrange temperdalam prosesmesoplilie pathermophilic Seperti halnymethan bertemperatur segas yang diptetap meningtemperature.

Gambar 1. Te1

b. FaktorBakter

sebagai sumnitrogen, fosfkalsium dan kkurangnya ledibutuhkan oapabila terjadbagi pertumdengan bahamenambah pe

c. Tekana

Jika susuatu bejana akan bekarja persatuan tekanan.Dalammolekul-molesecara sembabejana yangtumbukan tmolekul. Tudinding sebag

nar NasionJa

cangan muntuk m

n utama alat ncangan entuk dan tat

keseluruhansi-kondisi:

eratur methan dapat d

ratur sesuai . Bakteri psyh

ada temperatupada tempe

ya proses biorlipat untukebesar 10–15 produksi padgkat seiring

emperatur ting5°C dan 35°C

r Unsur Hara ri Anaerobik mber energyfor, magneskobalt. Level bih dari konsoleh bakteri di kekuranganbuhan bakten yang sede

ertumbuhan di

an Udara uatu gas atautertutup maksuatu gaya. Gluas dindi

m teori fisiekul yang bearang. Karenag ditempati erus-menerus mbukan ini

gai tekanan.


meliputi rmenentukan penangkap gastruktural

ta letak dari kn desain di

diproduksi paddengan bak

hrophilic 0-7o

ure 13–40oC serature 55–6ologi tingkat k tiap pe

0C . Jumlah da jumlah ba

dengan men

gkat produksiC

membutuhkay yang mesium, sodium,

nutrisi harus sentrasi optim

metanogenikan nutrisi meeri.Penambahaerhana sepertidalam digeste

u udara ditemka pada dindiGaya yang timb

ing yang sika gas terergerak terusa gerakan ingas akan

pula dariyang dirasa

Mesin 201tober 2012

A17

rancangan fungsi

as methan untuk

komponen isesuaikan

da 3 phase teri hadir

oC, bakteri sedangkan 00C.(Fry).

produksi eningkatan

total dari ahan yang ningkatnya

i gas pada

an nutrisi engandung , mangan, sekurang-

mum yang k, karena enghambat an nutrisi ti glukosa er.

mpatkan di ng bejana bul adalah

disebut rdiri dari s menerus ni dinding

mendapat i banyak akan oleh



2.2. Rancangan Fungsional Terdapat dua tipe alat penangkap gas

methan yaitu tipe batch dan tipe kontinyu.Pada tipe batch bahan organik ditempatkan di tangki tertutup dan diproses secara anaerobik selama 1–3 bulan tergantung pada jumlah bahan yang dimasukkan.Isi daridigester biasanya dihangatkan dan dipertahankan temperaturnya.Selain itu kadangkaladiaduk untuk melepaskan gelembung- gelembung gas dari sludge. Tipe digester ini tidakmembutuhkan banyak perhatian selama proses. Meskipun demikian hampir semua bahanorganik tetap akan diproses. Efisiensi maksimal dari proses hanya dapat diharapkan biladigester diisi dengan hati-hati. 2.3. Pembuatan dan Gambar Teknik

Tahap ini adalah membuat gambar desain atau gambar teknik dari Reaktor danistalasinya yang dirancang dengan sangat sederhana seperti pada Gambar 2 .

Gambar 2. Model Skema Reaktor Digester drum 2.4. Desain Reaktor Batch Digester Drum

Bioreaktor batch dasar dapat dibuat dari drum plastic ukuran sedang100 liter (27 galon) yang banyak dijual yang memiliki tutup yang dimodifikasi dengan menggunakan paking yang dikencangkan dengan mur baut 8 mm sebanyak 8 buah yang mudah untuk dibuka-tutup untuk isi ulang bubur sampah.

Drum dalam kondisi yang baik dan mampu untuk menutup tanpa kebocoran. Tutup dilubangi untuk outlet gas dengan pipa pvc 0.5 inchi dan memasang alat pengukur tekanan gas, pada outlet pipa setelah stop-kran dibuat dua cabang dan cabang tersebut untuk dihubungkan ke ban dalam mobil (gas line to innr tube) dan cabang yang satunya dihubungkan ke peralatan/komponen pemanfaatan gasbio.

Ketika drum gasbio mulai memproduksi biogas, gas harus dibebaskan untuk sekitar minggu pertama sebelum mencoba untuk menyalakan kompor pastikan bahwa tidak ada udara yang tersisa dalam instalasi. Hal ini sangat penting karena oksigen dicampur dengan metana

bisa berbahaya jika dinyalakan.Sistem batch dapat menghasilkan biogas selama beberapa bulan. Kebanyakan mikro-organisme aktivitas terjadi di dekat permukaan bubur sehingga secara berkala dilakukan pengadukan bubur dengan memiringkan drum ini akan meningkatkan efektivitas dari digester. Setelah digester tidak lagi memproduksi gas dapat dikosongkan dan diisi ulang dengan bubur segar. Bekas bubur dapat digunakan sebagai pupuk dan sejumlah kecil sisa bubur dapat ditambahkan ke bubur segar untuk membantu memulai lebih cepat proses pembuatan gas-methan berikutnya. Setelah mengisi, ingat untuk membersihkan sistem sampai tidak ada lagi bahaya memiliki oksigen di dalam campuran gas.

Gambar 3.Fisik Reaktor Batch Digester drum 3. ANALISA PERENCANAAN DIGESTER. 3.1. Analisa Volume Sampah

Pengisian drum digester dengan sampah yang sudah dipotong-potong dan ditumbuk atau bubur sampah dimasukan hingga penuh sampai 100 liter. Namun setelah 3 hari permukaan sampah tersebut turun hingga setengah dari tinggi drum pencerna. Maka volume sampah dapat dihitung : Vsampah= L alas x t = ( π x r2 ) x t = 3,14 x 202 x 78 = 97.968 Cm3 V sampah = 98 m3 Keterangan:

t = tinggi permukaan sampah r = rata-rata jari-jari drum V= volume sampah. Volume drum 100 m3 sehingga ada toleransi udara 100 – 98 = 12 liter udara.

Pengukur tekanan

murbaud P stop kran ke komponen

Inner tube ( ban dalam mobil )

Drum plastic



3.2 Kapasitas Gas Methana Dari data didapat dari Dhieta Sancoko,

2007 didapatkan bahwa Volume sampah 100.000 m3 didapatkan kapasitas gas methan (CN4) sebesar 16 m3/jam atau setara dengan 0,00167 m3/s (DR Enri Damanhuri, 1997), Maka dengan rumus: V1 .Q2 = V2 . Q1 100.000m3 x Q2 = 0,098m3 x 0,00167 m3/S Q2 = 1,6366 x 10-9m3/S Keterangan:

V1 = volume sampah pembanding Q1 = Kapasitas gas pembanding V2 =volume sampah diketahui Q2 = kapasitas gas yang dicari.

3.3 Perhitungan Aliran Gas Methana

Berat jenis methan (γ) dapat dicari menggunakan rumus:

γ = ρ x g …… ( Reuhen M Olson) …….1) Jika ρ methan = 0,668 kg/m3 (Robert L Daugherty, 544) maka : γ = 0,668kg/m3 x 9,8 m/S2 γ = 6,546 N/m2 Gaya yang bekerja pada pipa penangkap gas methan adalah: F = γ x h x A …….( Reuben M Olson: 56) Keterangan:

F = Gaya pada pipa γ = berat jenis fluida (N/m2) h = ketinggian (m) A = Luas penampang (m2)

Pada perancangan pipa penangkap gas-methan menggunakan pipa PVC berdiameter 0,008 m, luas penampang pipa dengan diameter 0,008 m adalah :

A = π/4 x d2 A = 3,14 / 4 x 0,0082 A = 5,024 x 10-5

Jadi gaya yang terjadi adalah :

F =6,546 N/m3 x 5 m x 5,024.10-5 m2 F =1,6443552 x 10-3 N

Tekanan yang terjadi pada pipa penangkap gas methane adalah :

P = F/A = 1,6443552 . 10-3/5,024 . 10-5 = 32,722 N/m2

P = 32,722 Pa. Dengan factor koreksi adanya hambatan pada pipa saluran losses sebesar 80 %, tekanan yang terjadi di ujung saluran menjadi:

P = 80% x 32,722 = 25,76 Pa. Karena 1 atm = 105 Pa, tekanan yang didapat adalah 25,76 Pa < 1 atm., maka dapat dicari kecepatan aliran gas methana dengan menggunakan rumus: V = Q/A = 1,6366 x 10-9 /5,024 x 10-5 = 3,2575 x 10-5m/s 3.4 Biaya Pembuatan

Bahan-bahan yang digunakan dalam membuat Reaktor Batch Digester drum sangat banyak di pasaran :

Table 1 Rincian dan biaya pembuatan

No Nama material Jml Harga satuan

Harga

1 Drum plastic/blong

1 bh 150.000 150.000

2 Packing/ siel 1 set 25.000 25.0003 Murbaut 8 mm 8 bh 3.000 24.0004 Stop kran 1 bh 12.500 12.5005 Ban dalam

mobil bekas 1 bh 15.000 15.000

6 Preasure meter 1 bh 12.500 12.5007 Selang D=8mm 6 m 5.000 30.0008 sambungan

selang 3 bh 10.000 30.000

Jumlah 299.000 Biaya pembuatan Reaktor Digester Drum sebesar Rp 299.000,- (Dua ratus sebilanpuluhsembilan ribu rupiah), untuk investasi awal pembuatan alat . Selanjutnya sampah yang didapat dari pasar umumnya gratis . 3. KESIMPULAN Dari hasil perencanaan diperoleh Desain Alat Penangkap Gas Methan menggunakan drum plastic adalah:

a. Desain Penangkap gas methan dari perhitungan cukup mampu menahan tekanan yang dihasilkan sampah yang menjadi bahan gas methan.

b. Volume drum pencerna 100 liter untuk penampungan skala kecil .

c. Sebagai penampungan dan keamanan ban dapat digunakan sebagai indicator gas.

d. Harga pembuatan yang relatip murah .



DAFTAR PUSTAKA

[1] Cecep Dani Sucipto, 2012 Teknik Pengolahan Daur Ulang Sampah,

[2] Fry, L. J., 1973, Methane Digesters for Fuel Gas and Fertilizer, The NewAlchemy Institute, Massachusetts, 8th Printing.

[3] Goodfellow–Material Information, 2000, Polyethylene–Low Density, LDPE. http:// www.goodfellow.com/csp/active/gfMaterialInfo.csp.MATID=ET31&result=13,Oktober 2003.

[4] Culp W Archie. “Prinsip –prinsip Koversi Energi,” Erlangga Jakarta, 1985

[5] Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan Widodo B.U. Ir.ME.“Teknik pembakaranDasar dan Bahan Bakar,” ITS, Surabaya, 1990.

[6] Mikheyev M, “ Fundamental of Heat Transfer, “ Peace, Moscow

[7] Durban David, Norman A. Fleck, “Singular Plastic Fied in steady Penetration ofrigid Con”, Journal of engineering material and technology.

[8] Anonymous., 1983, Sifat Papan Partikel Datar, Standart Industri Indonesia SII.0797-83, Departemen Perindustrian, Jakarta.

[9] Hutasoit, G.F. dan Prihastuti, 1996, Orientasi Penelitian Pembuatan PapanPartikel, Berita P3GI, Pusat Penelitian Perkebunan Indonesia (P3I), Pasuruan.

[10] Smith, W.F., 1986, Principle of Materials Science and Engineering, Mc Graw HillInc.



(K1-10-05)

GENERASI LISTRIK DARI ENERGI PEMBANGKIT TENAGA PANAS BUMI DI JAWA BARAT INDONESIA

Agus Siswanto Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Elektro, Cirebon 45135

Abstract

The use ofelectrical energy is ameasure of departure progress in industry developments through out the countries of theworld, especially in Indonesia. Powerplant has been and is being built afossilfired power plants with expensive production costs, it is necessary for power generation is environmentally friendly andare cheap to produce, from the natural potential of the development owned Geothermal Power Plant (GPP) is one solution to meet the needs of New Renewable Energy (NRE). It can be developed from the research that developed the geothermal potential in Indonesia reaches 40% of total energy needs of the world's reserves. This study, proposed the generation of electricity from geothermal.

Keywords: Electricity generation, geothermal, GPP, NRE. 1. PENDAHULUAN

Fenomena energy di era modern saat ini menjadi problematika sosial, krisis energy yang terjadi secara mendunia yang berbahan bakar fossil, meliputi minyak bumi, gas alam serta energy listrik. Kebutuhan energy listrik di Indonesia makin berkembang seiring peningkatan jumlah penduduk dan pola kehidupan masyarakat. Pertumbuhan ekonomi mencapai lebih dari 5% merupakan pendorong akan peningkatan konsumsi energy. Energy listrik merupakan kebutuhan primer dalam dunia industry dan masyarakat sekarang. Ketersediaannya sangat berpengaruh pada laju pertumbuhan ekonomi dan kemajuan teknologi. Foktor penting dalam energy listrik meliputi, ketersediaan tenaga listrik yang mencukupi, aman, andal dan harga yang terjangkau. Indonesia merupakan Negara yang memiliki banyak ke puluan dan terdapat banyak potensi alam, meliputi: air, panas matahari, batu bara, nuklir, dan panas bumi.

Indonesia menempati urutan keempat dunia, bahkan dari segi temperatur yang tinggi, merupakan kedua terbesar. Sebagian besar energi panas bumi yang telah dimanfaatkan di seluruh dunia merupakan energi yang diekstrak dari sitem hidrotermal, karena pemanfaatan dari hot-igneous system dan conduction-dominated system memerlukan teknologi ekstraksi yang tinggi. Sistem hidrotermal erat kaitannya dengan sistem vulkanisme dan pembentukan gunung api pada zona batas lempeng yang aktif yang terdapat aliran panas (heat flow) yang tinggi. Indonesia terletak di pertemuan tiga lempeng aktif yang memungkinkan panas bumi dari kedalaman ditransfer ke permukaan melalui sistem rekahan. Posisi strategis ini menempatkankan Indonesia sebagai Negara paling kaya dengan energi panas bumi system hidrotermal yang tersebar di

sepanjang busur vulkanik. Sehingga sebagian besar sumber panas bumi di Indonesia tergolong mempunyai entalpi tinggi.

Pulau yang memiliki kepadatan penduduk serta industry terbesar berada di pulau jawa, saat ini kapasitas listrik yang tertanggun lebih dari 70% secara Nasional, dalam hal ini diperlukan juga jumlah kapasitas yang bersar suplai energinya.

Dipulau Jawa, memiliki potensi panas bumi terbesar secara nasional, khususnya jawa barat bila ditinjau dari munculnya panas bumi di permukaan per satuan luas, untuk itu kebutuhan energy masa depan. Pengembangan generasi listrik menggunakan energy baru terbarukan dijawa Barat dapat menjadi solusi kekurangan energy yang menjadi problematika social diera modern.

2. TEORI PENUNJANG

Panas bumi panas yang bersumber dari perut bumi, energy panas bumi bersumber dari panas tersebut. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB) merupakan pembabgkit yang bersih dari pulusi dan ramah lingkungan. Dalam pengembangan energy panas bumi sebagai berikut:

2.1. Energi Panas Bumi

Energi Panas bumi yang sebagian besar berupa air panas atau kombinasi uap dan air panas (hot water dominate) dengan temperature 360O F (182OC) dapat digunakan dalam flash plants untuk menghasilkan energy listrik. Fluida disemprotkan kedalam suatu tangki yang mempunyai tekanan jauh lebih rendah dibanding daripada tekanan fluida tersebut. Hal ini menyebabkan jumlah fluida tersebut dengan cepat menguap atau flash. Uap fluida ini kemudian

ISBN

memusisa kebum

menggsebagenergjenis, tersebyaitu:

1)2)3)

2.2.

pembdipakmenglistrikmengmendPembpada Tenagdibuatsedanpanasmerubumumpoweryaitu penggpompteknoyaitu Pada G

sumurmerupcair) prosesdimundalamdari f


N 978-602-

utar turbin yafluida tersen

mi. Pembangkit

gunakan uapgai sumber ei panas bumi

sesuai denbut. Energi pa Energi Panas Energi Panas Energi Panas

Proses KelistProses ke

angkit listrikai untuk meaktifkan gen

k. Banyak gunakan bidihkan air angkit Listrikprinsipnya sa

ga Uap (PLTUt di permu

ngkan pada PLs bumi. Pembbah panas bum

m mempunyair plant lain ya

terdiri dargerak generapa, dan seblogi pembangdry steam, f

Gambar 1, me

Gambar 1. P

Fluida panr sebagai pakan campu

hal tersebus pemisahanngkinkan den

m separator, sfasa cairnya. F


ang terkopel dnut (air) da

t Listrik Tenp dari sumbenergi primei mempunyai ngan kondisi anas bumi ter

s Bumi Uap Bs Bumi Air Pas Bumi Batuan

trikan Panas Belistrikan Sk mengguna

emutar turbinnerator untu

pembangkit ahan bakar

guna menk Tenaga Panaama seperti PeU), hanya sajaukaan mengLTPB uap berbangkit yang mi menjadi teni komponen yang bukan berri generator, ator, heat exbagainya. Adgkit listrik teflash steam, denunjukkan:

Proses pemisa

nas yang kelcampuran f

uran dari (fasut terlebih dn pada flngan melewsehingga fasaFraksi uap yan

k Mesinversitas Pan

dengan generapat diinjeks

naga Panas Bber panas brnya. Sedangbeberapa mageologi da

riri dari 3 ma

asah anas n Panas

Bumi Sebagian bakan uap.

n yang kemuuk menghasi

listrik mr fosil unghasilkan as bumi (PLTembangkit Lia pada PLTU,ggunakan boasal dari reserdigunakan u

naga listrik seyang sama denrbasis panas b

turbin sebxchanger, chida tiga managa panas bdan binary cy

ahan fluida

luar dari kefluida dua sa uap dan fdahulu dilakuluida. Hal

watkan fluidaa uap terpisahng dihasilkan

ncasila

rator, sikan

Bumi bumi gkan acam aerah acam

besar Uap

udian ilkan

masih untuk

uap. TPB) istrik , uap oiler, rvoir

untuk ecara ngan

bumi, bagai iller,

acam bumi ycle.

epala fasa fasa

ukan ini

a ke hkan dari

Semi

separator initurbin.

Gambar 2

Systemditunjukkan menggunakanmenguap patemperatur titFluida sekundimanfaatkandipanaskan kSiklus tertutumasanya, tediekstraksi opanas bumireservoir.

Gamba

DiagraReykjvik yanpada tahun 19

Gambar 4. DiGu

nar NasionJa

ilah yang ke

. Tekanan stea

m temperaturepada Gamba

n pendinginanda temperatu

tik didih air pader mengalir

n dikondekembali olehup fluida pantapi hanya leh fluida ke

diinjeksika

ar 3. Temperat

am alir kawang dirumuska988.

iagram alir sysudmunds son,


emudian dia

am dan air ke

e aliran tekanar 3. Pada sn air. Fluida ur lebih renada tekanan y

ke turbin daensasikan h fluida pannas bumi tida

panasnya sedua, sementan kembali

tur tekanan tin

wasan system an oleh Gudm

stem pemanas1988)

Mesin 201tober 2012

A22

alirkan ke

turbin

nan tinggi ystem ini sekunder

ndah dari yang sama. an setelah

sebelum nas bumi. ak diambil aja yang ara fluida

kedalam

nggi

pemanas muns son

s (From



2.3. Biaya Pembangkitan Panas Bumi Biaya pembangkitan total tanpa biaya

eksternal merupakan penjumlahan dari biaya modal, biaya bahan bakar, biaya operasional dan perawatan, serta biaya lingkungan.

Biaya pembangkitan = Biaya Modal+biaya Bahan bakar + Biaya O&M

Sedangkan untuk harga jual energi listriknya: Harga jual = Biaya pembangkitan+biaya transmisi+ Prosen keuntungan+prosen pajak.

2.3.1 Biaya modal (capital cost)

Dalam pengoperasian biaya modal pertahun merupakan biaya nvestasi pembangunan pembangkit tenaga listrik yang dipengaruhi oleh faktor suku bunga dengan faktor penyusutan peralatan yang dimiliki pembangkit:

.

.

2.3.2 Biaya bahan bakar (fuel cost)

Operasional biaya yang hanya dikeluarkan system apabila pusat pembangkit dioperasikan untuk membangkitkan tenaga listrik. Biaya operasi ini merupakan biaya pembelian uap panas bumi dan minyak pelumas

2.3.3 Biaya operasional dan pemeliharaan

Biaya ini harus tetap dikeluarkan meskipun peralatan-peralatan di pusat pembangkit tidak sedang beroperasi. Biaya O&M ini merupakan biaya untuk perawatan pusat pembangkit, dan juga biaya tenaga kerja yang mengoperasikan dan merawat pusat pembangkit.

2.3.4 Biaya Lingkungan

Yang dimaksud biaya lingkungan dalam pembangunan PLTP adalah biaya pemeliharaan lingkungan. Seperti alat pengurangan emisi, pengolahan limbah oli, menjaga kuantitas dan kualitas air tanah.

2.3.5. Biaya Modal

Biaya modal pertahun adalah biaya investasi pembangunan pembangkit tenaga listrik yang dipengaruhi oleh faktor suku bunga dengan factor penyusutan.

3. KONDISI SISTEM KELISTRIKAN JAWA BARAT

Tabel Eksisting wilayah kerja pertambangan panas bumi yang telah beroperasi:

Tabel 1. Potensi geothermal di Jawa Barat

No Lokasi Propinsi Pengembangan Kapasitas 1 Gunung

Salak Jawa Barat

PGE-CGS 375 (MW)

2 Wayang Windu

Jawa Barat

PGE-SE 110 (MW)

3 Kamo jang

Jawa Barat

PGE 200 (MW)

4 Drajat Jawa Barat

PGE-CGS 250 (MW)

Keterangan: PGE (Pertamina Geothermal Energy) CGS (Chevron Geothermal Salak) CGI (Chevron Geothermal Indonesia) SE (Star Energy)

3.3. Suplay Tenaga Listrik

Salah satu permasalahan ketenagalistrikan di Jawa Barat yaitu meningkatnya kebutuhan listrik oleh masyarakat sehingga diperlukan peramalan beban di suatu regional. Peramalan atau perkiraan beban beban merupakan masalah yang sangat menentukan bagi perusahaan listrik baik segi-segi manajerial maupun bagi operasional. Untuk dapat membuat perkiraan beban beban sebaik mungkin perlu beban sistem tenaga listrik yang sudah terjadi di masa lalu. Perkiraan beban jangka panjang adalah untuk jangka waktu lebih dari satu tahun. Dalam perkiraan beban jangka panjang masalah-masalah makro ekonomi yang merupakan masalah ekstern perusahaan listrik merupakan faktor utama yang menentukan arah perkiraan beban. Perhitungan perkiraan beban dilakukan dengan menggunakan data yang berasal yang dari wilayah kelistrikan Jawa Barat. Data yang dipakai merupakan data dalam kurun waktu 10 tahunan mulai tahun 1997-2007 dengan hasil perhitungan merupakan perkiraan beban untuk jangka panjang sampai 2020. 3.4. Penggunaan Energi Listrik

Konsumsi energi listrik di Propinsi Jawa Barat menunjukkan pemakaian yang terus meningkat tiap tahunnya. Hal ini disebabkan jumlah penduduk yang cenderung meningkat setiap tahun, semakin berkembangnya sektor industri dan semakin meningkat kemajuan daerah di propinsi Jawa Barat. Sektor industri merupakan sektor yang paling banyak membutuhkan energi diikuti dengan sektor komersil (bisnis), penerangan jalan, serta gedung pemerintah. Hal ini terjadi karena di Jawa Barat merupakan sentral wilayah yang terdapat sektor industri, dan bisnis terbesar, yang merupakan wilayah perkembangan peradaban yang maju, dan berbatasan dengan Ibu Kota Negara, yang merupakan pusat perekonomian nasional.

ISBN

4. AN

dikemsangadapat

4.1. P

yang sebagantara

1234

4.2. P

beberbumi,untukenergybebrap

1234

4.3. P

poten12


N 978-602-

Ga

NALISIS PEWilayah-wil

mbangkan pemat berpotensi,

di kelampokk

Potensi wilayaWilayah dra

memiliki potegai pembangna lain meliputi. Kec. Kertasa

2. Kec. Pacet(B. Kec. Pasirw

4. Kec. Sukare

Potensi WilayaArea potens

apa kecamata, hal tersebut

k pengembany terbarukanpa kecamatan. Kec. Ibun (B

2. Kec. Paseh (. Kec. Leles (

4. Kec. Samara

Potensi WilayLuas wilaya

si panas bumi. Kec. Kerta

2. Kec. Pang


ambar 5. Poten

EMBANGUNAlayah y

mbangunan PLdari beberapa

kan sebagai be

ah Drajat Jabaajat memiliki ensi yang dapnan pembangi: ari(Bandung) Bandung)

wangi(Garut) esmi(Garut)

ah Kamojangsi wilayah kaan yang terda

merupakan pngan kapasitan yang ram

n tersebut meliBandung) (Bandung) (Garut) ang (Garut)

yah Wayang Wah Jawa Barai ini meliputi lasari(Bandung

galengan(Band

k Mesinversitas Pan

nsi migas dan

AN PLTP yang dLTP di jawa ba wilayah terserikut:

ar empat kecam

pat dikembanggkit panas b

g Jabar amojang meli

apat potensi ppotensi yang as pembangumah lingkuniputi:

Windu at yang memlima kecamatag) dung)

ncasila

n panas bumi v

dapat barat sebut

matan gkan bumi

iputi panas

baik unan ngan,

miliki an:

Semi

vs pengemban

3. Kec.4. Kec.5. Kec.

5. KESIMP

Potenscukup besar, terbarukan (lingkungan, bersumber da

Dari Indonesia terlgunung berapkapasitas enedunia. BesarGWe) yang listrik merpembangkit tedaerah yang m

Berdasadilakukan dasebagai beriku

1) Pada tahJawa Ba8 ElektrPropinsidifisit peramalajuga mesegera dsemakinPropinsi

nar NasionJa

ngan wilayah J

. Talegong(Ga

. Bungbulang(

. Cisewu(Garu

ULAN si Energy pandan merupakatidak mudah

berbeda dri energy fossdata yang

letak dibagaiapi yang masih ergy panas br potensi enedimiliki untu

rupakan denaga listrik kmemiliki potenarkan pembapat diambil ut: hun 2008 Pertarat sebesar 5,2ifikasi 65,37 %i Jawa Baratenergi, sela

an untuk taengalami difisdi bangun pe

n bertambahni Jawa Barat.


Jawa Barat

arut) (Garut) ut)

nas bumi di an sumber enh habis) serdengan energsil yang semak

telah dikan mata rantaaktif, jelas m

bumi yang teergy panas buk pembangk

dalam pemkhususnya bansi energy. bahasan yan

beberapa ke

tumbuhan ene2% per tahun % dan beban

at rata-rata main itu beahun-tahun msit energi, membangkit banya konsum

Mesin 201tober 2012

A24

Indonesia nergy yang rta bersih gy yang kin habis. kumpulkan ai gunung-

mempunyai erbesar di bumi (27 kit tenaga

mbangunan gi daerah-

ng telah esimpukan

ergi listrik dan Ratio puncak di

mengalami erdasarkan mendatang

maka perlu aru karena si energi



2) Harga jual (BPP) dari energi listrik di Propinsi Jawa Barat yang diasumsikan isolated dan tanpa subsidi dari pemerintah setelah di bangunnya PLTP Subang 150 MW adalah sebesar Rp.1.125,36,-

3) Kendala-kendala yang memyebabkan peng-embangan panas bumi berjalan lambat dan akhirnya membawa konsekunsi biaya tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Claudiu Costea, Analysis of Thermal

Efficiency in Geothermal Power Station Using A Simulink Model, Department of Electrical Drives and Automation, University of Oradea, pp. 84-87.

[2] ……………, Pengembangan Panas Bumi Di Jawa Barat: Kontribusi dan Harapan Daerah, Disampaikan pada Acara Seminar Nasional Panas Bumi, 3 April 2006.

[3] Andi Joko Nugroho, Optimization of Electrical Power Production from High Temperature Geothermal Fields with respect to Silica Scaling Problems, Faculty of Mechanical Engineering, Industrial Engineering and Computer Science University of Iceland, 2011

[4] Hanaa M. Farghally, Faten H. Fahmy, and Mohamed A. H.EL-Sayed, Neural Network Controller for a geothermal Space Heating System, The Online Journal on Electronics and Electrical Engineering (OJEEE).

[5] Adam Zoet, the basics and applications of geothermal energy, dovetail partners. Inc., a trusted source of environmental information.

[6] Alyssa Kagel, Diana Bates, & Karl Gawell , A Guide to Geothermal Energy and the Environment, Geothermal Energy Association 209 Pennsylvania Avenue SE, Washington, D.C. 20003, April 2007.

[7] Valentin Trillat-Berdal, Bernard Souyri, Gilbert Achard, Coupling of geothermal heat pumps with thermal solar collectors, elsevire , 26 September 2006

[8] Goldstein, B., Bendall, B., Long, A. and Budd, A., Converting Geothermal Plays To Projects In Australia – A National Review, Proceedings, Thirty-Sixth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, January 31 - February 2, 2011.



(K1-32-06)

STUDI AWAL KULTUR MIKROALGA Scenedesmus sp DENGAN MENGGUNAKAN WARNA PENCAHAYAAN BERSUMBER DARI LED SEBAGAI UPAYA PENYEDIA

BAHAN BAKU BIODIESEL: SEBUAH RANCANGAN PENELITIAN

Amalia Rizky Eka Putri1, Agung Sedayu1, Satwiko Sidopekso2 1Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Biologi FMIPA, Jakarta 13220 2Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Fisika FMIPA, Jakarta 13220


Abstrak Pengembangan biofuel sebagai energi altenatif telah dilakukan guna mengatasi permasalahan ketersediaan bahan bakar fosil. Mikroalga menjadi salah satu sumber bahan bakar nabati potensial yang perlu dilakukan eksplorasi lebih dalam. Produksi bahan baku mikroalga dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan faktor-faktor lingkungan yang diperlukan alga dalam kultur. Specturm warna cahaya dari LED dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas sel Scenedesmus sp. Sebuah rancangan penelitian dibuat sebagai simulasi untuk mengetahui pengaruh perbedaan warna pencahayaan LED terhadap produktivitas sel pada kultur Scenedesmus sp.

Kata kunci: Bahan bakar nabati, kultur mikroalga, warna pencahayaan LED.

Abstract

Biofuel Development, biodiesel as alternative energy has been done to overcome the problem of availability of fossil fuels. Microalgae to be one of the potential sources of biofuels need to be explored in depth. By using the color of the LED light sources on cultured microalgae, it is possible to increase the productivity of microalgae cells through the process of photosynthesis. In simulation of this culture can be seen that the difference in color of led lighting affect microalgae culture.

Keywords: Biofuels, microalgae culture, color LED lighting. 1. PENDAHULUAN

Peningkatan penggunaan bahan bakar minyak menjadi permasalahan global baik dalam aspek ekonomi maupun lingkungan hidup. Angka kebutuhan akan bahan bakar minyak meningkat setiap tahunnya seiring dengan pertumbuhan industri dan transportasi, namun berbanding terbalik dengan ketersediaan bahan bakar yang semakin menipis akibat penggunaan secara terus menerus dan dalam kuantitas yang cukup besar. Hal ini setidaknya akan berujung pada kerugian dalam dua sektor. Dalam sektor ekonomi, kelangkaan bahan bakar minyak menyebabkan meningkatnya harga minyak dunia, yang akan berimbas dengan peningkatan harga produk lainnya. Dalam sektor lingkungan, penggunaan bahan bakar minyak secara besar akan menimbulkan polusi secara besar pula.

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) menyatakan bahwa tingkat CO2 atmosfer telah mencapai angka lebih dari 450 ppm CO2-e (e=ekuivalen kontribusi seluruh gas rumahkaca), dimana nilai ini sudah memasuki batas “berbahaya”, lebih cepat 10 tahun dari waktu yang diperkirakan sebelumnya. Meskipun

upaya untuk mereduksi CO2 telah dilakukan, IPCC menyimpulkan bahwa total reduksi CO2 hingga 50-85% baru akan tercapai pada tahun 2050. Kondisi ini menjadi teguran global yang mewajibkan pengembangan berbagai sumber energi yang dapat diperbahatui (renewable energy) (Schenk, 2008).

Berbagai negara telah memfokuskan diri dalam mengekplorasi alam dalam upaya pengembangan Bahan Bakar Nabati (BBN) atau biofuel, yang terdiri atas biodiesel, bioetanol, biometan dan biohidrogen. Mikroalga Scenedesmus sp. adalah salah satu spesies alga hijau fotosintetis berkoloni yang dapat dimanfaatkan dalam pembuatan biodiesel. Kandungan lemak (fatty acid) Scenedesmus sp. mencapai 16-40% (Triantoro, 2008). Untuk menyediakan bahan baku biodiesel dalam jumlah yang cukup banyak dan berkesinambungan, teknik kultur murni Scenedesmus sp perlu dilakukan dengan tepat untuk menghasilkan biomassa yang dapat memenuhi produksi biodiesel dunia.

Cahaya merupakan faktor lingkungan yang penting bagi kehidupan mikroalga. Baik di

ISBN

laborakomerdenga(neonbeberyang dan mDibanefisienspektrdisesudiseramenin

cahaydigundan bdibuatLED maksidiabsoproduadalahbudidyang penye

2. M2.1. P

acak murnidan k250 kepaddigunpencadidesalampuLampkultursekat memp

Gam


N 978-602-

atorium mauprsial, peran

an penggunaan atau TL). Peapa kelemahaterpakai dapa

membutuhkan ndingkan lamn dalam perum cahaya uaikan denganap oleh alga sangkatkan laju

Dalam penya merah:birunakan untuk mbiomassa Scentnya simulasiyang tepat m

imum spectruorbsi Scenede

uktivitas sel. h menambah

daya mikroalgdapat dilakuk

ediaan sumber

METODE PENProsedur Pen

Percobaan dlengkap (RA

i didapatkan kemudian dipi

ml untuk datan awal nakan adalah pahayaan yangain dalam sebu LED merahpu dipasang r mikroalga. A

pembatas perluas perseb

mbar 1. Desaindengan


pun pada skacahaya mat

an cahaya laenggunaan laman seperti sebaat terbuang da

daya listrik ympu TL, lamemakaian eneyang dikeluan panjang caaja sehingga lfotosintesis alnelitian ini, u LED menja

mendapatkan nedesmus sp i sederhana mmaka dapat d

um cahaya yaesmus sp untAdapun tuju

h informasi a, khususnya

kan di Indoner energi terbar

NELITIAN nelitian disusun berdaAL). Kultur dengan cara

indahkan padatahap pengyang sama

pupuk formulag bersumber buah rangkaiah (640 nm) da

pada bagianArea kultur pberupa kart

baran cahaya L

n RAL kultur n perbedaan r

k Mesinversitas Pan

la pengembantahari digantampu fluoresmpu TL memagian besar enalam bentuk pyang cukup bempu LED lergi. Selain arkan LED dahaya yang debih efisien ulga.

ratio spectadi variabel ylaju pertumbutertinggi. Den

menggunakan rdiketahui renng paling bantuk meningkauan penulisanmengenai teScenedesmussia sebagai up

rukan.

asarkan rancanScenedesmuspengenceran

a labu erlenmgamatan, dena. Pupuk yasi Walne. Sisdari LED t

an PCB berisi an biru (450 nn atas rangkper variabel dion putih uLED (gambar

Scenedesmus atio R:B LED

ncasila

ngan tikan scent

miliki nergi panas esar. lebih

itu, dapat dapat untuk

trum yang uhan ngan ratio

ntang nyak atkan n ini eknik s sp., paya

ngan s sp

n 106 meyer

ngan yang stem telah 100 nm).

kaian diberi untuk

1).

sp

D

Semi

Pengamatan mengetahui perlakuan rati50:50, 25:75dilakukan denproses peneldilihat pada g

Gam

Parampertumbuhan pertumbuhan mengukur Ogelombang 68OD dilakukan

Pengukpada hari ke mengambil 6000rpm seladalam oven 2012).

2.2. Alat dan Berikut i

untuk mempe250 ml, mikrkimia, akuariutimbangan dmeter, Handsentrifuge, dibutuhkan addengan saliniwalne (Ardi, 2

nar NasionJa

dilakukan sekepadatan

io lampu LED5 dan 0:100 ngan pengulanlitian yang aambar 2.

mbar 2 . Alur k

eter yang dan bio

sel mikroalD (Optical d80 nm (Lee etn setiap hari sekuran bioma

10, Penguku100ml kultma 10 menit. 80oC selam

Bahan ini merupakaneroleh data aroskop, lampuum, pompa aedigital, infrard refractomeoven, auto

dalah mikroalitas (± 16ppt)2010).


elama 10 hsel tertinggi

D red:blue 100yang masin

ngan tiga kalakan dilakuk

kerja penelitian

diamati adaomassa, Pelga dilakukandensity) padat al. 1998). Peelama 10 hariassa kering uran dilakukatur dan diKemudian di

m 24 jam (

n alat yang dadalah labu eu LED, peralaerasi, selang, pred thermometer, spectrofoklav. Bahalga Scenedesm), dan formul

Mesin 201tober 2012

A27

ari untuk i dengan 0:0, 75:25, ng-masing i. Adapun

kan dapat

n

alah laju engukuran n dengan a panjang engukuran . dilakukan

an dengan isentrifuge ikeringkan Gunawan,

dibutuhkan rlenmeyer atan gelas pipa gelas,

meter, pH fotometer, an yang mus sp, air lasi pupuk

ISBN

3. HA3.1. M

dari bmengmatahkenyadisebaprodupanga

bahandiprodmenjadiantafoton,besar.menghair limmengumengubakar bakar didegr

mengukimiakimiamolekminya

G

satu berkoberwaklorofterdapdan msel Sc


N 978-602-

ASIL DAN PMikroalga seb

Pada generaberbagai jenisandung minya

hari, palem dataannya upayabkan persain

uksi biofuel daan bagi masya

Mikroalga n baku yangduksi dalam adi biodiesel.aranya: (1) ef, sehingga m. (2) dapat dihasilkan minymbah yang murangi pemaurangi CO2

minyak bunabati yan

radasikan (ScBaik tanam

ubah energiawi melalui awi yang dihakul-molekul sak (gambar 3)

Gambar 3. Pemme

Mikroalga Sspesies gang

oloni. Sel-selnarna hijau, fil-b, serta pat pirenoid, minyak. Kanducenedesmus sp


PEMBAHASAbagai generasasi pertama, bs tanaman tinak seperti lobadan sebagainyya ini kurangngan penggunan untuk mencarakat. menjadi satu

g paling efisjumlah bes

. Kelebihan fisien dalam menghasilkani panen sepanyaknya, (3) damengandung

akaian air byang dilepa

umi, (5) menng tidak berhenk, 2008).

man maupun mi matahari

proses fotoasilkan disimpeperti lignin,

).

mbentukan selalui fotosinte

Scenedesmus ggang hijau

nya mempunymengandungkarotenoid. hasil asimila

ungan lemak p. mencapai 1

k Mesinversitas Pan

AN si kedua biofubiofuel dihasingkat tinggi yak, kedelai, buya. Namun, pg berjalan efenaan lahan ucukupi persed

u-satunya sumsien dan musar untuk diutama mikromengubah en

biomassa ynjang tahun uapat tumbuh pgaram, sehin

bersih, (4) dskan dari banghasilkan baracun dan d

mikroalga mamenjadi en

osintesis. Enpan dalam beselulosa, pati

enyawa organiesis

sp. adalah suniseluler y

yai kloroplas yg klorofil-a

Pada kloroasi berupa tep(fatty acid) se6-40%.

ncasila

fuel ilkan yang unga pada ektif, untuk diaan

mber udah iolah oalga nergi yang

untuk pada ngga dapat ahan ahan

dapat

ampu nergi nergi entuk i dan

ik

salah yang yang dan

oplas pung etiap

j

Semi

3.2. Peran cpertumb

Beberadiperhatikan diantaranya kandungan CPerubahan mempengaruhmikroalga.

Ketersmenjadi parakultur mikroberpengaruh rentang intensangat minimtinggi, fotosititik optimumcahaya melebjuga tidak akmenyebabkancahaya pada a

Fotosin(penyerapan fPada saat melakukan pdan mengubaLaju fotosintfoton. Foton yrentang 400 nklorofil danelektron.

PercobEnglemann mterhadap fomikroalga Spspectrum cahmerah. UntukEnglemann mhasil pengamterkumpul paoksigen akibDaerah ini mspectrum caha

Gambar 4. PeSpycah

nar NasionJa

cahaya dalambuhan Scenedapa faktor lidalam melakadalah cah

CO2, salinitapada seba

hi pertumbuha

ediaan dan bameter pentinalga fotosinte

terhadap lansitas rendah

m. Sebaliknya ntesis menin

m yang dapat bihi batas optkan berlangsun foto oksidaalga (Alabi, 20ntesis terdirifoton) dan reareaksi teran

penyerapan foahnya menjadtesis tergantunyang berguna nm – 700 nmn digunakan

baan yang dmembuktikan potosintesis yirogyra. Mikrhaya rentangk melihat lajumenggunakan atan didapati da daerah yan

bat tingginya meliputi bagiaaya biru dan m

ercobaan T.W.yrogira yang dhaya berbeda.


m meningkadesmus sp ingkungan ya

kukan kultur haya, nutrieas, pH dan agian faktoan dan kandu

besar intensiting dalam metik. Intensitaaju fotosinteah, pertumbu

pada rentang ngkat hingga

dicapai. Jika timum, laju foung optimal dasi, rusaknya009). i dari reak

aksi gelap (asing, alga footon (partikedi ATP dan

ung pada lajuuntuk fotosin

m. Foton ditann untuk m

dilakukan olperan spectruyang diujikroalga diterang warna ungu fotosintesis

bakteri aerobakteri aerob

ng mengandunaktivitas fo

an alga yangmerah (gamba

. Englemann pditerangi spec

Mesin 201tober 2012

A28

tkan laju

ang perlu mikroalga n, suhu, sirkulasi.

or akan ungan dari

as cahaya melakukan as cahaya sis. Pada

uhan alga intensitas mencapai intensitas

otosintesis dan dapat a reseptor

si terang imilasi C). otosintetik el cahaya)

NADPH. u absorbsi ntesis pada ngkap oleh melepaskan

leh T.W. um cahaya an pada

ngi dengan gu hingga s tercepat, obik. Dari bik banyak ng banyak

otosintesis. diterangi

ar 4).

pada alga ctrum

ISBN

biru (mikrokuninfotosi

2.3. Rk

suatu katoddiberisebagmengsejum

lama indoodibandigunkelebi

a. Llite

b. Pc. L

6d. D

tisew2

menguberleblistrikdigunsebagpupukmakrodengayang pentin


N 978-602-

Spectrum w(400-500nm) oalga. Pada rng, warna dilewintesis (gamba

Ratio spectrumkultur Scenede

Light Emittsemikonduk

a yang dapai energi listrik

gai lampu hemgunakan ene

mlah besar foto

Gambar 5. K

Light emittidigunakan s

or cultivation. dingkan lam

nakan dalam ihan lampu LE

LED efektif istrik, sehinggerbuang dalam

Pemakaian dayLife span ya60.000 jam. Dapat meminiidak diperlukaehingga hany

warna yang da2011).

Penggunaanurangi pemabih dengan mek saat ini. Snakan adalah mgai makronutk, spectrum monutrien yangan spectrum

seperti mikrngnya denga


warna merah lebih banyak

entang spectrwatkan tanpa ar 4).

m warna red:esmus sp. ting Diode (Lktor sambunat memancar

k. LED mulai bmat energi, karergi listrik uon.

Komponen La

ing diode (Lsebagai sumbLED membe

mpu fluorescekultur jar

ED yaitu: dalam men

ga tidak banm bentuk panaya dan arus yaang lebih pa

imalisir spectan bagi tumbuya difokuskanapat diabsorps

n lampu LEDakaian enerelihat kondisi Spectrum cahmerah dan birutrien dan mmerah dan b

g diperlukan acahaya hijau

ronutrien. Man makronutr

k Mesinversitas Pan

(600-700nm) k diabsorpsi rum warna hdigunakan da

:blue LED da

LED) merupangan anoda rkan cahaya banyak digunarena efektif dantuk melepa

ampu LED

LED) telah cuber cahaya perikan keuntunent yang umingan. Bebe

nggunaan ennyak energi yas. ang kecil anjang, 40.00

trum warna yuhan ataupun n pada spectsi tumbuhan. (

D ditujukan ugi listrik ypenurunan enhaya yang au. Jika diibara

mikronutrien pbiru sama sepalga. Sama hau hingga oraikronutrien srien, hanya

ncasila

dan oleh

hijau-alam

alam

akan dan jika

akan alam

askan

ukup pada ngan mum erapa

nergi yang

00 –

yang alga trum (Ali,

untuk yang nergi akan

atkan pada perti

alnya ange sama

saja

Semi

dipakai dalam2010).

Gambar 6. Sdk

Penelitmengetahui rauntuk meScenedesmus kajian ilmiahyang optimal mikroalga mebisa berbeda s

4. KESIMP1) Scen

mikrdimabiod

2) Lamsumbdengdimifluor

3) Ratiodapaprod

[1] Erik BikPart 1: Yield: In74.

[2] GunawaMikroalgIntensitaVol. 9, 5

[3] Peer MGeneratiMicroalgJournal

[4] AbayomTechnolBioenerg

nar NasionJa

m jumlah yang

Spektrum wardiserap klorofikarotenoid.

tian ini atio red : blueningkatkan sp. Dalam

h yang membuntuk kultur m

emerlukan indsatu dengan sp

ULAN nedesmus sp roalga dengananfaatkan iesel.

mpu LED dapaber cahaya dagan berbagalikinya direscent. o spectrum wat disesuaikanduktivitas sel S

DAFTAR PU

ksa, 2010, NThe Diode S

ndoor Garden

an, 2012, Rga (Tetraselmas Cahaya, Jo55-59

M. Scenk etion Biofuegae for Bof Bioenergy

mi O. Alabogies & Prgy Production


g sangat sedik

rna cahaya yanil a, klorofil b

difokuskan e LED yang pa

produktivithal ini belum

bahas spectrumikroalga. Ti

dikator lingkunpesies lainnya

merupakan sn potensi be

dalam p

at dimanfaatkaalam kultur mai kelebihaibandingkan

warna cahaya n untuk menScenedesmus s

USTAKA

Next GeneratiStrike Back, ning, ed Febru

Respon Permis Sp.) PadaJournal of bio

t all, 2008els: High-Biodiesel PResearch, Vo

bi, 2009, Mrocesses for n in British C

Mesin 201tober 2012

A29

kit (Biksa,

ng dapat dan

untuk aling tepat tas sel m banyak

um cahaya iap spesies ngan yang a.

salah satu sar untuk

pembuatan

an sebagai mikroalga, an yang

lampu

dari LED ningkatkan sp.

ion LEDs Maximum uari 2010,

rtumbuhan a Berbagai oscientiae,

, Second -efficiency roduction,

ol.1, 20-43 Microalgae

Biofuels/ Columbia,



Final Report submitted to The British Columbia Innovation Council.

[5] Ardi, 2010, Pertumbuhan Mikroalga (Spirulina platensis) dengan Memanfaatkan Limbah Tahu cair Sebagai Pupuk Alternatif Dalam Kultur Semi Massal, Tugas Akhir Jurusan Manajemen Agribisnis Politeknik Negeri Jember.

[6] Triantoro, Koko, 2008, Alga Mikro Scenedesmus Sp. Sebagai Salah Satu Alternatif Bahan Baku Biodiesel di Indonesia, Yogyakarta

[7] Lincoln Taiz and E. Zeiger, Principles of Spectrophotometry, available at www.5e.plantphys.net/article.php?ch=7&id=66, di akses 3 September 2012

[8] Muhammad Ali, 2011, Lampu LED untuk Masa Depan yang Lebih Baik, diunduh dari www.muhal.wordpress.com/2011/04/03/lampu-led-untuk-masa-depan-yang-lebih-baik/, diakses 23 Agustus 2012.



(K1-37-07)

STUDI KARAKTERISTIK MODUL SURYA SISTEM 48 VOLT PADA DC HOUSE

Riyan M. Satwiko S. Hadi N. Universitas Negeri Jakarta, Fisika,, Jakarta 13220

Abstrak Energi listrik dibutuhkan oleh manusia untuk melakukan aktivitas sehari-hari sehingga menjadikan energy listrik sebagai salah satu komponen penunjang kehidupan manusia. . Pada penelitian ini modul surya 48 Volt digunakan dalam proyek DC House. DC House merupakan sistem hybrid dengan menggabungkan beberapa sumber energi terbarukan menghasilkan arus searah sebagai sumber energinya. Pada penelitian ini dijelaskan mengenai metode yang dilakukan serta karakteristik dari modul surya dan juga alat-alat serta langkah-langkah dilakukan. Kata kunci : Modul surya 48 Volt, sistem hybrid, DC House.

Abstract

The electrical energy required by humans to perform daily activities that makes electrical energy as one component of supporting human's life. In this study the solar modules was used in the project 48 Volt DC House. DC House is a hybrid system combining several sources of renewable energy to generate direct current as an energy source. This paper describe the using method , the characteristics of solar modules, and the tools and also the procedure.

Key Word : Solar module 48 Volt, hybrid system, DC House. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan oleh manusia untuk melakukan aktivitas sehari-hari sehingga menjadikan energi listrik sebagai salah satu komponen penunjang kehidupan manusia. Tak hanya didaerah perkotaan, namun wilayah pedesaan pun sangat membutuhkan listrik, karena selain dapat menunjang aktivitas dalam kehidupan, energi listrik juga dapat meningkatkan produktivitas dari usaha yang dikerjakan.

Seperti dalam proses produksi alat-alat permesinan serta dalam pembuatan komponen elektronika tak dapat terlepas dari mesin-mesin yang menggunakan energi listrik. Perangkat-perangkat seperti televisi, komputer, handphone banyak digunakan dalam kehidupan eahari-hari pun tak terlepas dari penggunaan energi listrik. Banyak cara dilakukan untuk memenuhi kebutuhan listrik mulai dari penggunaan energi-energi fosil yang dikonversikan menjadi energi listrik hingga saat ini mulai dikembangkan sumber-sumber lain penghasil energi listrik, seperti tenaga air, angin, panas bumi dll.

Sumber-sumber energi berasal dari fosil lambat laun akan habis dan terbatas menyebabkan energi dari fosil cukuplah mahal. Selain itu penggunaann energi dari fosil berdampak negatif terhadap kelestarian lingkungan.

Penggunaan sumber-sumber energi alternatif lain seperti energi listrik diperoleh dari pemanfaatan tenaga air, khususnya di pulau Jawa

terutama diwilayah Jakarta pun akan terbatas, dikarenakan sumber air yang memungkinkan untuk menghasilkan energi listrik pun sangat terbatas. Berbeda dengan energi yang dikeluarkan oleh matahari yang tak akan terbatas jumlahnya. Energi dikeluarkan oleh matahari ke bumi adalah 20.000 kali dari energi diperlukan di seluruh dunia. Ditambah dengan potensi Indonesia sebagai negara memiliki iklim tropis dan berada pada garis khatulistiwa maka intsensitas sinar matahari yang didapat juga lebih besar dibanding negara lain[1].

Energi matahari atau energi surya merupakan salah satu energi ramah lingkungan sehingga dapat dikatagorikan sebagi energi masa depan. Penggunaanya tidaklah mebawa dampak yang buruk terhadap lingkungan. Begitu juga dalam pemanfaatan energi angin,Indonesia merupakan negara kepulauan dengan garis pantai terpanjang didunia sehingga memiliki potensi angin baik[2].

Upaya dalam pemanfaatan energi matahari dan angin adalah dengan mengembangkan suatu sistem gabungan (hybrid) antara energi sel surya dan energi angin[3]. Hybrid sistem ini merupakan sistem konversi dengan mengubah energi matahari dan angin menjadi energi listrik[4]. Energi matahari hanya dapat dimanfaatkan pada pagi hingga sore hari sedangkan pada malam harinya bisa memanfaatkan energi angin diubah menjadi energi listrik[5].

Energi matahari dapat dilihat dari sel atau modul surya diukur dengan melihat daya keluaran



dihasilkan dari sel surya tersebut. Kerja sel surya sendiri dipengaruhi oleh beberapa hal seperti bahan pembuatnya,resistansi bahan,temperatur dan tingkat radiasi sinar matahari[6]. Dari kurva arus-tegangan (I-V) dapat diketahui parameter keluaran sel surya seperti arus hubungan singkat (Isc),tegangan terbuka (Voc),arus maksimum, dan tegangan maksimum serta daya maksimum. Untuk medapatkan karakteristik I-V sel surya dapat digunakan sun simulator (simulasi sinar matahari) dengan menggunakan lampu halogen[7].Beberapa sel surya telah diketahui karakteristiknya, disusun dan dihubungkan satu dengan lainnya sehingga mendapatkan output sesuai sistem yang akan kita gunakan pada penelitian kali ini saya memakai sistem 48 volt.

Rumah DC ialah suatu rumah dimana semua perangkat elektroniknya menggunakan prinsip arus searah (DC-Direct Current). Listrik Rumah DC dibangkitkan dari beberapa sumber dan disimpan dalam sebuah baterai dan selanjutnya dipakai untuk mengoperasikan peralatan elektronik. Keuntungan menggunakan sistem DC terutama untuk distribusi lokal membawa kita pada gagasan mendirikan rumah DC di daerah pedesaan. Daerah ini tidak memiliki gedung-gedung tinggi untuk memblokir cahaya matahari dan aliran angin, sehingga energi dapat dipanen sepenuhnya. Juga, desa-desa dekat sungai juga dapat mengambil keuntungan dari tenaga air sebagai sumber lain. Sumber DC berbasis PV panel, hidro-turbin dan turbin angin dapat dipasang di setiap rumah. Untuk memperluas jaringan, setiap rumah juga dapat terhubung secara paralel melalui bus DC tunggal lebih besar. Cara ini juga bisa dilakukan ketika ada permintaan supply listrik tinggi dalam satu rumah, jadi daya tambahan dapat dengan mudah dipenuhi dari tetangga pada DC bus yang sama. Dengan DC bus, sumber DC lainnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber input daya[8].

Untuk mengumpulkan energi dari sumber-sumber menggunakan DC, DC-DC converter diperlukan untuk mengubah tenaga langsung dari sumber energi terbarukan dengan tegangan untuk DC bus serta beban DC individu seperti lampu dan komputer. Pada akhirnya, dengan memiliki sistem DC rumah handal dan efisien, ketergantungan kita pada jaringan listrik PLN bisa dihilangkan dan pada akhirnya rumah DC dapat menyediakan listrik bagi masyarakat di pedesaan dan daerah terpencil untuk meningkatkan kualitas hidup mereka.

Gambar 1. Block Diagram DC House

1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian kali ini adalah untuk

mengetahui karakteristik dari modul surya yang akan digunakan untuk membuat sistem modul surya 48 Volt yang akan digunakan pada rumaah dc (dc house). Lalu dapat membuat sistem dan teknik yang seefisien mungkin untuk penggunaan dalam sistem dc house. 2. METODE PENELITIAN

Metode penelitian dalam penelitian ini adalah studi literatur dan eksperimen. Dasar-dasar teori digunakan dalam pengukuran karakteristik I-V dan perancangan serta pengukuran daya keluaran sel surya.

Metode eksperimen, yaitu dengan mengukur karakteristik I-V modul surya menggunakan lampu halogen sebagai simulasi matahari (sun simulator) dalam ruang reflektor. Pengukuran arus dan tegangan keluaran dari modul surya dengan cara membuat rangkaian pengukuran arus dan tegangan. Hasilnya akan ditampilkan dalam kurva I-V. Kemudian membuat rancangan pada modul surya dengan menyusun secara seri atau paralel dan mengukur daya keluaran modul surya yang telah disusun.

Hal yang sudah dilakukan adalah mengkarakterisasi terlebih dahulu modul surya yang akan digunakan. Lalu membuat grafik hubungan antara I-V.

Gambar 2 Modul surya yang digunakan

ISBN

Hamemadan tegangmengkemuSetelamodu2.1 In

12345

2.2 Pr1

2

3

45

3. HA3.1. K

SS

arus ysurya sebagdioda yang mengh


N 978-602-

Gambar 2. Su

al yang akanasang modul s

dirancang gan 48 Volambil data ardian dibuat gah itu dapat diul tersebut. nstrumentasi P. Modul sur

2. Sun simul. Amperem

4. Voltmeter. Kabel penrosedur Penel. Melakukan

tegangan 2. Menyusun

seri atau p. Melakukan

sel surya 4. Menganal

. Menarik k

ASIL DAN PEKarakteristik Surya Sel surya dapyang diparale

tidak terkengai dioda dan m

dalam kondmengenai

hasilkan arus


un simulator y

n dilakukan ssurya yang telagar mengh

lt. Lalu seterus (I) dan teggrafik hubunilihat daya yan

Penelitian rya ator eter

r nghubung litian n karakterimenggunakan

n modul suryaparalel n pengukura

isa hasil pengkesimpulan

EMBAHASAArus dan T

pat dimodelkaelkan dengan na cahaya, semenghasilkan

disi gelap. Ksel surya, mIL.

k Mesinversitas Pan

yang digunaka

selanjutnya adlah dikarakterhasilkan sumelah itu kemgangan (V) ugan antara I-ng dihasilkan

sasi arus n sun simulatoa dengan susu

n daya kelu

gukuran

AN Tegangan Mo

an sebagai sumdioda. Ketikal surya berfu

n arus ID atau etika ada cahmaka sel s

ncasila

an

dalah risasi mber mbali untuk -V . oleh

dan or unan

uaran

Modul

mber a sel ungsi arus haya

surya

Semi

Gambar 3

Penguk

tujuan untukkeluarannya (Voc), arus maksimum (Idan daya pengambilan sun simulatoperangkat yapencahayaan Lampu untukxenon arc,lhalogen,dan modul surya tertutup dan cWatt diarahkmodul sumenggunakandirangkai denpada gambaperubahan arubeban hambadan ditampilk

Gambar 4.

nar NasionJa

. Diagram aruGonzales, Lo

kuran karaktek mengetahuiseperti tegang

hubungan Imax), tegangmaksimum data menggu

or (simulasi ang memanfa

menggantikk sun simulalampu metalampu LED. diletakkan d

cahaya lampukan hingga urya. Penn multimeterngan modul ar 3.2 untukus dan tegangatan pada reskan dalam kurv

Rangkaian utegangan mkarakteristik


us sel surya (Fongatt. 2005)[

eristik dilakukui beberapa ngan rangkaia

singkat (Isgan maksimum

(Pmax). Punakan sun smatahari) m

aatkan lampukan simar ator ini adalal halide Dalam pene

di dalam ruanu halogen seb

mengenai pngukuran r dan resisurya, disusu

uk mendapatgan modul susistor box diurva karakterist

untuk mengumodul surymodul surya[

Mesin 201tober 2012

A33

F. M. [2]

an dengan parameter

an terbuka sc), arus m (Vmax) ada saat simulator,

merupakan u sebagai matahari.

ah lampu arc,lampu elitian ini ng cermin besar 4000 permukaan

dilakukan stor box un seperti tkan data urya, nilai ubah-ubah tik.

ukur arus ya pada [6]

ISBN

dihasi(Voc)

Gam

hambdan aarus hnilai diketaBerikupenguwatt.

Gamb

V, sumy menadalahSpesifsebag


N 978-602-

Saat nilai hilkan berupa ) dan menghas

mbar 5. Kurv

surya

Dengan satan beban, m

arus akan menhubungan sinparameter k

ahui dari kurvut adalah k

ukuran mengg

bar 6. Kurva Kurva diata

mbu x menyanyatakan tegah sebesar 19fikasi yang di

gai berikut :


hambatan besategangan ra

silkan arus sam

va karakteristika

semakin memaka teganganingkat sehingngkat (Isc). Dkeluaran mod

va karakteristikkurva karaktegunakan lamp

a karakteristik

s menunjukkaatakan arus(I) angan (V). V

9,89V dan Isikeluarkan ole

k Mesinversitas Pan

ar, tegangan yangkaian terbma dengan no

k I-V pada sel

enurunnya an akan menugga menghasiDengan demikdul surya dk yang dihasileristik dari hpu halogen 4

I-V 4000 wat

an grafik antasedangkan su

Voc yang didc sebesar 2,3

eh pabrikan ad

ncasila

yang buka

ol.

l

nilai nurun ilkan kian, dapat lkan. hasil 4000

tt

ara I-umbu dapat 33V. dalah

Semi

Gambar 7. K Penggu

bergantung dmenggunakansetiap sel sudihasilkan dacahaya matahsurya berganmatahari. Faksel surya adal

Bahan Resista Intensi Suhu s Bayan

4. KESIMPUBerdas

pengukuran ksurya menggdiambil kesim

1) Modulmemilsebesa

2) Perbedmenggspesifioleh resistoyang plumina

3) Kita bsistemdengan

nar NasionJa

Kurva karakter

unaan tegandari bahan yn bahan silikourya bekisar ari sel surya bhari, sedangkantung dari lktor-faktor yanah : pembuat sel s

ansi beban itas cahaya masel surya gan

ULAN sarkan hasil karakterisasi unakan sun

mpulan sebagal surya yaiki Voc seb

ar 2,33V daan yang tergunakan sunikasi dari pab

resistansi r box kurang panas, serta asi yang kuranbisa menyusu

48V menggun disusun seca


ristik I-V Mod

ngan dari syang digunaon,maka tega0,5V. Tegan

bergantung dakan untuk aruluminasi(kuatng mempenga

surya

atahari

dan pembaharus teganga

simulator, mai berikut : ang akan dbesar 19,89V

rdapat antara n simulator brikannya dbeban men

g presisi, suhuintensitas ca

ng. un modul surunakan 3 moara seri.

Mesin 201tober 2012

A34

dul Surya

sel surya kan. Jika

angan dari ngan yang ari radiasi

us dari sel t cahaya) aruhi kerja

hasan dari an modul aka dapat

digunakan V dan Isc

kurva I-V dengan

disebabkan nggunakan u sel surya ahaya dan

rya untuk odul surya



DAFTAR PUSTAKA

[1] Sudradjat,Adjat.2007. Sistem-sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jakarta : BPPT Press.

[2] Dewi, Regina. 2012. Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Sistem Pembangkit Listrik Hybrid di FMIPA UNJ. Jakarta: Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta.

[3] Kathirvel, C; Porkumaran, K. 2010. Analysis and Design of Hybrid Wind-Diesel System with Energy Storage for Rural Application. IPEC Conference Proceedings , pp.250-255.

[4] F. M. Gonzales, Longatt. 2005. Model of Photovoltaic Module in MatlabTM. 2do Congreso Iberoamericano de Estudiantes de Ingenieria Electrica, Electronica Y Computacion.

[5] Hansen, Anca D dkk. 2000. Model for a Stand-Alone PV System. Roskilde: Riso National Laboratory.

[6] Wibowo, Arymukti. 2011. Studi Rancang Bangun Sun Simulator Untuk Pengukuran Karakteristik Sel Surya Polycrystalline Si Tipe Sx 50 U. Jakarta: Universitas Negeri Jakarta.

[7] Putri, Dwi Rahma. 2012. Uji Karakteristik Dan Pemanfaatan Sel Surya Pada Sistem Hybrid Di FMIPA UNJ. Jakarta : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta.

[8] Chaides, Jesicca E.2011.DC House Modeling and System Design.Electrical Engineering Department, California Polytechnic State University: California



(K1-39-08)

STUDI UJI COBA WIND TURBINE MENGGUNAKAN ADJUSTABLE SPEED DRIVE SEDERHANA

Kristin Natalia, Satwiko S, Hadi N Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Fisika, Jakarta 13220


Abstrak

Pengembangan energi angin, dibutuhkan pengukur besar energi dihasil dari wind turbine untuk mendapatkan kecepatan angin yang diperlukan serta daya keluaran. Penggunaan Adjustable Speed Drive (ASD) dapat mengatur seberapa besar kecepatan putaran dari rotor turbin sehingga diperolehkarakteristik dari wind turbin yang akan digunakan antara lain arus dan tegangan sehingga dapat diketahui maksimal perolehan energi dari suatu wind turbine dapat dilakukan dengan lebih mudah dan akurat.

Kata kunci: Wind turbine, daya keluaran, adjustable speed drive.

Abstract

Development of Wind energy is regulated by speed of Air pressure of velocity of wind. For that wind speed needs to be adjusted through speed drive (ASD) by regulating speed of Air and subsequently speed of rotation of Turbine Rotor. To obtain optimum voltage from Turbine Characteristics of the wind turbine that will be used. By adjusting turbine through wind pressure and speed maximum energy can be obtained. with turbine production of Current Electricity will be easy and to get through ASD by controlling and managing it. As it will regulate velocity of turbine Rotor to generate electricity.

Keywords: Wind turbine, output power adjustable speed drive. 1. PENDAHULUAN

Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). [1]

Indonesia memiliki garis pantai yang panjang sekitar 96 km, hal ini menyebabkan Indonesia memiliki potensi angin yang besar sepanjang tahun. Kecepatan angin dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya letak tempat dimana kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa. Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. [2] Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil.

Untuk udara yang bergerak terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin tinggi akan semakin baik. Pada keadaan ideal, untuk memperoleh kecepatan angin di kisaran 5-7 m/s, umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m.

Pada saat di atas akan terkena gaya dorong yang lebih besar daripada pada saat di bawah. Hal ini perlu diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya pada turbin angin yang besar. Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah berbeda secara signifikan, maka yang perlu diperhitungkan selanjutnya adalah pada kecepatan angin berapa turbin angin dapat menghasilkan daya optimal.

Dengan kondisi yang mendukung maka tidak heran Indonesia sangat cocok dalam pemanfaatan energi angin yang sedang marak diperbincangkan. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel serta dapat dilakukan dimana-mana, baik daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut. Pemafaatan sumber energi angin di Indonesia masih sangat langka, hal tersebut dikarenakan teknologi atau pengetahuan yang

ISBN

belummudah

sangamacamSalah dengamekansuatu fluidaefisienmeredoleh a

perangdalamyang kecepmembsehingmaksimelinyang kecepyang sebag

dapat Penniputaradapat dari tu

nama mengditriggdenganegatikompyang genggdari a

Perbeke ddiseardiranctengahkarenbalik,menyditing

mengmenguntukyang rotor, dihasi


N 978-602-

m populer, arh berubah-uba

Perkembangat pesat ini m penelitian

satu usaha man kajian senika fluida, dkonsrtuksi ya

a. Hal ini nsi kerja yduksi beberapaliran.

Adjustable gkat untuk m

m pengaruhnyadiukur. Pe

patan putaranbantu peneliti gga daya keimum. Sama

ngkar berubahdihasilkan o

patan gerak dasama. Sistem

gai penghubunDengan bat

ditingkatkingkatan tegaan dari gener

membantu durbin angin.

Triac Bidirectionalalirkan arus ger (dihidupan memberikif pada elektr

ponen ini akanmengalir

gamnya, misaarus bolak-bali

Operasi triaedaannya adaldalam rangkrahkan menjacang untuk han dari bena itu, output bukan arusediakan car

gkatkan. Tujuan dari

etahui karakgunakan Adju

k mengetes rotakan diukur besar nya day

ilkan.


rah angin di ah. gan ilmu petelah mengh

n dibidang mmanusia dalaecara intensidiantaranya dang dapat medimaksudkanyang maksimpa masalah y

speed drive (mengatur besa dengan besaengetahuan tn dari rotountuk mende

luaran yang halnya deng

h beraturan beleh motor ak

ari rotor turbinm alatnya m

ng. tuan triac bekan hingg

angan pada mrator menjadidalam pengku

atau dikl Triode Tlistrik ke ke

pkan). Triac kan teganganroda gerbang.n terus mengh

lebih rendalnya pada akik. ac sangat mirlah apabila Skaian ac, tadi arus searah

menghantarkntuk gelomba

dari triac ads searah. Trira agar ko

i penelitian kteristik turbiustable speed tor dari turbinadalah kecep

ya keluaran, d

k Mesinversitas Pan

daerah Indon

engetahuan yhasilkan berbmekanika flu

am hal ini adf dalam bid

dengan mendeengontrol peri

agar dipermal dan dyang ditimbu

ASD) merupasarnya kecep

ar parameter litentang besaor turbin aesain turbin adiinginkan l

gan prinsip gesarnya kecepkan sama denn dengan diam

menggunakan

esarnya teganga maksimmotor Ac, mi lebih cepat uruan karater

kenal denThyristor, dedua arah ke

dapat ditripositif atau

. Sekali ditrighantar hingga dah dari khir paruh si

rip dengan SSCR dihubungtegangan ouh sedangkan kan pada keang output. Odalah arus boiac dibuat uontrol daya

ini adalah uin angin dendrive sebagai

n angin. Parampatan putaran dan juga arus y

ncasila

nesia

yang bagai uida. dalah dang esain ilaku roleh dapat ulkan

akan patan istrik arnya angin angin lebih gerak patan ngan

meter belt

ngan mum. maka

dan ristik

ngan dapat etika igger upun gger, arus arus

iklus

SCR. gkan utput triac edua Oleh olak-untuk

ac

untuk ngan i alat

meter dari

yang

Semi

2. METODE2.1 Alat d

digunk1.2.

3.4.5.6.

2.2 DesAdj

G

Despad

G

nar NasionJa

E PENELITIdan bahan yan

Berikut adalakan untuk men

Motor beraruMotor turbidiukur. Belt PotensiometeAdjustable spMicrocontrol

sain Alat ustable speed

ambar 1. Desamemdeng

sain alat uda motor AC

Gambar 2

ambar 3. Aplmeru


IAN ng digunakanah alat dan banunjang penelus AC. in angin ya

er peed drive ler

d drive

ain motor ACmutar motor tugan belt

untuk micro

2. Desain Sens

likasi triac untrubah arus

Mesin 201tober 2012

A37

n ahan yang litian:

ang akan

untuk urbin

ocontroler

sor

tuk

ISBN

Gamb

2.3 M

mengRangemaksidigun50%. dimuldikum

3. KE3.1 H

1.

2.

3.

3.2 Re1.


N 978-602-

bar 4. Skema (SKEA

Gambar 5. Sk

Metode PengukAdjustable

endalikan tege penaikan tegimum. Namun

nakan hanya Sebagai bah

lai dari nol. mpulkan oleh m

Gambar 5. A

EGIATAN AHal yang telah

Membaca yang terkkarakteristiksumber refreMenyediakadaya min 3memutar rotMerancang mengatur bsebuah mdiperoleh ke

encana kegiat

Melakukan dengan tekn


Sistem KonveA)

kema Aliran D

kuran speed drive dangan keluaragangan dimuln, tipe karaktedapat dimul

han untuk anSetelah itu dmicrocontrole

Ajustable speed

AWAL YANG dilakukan dan mengumait dengan

k dari turbinensi. an motor ber350 watt, setor dari turbinstruktur mic

besarnya keceotor AC, eluaran daya y

tan selanjutnypengujian

nik sederhana.

k Mesinversitas Pan

ersi Energi A

Daya SKEA

di program uan dari motor ai dari nol hineristik motor yai dari tegan

nalisa pengukdata tersebut aer.

d drive AC

G DILAKUK

mpulkan litercara men

n angin seb

rarus AC denebagai alat un angin. crocontroler uepatan putar sehingga d

yang maksimu

ya microcontr

ncasila

Angin

untuk AC.

ngga yang ngan

kuran akan

KAN

ratur nguji bagai

ngan untuk

untuk dari

dapat um.

roler

N

Semi

2. Membmotor,untuk memunsaat m

3. Melakukur y

4. Memudiperodengan

5. Pemilsyarat.

6. Membmenari

7. Publik

Gambar 6. K

Gambar 7.

4. RINGKAKonve

listrik memakebetuhan lKondisi angmemungkinkahorizontal unenergi. Karadibutuhkan ssetiap turbinproses karaktkecepatan dahingga maksimudah terukuhubungan rodNilai kecepa

nar NasionJa

buat dudukan baik itu mo

turbin anngkinkan terjaelakukan peng

kukan kalibraang digunakanulai pengukurleh data efisien lieratur yangihan data sek

berikan analisik kesimpulan

kasi jurnal ting

Karateritik win

Modulasi gelo

ASAN ersi energi mang dibutuhkistrik yang gin di Indan turbin ntuk menjadi

akteristik dariebagai pertim

n angin. Penteristik dinilari motor turbmal sehinggaur. Prinsip geda setali menjtan linear da


n tetap untuotor AC maupngin, sehingadinya pergesgukuran.

asi terhadap san. ran secara tepensi kerja turg ada. kunder yang m

sis hasil kerjan. gkat nasional.

nd turbin tipe H

ombang denga

mekanik menjakan untuk m

semakin mdonesia seka

angin dengi alat untuk

ri setiap turbmbangan dalanggunaan ASai lebih mudabin angin dapa parameter lierak melingka

njadi prinsip dari kedua mo

Mesin 201tober 2012

A38

uk kedua pun motor ga tidak seran pada

emua alat

at, hingga bin sesuai

memenuhi

a dan juga

Horisontal

an ASD

adi energi memenuhi

meningkat. arang ini gan tipe

konversi bin angin am desain SD dalam ah karena

pat di atur strik lebih ar dengan dari ASD. otor yang



dihubungkan dalam sebuah belt, akan sama besar. Kecepatan angular dapat di atur sesuai dengan jari-jari roda yang digunakan sehingga daya yang dihasilkan pun akan diperoleh maksimal. Sesuai dengan sistem konversi energi maka pemenuhan dari kebutuhan lisrtik dapat dengan mudah dimaksimalkan dengan pemanfaatan ASD dalam pengkarakteritikan turbin angin.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Desire Le Gourieres, 1982. Wind Power Plants, Theory and Design, Pergamon Press.

[2] Dewi, Regina. 2012. Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Sistem Pembangkit Listrik Hybrid di FMIPA UNJ. Jakarta: Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta.

[3] Andika, Markus N., dkk. 2007. Kincir Angin Sumbu Horisontal Bersudu Banyak. Yogyakarta: Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

[4] Freris, 1990. Wind Energy Conversion System, Prentice Hall, UK.

[5] R. Alur, T.A. Henzinger, G. Lafferriere, and G.J. Pappas. Discrete abstractions of hybrid

[6] Sasongko, P. 2005. Peranan Konversi Energi dalam penyediaan energi Nasional, Seminar Penghematan Listrik dan Pemanfaatan Energi Alternatif yang terbarukan, Yogyakarta, Systems. Proceedings of the IEEE, 88(7):971–984, July 2000

[7] Tony Burton, et. Al. 2001. Wind Energy Hand Book, John Wiley dan Sons.



(K1-43-10)

STUDI RANCANG BANGUN PORTABLE NANO HYDRO SEBAGAI ALTERNATIF SUMBER PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK

Al Amin1, SatwikoS2, Taufik3 1,2Universitas Negeri Jakarta, Fisika, Jakarta,13220,Indonesia

3California Polytechnic State University, San Luis Obispo,CA 93047 E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak

Portable Nano Hydro sebagai alternative sumber pembangkit energi listrik tenaga air, bersifat moveable dan portable, menggunakan aliran sungai kecil dapat menghasilkan energy listrik sehingga tidak memerlukan head dan bendungan. Dengan menggunakan tipe cross flow turbin dirancang sebagai pembangkit pada aliran permukaan, serta digunakan pada saluran pembuangan air.

Kata kunci: Portable nano hydro, pembangkit listrik tenaga air, cross flow.

Abstract

The Portable Nano Hydro alternatively hydro power, have quality moveable and portable, use the small current water to produce electricity, not required head or barrage. By use of cross flow turbine type designed as power plant at water flow, along with use at water banishment pipe.

Keywords: Portable nano hydro, hydro power, cross flow.

1. PENDAHULUAN Energi terbarukan adalah energi yang

dihasilkan dari sumber alami seperti matahari, angin, dan air. Sumber akan selalu tersedia dan ramah lingkungan. Sumber energi terbarukan umumnya digunakan untuk dikonversi menjadi energi listrik. Penggunaan energi terbarukan berfungsi untuk menanggulangi ketergantungan akan energi fosil.

Salah satu energi terbarukan adalah air. Energi listrik tenaga air adalah sumber energi ramah lingkungan dimana penggunaannya telah dimanfaatkan sejak berabad-abad lalu. Umumnya pembangkit energi listrik tenaga air adalah sistem pembangkit dengan memanfaatkan energi mekanik (energi kinetik dan energi potensial) pada air untuk diubah menjadi energi listrik. Indonesia memiliki potensi tenaga air sampai sebesar 62.2 GW termasuk 458 MW potensi mikro hidro bagi masyarakat pedesaan dan terpencil.

Pada umumnya energi listrik tenaga air membutuhkan bendungan untuk mendapatkan head dan debit yang besar konstan. Kekurangan dari tenaga air ini adalah bendungan sangat mahal untuk dibangun, dan memerlukan lahan luas sehingga berpotensi merusak ekosistem dan kualitas air. Untuk dapat mengatasi kekurangan dari energi listrik tenaga air tersebut perlu dibuat sebuah pembangkit listrik tenaga air bersifat moveable, tidak memerlukan bendungan dan head, dapat memanfaatkan debit air kecil dan

berubah-ubah dari aliran sungai atau irigasi, mudah dalam pengoperasian dan biaya investasinya kecil. Pembangkit energi listrik tersebut diberi nama portable nano hydro.

Dalam aplikasi portable nano hydro diperlukan jenis turbin air efisien sehingga mampu menghasilkan energi listrik optimal dengan keadaan arus air relatif kecil. Penelitian mengenai jenis turbin efisien untuk aplikasi portable nano hydro sendiri belum banyak dilakukan. Beberapa jenis turbin air sudah kita kenal sebelumnya seperti kaplan, francis, cross flow, dan pelton hanya terbatas kedalam aplikasi turbin yang digunakan pada sistem mikro hidro.

Beberapa contoh studi kasus contohnya didaerah barat daya negara Kamerun, turbin cross flow digunakan dalam sistem pico hydro yang berfungsi untuk memperluas akses masyarakat untuk medapatkan suplai listrik.

Berdasarkan latar belakang permasalahan tersebut, maka penelitian yang akan dilakukan bertujuan untuk merancang dan membuat portable nano hydro dengan menggunakan jenis turbin cross flow dari tujuan penelitian tersebut diharapkan akan diketahui bagaimana desain dan karakteristik serta output dari penggunaan turbin cross flow dalam portable nano hydro.

2. METODE PENELITIAN 2.1 Tujuan Khusus

Tujuan khusus pada penelitian ini adalah mengetahui output tegangan dan arus pada

ISBN

portabturbin 2.2 Te

Solar Penge 2.3 M

ini Peneldari permu(ampeTurbinmikroaplika 2.4 Ta

A

B

C

D

E

F


N 978-602-

ble nano hydn cross flow pa

empat dan WaPenelitian a

dan Mekaniketahuan Alam

Metode PenelitMetode yan

adalah peneitian dilakukjenis turbin

ukaan, dimanere) dan tegan cross flow y

o hidro kemudasi portable na

ahap-Tahap PA. Pengump

ini adalahsegala infmanual uflow.

B. PerancanHydro. mendesainmenentukaflow, medigunakanportable n

C. PengumpPengumpualat dan generator casing pengambil

D. PembuataMembuat dengan degenerator casing yanini akan untuk diuj

E. Pemilihantahap ini akan diujmempunymemutarkuntuk men

F. Pengambsungai yamemutarkdilakukan multimetearus (ampAkan dpengambil


dro dengan mada tiap waktu

aktu penelitiaakan dilakukank Fakultas Mat

Universitas N

tian ng digunakan elitian dan

kan untuk men cross flowna akan diliangan (volt) yang merupakdian akan dikeano hydro

Penelitian pulan Bahan h tahap dimanformasi menguntuk pembua

ngan Desain Tahap ini

n tipe turban dimensi denentukan ban, dan mendenano hydro. pulan Alat ulan alat dan

bahan peyang dipe

turbin sertlan data. an Portable

turbin croesain, merang

dan meletang akan digundipastikan bai cobakan.

n Daerah Aliakan ditentukji coba, alirai debit yan

kan turbin akandapatkan datailan Data. Seang mempun

kan turbin, pdengan

er untuk mepere) dan tegadicatat pulalan data. P

k Mesinversitas Pan

menggunakan u.

an n di laboratortematika dan INegeri Jakarta

dalam penelpengemban

engetahui kinw dalam alihat output yang dihasil

kan tipe dari tuembangkan da

Pustaka. Tana mengumpugenai construcatan turbin c

Portable Nadalah ta

bin cross fdari turbin cahan yang aesain sistem

dan Bahbahan mulai

embuatan turerlukan, beara alat u

e Nano Hyoss flow sekai turbin denakannya didanakan. Pada taahwa turbin

ran Sungai. Pkan dimana turan sungai yng cukup u

an menjadi pila.

etelah menentunyai debit upengambilan

menggunaengukur keluangannnya (v waktu aengambilan

ncasila

tipe

rium Ilmu

a.

litian ngan. nerja

aliran arus

lkan. urbin alam

ahap ulkan ction cross

Nano ahap flow, cross akan dari

han. dari

rbin, ring,

untuk

ydro. esuai ngan alam ahap siap

Pada urbin yang

untuk lihan

ukan untuk

data akan

uaran volt). awal data

Semi

akanbebeterten

G. Pengdalamdaya

H. Kesitahapdisimditam

G

TabeWaktu

(Jam:Menit)

2.5 Desain TuA. Perhit

Penam(Blade

turbin terlepaPVC Pemilimenghpemba

nar NasionJa

n dilakukan erapa jam dntu. golahan Datm bentuk graa yang dihasilkimpulan dan pan dilakukmpulkan. Kekumpilkan dalam

Gambar 1. Alur

el 1. Paramete

Arus (am

urbin Cross Ftungan Pmpang Turbie).

Perhitungan dan panjan

as dari pemilsebagai h

han sambunghadirkan sifatangkit listrik n


beberapa kadengan rentan

ta. Data akaafik. Dan akkan. Saran. Setelkan hasilny

kurangan yangm bentuk saran

ur Penelitian

er yang Diuku

mpere) Te

(

Flow Panjang in dan Panja

panjang ng sudu turblihan sambun

housing darigan pipa adat portable d

nano hydro.

Mesin 201tober 2012

A41

ali dalam ng waktu

an diolah kan dilihat

lah semua ya akan g ada akan n.

ur egangan (Volt)

Diameter ang Sudu

diameter bin tidak ngan pipa i turbin.

alah untuk ari disain

ISBN

B.

C.


N 978-602-

Gamba

Dari turbin akaberukuran membuat lin9 cm, dan(dimisalkan didalamnya,ukuran untupenampang teorema mpanjang spenampang cm atau kura

. Dimensi TurDeng

diameter tuukuran dariJari-jari penmaka B=0.66=2.095 sudut yang perhitunganukuran dari

Gambar 3

. Disain PenaPada

diletakan 20sudut untukPenampang HDPE.

Gamb


ar 2. Skema Uk

gambar 3 diaan diletakan4 inch, denngkaran dalamn kemudian

dengan b, maka kita duk panjang su

turbin. Dengmatematika sudu turbin turbin (x) didang lebih sebe

rbin gan mengurbin, kita bi letak sudu pnampang turbi=A* 0.736=

cm, D=A*0terbentuk ku

ini penting ulebar sudu tur

3. Dimensi pen

ampan Turbina penampang0 sudu. Dengak ukuran suakan dibuat d

bar 4. Penamp

k Mesinversitas Pan

kuran Turbin

atas , dapat di didalam

ngan memisam dengan ukmembuat tu

bangun persdapat menentuudu dan diamgan menggunasederhana m

dan diamdapat sebesar esar 2.5 inch.

etahui ukbisa menentupada penampin (A) 3.175

=2.33cm, C0.326=1.033 urang lebih 7untuk menenturbin.

nampang turb

n g turbin aan demikian budu sebesar dari bahan pla

pang turbin

ncasila

ilihat pipa

alkan kuran urbin segi) ukan

meter akan

maka meter

6.36

kuran ukan

pang. cm ,

C=A* cm,

740 . ukan

bin

akan besar

180. astik

Semi

D. Sudu T

dari ba(1.905ukuranPenggumempeukuran

Gam

E. GambFlow

letak membudan mbesi dtersebu

Gamba

F. DesaiDenga

berikusambudihubudenganakan pengguaplikasbaik.

nar NasionJa

Turbin Sudu turbin a

ahan pipa pvccm), karena

n dari sebunaan ukuranermudah kitn sudu yang pa

mbar 5. Sudu

baran Awal

Pertama-tamasudu pada puat sudu dari

merangkainya. ditengah-tengaut.

(a)

(b) ar 6. (a) Pema

penampanflow

in Awal Poan Turbin Cr

Pada desain t, turbin

ungan pipa PVungkan dengann belt. Denganmenghadirkanunaan turbin si nano hydro


akan dibuat akc dengan ukura ukuran ini mbenarnya 2.0n pipa pvc ta untuk mas.

turbin dari pi Desain Turb

ma kita harus mpenampang. Kpipa sebanyaKemudian m

an penampan

asangan sudu png, (b) Turbin

ortable Nanross Flow

n portable nadiletakan

VC 4 inch, an sebuah genn desain ini dn sifat portcross flow d

o akan berfung

Mesin 201tober 2012

A42

kan dibuat ran ¾ inch mendekati 066 cm.

ini akan enentukan

ipa pvc

bin Cross

memotong Kemudian

ak 20 buah memasang ng turbin

pada n cross

no Hydro

ano hydro didalam

kemudian nerator DC diharapkan table dari dan untuk gsi dengan



(a) (b)

Gambar 7. (a) Desain awal portable nano hydro tampak (b) Depan tampak samping

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil studi, perancangan turbin dan desain portable nano hydro diatas diharapkan akan menjadi sumber alternatif energi listrik sederhana yang nantinya akan bisa diaplikasikan pada sistem rumah DC, dikarenakan generator pada sistem portable nano hydro akan dihubungkan dengan generator DC dengan tegangan maksimum sebesar 24 volt.

Energi listrik yang dihasilkan dari portable nano hydro dapat pula digabungkan dengan sumber energi terbarukan yang lain, seperti energi listirk yang berasal dari solar cell, turbin angin, dan energi terbarukan yang lainnya. Dan pada akhirnya semua energi listrik dari sumber energi terbarukan tersebut akan menjadi satu sumber energi listrik yang nantinya dapat dipakai pada sistem rumah DC atau bisa disebut dengan sistem multiple output single output (MISO).

4. KESIMPULAN

Akan dibuat pembangkit listrik tenaga air yang bersifat portable, moveable, tidak memerlukan head dan bekerja pada aliran air kecil dan berubah-ubah. Pembangkit tersebut akan menggunakan jenis turbin air cross flow.

Turbin cross flow yang akan dibuat mempunyai 20 sudu yang terbuat dari pipa PVC ¾ inch, panjang ukuran sudu adalah 2.5 inch. Sedangkan penampang turbin akan dibuat dari material plastik HDPE dengan diameter 2.5 inch. Turbin akan diletakan dalam sambungan pipa PVC yang mempunyai ukuran diameter 4 inch.

Pembangkit listrik ini akan diuji coba di daerah aliran sungai, dengan memanfaatkan langsung energi dari aliran sungai yang bersifat massive, kemudian akan diukur berapa arus (Ampere) dan tegangan (volt) dari keluaran generator.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Taufik, Muhamad. 2012. Studi pengembangan model fisika pembangkit listrik nano hidro. Prosiding seminar nasional penelitian, pendidikan dan penerapan MIPA, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta.

[2] www. Boutiquepower.com.au. Walsh River Micro Hydro Turbine Construction Guide, Page 5, Ver 1.1. MAR 2010

[3] Desha, S. Hargroves, S. Smith, M. Stasinopoulos, P 2008, Sustainability Education For High School: Year 10-12 Subject Supplements. Module 2: Elecricity-Innovative Technologies towards Sustainable Development. The Natural Edge Project (TNEP). Australia

[4] Singh, Dilip.2009. Micro Hydro Power Resource Assessment Hanbook. Asian and Pacific Centre for Transfer Of Technology of the United Station (APCTT)-Economic and Sosial Commission for Asia and the Pacific (ECAP).

[5] Breslin, W.R. Small Michell (Banki) Turbine: A Construction Manual. Volunteer s in Technical Assistance, 3706 Rhode Island Avenue, Mt. Rainier, Maryland 20822.USA

[6] Tim contained energy Indonesia. Buku panduan energi yang terbarukan. Program nasional pemberdayaan masyarakat (PNPM) mandiri. Kementrian dalam Negeri.



(K1-49-10)

PERANCANGAN TURBIN ANGIN SAVONIUS KAPASITAS 110 W

Eka Maulana, Adri Huda Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak

Kebutuhan akan energi listrik dalam skala besar terus mengalami peningkatan yang cukup signifikan dari tahun ke tahun, terutama pada daerah perkotaan. Di Indonesia, mayoritas unit-unit pembangkit listrik menggunakan sumber energi fosil. Mengingat cadangan sumber energi fosil yang terus berkurang serta tingkat konsumsi yang terus meningkat, sangat diharapkan adanya sumber energi alternatif salah satunya yaitu angin. Arah aliran angin pada daerah perkotaan cenderung berubah-ubah, untuk itu diperkukan suatu desain turbin angin yang mampu menyerap energi angin dari berbagai arah. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dikembangkan suatu sistem pembangkit energi terbarukan, energi angin sangat kompeten untuk dijadikan tenaga alternatif selain sumber energi fosil. Perancangan sudu turbin yang tepat untuk kebutuhan energi sebesar 110 W dengan kecepatan angin berkisar antara 2,5 s/d 5 m/s. Pada daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 5 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin yang cocok untuk keperluan ini antara lain American Tipe Multi blade, Cretan Sail dan Savonius. Dalam tugas akhir ini diambil tipe Savonius dengan kapasitas 110 W.

Kata kunci: Turbin angin savonius, savonius rotor, turbin angin poros vertikal.

Abstract

Requirement for large-scale electrical energy continues to increase significantly from year to year, especially in urban areas. In Indonesia, the majority of power plant units of fossil energy sources. Given that fossil fuel reserves dwindling and ever-increasing levels of consumption, it is expected that the alternative energy sources one of which is wind. Direction of wind flow in urban areas tend to be fickle, for it diperkukan a wind turbine design that can absorb wind energy from all directions. To overcome these problems need to develop a renewable energy generation systems, wind energy is very competent to serve as an alternative energy source other than fossil fuels. The design of turbine blades for precise energy requirements of 110 W with winds ranging between 2.5 s / d 5 m / s. In areas with low wind energy potential, the average wind speed is less than 5 m / s, more suitable for the development of wind turbine mechanical purposes. Types of turbines are suitable for this purpose include the American Type Multi blade, Cretan Sail and savonius. In this thesis taken savonius type with a capacity of 110 W.

Keywords: Wind turbine savonius, savonius rotor, vertical axis wind turbine.

1. PENDAHULUAN Peningkatan kebutuhan energi sejalan

dengan pertumbuhan penduduk yang pesat serta adanya keterbatasan sumber daya energi fosil yang tersedia mengakibatkan perlunya dikembangkan teknologi pemanfaatan sumber energi terbarukan yang salah satunya adalah energi angin. Untuk keperluan tersebut maka diperlukan instalasi turbin angin sebagai piranti untuk mengkonversi energi angin menjadi listrik. Akan tetapi pemanfaatan energi angin guna pembangkit listrik atau yang sering disebut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) di Indonesia menghadapi beberapa kendala, terutama disebabkan oleh rendahnya kecepatan angin rata-rata yang hanya berkisar antara 1 – 6 m/s. Di sisi lain turbin angin yang tersedia di pasaran sejauh ini disesuaikan dengan kondisi asal negara pembuatnya, dimana kecepatan angin rata-ratanya cukup tinggi (diatas 8 m/s). Oleh karena itu guna pemanfaatan energi angin di Indonesia yang lebih maksimal perlu dilakukan

pengembangan perancangan turbin angin yang mampu beroperasi pada kecepatan angin rendah.

Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dikembangkan suatu sistem pembangkit energi terbarukan, energi angin sangat kompeten untuk dijadikan tenaga alternatif selain sumber energi fosil. Pada daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 5 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin yang cocok untuk keperluan ini antara lain American Tipe Multi blade, Cretan Sail dan Savonius.

Dari segi ekonomi, sumber energi angin mampu megurangi penggunaan bahan bakar minyak/fosil serta menciptakan lapangan pekerjaan. Di bidang lingkungan hidup, sangat ideal karena tidak menghasilkan polusi. Dan setiap megawatt dari energi kincir angin, mengurangi emisi 0,8 - 0,9 ton gas rumah kaca yang dihasilkan BBM (Bahan bakar minyak) dan Batubara per tahun.



Menghemat biaya penanggulangan polusi terhadap lingkungan, karena tidak merusak lingkungan. Energi angin ini merupakan salah satu energi masa depan karena termasuk energi terbarukan dan tidak akan habis digunakan serta dapat mengurangi pemanasan global.

Tujuan yang diharapkan dari perancangan ini adalah : 1. Merancang turbin angin Savonius yang

dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga listrik sesuai dengan karakteristik angin yang ada di Indonesia.

2. Merancang turbin angin Savonius untuk menghasilkan output 110 W

2. METODE PERANCANGAN

Dalam perancangan turbin angin Savonius ini, penulis mengumpulkan terlebih dahulu data-data pendukung yang diperlukan dengan metode sebagai berikut :

a. Penelitian Lapangan Penulis melakukan peninjauan kapasitas angin rata-rata di indonesia, tipe turbin yang sesuai, serta kapasitas turbin yang akan digunakan.

b. Penelitian Kepustakaan Perancangan turbin angin Savonius ini, penulis melakukan studi literatur dari materi-materi pustaka yang ada.

Gambar 1. Diagram alir perancangan

3. PERANCANGAN TURBIN ANGIN

SAVONIUS 3.1. Dimensi-Dimensi Utama

Berdasarkan uraian di atas, maka untuk mendapatkan daya teoretis sebesar 110 Watt pada

(V = 3 m/s) diperoleh dimensi-dimensi utama sebagai berikut:

Jumlah sudu-sudu : 3 Diameter rotor : 400 mm Diameter sudu-sudu : 250 mm Tinggi rotor : 600 mm Offset e : 100 mm Jumlah tingkat : 1 Massa jns. udara kering : 1.1656 kg/ Cp (koefisien daya) : 0.59

3.2. Struktur fungsi Produk mempunyai dua aspek, yaitu (1)

bentuk fisik produk dan (2) fungsi produk. Bentuk lain komponen dapat diuraikan menjadi beberapa komponen, sedangkan komponen-komponen itu sendiri (beberapa atau semuanya) dapat diuraikan lagi menjadi beberapa sub komponen atau elemen dan seterusnya. Jadi secara fisik ada sistem fungsi. Elemen-elemen sistem komponen dapat mempunyai korespondensi satu-satu dengan komponen-komponen sistem fungsi, atau dapat pula mempunyai korespondensi yang lain lagi.

Konsep produk adalah bentuk fisik produk, meskipun masih dalam bentuk skets atau gambar skema. Konsep produk dapat dinyatakan dengan skets, atau dapat pula dinyatakan dengan keterangan yang merupakan abstraksi dari produk yang akan dirancang. Pada masa lalu konsep produk langsung dinyatakan dengan skets, tanpa melalui penyusunan struktur fungsi produk terlebih dahulu. Fungsi produk berbentuk abstrak, sedangkan konsep produk mempunyai bentuk fisik.

Fungsi adalah perilaku (behaviour) sebuah produk yang diperlukan untuk memenuhi syarat-syarat teknis. Fungsi menyatakan atau menggambarkan apa yang dilakukan produk, sedangkan bentuk (konsep) produk menggambarkan bagaimana produk melaksanakan fungsi tersebut. Dengan kata lain, bentuk mengikuti fungsi tersebut. Struktur fungsi disusun dari syarat-syarat (spesifikasi) teknis hasil fase pertama proses perancangan. Adapun struktur fungsi dapat dilihat dari diagram berikut ini :

Gambar 2. Diagram sub-fungsi keseluruhan

ISBN

3.3. F

suatu metodkaraktdirancprinsi

mengdiperosatu Pemilperanharus mempbanyamelalusairinpengkyang b

1. K2. T

d3. K

k4. K5. S6. K

l

Tab


N 978-602-

Fungsi Solusi Untuk memperancangan

de yang siteristik dari cang, maka ip solusi

Dalam progunakan metooleh dengan mprinsip solu

lihan kombcangan siste

dibuat luperoleh kemunaknya. Setiap ui prosedur yg solusi

kombinasian bernilai tinggiKesesuaian teTerpenuhinyadaftar spesifikKebaikan dkemudahan peKeandalan biaSegi keamanaKemungkinanlanjut

bel 1. Kombin


mecahkan pern, kita dapstemati. Un

suatu proddilakukan

oses ini peode kombinamelakukan pe

usi untuk sebinasi yangematik lingkuuas yang tngkinan soluskemungkinan

yang tepat daterbaik m

yang bernilai, yaitu:

erhadap fungsia tuntutan yankasi dalam hal erakitan aya an dan kenyamn untuk peng

nasi prinsip so

k Mesinversitas Pan

masalahan daat menggunatuk menentuduk yang apengkombina

erancangan ysi solusi masemilihan mintiap sub fun sesuai pup permasalatujuannya usi yang sebann harus diperan cermat, kamuncul setai dengan so

i keseluruhanng tertulis da

prestasi

manan gembangan l

olusi sub fung

ncasila

alam akan ukan akan asian

yang salah nimal ngsi. pada ahan

untuk nyak-riksa arena telah olusi

alam

atau

lebih

gsi

Semi

Dari terdapat padsebagai beriku

Varian 1 : 1Varian 2 : 1Varian 3 : 1

Gambar 3. D

3.4. Konsep SLangkah-l

Gamba

nar NasionJa

kombinasi da table diatut : -1, 2-2, 3-2, 4-2, 2-1, 3-1, 4-3, 2-1, 3-1, 4

Desain turbin a

Skoring langkah Conc

r 4. Flow char


prinsip soluatas dihasilka

4-2, 5-1, 6-1 4-2, 5-2, 6-1 4-1, 5-2, 6-3

angin savoniu

cept Scoring ad

rt konsep skor

Mesin 201tober 2012

A46

usi yang an varian

us terpilih

dalah :

ring

ISBN

Ta

varian

VaVaVa

dipilihtinggipaling

4. KE

disimp1. P

sr


N 978-602-

abel 2. Konsep

Tabel 3. Sk

Dari rumus n yang sesuai

arian I = WRJarian II = WRarian III = WR

Maka untu

h varian ke-1i. Varian ke-g tinggi yaitu

ESIMPULAN

Dari hasilpulkan sebagaPerancangan sesuai denganrendah berkis


p skoring untu

kala nilai kons

dibawah ini

untuk di buat

J = 4,58/(5 x 7

RJ = 4,22/(5 x RJ = 3,82/(5 x

uk perancang karena mem1, karena me0, 1309.

N l perancangai berikut : sudu blade tu

n karakteristiksar 2,7 s/d 6

k Mesinversitas Pan

uk turbin angi

ep skoring

dapat ditentu:

7) = 0, 1309 7) = 0,1206

x 7) = 0, 1091

gan turbin amiliki rating paemiliki skor y

gan ini, d

urbin angin yk kecepatan a6 m/s adalah

ncasila

in

ukan

angin aling yang

dapat

yang angin

tipe

Semi

Savoniusudu bmenangk

2. Hasil pedimensi D = 1,4mekanikdapat diseperti d

3. Turbin auntuk kapasitakebutuhkebutuhdapat msesuai ke

[1] Beer, Fmaterial

[2] Deutschdesign Macmill

[3] Sularso perencanPradnya

[4] Mott, Romechani

[5] Culp, AKonvers

[6] Ronald Optimalkecepataaplikasi

[7] MohameDesign Turbines

nar NasionJa

s. Karena tiplade turbin kap angin dari

erancangan turturbin sebaga

4 m dan h = k yang dilakukhasilkan dari

diatas adalah 1angin Savoniuaplikasi rums yang dihaan peralatan an kapasitas yenambahkan jebutuhan.

DAFTAR PU

Ferdinand. (l. New York: Mman, Aron. theory and lan Publising Cdan Suga, Kynaan elemen Paramita.

obert L. (2004ical design. NA. W. Jr., si Energi, Pene

Nehemia Malisasi ekstraan rendah dkonverter boo

ed Hassan AhOptimization s, Kairo : Otto


pe ini memilivertikal ya

ri segala arah rbin angin iniai berikut : 2,8 m, denga

kan maka . Outurbin denga

110 W us ini dapat dmah tangga.asilkan sesua

rumah tanggyang lebih bejumlah turbin

USTAKA

1981). MechMc Graw Hill

D. (1975). practice. NeCO, inc yokatsu. (199 mesin. Jaka

4). Machine eNew Jersey : P

1984, Prinserbit Erlanggaarulitua Sinaaksi energdi Indonesiaost, 27 April 2hmed Mohamof Savonius

o Von Guerick

Mesin 201tober 2012

A47

iki bentuk ng dapat

diperoleh

an analisa utput yang an dimensi

diterapkan . Karena ai dengan ga. Untuk esar, maka n Savonius

hanics of l.

Machine ew York:

97). Dasar arta : PT.

lements in earson. sip-prinsip a, Jakarta.

aga, 2009, gi angin a dengan 2012

med, 1974, and Wells ko



(K1-53-10)

PENGUKURAN KANDUNGAN ENERGI PANAS PADA PANAS BUMI

Nafsan Upara Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

Abstrak Panas bumi merupakan salah satu dari energi terbarukan yang saat ini digalakan pemerintah sebagai energi yang digunakan untuk pembangkit Listrik Tenaga Panas Buni (PLTP). Sesuai dengan PerPres No. 5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN) kontribusi energi panas bumi dalam bauran energi nasional diharapkan mencapai 5 % pada tahun 2025 atau sekitar 9500 MW, ini berarti setiap tahun direncanakan adanya peningkatan pemanfaatan energi panas bumi rata-rata pertahunnya mencapai 435 MW. Untuk memenuhi target tersebut, pemerintah memperbanyak pelaksanaan survei dan eksplotasi panas bumi di seluruh wilayah hukum Indonesia. Tulisan ini disampaikan sebagai pengetahuan tentang pengukuran kandungan energy panas bumi pada panas bumi dengan cara MT-TDEM, peralatan yang digunakan serta hasil pengukurannya.

Kata kunci: Energy panas bumi, survey MT-TDEM.

Abstract

Geothermal is one of renewable energy which currently encouraged by the Government as the energy used to geothermal power plant (PLTP). In accordance with The Government Regulation No. 5 in 2006 about National energy policy (KEN) contribution of geothermal energy in the mix national energy is expected to reach 5% in 2025 or approximately 9500 MW, It means every year which is planned an increase in the utilization of geothermal energy on average achieve attributable 435 MW. In order to compliance the targets, the Government expanded the implementation of the survey and geothermal exploration in the entire territory of Indonesian law. This paper is submitted as knowledge about the heat measurement of geothermal energy by way of MT-TDEM, the equipment used and the measurement result.

Keywords: Geothermal energy, MT-TDEM survey. 1. PENDAHULUAN

Panas bumi merupakan sumber daya energi baru terbarukan yang ramah lingkungan (clean energy) dibandingkan dengan sumber energi fosil. Potensi energi panas bumi yang dimiliki Indonesia mencapai 27 GWe, dengan potensi panas bumi yang besar ini menempatkan posisi Indonesia sangat strategis sebagai Negara paling kaya dengan energy panas bumi nomor empat didunia.

Untuk mengetahui besarnya energi panas yang dikandung pada suatu daerah panas bumi maka dibutuhkan penyelidikan yang dikenal dengan nama survey.

Ada tiga jenis penyelidikan panas bumi yaitu survei geologi,geokimia dan geofisika dengan maksud untuk mengidentifikasi karasteristik geologi berupa urutan dan sebaran batuan, struktur geologi, alterasi dan perangkap panas, serta untuk mengetahui tipe, sistim, parameter, konfigutasi dan struktur bawah permukaan, sehingga akan diketahui luas daerah prospek, daerah dis-charge dan re-charge, model panas bumi, potensi cadangan panas bumi “terduga” dan temperatur fluida bawah

permukaan. Salah satu teknik survei geofisika adalah menggunakan pengukuran Magnetotellurik (MT) dan Time domain electromagnetism (TDEM).

Tujuan dari pegukuran MT-TDEM adalah untuk mengetahui potensi panas yang dikandung,batas daerah yang berprospek panas bumi, , maupun luas daerah dengan memanfaat informasi data tahanan jenis bawah permukaan (subsurface). Selain itu juga menambah data permukaan (subsurface) untuk mengkaji dan mengevaluasi G & G secara lebih detail

2. TEORI DASAR

Metode Magnetotellurik (MT) mode pasif, yakni menggunakan sumber gelombang elektromagnetik yang terjadi secara alamiah.

Pada tahun 1950, Tikhonov dan Cagniard (1953) menemukan bahwa jika variasi medan listrik dan medan magnet diukur secara bersamaan, maka perbandingan kompleks (impedansi) dapat digunakan untuk mendeskripsikan penetrasi medan elektromagnet (EM) ke dalam bumi. Pada awalnya, metode MT digunakan hanya untuk riset akademik.



Mulai tahun 1980-an, metode MT sukses digunakan untuk pemetaan reservoir geothermal, dan selanjutnya metode MT mulai biasa digunakan untuk aplikasi geothermal. Perkembangan berikutnya MT digunakan untuk aplikasi eksplorasi hidrokarbon.

Metode Time domain electromagnetism (TDEM) adalah mode aktif yang memanfaatkan penginjeksian arus yang akan menimbulkan medan listrik (E) dan medan magnet (H), untuk memetakan struktur tahanan jenis bawah permukaan bumi. 2.1. Persamaan Maxwell

Dalam menurunkan persamaan yang mendeskripsikan perambatan gelombang EM yang dipakai dalam metode MT, digunakan beberapa asumsi penyederhanaan:

Persamaan Maxwell berlaku Bumi tidak membangkitkan gelombang

EM. Bumi hanya mendisipasikan dan menyerapgelombang EM.

Hukum ohm berlaku. Medan dianggap konservatif (berlaku

hokum kekekalan energy) dan jauh dari sumber.

Medan yang dibangkitkan dianggap seragam(uniform), terpolarisasibidang, dan merambat dalam arah vertikal.

Medan listrik dianggap quasi-static. Arus pergeseran diabaikan, hanya memperhitungkan arus konduksi.

Permitivitas dan permeabilitas dianggap konstan.

Persamaan difrensial parsial fundamental yang menggambarkan perambatan medan

Listrik adalah empat persamaan Maxwell sebagai berikut :

E. (1)

0B. (2)

tx

E

EH (3)

tx

B

E (4)

Dimana, E : medan listrik (V/m) H : medan magnet B : kuat medan magnet (W/m2) ρ : rapat muatan (C/m3) σ : konduktivitas (S/m) ε : konstanta elektrik (F/m)

Dengan asumsi hokum ohm berlaku dan medium dianggap linier isotropis (J = σE dan B = μH), persamaan 1.3 dapat ditulis:

(5) t

EJBx

Dimana,

J : rapat arus (A/m2)

m : permeabilitas magnet (H/m)

Biasanya, digunakan nilai ruang hampa εo

= 8.85x10-11H/m, dan μo = 4πx10-7 H/m. Persamaan 1.4 dan digabungkan sehingga diperoleh :

(6) t

E

t

EE

2

22

Bagian pertama ruas kanan berhubungan dengan arus konduksi sedang bagian kedua berhubungan dengan arus pergeseran. Bumi dianggap sebagai medium konduktif, sedang arus pergeseran diabaikan. Sehingga persamaan yang menggambarkan perambatan gelombang EM di bumi adalah persamaan difusi, bukan persamaan gelombang.

Sama seperti persamaan difusi yang menggambarkan hantaran panas, persamaan difusi gelombang EM inipun mengenal konsep skin depth, yakni kedalaman dimana amplitude gelombang berkurang lebih menjadi sepertiga amplitude awal. Untuk medium 1D homogeny, diperoleh

(7) T5.0

Dimana, δ : skin depth (km) ρ : resistivitas batuan (Ω.m) T : periode gelombang (detik)

Makin besar periode gelombang, makin

jauh penetrasi kedalamannya. Inilah konsep yang digunakan dalam metode MT.

2.2. Konsep Impedansi

Data medan listrik dan medan magnet dalam metode MT tidak digunakan secara terpisah. Keduanya digunakan untuk memperoleh besaran yang disebut impedansi. Ompedansi merupakan perbandingan antara medan listrik dan medan magnet. Hubungan antara medan listrik, medan magnet dan impedansi adalah:

E – Z = H (8) Dimana,

E : medan listrik Z : impedansi H : medan magnet

Karena E dan H dalah vector (tensor rank-

1), maka Z secara umum adalah tensor rank-2. Untuk metode MT, komponen horizontal, sebab



gelombang EM danggap merambat vertical. Jika pointing vector mengarah vertical, maka vector E dan B akan berada pada bidang horizontal tegak lurus pointing vector. Sehingga, hubungan di atas dapat dinyatakan lebih eksplisit menggunakan persamaan matriks:

Hy

Hx

ZyyZyx

ZxyZxx

E

E

y

x

(9)

Dengan matriks impedansi Z berukuran

2x2. Bentuk matriks impedansi tersebut bergantung pada dimensionalitas medium. Untuk medium 3-D, matriks impedansi memiliki 4 komponen yang independen dengan bentuk matriks seperti di persamaan 9 diatas.

Untuk medium 2-D, secara umum matriks impendansi memiliki 3 komponen independen dengan bentuk sebagai berikut :

Z-Zyx

ZxyZ (10)

Namun, untuk medium 2-D, jika

pengukuran dilakukan menggunakan koordinat yang sejajar atau tegak lurus strike, hanya terdapat 2 komponen independen dengan bentuk matriks impedansi

0Zyx

Zxy0 (11)

Untuk medium 1D, hanya terdapat 1 komponen independen.

0 Z

Z0 (12)

2.3. Magnetotellurik 2 Dimensi

Seperti dijelaskan sebelumnya, secara umum untuk kasus medium 2D, dari data sinyal medan listrik dan medan magnet yang direkam, diperoleh matriks impendensi dengan 3 komponen independen. Untuk menyederhanakan komputasi, sedapat mungkin pengukuran dilakukan dengan memilih koordinat yang sejajar atau tegak lurus strike sehingga hanya ada 2 komponen impedensi yang independen. Kenyataannya, dalam survey kita tidak mengetahui ke mana arah strike yang sebenarnya. Jika kita percaya bahwa medium bawah tanah hamper dapat dimodelkan dengan model 2 dimensi, pengukuran dapat dilakukan dengan arah koordinat manapun yang dipilih.

Baru setelah data terkumpul dan nilai impedansi dihitung, matriks impedansi tersebut dapat diputar (dirotasikan) secara numerik, sehingga seolah pengukuran dilakukan dengan menggunakan Koordinat yang sejajar atau tegak lurus arah strike.

Inilah yang disebut dekomposisi tensor impedans.Dimulai dari persamaan 9. Di sini, setiap komponen Z tidak bergantung terhadap frekuensi (Z bukan fungsi frekwensi). Hubungan di atas tidak mengikutsertakan efek noise. Dalam kasus 1D, Zxx, dan Zyy, nilainya nol, dan Zxy = -Zyx. Sehingga persamaannya tereduksi menjadi Ex = ZxyHy dan Ey = ZxyHx = -ZyxHx. Untuk kasus 2D, keadaannya lebih kompleks. Namun, jika Zxx = Zyy =0 (pengukuran dilakukan dengan arah tegak lurus atau sejajar strike), hanya ada dua komponen impedansi yang independen, yakni Zxy dan Zyx. Dari kedua komponen impedansi tersebut, didefinisikan resistivitas semu dan fase.

21yx

oxy Z

)arg( xyxy Z (13)

21yx

oyx Z

)arg( yxy Zx (14)

Jika terpilih koordinat-x sejajar strike, dan

Ǿxy dan Ǿxy disebut resistivitas semu dan fase TE, sedangkan Ǿyx dan Ǿyx disebut resistivitas semu dan fase TM. Diskusi diatas berlaku jika salah satu sumbu koordinat sejajar atau tegak lurus strike. Metode MT 2-dimensi berdasarkan pada konsep ini, dan memisahkan medan yang terukur menjadi mode TM dan mode TE. Maka, salah satu pekerjaan dalam perosesan data adalah menentukan strike geolektrik dan memutar data ke koordinat tersebut. Salah satu metode dalam penentuan strike geoelektrik adalah dekomposisi tensor. Metode ini menggunakan matriks rotasi R yang bergantung pada parameter θ untuk memutar matriks impedansi Z sehingga komponen off diagonalnya kecil dan komponen dialognya besar. Bentuk matriks rotasi R adalah

R = (15)

Matriks Z’ hasil rotasi matriks impedansi Z adalah: Z’ = RZR² (16)

Sudut rotasi θ divariasikan hingga matriks Z’ memiliki komponen diagonal yang besar dan komponen off-diagonal yang kecil. Beberapa



metode dapat digunakan, contohnya metode Swift, menggunakan criteria memaksimumkan nilai |Zxy|

2 + |Zyx|2.

Sebenarnya, dari data riil mungkin tampak bahwa matriks impedansi yang diperoleh memiliki 4 komponen independen akibat data yang tercampur noise. Hal ini menyulitkan perkiraan nilai impedansi bahwa permukaan dari data yang tercampur noise. Noise ini mungkin sifatnya buatan (seperti pipa logam bawah tanah, jaringan listrik PLN, dsb) ataupun noise yang sifatnya alam (seperti badai magnetic). Objek lokal pun dapat menyebabkan efek anisotropi. Karena itu, diperlukan metode prosesing yang robust. 2.4. Potensi Kandungan Energi Panas

Estimasi potensi kandungan terduga panas bumi dihitung dengan formula berdasarkan Standarisasi Potensi Panas Bumi Indonesia (DGSM, 1999), adalah:

Q = 0,11585 x A x ( TRes – T cut off) (16) di mana:

Q : Potensi energi panas bumi terduga (Mwe). 0,1158 : nilai konstanta A : Luas daerah potensi (km2). TRes : Suhu bawah permukaan (o C). Tcut off : Suhu cut off dalam oC

Potensi kandungan terduga panas bumi dapat dihitung jika telah dilakukan survey pengukuran geologi, geokimia dan geofisika. Data-data survey dan pengukuran yang diperoleh dianalisa dan dengan menggunakan persamaan 1.16 dapat diestimasi kandungan terduga panas bumi. Salah satu data yang dibutuhkan adalah data geofisika yang dapat dilakukan dengan metode MT-TDEM sedangkan gelogi dan geokimia tidak dibahas dalam paper ini. 3. PERALATAN UKUR MT-TDEM

Peralatan ukur : a. MT adalah MT-5 dengan kelengkapan,

Sinkronisasi Satelit, 24 bit records 5 Channel : Medan Magnet Hx, Hy

& Hz dan Medan Listrik Ex & Ey Frekuensi range 0.001 Hz – 400 Hz

(MT) Standalone dan Far remote (Reduce

noise) Sinkronisasi hingga ± 1 ms dengan

satelit GPS Coil sensor (tipe MTC-50) :

Frequensi range 0.0001 Hz-1000 Hz

Panjang 1.5 m Electrodes sensor (tipe PE4, PbCl2) :

Non polarizing electrode Ramah Lingkungan

Magnetic Cable (tipe SCL-20) : 3 roll/unit (@ 20 m)

Electrode Cable (tipe CX-75) : 4 roll/unit MT (@ 75m)

b. TDEM Receiver V8 Multifungsi (Phoenix) :

Sinkronisasi Satelit, 24 bit records Dilengkapi Antena komunikasi Freq setting 2.5 Hz dan 25 Hz Screen Display curve data TDEM

Coil sensor (Geonix) : Frequensi range 0.0001 Hz-1000

Hz Diameter 1.25 m

Batery Power : 40 Ah, 12 – 12.9 volt suplay energi untuk record data

selama ~ 16jam Batery Pack (Tipe BP 24/72, Phoenix) :

Output tegangan 24 volt hingga 72 volt

Pemilhan sumber tegangan dengan “dongle”

Kabel Loop (Tipe AWG-12) : 4 roll @ 200 m Tahan hingga 96 Volt (~10-20

Ampere arus injeksi) Transmitter Arus (Tipe T4, Phoenix) :

Sinkronisasi Satelit, 24 bit records Display Arus Digital

RXU-TM (Phoenix) : Sinkronisasi Satelit, 24 bits records Dilengkapi Antena Komunikasi

4. LOKASI DAERAH PENGUKURAN DAN

KEGIATAN OPERASI Penentuan daerah pengukuran harus

diketahui terlebih dahulu sebelum pengukuran dilakukan. Suatu contoh pengukuran dilakukan didaerah Lahendong dan Tomposa, Propinsi Sulawesi Utara dengan koordinat WGS84 zone 51N, X=687580- 706134 Timur, Y = 124262 – 142844 Utara seperti diperlihatkan pada gambar 1:

ISBN

melakpengu

- - -

5. PEa. To

memeukdit

b. Pe


N 978-602-

Kegiatan kukan penukuran ditentu

Instalasi perIntalasi CoilKalibrasi pe

a. I

b. InsGambar 2

ENGKURANopografi MT

Pengukuenggunakan heter, kompas

kur 100 m. Databulasi (lihatengukuran M


operasi dilngukuran sukan yaitu : ralatan TM dal eralatan

Instalasi unit M

stalasi unit TDPenempatan P

N DAN PROS

uran posisi hand held GP dengan aku

ata pengukurant Tabel. 1).

MT

k Mesinversitas Pan

lapangan usetelah da

an TDEM

MT

DEM Peralatan

SES DATA

di lapanS berakurasi

urasi 1o dan, n (x,y,z) dari

ncasila

untuk aerah

ngan lima pita

GPS

Semi

Akbeberapa toleh semdilakukan yang dikanpanas bummemanfaabawah per

c. Proses DaPro

TDEM dtersebut diperlihatk

Tab

Gambar 3 D Da

merupakanpengukura

nar NasionJa

kusisi data titik pengama

mua pihak. Tuntuk meng

ndung, batas dmi, , maupunat informasi rmukaan (subsata oses data hasidilakukan p

dengan kan pada Gam

bel 1 Nilai ko

iagram Alir p

ta lapangan yn data time an 5 kompone


MT-TDEM atan yang telahTitik pengemgetahui potendaerah yang b

un luas daeradata tahan

surface).

il pengukuranproses terhad

alur sebmbar 3.diagram

oordinat titik M

proses data MT

yang diperolehseries, data

en yaitu :

Mesin 201tober 2012

A52

dengan h disetujui matan ini nsi panas

berprospek ah dengan nan jenis

n MT dan dap data bagaimana m alir

MT

T-TDEM

h dari MT ini hasil

ISBN

SelanjSync dengaforma

Pdilakuselanj(form

masaldiseletahanaterkordihasidenga


N 978-602-

1. Medan2. Medan3. Medan4. Medan5. Medan

jutnya data teTSV. Tahap

an software at MTH & MTPada tahap Pukan dengjutnya data a

mat standar SE

Gambar

Dalam proslah efek statesaikan oleh Tan jenis hasireksi oleh ilkan oleh datan penampang


n Listrik Ex n Listrik Ey n Magnet Hx n Magnet Hy n Magnet Hz ersebut dicekPemrosesan SSMT 20

TL. Pengeditan Dgan softwareakhir berupa EG).

r 4. Contoh da

ses data MT,ti, masalah

TDEM. Didatail pemrosesandata TDEM

ta TDEM dilag inversi.

Gambar 5.

k Mesinversitas Pan

k dengan softwData Time Se000 menjadi D

ata, edit datae MT Ed

Data EDI

ata MT

, sering dijumstatik data

a TDEM ini kn data MT y

M. Kurva yakukan pemod

Pemodelan/p

ncasila

ware eries Data

a ini ditor,

File

mpai a ini kurva yang yang delan

pengukuran Ta

Semi

6. HASIL PDATA

Hasil pemodelan idiperlihatkan peta resistivipenampang mengambarkapanas dibawa

Suatu terpadu (geolbumi dilakuDompu, ProSundhoro, dk

- Luas penguk(resisti

- Kedala- Suhu b

C berdair pasedang

- : SuhuC un(intermSehing

terduga di daeQ = 0. = 69

ahanan Jenis i

nar NasionJa

ENGKURAN

pengukuran inverse sebagpada gambar

tas daerah suresistasinya

an trend dari h permukaan contoh hasil pogi, geokimiakan di daervinsi Nusatek) diperoleh d

daerah pkuran peta ivitas) adalah aman reservoibawah permukdasarkan perhanas SiO2 “cgkan, u cut off dalamntuk reservoamediate entalpgga jika dihierah Hu’u ada11585 x 10 x 9 MWe (60-70

inverse MT 2D


N DAN PROS

terakhir mgaimana conr 5. Dapat meurvei/ penguk

ya dimana penyebaran rbumi. pengukuran da, dan geofisirah Hu’u, Kenggara Baradata sbb: potensial be

tahanan jenA = 1000 m2

ir panas/termakaan , TRes,y

hitungan geoteconductive c

m, Tcut off, yar berentalpphy). itung potensialah: (180-120) Mw

0 MWe).

D

Mesin 201tober 2012

A53

SES

merupakan ntoh hasil enunjukan kuran dan

dapat resistivitas

dan survey ika) panas Kabupaten at (Herry

erdasarkan nis semu

2 al = 1 km. yaitu 180o ermometer cooling” .

yaitu 120o i sedang

i adangan

we



DAFTAR PUSTAKA

[1] Bemmelen, van R.W., 1949; The Geology of Indonesia. Vol. I A.732 p. Government Printing Office. The Hague. Netherlands.

[2] Fournier, R.O., 1981. Application of Water Geochemistry Geothermal Exploration and Reservoir Engineering,“Geothermal System: Principles and Case Histories”. John Willey & Sons. New York.

[3] Giggenbach, W.F., 1988. Geothermal Solute Equilibria Deviation of Na-K-Mg – Ca Geo- Indicators. Geochemica Acta 52. pp. 2749 – 2765.

[4] Herry S, Bakrun, Bangbang S, dkk, Survei panas bumi terpadu (geologi, geokimia, dan geofisika) daerah Hu’u, Kabupaten Dompu, Provinsi Nusatenggara Barat, Kolokium Hasil Lapangan – DIM , 2005

[5] Keller, George V., Fischknecht F.C., 1966, Electrical Methods in Geophysical prospecting, Pergamon Press, New york

[6] Mahon K., Ellis, A.J., 1977. Chemistry and Geothermal System. Academic Press Inc. Orlando.Telford and Sheriff, 1990, Applied Geophysics, Cambridge University.

B KELOMPOK REKAYASA

ENERGI


Program Studi Teknik Mesin B1 Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

(K2-6-01)

ANALISIS PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK PADA ELECTRIC ARC FURNACE DENGAN SISTEM

WASTE HEAT RECOVERY

Ade Nadjuri Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320


Abstrak

Analisis penghematan energi listik pada electric arc furnace dengan sistem waste heat recovery dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar nilai penghematan energi listrik yang didapatkan dengan memanfaatkan energi gas buang (flue gas). Penelitian ini diawali dengan melakukan pengumpulan data diantaranya pengukuran kelistrikan dan penggunaan carbon sebagai energi input, jumlah scrap yang diumpankan kedalam tungku, jumlah slag, properties gas buang yang dihasilkan serta waktu peleburan scrap dalam satu kali proses heating. Komposisi scrap dan temperatur operasi ditentukan untuk mendapatkan spesifikasi scrap yang akan digunakan sebagai data analisis. Analisis diawali dengan perhitungan balance energi untuk mendeteksi jumlah energi panas yang terkandung dalam gas buang pada setiap satu kali proses heating. Energi panas gas buang tersebut selanjutnya akan digunakan untuk menghitung banyaknya penghematan energi lisrik yang akan didapatkan jika dimanfaatkan sebagai pemanas mula scrap. Dan berdasarkan hasil analisa pada electric arc furnace kapasitas 25 Ton diketahui bahwa terdapat 2,961 kWh energi panas yang terkandung dalam gas buang pada setiap satu kali proses heating dan apabila dimanfaatkan sebagai pemanas mula scrap maka dapat mereduksi konsumsi energi listrik sebesar 10 s/d 15 %.

Kata kunci: gas buang, energi panas, reduksi energi listrik.

Abstract

Analysis of electric energy savings in electric arc furnace by waste heat recovery system is intended to determine the value of electric energy savings derived by utilizing the flue gas energy (waste heat recovery). This study preceded by performing collecting data such as electrical measurements and carbon usage as an energy input, the amount of scrap is fed into the furnace, the slag produced, flue gas properties and the melting time of scrap generated in a single heating process. Scrap composition and operating temperature is determined to get the scrap specifications that will be used as data analysis. The analysis starts from calculated balance energy to detect the amount of heat energy contained in flue gas at every single heating process. That will be used to quantify the electric energy savings that would be obtained if it used as a preheating scrap. And based of the results of analysis the electric arc furnace capacity of 25 tons that can be conclude there is 2,961 kWh of heat energy contained in flue gas generated at every single heating process and if it used as a preheating scrap that can be reduce electric energy consumption until 10 to 15 %. Keywords: exhaust gas, theat energy, electric energy reduction. 1. PENDAHULUAN

Pada proses peleburan baja dengan peralatan utama electric arc furnace konsumsi energi listrik peralatan ini menempati peringkat pertama dari distribusi konsumsi energi total industri [1]. Rata-rata konsumsi energi electric arc furnace kapasitas 21 Ton untuk sekali proses heating adalah sebesar 20 MWh dengan porsi energi listrik sebesar 60% s/d 65%, sisanya berasal dari energi kimia, sensible scrap serta busur pembakar itu sendiri sebesar ±35% s/d 40% [2].

Sedangkan dari sisi produk electric arc furnace selain menghasilkan energi terserap oleh scrap yang telah menjadi crude steel sebesar 53%

terdapat beberapa produk lainnya diantaranya energi yang terbawa oleh slag sebesar 10%, energi yang terbawa oleh pendinginan dinding refractory furnace sebesar 17% serta energi yang terbawa oleh gas buang sebesar 20% yang dalam hal ini dapat dikatakan losses [3]. Salah satu produk berupa gas buang tersebut adalah sebuah produk yang masih memiliki energi thermal yang cukup besar yang jika dimanfaatkan akan sangat berkontribusi sebagai energi sensible scrap pada saat sebelum proses peleburan [4].

Potensi penghematan energi (PPE) akan terjadi dengan melakukan recovery panas gas buang dari Electric Arc Furnace untuk pemanasan awal umpan scrap (scrap preheating).



Pemanasan awal umpan scrap pada sistem Electric Arc Furnace umumnya dilakukan dengan memanfaatkan panas pembakaran yang terjadi didalam tungku [5].

Gambar 1. Ilustrasi balance energi E.A.F

Potensi penghematan energi (PPE) akan terjadi dengan melakukan recovery panas gas buang dari Electric Arc Furnace untuk pemanasan awal umpan scrap (scrap preheating). Pemanasan awal umpan scrap pada sistem Electric Arc Furnace umumnya dilakukan dengan memanfaatkan panas pembakaran yang terjadi didalam tungku [5].

Proses pemanasan scrap konvensional dapat dilakukan dengan cara mengalirkan gas panas ke charging bucket scrap melalui pipa yang dipasang pada aliran gas buang ke dalam sebuah hood di atas charging bucket. Skema proses pemanasan scrap konvensional ditunjukkan dalam Gambar 2 [6].

Umumnya gas keluar dari Electric Arc Furnace pada temperatur 1,200 oC, masuk ke bucket pada temperatur 815 oC, dan keluar lagi pada temperatur sekitar 200 oC. Kualitas pemanasan sangat bergantung pada perpindahan panas ke dalam scrap yang merupakan fungsi dari ukuran scrap dan lama pemanasan [7].

Hal ini menyebabkan Scrap dapat dipanaskan hingga temperatur 315-450 oC. Proses pemanasan dapat menghemat energi 40-60 kWh/ton, konsumsi elektroda 0,3-0,36 kg/mt, konsumsi refraktori 0,9-1,4 kg/mt, dan waktu antar tap 5-8 menit [8].

Makalah ini bertujuan untuk menganalisis besarnya penurunan konsumsi energi listrik Electric Arc Furnace jika memanfaatkan energi thermal yang terbawa oleh gas buang (waste heat).

Gambar 2. Skema pemanfaatan gas buang E.A.F

2. METODE PENELITIAN Penelitian dimulai dengan menentukan

kadar serta komposisi material yang akan dilebur berikut temperatur peleburan yang selanjutnya digunakan sebagai parameter tetap penelitian.

Peralatan peleburan yang digunakan pada penelitian ini adalah Electric Arc Furnace yang digunakan berkapasitas 25 Ton Crude Steel, 3 Phase, Tegangan kerja 20 kV. Peleburan scrap sebanyak 21 Ton pada setting temperatur 1,680 oC dengan komposisi material seperti ditunjukkan oleh tabel dibawah ini.

Tabel 1. Komposisi material peleburan.



Proses peleburan dilakukan selama kurang lebih 70 Menit dan menghasilkan 20.37 Ton crude steel. Energi yang digunakan untuk melebur material tersebut diatas dapat diketahui secara teoritis melalui persamaan (1) berikut ini.

(1)

Dimana Q adalah kalor yang disimpan oleh material (kJ), m adalah jumlah massa material yang dilebur (kg), Cp adalah panas spesifik material (kJ/kg.⁰C), ΔT adalah beda temperatur material sebelum dan sesudah proses peleburan. Perhitungan konsumsi energi Electric Arc Furnace diawali dengan mendeteksi variable apasajakah yang menjadi energi input serta energi output dari proses peleburan yang ada.

Secara umum, neraca energi di dalam suatu Electrical Arc Furnace ditunjukkan dalam Gambar 1. Meskipun pengoperasian unit peleburan berbeda-beda untuk suatu pabrik, secara umum energi listrik yang diberikan ke dalam EAF adalah sekitar 60-65%, sisanya 35-40% diperoleh dari energi kimia. Hanya sekitar 53% dari total energi input yang terbawa oleh besi cair, sisanya hilang bersama aliran slag, gas buang, dan air pendingin. Umumnya terdapat 20% energi yang hilang terbawa oleh gas buang, atau sekitar 130 kWh/ton produk [9].

Energi listrik didapatkan melalui pengukuran langsung terhadap peralatan yang digunakan seperti diperlihatkan oleh Gambar 3 dan Gambar 4.

Gambar 3. Proses pengukuran kelistrikan

Gambar 4. Beberapa data yang didapatkan dari alat ukur listrik.

Chemical energi yang terjadi dapat diketahui dengan menghitung banyaknya carbon yang digunakan beserta reaksi kimia yang terjadi secara stociometrik melalui persamaan kimia berikut.

2Fe + O2 2 FeO (2)

Sebagian oksida besi ini menjadi slag dan yang lainnya bereaksi dengan Si dan Mn menjadi:

Si + 2FeO SiO2 + 2Fe (3)

Mn + FeO MnO + Fe (4)

Reaksi-reaksi itu akan menyebabkan panas

(exothermic) dan akan menaikkan temperature cairan. Oksida mangan dan oksida silicon ini akan menjadi slag pada saat proses akhir peleburan. Dan juga pada saat Si dan Mn hampir habis temperature menjadi sangat tinggi dan karbon mulai terbakar:

C + FeO Fe + CO (5)

Scrap yang dilebur juga memiliki energi sensible yang berasal dari sisa panas material peleburan sebelumnya dan atau pemanasan tungku diawal langkah pemasakan, panas sensible ini merupakan fungsi dari masa csrap berikut kalor spesifiknya untuk mencapai perubahan suhu dimaksud. Energi sensible yang terkandung pada material dapat diketahui melalui persamaan berkut.

(6)

Dimana Qc adalah kalor sensible yang disimpan oleh material (kJ), mc adalah jumlah massa material yang dilebur (kg), Cpc adalah panas spesifik material (kJ/kg.⁰C), ΔTc adalah beda temperatur material sebelum dan sesudah masuk didalam tungku dan mencapai temperatur equilibrium.

Energi yang terkandung didalam slag dapat diketahui melalui persamaan berikut ini.

(7)

Dimana Qs adalah kalor yang terkandung didalam slag (kJ), ms adalah jumlah massa slag yang dihasilkan (kg), hs adalah enthalpy slag (kJ/kg).

Energi yang terbawa oleh dinding refraktori beserta air pendingin dapat diketahui melalui persamaan.

(8)

Dimana Qw adalah kalor yang dibawa oleh air pendinginan (kJ), mw adalah jumlah massa air yang digunakan (kg), Cpw adalah panas spesifik air (kJ/kg.⁰C), ΔTw adalah beda temperatur air

ISBN

sebeluFurna

buang

didalaflue ygas (k

yang energpelebu

terjadmelalu

consulistrik(kWhdihasi

peneli

Tab

3. HA

pembuhinggpemandibaw


N 978-602-

um dan sesudace.

Sedangkan g dapat diketah

Dimana Qf am flue gas yang dihasilkakJ/kg).

Sedangkan terjadi diket

i listrik yauran.

Adapun kodi dalam prosui persamaan

. .

Dimana S.umption (kWhk yang digunh), Tcs adalailkan (Ton).

Data yang itian ini ditunj

bel 2. Data yan

ASIL DAN PHasil perh

uatan balancega pemanfaanasan mula s

wah ini.


dah masuk din

energi yang hui melalui pe

adalah kalor (kJ), mf adal

an (kg), hf ada

untuk rugitahui hanya ang digunaka

onsumsi energses peleburanberikut ini.

E.C adalah h/Tcs), W adanakan dalam ah jumlah c

digunakan ujukkan oleh ta

ng digunakan

PEMBAHASAhitungan yane energi Elecatan gas

scrap ditunjuk

k Mesinversitas Pan

nding Electric

terbawa olehersamaan beri

(7)

yang terkandlah jumlah malah enthalpy

i-rugi kelistrsebesar 8% an pada pr

gi spesifik yn dapat diket

(8)

spesific enalah jumlah en

proses pelebcrude steel y

untuk melakuabel dibawah i

untuk penelit

AN ng dimulai ctric Arc Furn

buang sebkkan oleh gam

ncasila

Arc

h gas ikut.

)

dung massa

flue

rikan dari

roses

yang tahui

)

nergy nergi buran yang

ukan ini.

tian.

dari rnace bagai mbar

Semi

Gambar 5. Bm

Gambar 6

nar NasionJa

Balance Energmemanfaatkan

. Balance Enememanfaat


gi E.A.F sebeln waste heat.

ergi E.A.F setetkan waste hea

Mesin 201tober 2012

B4

lum

elah at.



Hasil analisis pada gambar 6 menunjukkan bahwa energi yang terkandung pada gas buang yang dapat dimanfaatkan sebesar 1,209 kWh dan merupakan suatu jumlah energi thermal yang sangat besar yang dapat mengurangi konsumsi energi listrik jika dimanfaatkan sebagai energi sensible scrap melalui pemanas mula.

Potensi penghematan energi dengan melakukan imrovement operasi (pemanfaatan panas buangan Off Gas dapat mencapai 12% ). Rata-rata persentase penghematan energi dapat mencapai 14% – 15% dari konsumsi energi eksisting. Secara lengkap, besaran penghematan energi dari Electric Arc Furnace dengan melakukan hal ini dapat dilihat pada Tabel berikut.

Tabel 3. Potensi penghematan energi (case: Scrap preheating (after improvement).

Tabel 3. menunjukkan simulasi

perhitungan penghematan energi yang dicapai serta simple payback periode yang terjadi jika pemanfaatan gas buang Electric Arc Furnace ini dilakukan. Terlihat investasi pemanasan scrap melalui pemanfaatan gas buang layak diimplementasikan karena mendapatkan simple payback periode hanya dalam 3.64 tahun.

4. KESIMPULAN

Analisis penghematan energi listrik pada electric arc furnace dengan sistem waste heat recovery menghasilkan potensi penghematan energi listrik sebesar 68 kWh/Tcs, atau 12.7% dari konsumsi energi listrik sebelumnya. Rugi-rugi yang terbawa oleh flue gas sebesar 3,553.2 kWh untuk satu kali proses heating dapat

dikurangi melalui pemanfaatan untuk pemanas mula scrap menjadi 1,910.7 kWh. Potensi penghematan ini dicapai karena naiknya panas sensible material scrap pada sebelum proses peleburan sehingga membuat proses peleburan material untuk mencapai suhu peleburannya menjadi lebih singkat. Panas buang ini sangat layak untuk dijadikan pemanas mula scrap melalui sistem peralatan scrap preheating dininali dari nilai pengembalian investasi peralatan yang sangat rendah yaitu hanya dalam waktu 3.64 tahun.

DAFTAR PUSTAKA

[1] S.Sirait, D. Hermawan, 2009, Road Map of

CO2 Emission Reduction for Industry Sector, Centre for Research and Development of Resource, Ministry of Industry, Jakarta.

[2] Robert E. Eppich, 2004, Energy Use in Selected Metalcasting Facilities, U.S Departement of Energy, Industrial Technologies Program, Florida.

[3] Ernst Worrel, Lynn Price, Zhou Nan, 2008, World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, U.S Departement of Energy, Florida.

[4] Horia Andrei, Costin Cepisca, Sorin Grigorescu, 2006, Power Quality and Electrical Arc Furnaces, Valahia University of Targoviste, Polithecnica University of Bucharest, Romania.

[5] Binary Kumar Ray, B. Sudhakara, 2008, Understanding Industrial Energy Use, General Arun KumarVaidya Marg, Indira Gandhi Institute of Development Research, Mumbai.

[6] Hideyuki Tanaka, 2006, Overview and EE & C of Steel Industry in Japan, journal of Mechanical engineering, International Engineering Department The Energy Conservation Centre, Japan.

[7] Ali Akbar Mutahedi, Saeid Amani, 2009, Using Oxygen Reaction as Electricity Saving in Electric Arc Furnace Steel Making, journal of Chemtech Research, Iranian Research Organization for Science and Technology, Tehran.

[8] A.R.Shahani, S.A. Nodamanie, I.Salahenia, 2009, Parametric Study of Hot Rolling Process by the Finite Element Method, journal of Mechanical engineering, Transaction B , Vol.16, No. 2.

[9] Thapani Umdhopol, 2007, Making of Metal, journal of Mechanical engineering, Transaction B, Vol.25, No. 4.



(K2-11-02)

ANALISA PENGARUH PENGGUNAAN DUA BUSI PADA KINERJA MESIN VESPA SCOOTER

Imron Rosyadi, Yusvardi Yusuf, Heru Sulton Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Fak. Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Cilegon-Banten 41353


Abstrak

Sistem pengapian merupakan salah satu yang memiliki peranan penting dalam proses penyalaan campuran bahan bakar dan udara. Dengan sistem pengapian yang semakin baik diharapkan pembakaran yang dihasilkan dalam ruang bakar akan lebih sempurna sehingga kemungkinan adanya campuran bahan bakar dan udara yang tidak terbakar akan semakin kecil. Kendaraan vespa scooter 2 TAK saat ini termasuk kendaraan kuno yang masih banyak digemari sehingga perlu diperhatikan perwatan dan kemungkinan modifikasi untuk peningkatan performa mesin. Modifikasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan dua busi yang diharapkan agar bahan bakar dapat terbakar secara lebih sempurna. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan daya, torsi serta konsumsi bahan bakar antara mesin vespa dua langkah standar dengan menggunakan dua busi. Besar kenaikan daya setelah modifikasi pada mesin vespa dua busi yaitu sebesar 9,02 %. Sedangkan torsi yang dihasilkan naik sebesar 7,3 % dari kondisi standar. Konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin vespa dua busi mengalami penurunan sebesar 16,7 % dibandingkan dengan mesin vespa busi standar.

Kata kunci : Busi, daya, torsi, konsumsi bahan bakar spesifik

Abstract

Ignition control is one of the important thing at combustion system. If the ignition control system increasing , the combustion gases will be more perfectly, thus minimize the possible of unburned fuel air mixture. At present Vespa scooter with two stroke engine is the old motor cycles, but much more people still enjoy it because its unique and have a special artistic. So it is important to concern in maintain and possible to modified to get a higher performance. This research is modified the combustion system, especially in ignition control using 2 sparkplugs purpose to get more perfectly ignition. The aim of its research is to identify the increasing of the power stroke, torsion and fuel consumption before and after modified. The results, there is incresing in power stroke 9.02 % , the torsion increasing 7,3 %, and there is decreasing in specific fuel consumption until 16.7 % then before modified (2 strokes using one sparkplug).

Keywords : Spark plug, power stroke, torsion and spesific fuel consumption 1. PENDAHULUAN

Mesin yang digunakan sebagai penggerak Scooter Vespa termasuk jenis engine dua tak atau mesin dua langkah, artinya satu putaran poros engkol (crankshaft) diperoleh dari dua kali langkah torak (piston). Pada mesin dua langkah ini tidak dipergunakan mekanisme katup untuk pemasukan bahan bakar dan pembuangan gas sisa pembakaran, oleh karena itu konstruksinya menjadi lebih sederhana dan mudah perawatannya. Menurut Sejarah, Skuter dalam bahasa Italy adalah ” Lebah” hal ini terobsesi dari bentuk atau skuter yang menyerupai Tawon. Skuter yang terlahir dari negara Italy ini di produksi oleh Piaggio dan diberi merk Vespa. Besarnya kemampuan atau performa suatu mesin sangat ditentukan oleh ukuran CC dari mesin tersebut. Ukuran CC mesin untuk Scooter Vespa yang beredar di Indonesia berkisar antara 90 CC sampai dengan 200 CC. Vespa Scooter memiliki

desain yang unik, sehingga penggemar motor kuno banyak menjatuhkan pilihan pada jenis motor ini. Konstruksi mesin yang sederhana dengan tingkat perawatan mesin yang mudah serta sistem pendinginan mesin menggunakan udara yang diatur oleh ”rotor with fan” sehingga lebih stabil sesuai dengan tingkat kecepatan mesin merupakan alasan lain mengapa sampai saat ini motor Vespa Scooter masih banyak digemari.

Sistem pengapian merupakan salah satu hal yang memiliki peranan penting dalam proses penyalaan campuran bahan bakar - udara. Dengan sistem pengapian yang semakin baik diharapkan pembakaran yang dihasilkan dalam ruang bakar akan semakin sempurna, sehingga kemungkinan adanya campuran bahan bakar dan udara yang tidak terbakar akan semakin kecil sehingga emisi gas buang yang berbahaya dapat ditekan serendah mungkin dan konsumsi bahan bakar diharapkan akan semakin irit. Dalam sistem pengapian pada



motor bakar, busi memegang peranan penting untuk memberikan percikan bunga api guna membakar campuran bahan bakar dan udara yang telah dikompresikan di dalam ruang bakar.

Diharapkan dengan modifikasi dan pengujian vespa menggunakan dua busi, proses pemanfaatan kalor dari bahan bakar menjadi lebih tinggi, karena proses pembakaran terjadi dua kali secara berurutan, hal ini bertujuan agar bahan bakar terbakar secara sempurna sehingga konsumsi bahan bakar menjadi irit. Pada penelitian ini penulis ingin mengetahui besar daya, torsi, dan konsumsi bahan bakar vespa sebelum dan sesudah modifikasi menjadi dua busi.


Jenis mesin yang akan diamati dan digunakan yaitu mesin vespa Sprint 150 tahun 1977 dua langkah. Spesifikasi Kendaraan

Tipe Mesin: 2 Langkah Diameter x Langkah: 57.8 x 57.0 mm Karburator: Dell’Orto SI 20/17D Busi: NGK BP 7 H Volume silinder: 149.5 cc Perbandingan kompresi: 7.0 : 1 Sistem Starter: Kick Starter Sistem Pelumasan: Oli Bahan Bakar: Bensin Kapasitas tangki: 7.7 Liter Daya maksimum: 6.93 bhp / 5.000 rpm Sistem Pengapian: AC

Gambar 1. Diagram alir metodologi penelitian

Sebelum dilakukan modifikasi mesin vespa diuji terlebih dahulu untuk mengetahui performa mesin pada kondisi standar (busi tunggal) yaitu berupa pengujian pemakaian bahan bakar premium pada jarak tempuh tertentu, pengukuran konsumsi bahan bakar mesin berdasarkan putaran mesin, serta pengujian daya dan torsi dengan menggunakan dynometer.

Pada penambahan busi menjadi 2 buah, hal yang perlu diperhatikan adalah sistem pengapiannya karena dibutuhkan lagi satu sistem pengapian. Hal ini menuntut kebutuhan tegangan listrik yang lebih besar. Beberapa modifikasi dilakukan pada skema rangkaian kelistrikan vespa 2 busi untuk sistem pengapian seperti gambar 2. agar kebutuhan.

Gambar 2. Skema Rangkaian Kelistrikan Vespa Dua Busi Pada Sistem pengapian

Prosedur yang digunakan dalam

pengambilan data untuk konsumsi bahan bakar kendaraan vespa busi standar dan dua busi terhadap jarak tempuh yaitu dengan menggunakan botol yang diisi 1000ml bensin setelah terlebih dahulu tanki dikosongkan. Pengujian dilakukan pada kecepatan rata-rata < 60 km/jam. Pengujian juga dilakukan pada kondisi > 60 km/jam sehingga dapat diketahui kondisi kecepatan optimum agar konsumsi bahan bakar dapat lebih irit.

Sedangkan Prosedur yang digunakan dalam pengambilan data untuk konsumsi bahan bakar pada putaran berubah terhadap waktu adalah dengan mengisi botol bahan bakar bensin premium sebanyak 50 ml. Untuk percobaan pertama ini pada putaran mesin 3750 rpm. Pada saat yang bersamaan mengaktifkan stopwatch agar diketahui waktu yang telah dicapai setelah bahan bakar habis. Pengujian dilakukan pengulangan untuk putaran mesin yang lain, yaitu : 4000, 4250, 4500, 4750, 5000, 5250 rpm.

Pada pengujian performa mesin, sebelum pengujian tersebut dilakukan uji tekanan kompresi silinder untuk mengetahui daya tekanan kompresi yang ditimbulkan oleh piston didalam silinder, pada waktu piston bergerak dari TMB ke TMA



untuk melaksanakan langkah kompresi, dimana pada motor dua langkah, langkah kompresi silinder terjadi pada langkah ke satu. tekanan kompresi didalam silinder dinyatakan normal pada motor 2 langkah = 7-11 kpa. Alat pengukur unjuk kerja dari motor yang digunakan adalah Dynamometer SD325, Roller Inertia : 2.422 , Correction Factor : SAE J1 349. Mesin dyno yang digunakan adalah jenis inertia dyno dimana cara kerjanya yaitu melawan gaya inertia dari diam sampai kecepatan maksimum. Untuk mengukur kecepatan putaran mesin (engine speed) digunakan tachometer analog merek Type-R yang dihubungkan ke koil busi . Setelah dilakukan pengujian pada kondisi standar, baru kemudian dilakukan modifikasi mesin dengan cara penambahan busi pada ruang silinder.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Pengukuran Bahan Bakar

Hasil pengukuran jarak yang dapat ditempuh pada tingkatan kondisi tertentu :

Kondisi Vespa busi standar

1 liter = 24.5 km (kec < 60 km/jam)

1 liter = 20.8 km (kec > 60 km/jam)

Kondisi Vespa dua busi

1 liter = 28.8 km (kec < 60 km/jam)

1 liter = 26.1 km (kec > 60 km/jam)

Hasil pengujian tersebut memperlihatkan bahwa kondisi optimum pengoperasian motor vespa optimum pada kecepatan > 60 km/jam. Sedangkan perbandingan konsumsi bahan bakar terhadap jarak tempuh antara busi standar dengan 2 busi terlihat bahwa untuk busi standar ternyata lebih irit dibandingkan sebelum dilakukan modiikasi. Data hasil pengukuran pemakaian bahan bakar (50 ml premium) Vespa Busi Standar

Tabel 3. Hasil Pengukuran BB (50 ml Premium) Vespa Busi Standar

Rpm Konsumsi bahan bakar (L/jam) 3750 0.501 4000 0.645 4250 0.747 4500 0.766 4750 0.886 5000 0.957 5250 0.969

Vespa Dua Busi

Tabel 4. Hasil Pengukuran BB (50 ml Premium) Vespa Dua Busi

Rpm Konsumsi bahan bakar

(L/jam) 3750 0.490 4000 0.575 4250 0.625 4500 0.661 4750 0.672 5000 0.748 5250 0.888

3.2. Analisa Grafik Daya Fungsi Putaran

Setelah dilakukan uji dynamometer untuk mencari daya dan torsi roda belakang pada kondisi standar mesin vespa busi standar dan mesin vespa dua busi pada putaran mesin secara continue, maka diperoleh data perbandingan dalam bentuk grafik sebagai berikut:

Gambar 3. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan daya

Berdasarkan pengamatan pada Gambar 2 dapat disimpulkan bahwa daya yang dihasilkan mesin vespa dua busi terdapat perbedaan yang signifikan terhadap daya kuda yang dihasilkan mesin vespa dua langkah. Pada pengujian mesin vespa busi standar daya kuda tertinggi didapat pada putaran mesin 4239 rpm yaitu sebesar 5.904 hp, sedangkan pada mesin vespa dua busi daya kuda tertinggi didapat pada putaran 4302 rpm yaitu sebesar 6.489 hp. Besar kenaikan daya setelah modifikasi pada mesin vespa dua busi yaitu sebesar 9.02 %.

3.3. Analisa Grafik Torsi Fungsi Putaran

Pada gambar 4 dapat kita liahat adanya kenaikan torsi mulai dari putaran mesin rendah sampai dengan putaran 4250 rpm kemudian terjadi penurunan torsi sampai putaran tertinggi tetapi untuk keadaan mesin vespa dua busi secara keseluruhan terdapat peningkatan torsi dibandingkan dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin vespa busi standar. Torsi maksimum dua busi sebesar 7.92 Lb.ft pada putaran 4218 rpm,



sedangkan vespa busi standar sebesar 7.38 Lb.ft pada putaran 4155 rpm.

Gambar 4. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan Torsi

Kenaikan torsi maksimum pada vespa dua

busi langkah sebanyak 7.3 % dari kondisi standar yakni mesin vespa busi standar.

3.4. Analisa Tekanan Efektif Rata-Rata

Data tekanan efektif rata rata dicari melalui perhitungan dengan data yang dibutuhkan adalah Torsi hasil pengukuran dan volume langkah torak. Hasil tersebut kemudian dibuat grafiknya seperti pada gambar 4.

Gambar 5. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan tekanan efektif rata-rata (mep)

Dari grafik tekanan efektif rata-rata diatas

terlihat bahwa mesin vespa dua busi mempunyai tekanan efektif rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Hal ini dikarenakan pada mesin vespa dua busi torsi yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Dan mempunyai tekanan awal lebih tinggi sehingga pada saat piston bergerak ke TMA, tekanan akhir kompresi pada mesin vespa dua busi akan lebih tinggi dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Peningkatan tekanan efektif rata-ratanya sebesar 7.8 %.

3.5. Analisa Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Pada gambar 6, pemakaian bahan bakar

spesifik diperoleh konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin vespa dua busi mengalami penurunan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 16.7 % dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar mesin vespa busi standar. Hal ini disebabkan karena mesin vespa dua langkah proses pemasukan dan pembuangan bahan bakar udara di atur oleh putaran kruk as, semakin tinggi putaran kruk as, bahan bakar yang masuk ke ruang bakar semakin terdesak keluar melalui lubang karter atau pembilasan, sehingga bahan bakar terbuang percuma tanpa menghasilkan tenaga.

Gambar 6. Grafik hubungan antara putaran mesin

dengan pemakaian bahan bakar spesifik (Sfc)

Selain itu disebabkan karena sistem pengkabutan pada mesin vespa busi standar masih konvensional dibandingkan dengan model pengkabutan pada masa sekarang, sehingga laju konsumsi bahan bakar yang keluar dari lubang spuyer karburator meningkat dan waktu yang dibutuhkan untuk mengkonsumsi bahan bakar sebanyak 50 ml akan semakin singkat. Dengan bertambahnya putaran pada kruk as akan meningkatkan laju aliran udara dan bahan bakar melalui saluran dari karburator, sedangkan pada mesin vespa dua busi, proses pembakaran terjadi dua kali, yaitu ketika busi pertama membakar bahan bakar lalu dengan selisih 20 busi kedua membakar kembali sisa pembakaran dari busi pertama, sehingga kecil sekali bahan bakar yang terbuang percuma.

3.5. Analisa Perhitungan Efisiensi Thermis

Efisiensi thermis adalah efisiensi pemanfaatan panas dari bahan bakar untuk diubah menjadi tenaga mekanis (poros). Efisiensi thermis terbesar dari mesin vespa dua busi adalah 83.1 % pada putaran mesin 4250 rpm, sedangkan efisiensi pada mesin vespa busi standar sebesar 67.8 % pada putaran mesin 4000 rpm. Variasi yang mempengaruhi efisiensi thermis adalah nilai konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), jika nilai



konsumsi bahan bakar spesifik semakin besar maka nilai efisiensi thermis akan semakin kecil.

Gambar 5. Grafik hubungan antara putaran mesin

dengan Efesiensi Thermis

Pada grafik diatas terlihat efisiensi thermis pada mesin vespa dua busi memiliki nilai konsumsi bahan bakar yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin vespa busi standar, maka nilai efisiensi thermis dari mesin vespa busi standar dibandingkan dengan nilai efisiensi thermis dari mesin vespa dua busi akan terlihat lebih rendah. Dengan waktu pembakaran yang sangat singkat dan semakin meningkatnya konsumsi bahan bakar maka semakin banyak bahan bakar yang tidak dapat dimanfaatkan atau dengan kata lain semakin banyak bahan bakar yang terbuang sia-sia.

4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan

1. Modifikasi vespa busi standar menjadi vespa dua busi dapat di aplikasikan pada semua jenis vespa.

2. Dari hasil uji dynamometer didapat peningkatan daya sebesar 9.02 % dari kondisi standar yakni mesin vespa busi standar. Pada mesin vespa busi standar daya yang dihasilkan 5.904 HP dan setelah di modifikasi menjadi dua busi daya yang dihasilkan 6.489 HP, Peningkatan torsi pada uji dynamometer mesin vespa busi standar sebanyak 7.3 % dari 7.38 Lb.ft menjadi 7.92 Lb.ft. Peningkatan torsi ini memiliki keuntungan yaitu dapat menarik beban lebih berat dan akselerasi lebih cepat didapat.

3. Tekanan akhir kompresi pada mesin vespa dua busi akan lebih tinggi dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Peningkatan tekanan efektif rata-ratanya sebesar 7.8 %. Hal ini dikarenakan pada mesin vespa dua busi torsi yang dihasilkan lebih besar

dibandingkan dengan mesin vespa busi standar

4. Konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin vespa dua busi mengalami penurunan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 16.7 % dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar mesin vespa busi standar. Hal ini disebabkan karena mesin vespa busi standar proses pemasukan dan pembuangan bahan bakar udara di atur oleh putaran kruk as, semakin tinggi putaran kruk as, bahan bakar yang masuk ruang bakar semakin terdesak keluar melalui lubang karter atau pembilasan, sehingga bahan bakar terbuang percuma tanpa menghasilkan tenaga.

5. Efisiensi thermis terbesar dari mesin vespa dua busi adalah 83.1 % pada putaran mesin 4250, sedangkan efisiensi pada mesin vespa busi standar sebesar 67.8 % pada putaran mesin 4000 rpm.

4.2. Saran

Untuk modifikasi vespa busi standar menjadi vespa dua busi, hal yang terpenting adalah mengetahui prinsip kerja, desain kepala silinder, dan sistem pengapian agar modifikasi menghasilkan performa mesin sesuai dengan yang diinginkan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Obert, E.F., 1950, Internal Combustion

Engines Analysis and Practice, International Textbook Company, Pennysylvania.

[2] Heywood, J. B., 1988, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw - Hill International Editions.

[3] Mathur ML, RP Sharma RP (1996) Internal combustion engines. Dhanpat Rai & Sons, New Delhi.

[4] Drs. Daryanto, , 2004, Teknik Sepeda Motor, Penerbit Yrama Widya, Bandung.

[5] Teiseran Emanuel, , 2007, Teknik Motor, Penerbit Liberty, Yogyakarta.

[6] Ir. Ohan Juhana dan Drs M Suratman, 1999, Teknik Reparasi Vespa, Penerbit Pustaka Setia, Bandung.

[7] Tabloid Motor Plus, 2006 , Edisi 374/VI, Penerbit PT.Media Motorindo, Jakarta.

[8] Kaplan, J. A. and Heywood, J. B., 1991, Modelling the spark ignition engine warm-up process to predict component temperatures and hydrocarbon emissions. SAE Paper No. 910302.

[9] Website:www.okasatria.blogspot.com /2007/11/otomotive



[10] Website:www. en.wikipedia.org /wiki /internal-combustion

[11] Website: www.science.howstuffworks.com /two-stroke



(K2-12-03)

GAS BUANG YANG MASUK KEDALAM EKONOMISER SEBAGAI PENINGKATAN KINERJA KETEL UAP PIPA AIR

Wasiran

Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Mesin, Cirebon 45135

Abstract

Exhaust gas boiler can be utilized into economizer to accelerate the process of evaporation of the boiler. Boiler is used type boiler water pipe serves as a thrust turbine. Boiler water pipe using two types of fuels that fuel gas and fuel oil, while the fuel is widely used gas fuel Research done by way of analyzing the performance of a steam boiler type 52-B-101D Rotary Utility Unit VI in PT. Pertamina Balongan Indramayu of operating a dat log sheet. Date taken include operating. From these date the difference in doing the calculations the arithmetic mean temperature, AMTD, the total heat transferred, Qtotal, the total heat transfer coefficient, U and Efficiency boiler, ƞ. The results showed a decrease in price between the maximum and minimum intervals each for different temperatures arithmetic mean, AMTD; 7.7%, the total heat transfer coefficient, U; 22.3%, for the total heat transferred, Qtotal; 13 , 7% and boiler efficiency, ƞ; 93% Keywords: Improved performance of boiler water pipe. PT. Pertamina Tbk. 1. PENDAHULUAN

Ketel uap merupakan suatu alat tertutup terbuat dari baja dengan beberapa peralatan-peralatan penunjang lainnya yang berfungsi sebagai penghantar panas yang memproduksi uap dari proses pembakaran bahan bakar fuel oil dan gas sehingga menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur tertentu. Untuk mengetahui degradasi dan kinerja pada ketel [1].

Ketel uap pipa air adalah ketel uap yang mempunyai tekanan dan temperatur lebih tinggi dibandingkan ketel uap pipa api. Sedangkan ketel uap pipa air tersebut memproduksi uap dengan menggunakan dua bahan bakar fuel oil dan gas[2].

Ketel uap yang dianalisis yaitu jenis ketel melewati ekonomiser dengan temperatur tertentu ke water drum. Jenis ini dapat memproduksi uap dengan tekanan diatas 40 kg/cm2 serta bertemperatur diatas 500 oC dengan kapasitas produksi uap lebih dari 15.000 kg/jam.[2]

2. STUDI LITERATUR 2.1. Arithmetic Mean Temperature Difference

(AMTD) Karena tidak ada perubahan suhu di sisi

uap, Cara yang lebih mudah untuk menghitung perbedaan suhu rata-rata adalah untuk mempertimbangkan Arithmetic Mean Suhu Selisih atau AMTD atau ΔTAM. Ini mempertimbangkan peningkatan linear pada suhu fluida sekunder dan untuk perhitungan manual cepat untuk ketel penukar kalor, biasanya akan memberikan pendekatan yang memuaskan dari perbedaan suhu rata-rata yang akan digunakan

dalam persamaan. Profil temperatur AMTD ditunjukkan pada Gambar 1

Gambar 1 Skema profil temperatur AMTD Ketel

Penukar Kalor ΔTAM = [ (Thi + Tho )/2] – [(Tci + Tco) /2 ] (1)

Untuk uap, dimana suhu fluida primer tetap konstan, persamaan ini dapat disederhanakan dengan persamaan:

ΔTAM = TS - [ (T1 – T2) / 2 ] (2)

AMTD biasanya memberikan analisis yang memuaskan dari proses perpindahan panas, yang mudah untuk memanipulasi dalam perhitungan manual pada ketel uap gas buang atau ketel penukar kalor. Akan tetapi, Log Perbedaan suhu rata-rata (LMTD) juga bisa digunakan umumnya pada alat penukar kalor (shell & tube Heat Exchanger), yang menjelaskan perubahan non-linear dalam suhu fluida sekunder. Dengan menggunakan AMTD dan bukan pada LMTD, daerah perpindahan panas akan dihitung hampir 15% lebih kecil dari yang dibutuhkan[4].



Hubungan fungsional di antara ketiga parameter tersebut di atas dapat dinyatakan dengan persamaan:

Q = U . Atotal. AMTD (3) Atotal = π do L N (4) 2.2. Beban Termal Atau Laju Pertukaran Energi

Panas Di Dalam Alat Penukar Kalor Beban termal atau laju perpindahan

energi panas di dalam alat penukar kalor, apabila alat penukar kalor dianggap adiabatik, besarnya sama dengan laju energi panas yang dilepaskan oleh aliran fluida panas, Qh atau sama dengan laju energi panas yang diterima oleh aliran fluida pendingin, Qc yang mana: [4]

)( hohiphhh TTcmQ (5)

dan

)( ,,, icoccpcc TTcmQ

(6)

2.3. Koefisien perpindahan panas konveksi

aliran fluida di dalam dan di luar pipa Besarnya koefisien perpindahan panas

konveksi aliran fluida di dalam pipa, hi dapat diperoleh melalui persamaan empirik yang berbentuk bilangan Nusselt, Nu seperti: [4]

n

f

ii

k

dhNu PrRe023.0 8.0 (7)

Persamaan di atas berlaku untuk kondisi di

mana terdapat perbedaan antara temperatur aliran utama dengan temperatur permukaan yang cukup besar. Pada persamaan tersebut harga konstanta n = 0,4 untuk keadaan di mana terjadi pemanasan ke dalam aliran fluida di dalam pipa. Sedangkan apabila terjadi sebaliknya harga n = 0,3. Kemudian, di adalah panjang karakteristik aliran fluida di dalam pipa, dalam hal ini sama dengan diameter dalam pipa, Re bilangan Reynolds, dan Pr bilangan Prandlt. Bilangan Reynolds Re diberikan oleh persamaan: [4]

vd

Re (8)

k

c pPr (9)

Di sini cp adalah konstanta panas fluida pada tekanan konstan. Kecepatan rata-rata aliran fluida

di dalam pipa, V dapat ditentukan dari

persamaan laju aliran massanya: [4]

VAmc (10)

2.4. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Aliran Fluida di Luar Pipa

Koefisien perpindahan panas fluida yang mengalir di permukaan luar pipa, ho dapat diestimasi besarnya melalui persamaan laju perpindahan panas konveksi antara aliran fluida dengan permukaan luar pipa:

)( wohooo TTAhQ (11)

Konduksi secara radial dari permukaan luar pipa ke permukaan dalam pipa:

)()/ln(

.2wiwo

iok TT

dd

NkLQ

(12)

Sementara itu, Twi dapat diperoleh dari persamaan laju perpindahan panas konveksi antara permukaan dalam pipa dengan aliran fluida di dalam pipa:

)( cwiiii TTAhQ (13)

Ai = π di L N

2.5. Perhitungan perpindahan panas tahanan termal

Perhitungan perpindahan panas termal yaitu dari panas api menyerap ke fluida air di dalam pipa sampai menghasilkan uap pada steam dram melalui pipa-pipa air hasi perhitungan R1, R2, R3 dan Qtermal hasil yang diperoleh.[4]

di mana :

R1 = oo Ah .

1

(14 )

R2 =

kb Ak

dido

.

)/(ln

(15)

=LNk

dido

b 2.

)/(ln

R3 = ii Ah .

1

(16)

Jadi perpindahan panas total dari api ke fluida air didalam pipa diperoleh sebagai berikut:

Qtermal = termalR

TT

31

(17)

2.6. Analisa Termodinamika

ISBN

dihituhanyaterperdianal

H2O d

2.7. E

() =

=

3. M

yaitu pada khususeharisaat psheet.

satunypengudiperomasukPenelrentan 4. PE

VI Bamemptekanayang sesuaipemakakan m

5. 5.1. P

u


N 978-602-

Perhitunganung mengguna saja tidakrinci terhadaplisa.[3]

Panas yang dari air (1) me

Efisiensi Ketel

=

METODE PENMetode yan

dengan carabagian pen

usnya cara moi. Peralatan papengoprasian [5]

Data penelya air masuk ukuran tempeoleh pengukurk dan bahan itian ini hang waktu 1 tah

EMBAHASADalam men

alongan Indraproduksi uapan (43 kg/cmdiproduksi o

i target operakaian ketel uamengalami de

Gambar 2 Ins

HASIL PERPerhitungan uap


n daya dari ketnakan ilmu

k adanya pp hakekat d

dibutuhkan unenjadi uap (2):

l Uap

x 100 %

NELITIAN ng dilakukan a wawancara ngoperasian onitoring selamada pengukurdicatat langs

litian yang ke water dru

eratur, air keran tekanan, kbakar yang

sil data dikhun

AN nunjang Pertamamayu, ketel up (steam) y

m2) dan tempeoleh ketel uasi yang ditetaap selama beregradasi uap (

stalasi Ketel U

RHITUNGANlaju perpinda

k Mesinversitas Pan

tel uap juga dtermodinam

emahaman ydari sistem y

ntuk menguba:

x 100 %

dalam peneldengan pers

secara langsma 12 jam daan ketel uap psung ke data

diperlukan sum diperoleh heluar steam dkapasitas air yyang diperlu

kolektifkan se

mina Rotary uap membutuhang berkaparatur 380 oC.

uap agar tercapkan, sedangrtahun-tahun psteam).[5]

Uap Pipa Air

N ahan panas k

ncasila

dapat mika, yang yang

ah

(18)

(19)

litian sonal sung, alam pada

a log

salah hasil drum yang

ukan. elam

Unit hkan

asitas uap

capai gkan pasti

ketel

Semi

Pada pdiperoleh hatekanan keluamasuk (mc), (Tci). Sedang(Tco) diperole47 kg/cm2 ya

Tco =

38,52

447

Trata-rata = 47

Tabel 1

No (j

(1)

1 2 3 34 55 6-

10 1-

49 8

Tabel 1

No (j

(1)

1 2 3 34 55 6-

10 1-

49 8

Tabel 2 Hasi

No t

(jam(1) (2)

1 02 1683 3364 5045 672- -

10 151- -

49 806

nar NasionJa

perhitungan lasil waktu pear steam drumdan Temperatkan temperath dari data te

aitu:

54058,44

58,44

2

10,53371

1 (a) Data Has

t jam)

Pou

(kg/cm(2) (3)

0 47 168 48 336 46 504 46,5672 46

- - 512 46 - -

8064 45.5

1 (b) Data Has

t jam)

mc (kg/s)

(2) (3)

0 26,11168 25,55336 26,66504 25,83672 26,94

- - 512 27,22- -

8064 25,55

l perhitungan

m) Tci (K)

(5)

471 8 470 6 470 4 469 2 471

- 2 473

- 64 469


laju perpindahengoperasian

m (Pout), massaatur masuk stetur keluar steekanan steam

530530 =

K05,502

sil Pengoperas

ut m2)

Tci

(oC (4)

7 198 197

6 1975 196

6 198-

6 200-

5 196

sil Pengoperas

) moil

(kg/s) (4)

1 0,364 55 0,364 67 0,364 3 0,364

44 0,356 -

22 0,347 -

55 0,350

Temperatur r

Tco (K) (6)

533,10 534,38 531,82 532,46 531,82

- 531,82

- 531,18

Mesin 201tober 2012

B14

han panas terhadap

a air yang eam drum eam drum press Out

533,10 K

K

sian

i )

8 7 7 6 8

0

6

sian

mgas (kg/s)

(5)

1,055 1,047 1,047 1,047

1,039 -

1,111 -

1,014

rata-rata

Tr

( K) (7)

502,05 502,19 500,91 500,73 501,41

- 502,41

- 500,09

ISBN

Gam

pengoyaitu steamkeluarrelatif531,5

Gam

pengohasil puap tawal relativ501,2

tempeCpc, panasQc

= = Tabel


N 978-602-

mbar 3 Grafik H Tempe

Pada Gamoperasian Vs hasil perhitun

m dram terlihar awal pengopf konstan pad K.

mbar 4 Grafik Tempera

Gambar operasian Vs Tperhitungan t

terlihat pada pengoperasi

ve konstan pa K

Maka data eratur rata-ratc, kf, dan Ps

(. copcc Tcm

=26.111(kg/s)= 7582.750 k

l 3 hasil perhit

No (j

(1)

1 2 3 34 5 -

10 1-

49 8


Hasil Waktu Pratur Keluar S

mbar 3 graf

temperatur kengan interpolaat pada garis perasian semada temperatur

Hasil Waktu P

atur Rata-rata

4 grafik Temperatur Rtemperatur ragaris linier tian semakinada temperatu

sifat air yangta 502 K, dPr diperoleh

)ciT

4.67640(kJ/kgkJ/s

tungan Laju p

t jam) (k(2)

0 758168 769336 769504 764672 765

- 1512 749

- 8064 740

k Mesinversitas Pan

PengoperasianSteam Drum

fik hasil weluar steam dasi tekanan kelinier temperaakin menurunr 533,4 K sam

Pengoprasian

hasil wRata-rata Air yata-rata pada ktemperatur ken menurun ur 502,1 K sam

g dievaluasi pdiperoleh hasi

laju perpinda

gK)(533.1-47

erpindahan pa

Qc

kJ/s) (3)

82,750 95,600 94,263 49,002 54,986

- 92,454

- 05,930

ncasila

n Vs

waktu drum eluar ature

n dan mpai

Vs

waktu yaitu ketel eluar

dan mpai

pada il Vf, ahan

1) K

anas

Semi

Gambar 5 Gra L

Gambapengoperasianhasil perhitunpada garis pengoperasiankonstan padasampai 7200 k

5.2. PerhitungPada hasil

AMTD =

=

Tabe

N(

2

4

1

4

Gambar 6 GT

nar NasionJa

afik Hasil WaLaju Perpindah

ar 5 grn Vs laju perpngan perpinda

linier tempn semakin ma perpindahankJ/s

gan AMTD l perhitungan A

.

.

l 4 hasil perhi

No t

(jam) 1) (2)

1 0 2 168 3 336 4 504 5 672 - -

10 1512 - -

49 8064

Grafik Hasil WTemperatur L


aktu Pengoprahan Panas Air

rafik hasil pindahan panaahan panas a

mperatur kelumenurun dann panas air

AMTD yaitu:

= 155,137

itungan AMTD

AMTD (K) (3)

155,137 154,052 154,289 154,103 155,641

- 147,667

- 147,910

Waktu PengoprLogaritmik

Mesin 201tober 2012

B15

asian Vs r

waktu as air yaitu air terlihat uar awal n relatife 7800 kJ/s

:

K

D

rasian Vs

ISBN

pengohasil terlihapengokonsta

5.3.PeP

hargaluas ptotal AU = Q

=

Tabel

Gamb

pengoglobaglobakeluarrelatif

5.4. P

yaitu


N 978-602-

Gambar operasian Vs

perhitungan at pada garis operasian seman dari 146 K

erhitungan KPanas (U)

Bagi kepera koefisien permukaan lAtotal = 1163 Qc / Atotal . AM

.

l 5 hasil perhit perpindaha

No (ja(1) (1 2 13 34 55 6-

10 15-

49 80

bar 7 Grafik H Koefisie

Gambar operasian Vs l yaitu hasil pl yang terlihar awal pengopf konstan dari

Perpindahan p

Perhitungandari panas a


6 grafik temperature temperatur linier tempe

makin menurK sampai 144 K

Koefisien Glo

rluan perhituglobal perp

luar pipa per m2 dapat dipMTD

. = 0

tungan Koefisan panas

t am) (W(2) 0 0,0

168 0,0336 0,0504 0,0672 0,0

- 512 0,0-

064 0,0

Hasil Waktu Pen Global Per

7 grafik koefisien pe

perhitungan tpat pada garis perasian semai 0.047 K sam

panas total (Qn perpindahaapi menyerap

k Mesinversitas Pan

hasil wlogaritmik ylogaritmik y

ratur keluar arun dan relaK

obal Perpinda

ungan degredpindahan parpindahan paperoleh yaitu

.044137 W/m

sien Global

U W/m2.K)

(3) 042027 042953 042880 042679 042290

- 043628

- 043053

Pengoprasian Vrpindahan Pan

hasil werpindahan pperpindahan p

linier temperakin menurun

mpai 144 K

Qtotal) an panas ter ke fluida ai

ncasila

waktu yaitu yang awal ative

ahan

dasi, anas anas u

m2.K

Vs

nas

waktu panas panas ratur

n dan

rmal ir di

R

Semi

dalam pipa sadram melaluiR2, R3 dan Qto

R1 = oo Ah .

1

= 016.0

R2 = bk

do

.

(ln

= 2,14

(ln

= 0.018

R3 = ii Ah .

1

= 0.0325 Jadi perpi

air didalam pi

Qtotal

1R

T hi

050818.0

= 4139 W

Tabe

No(1)

12345-

10-

49

Gambar 8 GraW

Gambadianalisis hu

nar NasionJa

ampai menghai pipa-pipa aiotal hasil yang

o

1163692

1

x

kA

di )/

72902

04,0/0508,0

xx

864 W/m2K

= 8.297

596 x 10-3 W

ndahan panasipa diperoleh

32 RR

T ci

0186462.0

3735.681

x

W

el 6 Perpindah

o t

(jam) ) (2)

0 168 336 504 672

- 0 1512

- 9 8064

afik PerpindahWaktu Pengop

ar 8 hasil pebungan antar


asilkan uap pir hasi perhitdiperoleh

0,05082

988,

)45

10308502

1

x

W/m2K

s total dari api

5 03259.010

4715

x

han panas tota

Qtotal

(W) (7)

4139,441 4165,698 4173,602 4127,546 4171,248

- 4313,341

- 4116,058

han Panas Totperasian

erhitungan mra Qtotal (kW

Mesin 201tober 2012

B16

ada steam ungan R1,

W/m2K

0

i ke fluida

3106 x

al

tal Vs

aka dapat W) dengan

ISBN

waktumenurkW. Jlinieridapat garis waktu

5.5. P

46,87denga

hg =

=

197,9

No

(1)

1 2 3 4 5 -

10 -

49 5.6. P

Efisie

No

(1)

1 2 3 4 5 -

10 -

49


N 978-602-

u (h) . Bahwarun minimal Jika nilai penuisasi dengan ditunjukan plinier menu

u 8064 jam seb

Pengambilan DDari tabel A

5 kg/cm2 danan cara interpo

2355,669 kJ/

Dari tabel A17 oC, dipero

Tabe

t (jam)

(2)

0 168 336 504 672

- 1512

- 8064

Perhitungan E

ensi =

=

Tabel 8 Ha

T (jam)

(2)

0 9168 9336 10504 10672 10

- 1512 11

- 8064 10


a fluktuasi tem3520 kW dan

urunan kinerjabantuan pro

ada garis merunjukan penubesar selisih 4

Data Entapi DA-6, pada tekan temperatur kolasi

(2284,7 – 251

/kg

A-4 uap jenuholeh hfg = 194

el 7 Hasil enta

hg (kJ/kg)

(5)

2352,83 2330,12 2375,54 2364,18 2375,54

- 2375,54

- 2386,89

Efisiensi Ketel

x

.

. x 100 %

asil Efisiensi K

Qin (kJ/s) (

(3)

9964,74 1459269,31 1450883,87 1450348,18 1450894,54 143

- 1834,49 150

- 0817,18 140

k Mesinversitas Pan

mperatur semn maksimal 4a dilihat dari gogram exel yrah. Gradien purunan sepan40 kW

Dari Tabel anan keluar Pkeluar T = 45

11,8) + 2511,8

h pada temper47,799(kJ/kg)

alpi

hfg (kJ/kg)

(6)

1971,2 1967,4 1967,4 1963,6 1971,2

- 1940,8

- 1963,6

l Uap

x 100 %

% = 68,25 %

Ketel Uap

Qout (kJ/s)

(4) (5

599,98 0,68517,17 0,63517,17 0,74517,17 0,7353,49 0,75

- -007,78 0,78

- -034,06 0,77

ncasila

makin 4540 garis yang pada

njang

Pout = 0 oC

8

ratur )

5)

825 385 497 128 590 - 885 - 708

Semi

Gambar 9 G

6. KESIMP

1. Data h1 tahuakibat (m2K/W

2. UntuKpengotmempewaktu

3. Hasil perpindiseba

4. Degredsangatperhituglobalpenggumengg

5. Kinerjpengopdari 68lamany

7. DAFTAR AMTD = Arit

8. LAMBANA = Luas bAtotal = Luas pAo = Luas tAi = Luas tCph = KonstaCpc = Konstado = Diamedi = Diamehk = Koefis kondu

hi = Koefis konve

ho = Koefis konve

hf = Entapihfg = Entalphg = Entalp

nar NasionJa

Grafik EfisiensWaktu Pengo

ULAN hasil pengujiaun adalah mem

faktor pengW)

K ketel uap tor sebesar 0engaruhi dag8.064 jam grafik waktu dahan panasbkan lamanyadasi yang te

kecil sekaungan koefisi. Degredaunakan bahangunakan gas. a yang dihasilperasian men8,25% -77,08ya waktu peng

SINGKAT thmatic Mean

G ISTILAH bidang perpindpermukaan panotal di luar pipotal di dalam anta fluida pananta fluida dineter permukaaeter permukaasien perpindahuksi sien perpindahksi di dalam psien perpindahksi di luar pipi cair jenuh pi campuran capi uap jenuh


si ketel uap Voperasian

an experimentmpunyai taha

ngotor sebesa

dengan nil0.0508 (m2Kgradasi selam

pengoperasiaas semakin a waktu erjadi pada ali, lihat dien perpindahasi kecil n bakar palin

lkan pada boinurun nilai ef8%. Hal ini digoperasian

n Temperatur D

SATUAN dahan panas

anas diluar pipipa pipa

anas ngin an luar pipa an di dalam piphan panas

han panas pipa Whan panas pa air & uap jen

Mesin 201tober 2012

B17

Vs

ta lselama anan temal ar 0.0508

lai faktor /W) akan

ma rentang

an Vs laju menurun

ketel uap dari hasil han panas

karena ng banyak

ler selama fisiensinya iakibatkan

Different

m2 pa m2 m2 m2 J/kg K J/kg K m pa m

W/m K

W/m2K

W/m2K kJ/kg

nuh kJ/kg kJ/kg



L = Panjang pipa m moi l = massa fluida fuel oil kg/s mgas = massa fluida fuel gas kg/s mc = massa fluida air kg/s N = Jumlah pipa Nu = Bilangan Nuselt Pr = Bilangan Prandl Qc = Laju pepindahan panas air kW Qi = Laju perpindahan panas konveksi kW Qtotal = Laju perpindahan panas total kW Re = Bilangan Reynold Th = Temperatur rata-rata K Thi = Temperatur api di ruang bakar K Tho = Temperatur gas buang K Tci = Temperatur masuk fluida air K Twi = Tempertur di dalam pipa K Two = Temperatur di luar pipa K U = Koefisien perpindahan panas global W/m2K V = Kecepatan aliran fluida m/s = Massa jenis fluida m3/kg µ =Viskositas dinamik fluida Ns/m2

ƞ =Efisiensi %

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bayazitoglu, Y., Ozisik, M.N, (1988); ELEMENTS OF HEAT TRANSFER: Newyork. McGraw-Hill Int

[2] Bennet, C.O., Myers, J.E, (1985),” HEAT AND MASS TRANFER”. McGraw-Hill Int. Book Co

[3] Cengel A. Y unus Boles A. Michael, (2007),”THERMODINAMICS, An Engineering Approach., University of Nevada., Public Catio Year

[4] Gebhart,B (1971),”HEAT TRANSFER”, Tata-McGra-Hill Publ. Co. New Delhi 2nd Ed

[5] Holman, J.P(1983),”HEAT RANSFER”, McGraw-Hill Book Co

[6] Incropera, F.P, DeWitt, D.P(2002),”FOUNDA MENTALS OF HEAT AND MASS TRANSFER,”

[7] Kreith, F., Black, W.Z(1988),”BASIC HEAT EXCHANGERS-SELECTION, RATING AND THERMAL DESIGN”,Harper & Row Publ. NY-Acuan Utama

[8] Kakac, S. Liu, H (1988),”HEAT EXCHANGERS-SELECTION, RATING AND THERMALDESIGN”, CRC Press

[9] Kreith, F(1973),”PRINCIPLES OF HEAT TRANSFER”,Intext NY

[10] Schlichting, H (1979),”BOUNDARY LAYER THEORY”,7th Ed. McGraw-Hill NY

[11] Yakob, M. Hawkins, G.A, (1957),” EELEMENTS OF HEAT TRANSFER”, J. Wiley & Sons inc., 3rd Ed



(K2-14-09)

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK MIKROHIDRO BERBASIS PEDESAAN

Ibrahim Sb Akademi Teknik Industri Makassar, Jurusan Teknik Industri, Program Studi Teknik Mesin Industri, Sulawesi Selatan

Abstrak

Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro merupakan salah satu energi alternatif terbarukan (renewable energy) yang ramah lingkungan karena itu sering disebut sebagai energi putih (white resources energy). Jenis turbin yang dirancang dalam penelitian ini adalah turbin Cross flow (Ossberger). Tujuan penelitian ini adalah untuk memberikan solusi pada masyarakat desa yang membutuhkan layanan listrik. Untuk menunjang penelitian Rancang bangun ini dibutuhkan metodelogi penelitian seperti: menentuan kapasitas aliran, beda head serta perhitungan berapa variabel yang berhubungan optimalisasi daya turbin. Dari penelitian Rancang Bangun Pembangkit ListrikTenaga Mikrohidro diperleh hasil sebagai berikut: Daya turbin (P) = 19,239 kW ,

kecepatan aliran pada jet ( V 9,21 , kapasitas aliran pada jet Q 0,0975 ,kerugian aliran

(H 2,14mputaran generator (ng)= 1350 rpm, daya out put generator (Pg) =16- 18) kW, head efektif (H 19,94mdanputaranporosturnin n 171,7rpm. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro inn telah dimanfaatan sekitar 40 kepala keluarga dengan jarak sekitar 2 km dari Instalasi pembangkit di desa Tallubamba Kabupaten Enrekang Sulawesi Selatan.

Kata kunci : Meningkatkan kesejahteraan masyarakat pedesaan.

Abstract

Micro-hydro Power Plant is one of the alternative energy (renewable energy) that are environmentally friendly because it is often referred to as the white energy (white energy resources). The turbines type designed in this study is the turbine Cross flaw (Ossberger). .To support this research design methodologies are needed to determine the capacity of the flow measurement,deffrent head and calculation of how variable related t the optimizatio of the power turbine. From this Design research results in the field obtained as follows:Turbine power (P) = 19,239 kW,the jet flow volocity 9,21 , the capacity of the jet flow

0,0975 , the flow losses 2,41 ,head effective 19,94 , turbine shaft rotation

= 171.7 rpm, Round the shaft of generator = 1350 rpm, generator power output 16 18 kW. Microhydro Power Plant-Based Rural Generator in Tallubamba village has utilized more then 40 heads of the families with a distance of about 2 km from the power plant inthe village of Soutth Sulawesi Tallubamba Enrekang district.

Keywords: can increase well-being of rural communitie. 1. PENDAHULUAN

Indonesia adalah negeri kaya potensial sumber daya alam,termasuk potensi sumber energi aliran air yang dapat diubah energi listrik tersebar diseluruh penjuru tanah air. Jumlah penduduk Indonesia yang dapat menikmati layanan aliran listrik negara baru sekitar 54 persen (Yaya Irianto 2008-Newsletter cifor –Riak bumi). Sebagaian dari penduduk desa menggunakan motor diesel untuk menggerakan Generator yang menggunakan bahan bakar fosil yang boros biaya dan tidak ramah lingkungan. Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro lebih populer dengan istilah energi putih (white resources). Sulawesi selatan merupakan salah satu wilaya di Indonesia bagian timur yang memilki potensi pengembangan energi alternatif “Pembagkit Liatrik Tenaga Mikrohidro”

sekitar 141.824 kW (Workshop pengembangan Mikrohidro Indonesia 2012). Mikrohidro merupakan sutu istilah yang digunakan pada pembangkit tenaga listrik yang menggunakan air sebagai pengerak mula, yang berasal dari dua kata yakni ‘mikro’ berarti kecil dan ‘’hidro” berarti air dengan kriteria daya yang mampu dibangkitkan berkisar anatara (5 – 100) W (Subhan Nafis ). Pembangunan Pembangkit Tenaga Listrik berskala mikro dimaksudkan untuk membantu pemerintah dalam rangka mensukseskan pemerataan layanan pemakaian listrikdi seluruh nusantara.Kondisi air yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) pembangkit listrik adalah yang memiliki kapasitas aliran yang konstan dan ketinggian yang sinigfikan dari instalasi pembangkit.



Berdasarkan pada latarbelakang diatas maka tujuan penelitian dapat ditentukan sebagai berikut:

1. Memberikan solusi atas keinginan masyarakat memperoleh layanan listrik.

2. Menentukan besarnya daya hidrolik yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan daya listrik yang signifikan.

3. Menentukan dimensi dan ukuran komponen konstruksi instalasi Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro yang sesuai rancangan.

2. METODE PENELITIAN Pengukuran kapasitas aliran pada kanal

buatan menghayutkan streofoam dari titik a ke titik b, mengamati waktu aliran dengan alat ukur stop watch secara berulangkali Dari hasil pengukuran digunakan pendekatan persamaan emperis untuk menentukan kapasitas aliran saluran kanal

(1)

Dimana : k = Konstantante tergantung type dan ukuran

kanal W = Lebar kerongkongan(throat) (ft) H = Beda head (ft),yang dapat diukur dengan

pelampung n = Eksponen,tergantung dari jenis dan

ukuran kanal.

Tabel 1. Indek n dan k

W k n 0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00 4,00

3,97 4,12 4,09 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00

1,547 1,580 1,530 1,522 1,540 1,550 1,556 1,578


Turbin air cross flow atau sering sebut Ossberger adalah sebuah turbin air radial dimana aliran air melewati sudu sudu jalan berbentuk silinder,kemudian aliran air dari dalam silinder keluar melalui sudu sudu. Jadi perubahan energi air menjadi energi mekanik menjadi dua kali yaitu pada waktu masuk silinder dan keluarsilinder. Energi yang diperoleh dari thap kedua hanya

sekitar 20% dari tahap pertama.turbin ini mempunyai alat pengarah fluida sehingga dengan demikian celah bebas dengan sudu sudu di sekeliling roda jalan sdikit.Karena itu pada beban penuh terjadi sedikit kemacetan,yang mengakibatkan tekanan lebih sekitar 6%.(Fritz Dietzel). Turbin Cross Flow atau Ossberger pertama kali diperkenalkan oleh A.G.M.Mitchel dan D Banki diawal abad ini (Wibowo Prayatmo).

Gambar 1.Digram Flow chart Rancangan

Penelitian

Gambar 2. Konstruks turbin cross flow (ossberger)



Gambar 3. Posisi penyemburan horizontal

3.1. Perhitungan

Perkembangan teori rancang bangun turbin Cross flow dimulai dari mencari hubungan parameter air terjuan terhadap ukuran keseluruhan roda jalan dengan persamaan :

P ρgQH

(2) Dimana : P = Daya air

Q = Laju aliran massa (debit aliran air)

= Tinggi efektif atau head bersih (m)

Daya keluaran ini sangat ditentukan oleh komponen segitiga kecepatan memasuki sudu sudu dan beda head yang efektif( . Dari persamaan Bernoull yang dikembangkan: (Liek Wilarjo Ph.D)

H Z Z H (3)

Losis akibat sambungan pipa dapat

dihitung dengan persamaan : (R.S. Khurmi 1985)

H

(4) Dimana : L 26m, L 0,5m, L 0,5mdimana L panjangpipapesat D = diameter pipa d 20,32cm, d 15,24cmdand

10,16cm Q AV (5)

Aπ

danV c 2gH(Bakhtiar Rifai)

Dimana : C = efisiensi nozzel ( 0,95 – 098) H = beda head = 4,7 m V = 9, 21

Q 0,0975 , Raynold number

( = 203960 dan f = 0,0085 (diagram Mody) dengan demikian maka persamaan = 2,14 m.sehingga 19,94 m, maka diperoleh P = 19,239 kW. 3.2. Menentukan parameter spesfik 3.2.1. Kecepatan satuan

√ ( Bakhtiar Rifai) (6)

171.7.0.1016

√4,78,04

3.2.2. Putaran spsifik

√ (Bakhtiar Rifai)

(7)

, √ ,

, , =106,23 rpm

3.2.3. Kecepatan spesifik

, ( Fritz Dietzel) (8)

= , √ ,

, , 11,96

3.2.4. Debit satuan

√

,

, √ , 2,19 (9)

3.3. Desain turbin 3.3.1. Kecepatan keliling ranner

(Wibowo Paryatm (10)

, . . . ,

8,8

3.3.2. Jumlah sudu

Z=

(Bakhtiar Rifai ) (11)

dimana

t = jarak antar sudu = 4 Cm , . ,

,

77buah



3.3.3. Volume tiap sudu

(Bukhari Rifai ) (12)

Dimana: s = 0,6 (tebal ), l =5 dm (panjang sudu)

2 dimana

2,54 Cm maka B = 0,8m.

0,06. 0.8. 5,0 =0,24 ,total volume sudu

. 77 0,24 18,48 3.3.4. Berat total sudu

. (Bakhtiar Rifai) (13)

dimana 7,85

7,85 18,48 145,068

3.3.5. Berat Disc

Volume disc

. (Bakhtiar Rifai ) (14)

Dimana t = tebal disc = 1,5 mm

. ,

0,36 jumlah disc 2 buah.

2 . 2 0,36 7,855,62 .

3.3.6. Beban merata pada sudu adalah

(15) 2 60

3,14.171.730

17,97 .

147,67 0,49 72

.

= 1,294 . kW

Gambar 4. Roda jalan turbin

4. KESIMPULAN Dari hasil analisis rancang bangun

Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro dapat disimpulkan -sebagai berikut :

1. Dengan dihasilkannya daya listrik pada alternator sebesar 16 kW dapat melayani masyarakat sekitar 40 kepala keluarga dalam bentuk penerangan,imformasi dan pengkondisian hasil hasil perkebunan dan lain lain.

2. Dari hasil rancaangan diperoleh parameter sebagai berikut :

Daya air (P) = 19,239 kW Kapasitas (Q) = 0,0975 m3/s Putaran turbin (n) = 171,7 rpm Kecepatan keliling (U) = 8,8 m/s Head losis (HL) = 2,14 m Head efektif (Hef) = 19,94 m Jumlah sudu (Z) = 77 bah Berat total sudu (Gt) = 145,068 kg Berat disc (Gd) = 5,62 kg Moment torsi (Mt) = 72 N m Beban merataa sudu (BHP) = 1,294 kW

3. Parameter spesifik diperoleh : Kecepatan satuan (nu) = 8,04 rpm Putaran spesifik (ns) = 106,23 rpm Kecepatan spsifik (nq) = 11,96 rpm Debit satuan (Qu) = 2,19 m3/s

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bukhari Rifai, 2007, Redesain Pembangkit Listrik Hidromikro, Seminar Nasional Teknik Ketenaga Listrikan Fak.Teknik Universitas Diponegoro, Malang.

[2] Fritzdietzel Dakso Sriyon, 1980, Turbin Pompa dan Kompressor. Jakarta.

[3] Peguh Adisatriyo,ST, 2010, Pemanfaatan listrik tenaga Mikrohidro untuk daerah terpenci (Puslitbang Iptekhan Balitbang Dephan 2010), Surabaya.

[4] R.S.Khurmi Hydraulik, 1985, Fluid Meanics and Hidraulik Machine Fourteenth Edition 1985, New Dehli.

[5] Wibowo Paryatmo, 2007, Turbi Air edisi ke dua 2007, Jakarta.



(K2-15-10)

PEMANFAATAN RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HYBRID (PANEL SURYA DAN WIND TURBINE) UNTUK

SUPPLY DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS)

Muhamad Soleh1, Safrizal2 1Department of Electrical Engineering University of 17 Agustus 1945 Cirebon,

2Department of Electrical Engineering University of Muria Kudus

Abstrak

Krisis energi minyak dunia serta pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil untuk memproduksi energi listrik, telah menimbulkan dampak pemanasan global pada level yang sangat mengkhawatirkan. Penyelesaian dampak pemanasan global, yaitu salah satunya dengan mengurangi penggunaan energi listrik berbasis bahan bakar fosil serta pemanfaatan energi alternatif (renewable energy) disekitarnya. Penyediaan energi listrik bagi operasional BTS (Base Transceiver Station), yang bersumber Pembangkit Listrik Tenaga surya (PLTS) atau Solar sel, Pembangkit Listrik Tenaga Angin (SKEA) dan Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid (integrasi PLTS dengan SKEA) yang ramah lingkungan (green energy) mampu menggantikan energi listrik konvensional berbasis bahan bakar fosil baik, bersumber dari pihak penyedia daya (PLN) atau Genset, sekaligus mampu mengurangi kadar CO2 di udara. Pada bahasan makalah ini Panel surya menyuplai daya listrik 71,7 % atau (93,46 kWh) dari konsumsi daya listrik keseluruhan BTS 130,35 Kwh/hari, dengan 72 panel serta Wind turbine menyuplai 28,3 %. atau 37 kWh/hari terdiri atas 4 unit wind turbine x 545 Wp x 17 jam = 37060 Wh/hari, sekaligus pengurangan, kadar emisi CO2 0,719 kg/kWh x 130,35 = 93,721 Kg /hari.

Kata kunci: Renewable energy, solar cells, wind turbine, base transceiver station.

Abstract

Energy crisis of the world's oil and environmental pollution caused by burning fossil fuels to produce electrical energy, global warming has an impact on a very alarming level. The completion of the impact of global warming, which is one of them by reducing the energy use of fossil fuel-based electricity and alternative energy utilization (renewable energy) around it. Supplying electrical energy for operating the BTS (Base Transceiver Station), which is sourced solar power plant (PLTS) or Solar cells, Wind Power Generation (Wind turbine) and Hybrid Power Plant (Solar Cell integration with Wind Turbine) environmentally friendly (green energy ) capable of replacing conventional electrical energy either fossil fuel-based, derived from the power provider (PLN) or Genset, as well as capable of reducing levels of CO2 in the air. In this paper a discussion of solar panel power supply or 71.7% (93.46 kWh) of electricity consumption overall BTS 130.35 Kwh / day, with 72 panels and Wind turbine supply 28.3%. or 37 kWh / day consisting of 4 units of wind turbines x 545 Wp x 17 hours = 37,060 Wh / day, as well as reductions, CO2 emissions of 0.719 kg / kWh x 130.35 = 93.721 Kg / day.

Keywords: Renewable energy, solar cells, wind turbine, base transceiver station. 1. PENDAHULUAN

Eksploitasi sumber energi fosil untuk pemanfaatan energi listrik bagi kemaslahatan umat manusia yang berlangsung sudah cukup lama telah berdampak serius terhadap kerusakan lingkungan hidup, seperti pemanasan global yang mengakibatkan efek gas rumah kaca, hal ini mendapat perhatian serius oleh pemerintah dan pihak swasta untuk bersinergi mencari solusinya, seperti efisiensi pemakaian energi listrik, pemanfaatan energi terbarukan (Renewable energy) disekitarnya yang ramah lingkungan (green energy) untuk pasokan sumber energi listrik. Pemanfaatan energi terbarukan meliputi: energi air, panas bumi, cahaya matahari, energi

angin, biogas, biomass, serta gelombang laut. Menurut hasil survei JICA, potensi energi terbarukan di Indonesia yang terbesar adalah tenaga air yaitu sebesar 76.4 GW, biomassa/biogas sebesar 49.8 GW, dan panas bumi sebesar 29 GW. Meskipun energi matahari sangat berlimpah yaitu sekitar 4.8 kWh/m2/day, tetapi efisiensi teknologi solar cell masih berkisar 6-16%. Untuk potensi tenaga angin di Indonesia berkisar 3-6 m/det. Nilai ini masih dibawah rata-rata angin yang dibutuhkan oleh turbin untuk menghasilkan listrik secara optimal yaitu 12 m/s.

Kelebihan energi terbarukan: sumber relatif mudah didapatkan, diproleh secara gratis, minim limbah, tidak berdampak terhadap

ISBN

peninsecaraduniaterjanterkenpembdan wIndonyang pada menduterseddipreddipenInvestsurya area l1 Milysangayang d

Pembatas pdapat powerTransterbarMuaraintenskecepm/detkeungmenutuntukkeandkeseluekono

2. TE2.1 K

BTS, dan telekoTCO biaya dan bbiaya konsusecarapendin900 WBeriku


N 978-602-

gkatan suhu a signifikan te, sangat sesu

ngkau yang bndala pengirimangkit listrik

wind turbine, nesia mempun

sama. Sumbesiang hari

ung atau hujdia pada waktdiksi (Sporgaruhi oleh ptasi awal yang

dan wind tulahan pembanyar, dan 1/3 b

at tidak ekonodi jangkau ali

Paper ini aangkit Listrikpanel surya digunakan un

r supply ssceiver Statiorukan ramah lia Gembong sitas radiasi mpatan angin ratik.[1]. Tujuanggulan dari tupi kelemah

k kondisi-konddalan suply uruhan sisteomis dan efisie

EORI DASARKapasitas Siste

Kebutuhan berbeda-bedafungsi BT

omunikasi sed(Total Cost ooperasional O

biaya modal Coperasional

umsi listrik. Ba kontinyu ngin udara (Watt agar ruaut data beban


bumi dan terhadap fluktuuai di daerahbelum teraliri man bahan b

k tenaga hybrtidak semua

nyai potensi eer energi sury

ketika cuaujan), sedangktu yang serin

radic) sangperubahan cug mahal untukurbine serta

ngunan BTS, (biaya untuk PLomis bila terapiran listrik PLNakan menjelak Tenaga Hi(PV) dan wintuk suply daystation) padn) berdasarkaingkungan di Kabupaten

matahari 4,187ata-rata 1 tahunnya untuk msetiap pemban masing-madisi tertentu d

optimum, em dapat ben.

R em daya listrik u

a sangat tergaS tersebut. dapat mungkiof Ownership)OPEX (operaCAPEX (capyang tergolo

BTS membutusekitar 3000AC) memerluangan tetap bBTS selama 2

k Mesinversitas Pan

tidak terpenguasi harga minh-daerah terpe

listrik PLN bakar. Kelemarid tenaga slokasi wilayaenergi terbaruya hanya tersca cerah (tkan energi angkali tidak dat berfluktu

uaca atau muk pengadaan ppembebasan (harga 1 BTSLT Hybrid) hapkan pada daN. askan rancanibrid yang teind turbine yya listrik (eleda BTS (Ban potensi enlokasi Kecam Bekasi den kWh/m2/hariun mencapai

mengkombinasbangkit sekalasing pembandan dapat dicsehingga seberoperasi l

untuk operasiantung dari j

Para operin meminima) yang terdiri ting expenditu

pital expendituong besar aduhkan daya li0 watt. Sisukan daya libersuhu 18-224 jam.

ncasila

garuh nyak encil dan

ahan urya

ah di ukan sedia tidak angin dapat tuatif usim. panel

luas S, Rp al ini aerah

ngan erdiri yang

ectric Base nergi

matan ngan i dan i 3,6 sikan ligus ngkit capai ecara lebih

ional jenis rator

alkan dari

ure), ure), dalah istrik stem istrik 220C.

Semi

T

No

1 00:

2 01:

3 02:

4 03:

5 04:

6 05:

7 06:

8 07:

9 08:

10 09:

11 10:

12 11:

13 12:

14 13:

15 14:

16 15:

17 16:

18 17:

19 18:

20 19:

21 20:

22 21:

23 22:

24 23:

Gambar 1

nar NasionJa

Tabel 1. Data B

Jam

00 - 01:00

00 - 02:00

00 - 03:00

00 - 04:00

00 - 05:00

00 - 06:00

00 - 07:00

00 - 08:00

00 - 09:00

00 - 10:00

00 - 11:00

00 - 12:00

00 - 13:00

00 - 14:00

00 - 15:00

00 - 16:00

00 - 17:00

00 - 18:00

00 - 19:00

00 - 20:00

00 - 21:00

00 - 22:00

00 - 23:00

00 - 24:00

. Pemakaian E


Beban Harian

Beban P

(kW)

3

3,5

3

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6

6,5

6,5

6,5

6

6

6,5

6,5

6

6

5

3

4

3

118,5 11

Energi Listrik

Mesin 201tober 2012

B24

BTS Pemakaian

Energi (kWh)

3

3,5

3

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6

6,5

6,5

6,5

6

6

6,5

6,5

6

6

5

3

4

3

8,5

Harian BTS



Dari tabel diketahui bahwa konsumsi daya listrik beban BTS selama 24 jam adalah 118,5 kWh/hari, dengan save margin 10 %, maka kebutuhan total 130,35 kWh/hari. Sehingga dapat dihitung kapasitas daya listrik yang harus di suply oleh Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Photo Voltaic) dan Pembangkit Listrik Tenaga Angin (wind turbine). 3. PEMBAHASAN 3.1 PLT Surya (PV)

Solar cell atau photovoltaic cell merupakan sebuah semiconductor device yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe P dan N. Efek fotovoltaik ditemukan pada tahun 1839 oleh Becquerel dan sel surya pertama kali dibuat oleh Laboratorium Bell pada tahun 1954. Cahaya matahari dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan sel-sel surya (photovoltaics) yang disusun membentuk sebuah panel surya. Kapasitas fotovoltaik ditentukan berdasarkan spesifikasi beban harian, dengan mengambil kontribusi energi sebesar 70 %, dari fotovoltaik maka dengan menggunakan rumus dapat ditentukan kapasitas PV sebagai berikut : [2]

(1)

Keterangan: CPV = Kapasitas Fotovoltaik (kWp) EPV = Energi harian output PV (kWh) Q = Insolasi matahari rata-rata (kWh/m2/hari) A = Standar radiasi matahari 1 kW/m2) K = Kompensasi rugi-rugi (loses) Rugi-rugi temperatur dan Instalasi PV array = 0,9

Panel surya menyuplai daya listrik 71,7 %

atau (93,46 kWh) dari konsumsi daya listrik keseluruhan BTS 130,35 Kwh/hari. Apabila konstribusi energi yang diambil sebesar 70% maka EPV adalah 0,70 x 93,46 kWh= 65.42 kWh/hari. Instentitas cahaya matahari rata-rata di Muara Gembong (Q=4,187 kWh/m2/hari).

, ,

, ,17,36

Bila menggunakan PV 240 Wpeak/array,

untuk menghasilkan daya sebesar 17,36 kWpeak maka dibutukan panel surya sebanyak 17,361 kWp/240 Wp = 72,33 (72 panel atau array), dengan output tegangan modul PV 48 VDC. Total panas Cahaya matahari optimum dalam 1 hari bersinar selama 6 jam, mulai jam 10 pagi sampai dengan jam 4 sore, sehingga daya output PV/panel/hari, 240 Wp x 6 jam x 0,9 = 1.296

kWh. Bila dimensi PV 1685 x 993 mm/panel maka dibutuhkan luas area sebesar 1685 x 993 x 72 = 120.470 /1000 = 120 m2.

Tabel 2. Data Kebutuhan Panel PV

No Keterangan Nilai Satuan

1 Daya Output Maksimum PV

240 Watt Peak

2 Lama Penyinaran PV 6 Jam

3 Derating factor 0,9

4 Jumlah panel yang diperlukan

72 Panel

5 Daya Output PV/panel/hari

1.296 kWh

Total Kapasitas 17,361 kW

3.2 Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pembangkit listrik tenaga angin (wind turbine) atau di Indonesia di kenal istilah Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan kincir angin, dengan prinsip kerja kincir memutar rotor pada generator sehingga akan menghasilan energi listrik, disebabkan kecepatan angin tidak konstan (fluktuatif) maka energi listrik yang dihasilkan disimpan terlebih dahulu ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Energi kinetik yang dikonversikan menjadi energi listrik, dapat dihitung menggunakan rumus P = 0,5x(ρ) (A) (V)3 (2) Keterangan: ρ = Density (kerapatan) udara 1,225 kg/m3

A = luas area putar blade kincir angin=

m2

D = diameter swept area (m) V = Kecepatan angin (m/s)

Sehingga energi listrik yang bisa diproleh dari angin adalah:

ρ (3)

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan

angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Lebih dari kelas 8 adalah angin yang tidak dapat dimanfaatkan, tetapi membawa petaka dan bencana.



Tabel 3. Kondisi kecepatan angin

KELAS ANGIN

KECEPATAN ANGIN

KECEPATAN ANGIN

KECEPATAN ANGIN

(m/s) (km/jam) (knot/jam)

1 0.3 - 1.5 1 - 5.4 0.58 - 2.92

2 1.6 - 3.3 5.5 - 11.9 3.11 - 6.42

3 3.4 - 5.4 12.0 - 19.5 6.61 - 10.5

4 5.5 - 7.9 19.6 - 28.5 10.7 - 15.4

5 8.0 -10.7 28.6 - 38.5 15.6 - 20.8

6 10.8 - 13.8 38.6 - 49.7 21 - 26.8

7 13.9 - 17.1 49.8 - 61.5 27 -33.3

8 17.2 - 20.7 61.6 - 74.5 33.5 - 40.3

9 20.8 - 24.4 74.6 - 87.9 40.4 - 47.5

10 24.5 - 28.4 88.0 - 102.3

47.7 - 55.3

11 28.5 - 32.6 102.4 - 117.0

55.4 - 63.4

12 >32.6 >118 >63.4

Tabel 4. Kecepatan angin rata-rata

No Bulan Kecepatan Angin Rata-rata

(m/s)

1 November 2,65

2 Desember 4,15

3 Januari 3,9

4 Februari 3,3

5 Maret 4

6 April 3,7

7 Mei 4,2

8 Juni 4,05

9 Juli 4,1

10 Agustus 3,7

11 September 3,05

12 Oktober 3,3

Gambar 2. Grafik kecepatan angin rata-rata

Diketahui data potensi kecepatan angin rata-rata di Muara Gembong selama 1 tahun dan nilai kecepatan angin rata-ratanya mencukupi nilai cut-in dari turbin angin low wind speed yang umum tersedia di pasaran, maka tinggal menentukan berapa kapasitas turbin angin generator. Dipilih turbin angin generator berkapasitas 1,5 kW karena dari kurva output daya yang diketahui pada datasheet turbin tersebut, turbin angin berkapasitas 1,5 kW menghasilkan daya yang jauh lebih besar dari pada daya yang dihasilkan turbin angin berkapasitas 1 kW pada kecepatan angin yang sama. Total waktu angin bertiup di daerah pesisir pantai adalah 17 jam, (angin laut bertiup pukul 09:00 – 16:00 dan pukul 20:00 – 06:00) untuk turbin angin 1,5 kW dapat menghasilkan 545 watt pada kecepatan 3,6 m/s. Produksi turbin angin perhari adalah 4 unit x 545 Watt x 17 jam = 37060 Wh/hari ( 37 kWh/hari) atau 28,3 %, dari konsumsi energi listrik BTS 130,35 kWh/hari.

3.3. Batteray

Pada saat energi angin dan cahaya matahari tidak tersedia sepanjang hari, Autonomous Day yaitu waktu backup yang bisa ditoleransi jika terjadi gangguan hal ini menyebabkan ketersediaan energi listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi berupa battery, yang berfungsi sebagai back-up energi listrik atau menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh modul surya dan SKEA, untuk tetap menjaga operasional energi listrik BTS. Kapasitas battery disesuaikan dengan kapasitas modul PV, SKEA dan besarnya konsumsi daya listrik BTS 130.350 Wh/hari (130,35 kWh/hari). Pengatur pengisian muatan battery (solar charge controller), berfungsi untuk mengatur besarnya arus yang dihasilkan oleh modul PV agar penyimpanan ke battery sesuai dengan kapasitas battery.

Penentuan kapasitas battery dapat menggunakan rumus sebagai berikut :

Keterangan :

C Bat = Kapasitas Baterai (Ah) EL = Energi Beban (kWh) A = Atonomous day Untuk Hibrid A= 3 hari (72 jam) Tegangan Nominal Vn = 48 Vdc DoD = Eff Bat = 80 % Sistem yang digunakan adalah sistem hibrid sehingga:

012345

November

Januari

Maret

Mei

Juli

Septemb…

Kecepatan Angin Rata-rata (m/s)

Kecepatan…



,

,.

.

,

Jenis batteray yang digunakan merek

Power Kingdom (12 Volt 600 Ah), jenis Valve Regulated Lead Acid sehingga untuk menghasilkan tegangan 48 Vdc, dibutuhkan susunan seri 4 unit batteray (12 Volt x 4 = 48 Vdc),di susun dalam 2 blok, masing-masing blok 8 unit, 24 V/400 Ah, dengan kapasitas total 4 x 600 =2400 Ah, 48 Vdc.

3.4. Inverter

Inverter berfungsi mengubah Arus DC yang tersimpan dalam batteray menjadi arus AC untuk power supply beban Pendingin ruangan (AC), lampu Penerangan BTS, dan beban lainnya yang membutuhkan Arus AC. Kapasitas inverter ditentukan berdasarkan kebutuhan daya puncak yang terjadi pada beban sesuai dengan grafik beban harian 24 jam. PV dan SKEA mengeluarkan tegangan DC 48 Volt, berfungsi untuk charge battery dan power suply beban 48 VDC BTS, sekaligus menjadi tegangan input Inverter. Pada sistem ini tidak dibutuhkan penyearah (reactifier) seperti pada power suply BTS yang berasal dari PLN atau Genset.

Gambar 3. Sistem inverter


1. Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid, Power supply untuk BTS yang bersumber dari renewable energi (energy baru terbarukan) dari Wind turbine dan Panel tenaga surya (PV) terkesan rumit, mahal dan sulit dioperasikan, bila dibandingkan dengan teknologi konvensional Diesel Engine Generator (Genset) maupun menggunakan listrik PLN.

2. Panel surya menyuplai daya listrik 71,7 % atau (93,46 kWh) dari konsumsi daya listrik keseluruhan BTS 130,35 Kwh/hari. Penggunaan PV 240 Wpeak/array, untuk

menghasilkan daya sebesar 17,36 kWpeak maka dibutukan panel surya sebanyak 17,361 kWp/240 Wp = 72,33 (72 panel atau array).

3. Total waktu angin bertiup di daerah pesisir pantai adalah 17 jam, (angin laut bertiup pukul 09:00 – 16:00 dan pukul 20:00 – 06:00) untuk turbin angin 1,5 kW dapat menghasilkan 545 watt pada kecepatan 3,6 m/s. Produksi turbin angin perhari adalah 4 unit x 545 Wp x 17 jam = 37060 Wh/hari ( 37 kWh/hari) atau 28,3 %.

4. PLT Hybrid BTS mampu mengurangi emisi CO2, koefisien emisi CO2 0,719 kg/kWh x 130,35 = 93,721 Kg /hari.

5.2. Saran

1. Perlu dilakukan kajian teknis ekonomis, untuk perbandingan penggunaan power suply yang berasal dari listrik PLN dan Genset BBM yang bersubsi dengan penggunaan Energi alternative (PV, Wind turbine).

2. Penggunaan Simulasi software Homer untuk mengetahui management energy.

3. Penggunaan Matlab/ Simulink untuk mengetahui simulasi karakteristik pembebanan dengan penggunaan energi alternative.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Dharma Arindra Dangkua Studi PLT Hibrid Angin-Matahari-Diesel untuk Penghematan Biaya Aerasi Tambak Udang di Muara Gembong Bekasi, Tugas Akhir Teknik Elektro ITS Surabaya.

[2] Nelly Malik Lande 2008, Solusi Komunikasi Bertenaga Matahari Aplikasi Fotovoltaik pada Base Transceiver Station, jurnal Sains dan Teknologi Indonesia Vol 10 N0 3 Desember 2008 Hal 177-182. BPPT.

[3] Pramudyasikumbang.wordpress.com (Pembangkit listrik hybrid analisa perbandingan pada pembangkit Listrik BTS) diakses 10-06-2012.



(K2-23-11)

SIMULASI KURVA POLARISASI PEMFC TERHADAP PENGARUH PERUBAHAN PARAMETER TEKANAN, TEMPERATUR DAN

KELEMBABAN

Anton Dwi Kusuma Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320

E-mail : [email protected]

Abstrak

Kurva polarisasi PEMFC dipengaruhi oleh parameter tekanan, temperatur dan kelembaban relatifnya. Penelitian difokuskan terhadap pengaruh berbagai kondisi operasi untuk menginvestigasi karakteristik fuel cell PEMFC dengan tekanan 1 – 4 bar, temperatur 60 – 100 oC, dankelembaban relatif 50 – 100%.Simulasi kurva polarisasi pada berbagai parameter yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan model matematis semi-empiris, isotermal, dan dinamis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kenaikan masing-masing parameter tekanan, temperatur, dan kelembaban relatif menghasilkan tegangan output PEMFC semakin tinggi sehinggakinerja PEMFC akan semakin meningkat.

Kata kunci: PEMFC, fuel cell, kurva polarisasi, simulasi.

Abstract

The PEMFC polarization curve are influenced by the parameters of pressure, temperature, and humidity. The study focused on the effect of each on a different operating conditions to investigate the characteristic of fuel cell PEMFC for pressures of 1 – 4 bar, temperatures of 60 – 100 oC, and humidities of 50 – 100%.Simulation of polarization curves has been presented with various parameters using the mathematical model that was developed by semi-empirical, isothermal, and dynamic behaviour. It is found that increasing the parameters of pressure, temperature, and humiditythe PEMFC output voltagewould be even higher to improve the performance of PEMFC.

Keyword: PEMFC, fuel cell, polarization curve, simulation. 1. PENDAHULUAN

Penggunaan bahan bakar fosil terus-menerus akan menimbulkan dua masalah utama. Pertama adalah jumlahnya yang terbatas sehingga suatu waktu kemudian akan habis. Kedua adalah timbulnya masalah lingkungan seperti pemanasan global, perubahan iklim, polusi, kerusakan hutan dan lahan pertanian akibat penambangan (terutama lahan baru di atas permukaan tanah), dan sebagainya. Kedua permasalahan ini bisa diselesaikan bila dilakukan percepatan penggunaan energi baru dan terbarukan (EBT) sebagai sumber energi alternatif.

Fuel cell merupakan suatu alat konversi energi yang bekerja secara elektrokimia, di mana mengubah hidrogen dan oksigen menjadi listrik dan air. Keunikan dari proses ini adalah tidak memiliki emisi (ramah lingkungan). Dari berbagai jenis fuel cell sebagai alternatif pembangkit daya, fuel cell jenis PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) ini memiliki kelebihan, di mana densitas energinya tinggi, beroperasi pada temperatur yang rendah (50 – 100 oC), dan cocok digunakan untuk aplikasi dimana start-up yang

cepat dibutuhkan seperti pada kendaraan otomotif dan pembangkit tenaga [1].

Dikarenakan dalam memproduksi PEMFC masih membutuhkan biaya yang besar apalagi disertai dengan desain ulang dan eksperimen, maka penelitian dengan simulasi model matematis dari berbagai literatur yang sudah ada sebelumnya akan sangat bermanfaat terhadap perkembangan teknologi. Kontribusi yang diharapkan dari makalah penelitian dengan model simulasi ini adalah dapat memberikan suatu pilihan model kualitatif yang sesuai dengan kondisi nyata sehingga mengurangi waktu dan biaya yang dibutuhkan dalam penelitian dibandingkan secara eksperimen langsung.

Dalam penelitian ini, survei terhadap berbagai literatur dilakukan secara komprehensif, terutama yang berkaitan dengan model matematis yang akan digunakan dalam penelitian. Model matematis yang dibuat umumnya digunakan untuk memperlihatkan kurva polarisasi, yaitu tegangan output fuel cell pada berbagai kondisi pemakaian arus listrik untuk kondisi operasi tertentu. Springer dkk [2] menerapkan model

ISBN

PEMFlebih membdifusikondurelatifdilakumodelsetiapmenerdimenpada mengdengapengaPukrudinam

kurvaparsiafuel Meyeuntukasumshumidoleh matemdenga& Peterhadmenddi materseb(tafel-penelidikemoptimyang b

bahwakinerjoperapenelisudahpolariparamkelem

2. M

perlu model(Memkaraktpolaribahwautama


N 978-602-

FC satu dimenmenitikberat

bran, di manai air, koefuktivitas listf gas dalam ukan oleh Uml dua dimen

p perubahan rapkan modnsi dengan ha

kurva polariikuti apa ya

an tinjauan tigaruh dari perushpan dkk mik PEMFC.

Hasil penela polarisasi mal pada sisi acell, dan ka

er & Yao [7k keperluan kosi membran dified) dengan[6]. Al-Bagh

matik tiga an pendekatanerez-Herranz dap fuel cellapatkan ukuraana dari kur

but didapatkan-slope). Ferolditian dengan

mbangkan olemal suatu fue

bervariasi. Dari review

a penelitian mja fuel cell bsi. Dengan itian ini yaitu

h ada denganisasi terhada

meter operasi smbaban relatif

MODEL TEGADalam mel

diketahui adal fuel cell te

mbrane Electrteristik ini dimisasi [11]. Dena kurva polaa yang mengg


nsi dan isotermtkan pada fa disebutkan fisien elektrtrik tergantu

membran. Pm dkk [3] ysi dan respotegangan. R

del non-isoteasil penelitianisasi. Mazum

ang telah dikga dimensi unrpindahan air

[6] mengem

litiannya menmerupakan funanoda dan kaandungan air 7] menerapkaontrol dinamik

terhumidikan model yanhdadi [8] medimensi, no

n pada saluran[9] melaku

l berkapasitaan parameter rva polarisasin koefisien kdi & Basualdn dasar daeh [6] dalam l cell pada b

literatur tersemasih berkisaberdasarkan demikian, tu

u mengembann melakukanap pengaruhseperti tekananterhadap kine

ANGAN PEMakukan desai

alah gambaranerutama pada rolyte Assemmunculkan dangan demikian

arisasi merupaambarkan mo

k Mesinversitas Pan

mal. Penelitianfenomena hid

bahwa koefiro-osmotik, ung kelembaPenelitian seyang menerapon transien uRowe & Liermal dan nnya diperlihamder & Colekerjakan olehntuk mempredr pada membmbangkan m

nyebutkan bangsi dari tekaatoda, temper

pada membn model emk PEMFC denasi sendiri (ng dikembangenerapkan mn-isotermal, n gas. Perez-Pukan eksperias 300 W u

kinetik fuel i yang dibuakemiringan ko [10] melaku

ari model ymeneliti kon

beban pemak

ebut menunjukar pada penenbeberapa kon

ujuan utama ngkan model yn simulasi kh dari berbn, temperatur,erja PEMFC.

MFC in PEMFC y

n karakteristikkomponen M

mbly). Gambalam bentuk kn, dapat dikataakan karakterodel fuel cell.

ncasila

nnya drasi

fisien dan

aban erupa pkan

untuk [4]

satu atkan e [5] h [2] diksi bran.

model

ahwa anan ratur bran.

mpiris ngan (self-gkan

model dan

Page imen

untuk cell,

atnya kurva ukan yang ndisi kaian

kkan ntuan ndisi dari

yang kurva bagai , dan

yang k dari MEA baran kurva akan ristik

Semi

Nomen

Vfc

Vrev

Vact

Vohm

Vconc

i iL Tfc

P PH2

PO2 Psat RH Rohm

tm

σm

λm

a

Kukarakteristkondisi omemiliki bKurva inisuatu mengident

Gamba

Tegpemodelanselalu bekondisi opdiperoleh dan rugi-r

nar NasionJa

nklatur

tegangan PEMFC, vtegangan reversibel volt rugi tegangrugi tegangrugi tegankonsentrasdensitas ardensitas artemperaturtekanan, attekanan patekanan patekanan sakelembabahambatan lketebalan 117 adalahkonduktivifungsi damembran aktivitas apada sisi askrip m pa

urva polartik tegangan doperasi. Umbentuk sepertmerupakan o

model PEtifikasi kriteri

ar 1. Kurva podan arus

gangan sel adn PEMFC d

erubah seiringperasinya [1]dari modelisarugi tegangan


keluaran unvolt

Nernst atasecara ter

gan aktivasi, vgan ohmik, vongan difusi asi, volt rus listrik, A/crus batas, A/cmr kerja fuel cetm arsial hidrogenarsial oksigen,aturasi, atm an relatif, % listrik internamembran un

h 0,0125 cm itas membranari kandunga

air, di manaanoda atau katada membran

risasi adaldan arus listr

mumnya kurvti pada Gb. 1 output paling

EMFC karia kinerja suat

olarisasi antaras listrik [12].

dalah faktor dikarenakan

ng perubahan]. Tegangan sasi tegangan mn. Rugi-rugi

Mesin 201tober 2012

B29

ntuk satu sel

au teganganrmodinamika,

volt olt atau tegangan

cm2 m2

ell, Kelvin

n, atm , atm

al, Ω-cm2

ntuk Nafion-

, (Ω . cm)-1 an air pada

a sub-skrip itoda, dan sub-

lah grafikik pada suatuva polarisasidi bawah ini.

g penting darirena dapattu fuel cell.

a tegangan

utama dalamtegangan sel

n beban dansel aktual inimaksimum sel

tegangan ini

l

n ,

n

-

a

i -

k u i . i t

m l n i l i



meliputi aktivasi, ohmik, konsentrasi dan arus internal [12].

- Tegangan reversibel, yaitu tegangan maksimum teoritis dari fuel cell;

- Rugi tegangan aktivasi, yaitu rugi-rugi yang timbul selama reaksi elektrokimia yang terjadi pada elektroda;

- Rugi tegangan ohmik, yaitu rugi-rugi akibat resistansi saat proton melalui elektroda dan membran (ionic-resistance), rugi-rugi elektronik dari sifat elektroda, dan rugi-rugi kontak;

- Rugi konsentrasi, yaitu rugi-rugi yang berhubungan dengan terbuangnya bahan bakar (fuel) saat melewati membran di mana tidak menghasilkan kerja berguna sehingga mengurangi hantaran sejumlah elektron.

Model matematis yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan model semi-empiris yang dikembangkan oleh Pukrushpan dkk [6]. Model matematis ini digunakan untuk memprediksi kurva polarisasi pada berbagai kondisi operasi fuel cell, yaitu variasi dari tekanan, temperatur, dan kelembaban relatif. Simulasi kurva polarisasi yang dilakukan menggunakan Matlab v7.

Tegangan output dari suatu fuel cell diperoleh dari pengurangan tegangan reversibel terhadap rugi-rugi tegangan, yaitu:

(1)

Efisiensi fuel cell didefinisikan sebagai rasio antara energi listrik yang dihasilkan terhadap energi yang digunakan atau rasio tegangan output terhadap tegangan teoritis pada nilai kalor tertinggi (HHV) dari hidrogen [11], yaitu:

1,482

(2)

Dari persamaan (2.2) tersebut menunjukkan bahwa jika tegangan output fuel cell semakin besar, maka efisiensinya juga semakin besar yang berarti kinerjanya semakin meningkat.

2.1 Tegangan Reversibel (Nernst) Fuel cell mampu mengubah langsung

energi kimia menjadi energi listrik sehingga disebut juga sebagai sel elektrokimia [1]. Tegangan reversibel (Nernst) atau tegangan buka (open-circuit voltage) pada kondisi tekanan (P) dan temperatur (T) yang bervariasi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut [6]:

1,229 0,000845 298,15

0,00004308 1,01325

12 1,01325

(3)

Dalam campuran suatu gas, tekanan total gas tersebut adalah jumlah seluruh tekanan parsial setiap komponen yang terdapat pada campuran. Karena membran memerlukan pengaturan air, maka tekanan parsial setiap komponen dalam campuran pada fuel cell tergantung pada kelembaban relatifnya [1], di mana:

, (4)

Sehingga, tekanan parsial hidrogen menjadi,

∙ (5)

Sedangkan tekanan parsial oksigen menjadi,

∙ (6)

Tekanan saturasi (Psat) ditentukan sesuai persamaan berikut [2]:

2,1794 0,02953

9,183710 1,445410

(7)

2.2 Rugi Tegangan Aktivasi

Persamaan yang digunakan untuk memprediksi tegangan aktivasi pada berbagai kondisi densitas arus i, yaitu:

1 (8)

di mana V0 adalah tegangan saat densitas arus listriknya sama dengan nol, Va dan c1 adalah konstanta. Besarnya V0, Va, dan c1 tergantung pada temperatur dan tekanan parsial oksigen dengan harga yang ditentukan secara empiris. Persamaan yang digunakan untuk menentukan V0, yaitu:

0,279 0,000845 298,15

0,00004308 ln1,01325

12ln

0,11731,01325

(9)

sedangkan Va,



0,00001618

0,016180,1173

0,00018

0,166 0,1173

0,000580,5736

(10)

dan 10 (11)

2.3 Rugi Tegangan Ohmik

Tegangan ohmik adalah tegangan yang ditimbulkan akibat resistansi atau hambatan saat proton melewati membran polimer dan saat elektron melewati elektroda dan kolektor arus. Tegangan ohmik dinyatakan sebagai berikut:

∙ (12)

Besarnya hambatan ini sangat tergantung

pada konduktivitas membran yang dipengaruhi oleh kelembaban membran dan temperatur sel. Persamaan yang digunakan, yaitu:

(13)

∙

(14)

(15) 0,005139, 0,00326, 350

0,043 17,81 39,85

36 ; 0 1

(16)

2

(17)

,

, (18)

2.4 Rugi Tegangan Konsentrasi Persamaan yang digunakan untuk

memprediksi tegangan aktivasi, yaitu:

∙ (19)

di mana c2, c3, dan iL adalah konstanta empiris yang tergantung pada temperatur dan tekanan parsial reaktan. Parameter iL merupakan densitas arus batas yang menyebabkan drop tegangan yang terjadi sangat cepat. Besarnya iL adalah 2,2 A/cm2

dan c3 adalah 2, sedang c2 ditentukan berdasarkan persamaan sebagai berikut:

c2

0,000716Tfc‐0,622PO2

0,1173Psat

‐0,00145Tfc 1,68 ,

untukPO2

0,1173Psat 2atm

0,0000866Tfc‐0,068PO2

0,1173Psat

0,00016Tfc 0,54 ,

untukPO2

0,1173Psat 2atm

(20)

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Model tegangan PEMFC yang

dikembangkan dalam penelitian ini memungkinkan untuk dilakukan analisis terhadap pengaruh perubahan parameter pada kurva polarisasi. Simulasi yang dilakukan digunakan untuk memperoleh gambaran karakteristik PEMFC terutama yang berkaitan dengan tegangan output PEMFC yang dipengaruhi oleh rugi-rugi aktivasi, ohmik, dan konsentrasi. Berikut akan dibahas hasil dari berbagai pengaruh parameter tekanan, temperatur, dan kelembaban relatif pada kurva polarisasi dan rugi-rugi yang mempengaruhi bentuk kurva polarisasi yang disimulasikan tersebut.

3.1. Pengaruh Tekanan Kerja Parameter yang digunakan untuk meneliti

pengaruh tekanan kerja diasumsikan temperatur dan kelembaban relatif konstan pada 80 oC dan 100% dengan variasi tekanan pada 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, dan 4 bar. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gb. 3.1.

(a)

(b)



(c)

(d)

Gambar 2. Pengaruh variasi tekanan dari 1 – 4 bar untuk kondisi temperatur 80 oC, di mana (a) kurva polarisasi; (b) rugi-rugi aktivasi; (c) rugi-rugi ohmik; dan (d) rugi-rugi konsentrasi.

Kurva polarisasi yang ditunjukkan Gb.

3.1.a menandakan bahwa naiknya tekanan kerja maka tegangan output PEMFC akan naik walaupun rugi-rugi ohmik tetap (Gb. 3.1.c) sehingga kinerja akan meningkat. Hal ini berkaitan dengan naiknya tegangan reversibel (Nernst), turunnya tegangan aktivasi (Gb. 3.1.b), dan turunnya tegangan konsentrasi (Gb. 3.1.d) yang dipengaruhi oleh tekanan parsial reaktan hidrogen dan oksigen. Dari hal tersebut dapat dikatakan bahwa kinerja fuel cell berkaitan dengan tekanan parsial reaktan.

3.2. Pengaruh Temperatur Kerja

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 3. Pengaruh variasi temperatur dari 60 – 100 oC untuk kondisi tekanan 2 bar, di mana (a) kurva polarisasi; (b) rugi-rugi aktivasi; (c) rugi-rugi ohmik; dan (d) rugi-rugi konsentrasi.

Penelitian pengaruh perubahan temperatur

kerja pada PEMFC dilakukan terhadap variasi temperatur 60 – 100 oC dengan interval 10 oC pada kondisi tekanan dan kelembaban relatif diasumsikan tetap pada 2 bar dan 100%. Hasil yang diperoleh terlihat pada Gb. 3.2.

Kurva polarisasi yang ditunjukkan Gb. 3.2.a memperlihatkan kenaikan tegangan output PEMFC seiring naiknya temperatur sehingga kinerja PEMFC meningkat. Tegangan aktivasi pada Gb. 3.2.b semakin turun seiring naiknya temperatur. Demikian pula halnya dengan tegangan ohmik (Gb. 3.2.c), di mana tegangan ohmik semakin turun seiring dengan kenaikan temperatur.



Walaupun kenaikan temperatur ini menyebabkan turunnya tegangan reversibel (Nernst), secara keseluruhan tegangan output PEMFC semakin naik. Hal ini terkait dengan sifat-sifat unsur di mana terjadi penurunan tegangan aktivasi dikarenakan temperatur yang semakin tinggi. Selain itu, dengan naiknya temperatur tersebut maka konduktivitas membran semakin tinggi yang menyebabkan tegangan ohmik semakin turun.

3.3. Pengaruh Kelembaban

Penelitian yang dilakukan terhadap pengaruh kelembaban menggunakan parameter tekanan 2 bar dan temperatur 80 oC dengan variasi kelembaban relatif dalam membran polimer pada 50, 60, 70, 80, 90, dan 100%. Hasil simulasi diperlihatkan pada Gb. 3.3.

Kurva polarisasi yang ditunjukkan pada Gb. 3.3.a di mana semakin tingginya kelembaban relatif maka tegangan output PEMFC akan semakin tinggi sehingga kinerja PEMFC menjadi meningkat. Walaupun tegangan aktivasi (Gb. 3.2.b) dan tegangan konsentrasi (Gb. 3.2.d) naik seiring kenaikan kelembaban relatif, tegangan output PEMFC secara keseluruhan tetap naik dikarenakan turunnya tegangan ohmik (Gb. 3.2.c) yang signifikan. Dari hal tersebut dapat dikatakan bahwa kandungan air dalam membran sangat berpengaruh terhadap rugi-rugi ohmik.

Fungsi kandungan air ini tergantung pada aktivitas air dalam membran terutama terhadap gaya elektro-osmotik dalam membran [2], sehingga mempengaruhi konduktivitas membran dalam menghantarkan elektron [11]. Dengan demikian, semakin tinggi konduktivitas membran maka resistansi pada membran semakin kecil yang menyebabkan rugi-rugi ohmik yang semakin rendah. Untuk menjaga konduktivitas membran pada kondisi optimal maka diperlukan pengaturan kelembaban relatif pada membran tersebut sehingga membran diupayakan tetap terhidrasi atau dijaga agar membran tidak kering.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 3.3. Pengaruh variasi kelembaban dari 50 – 100% untuk kondisi 2 bar dan 80 oC, di mana (a) kurva polarisasi; (b) rugi-rugi aktivasi; (c) rugi-rugi ohmik; dan (d) rugi-rugi konsentrasi.

4. KESIMPULAN

Model matematis yang digunakan dalam penelitian simulasi kurva polarisasi ini secara kualitatif sesuai dengan apa yang terdapat pada literatur. Hasil simulasi menunjukkan bahwa perubahan parameter kelembaban dalam membran sangat berpengaruh terhadap kemiringan kurva polarisasi.

Dari hasil simulasi, secara garis besar diperoleh suatu gambaran karakteristik fuel cell PEMFC di mana kenaikan masing-masing parameter tekanan, temperatur, dan kelembaban menghasilkan kemiringan kurva polarisasi V-I yang semakin kecil, sehingga berpengaruh terhadap tegangan output PEMFC yang semakin besar dan mampu meningkatkan kinerja fuel cell PEMFC pada densitas arus listrik yang sama, di mana:



1. Kenaikan tekanan kerja dari 1 – 4 bar menyebabkan tegangan reversibel (Nernst) naik, tegangan aktivasi dan konsentrasi turun;

2. Kenaikan temperatur kerja dari 60 – 100 oC menyebabkan turunnya tegangan aktivasi dan tegangan ohmik;

3. Kenaikan kelembaban dari 50 – 100% pada membran menyebabkan kenaikan tegangan aktivasi dan menurunkan tegangan ohmik.

DAFTAR PUSTAKA

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

J. Larminie, A. Dicks, 2003, Fuel Cell Systems Explained, Second Edition, Wiley, New York. T.E. Springer, T.A. Zawodzinski, S. Gottesfeld, 1991, Polymer Electrolyte Fuel Cell Model, J. Electrochem Soc., Vol. 138, No. 8, 2334 – 2342. Sukkee Um, C.Y. Wang, K.S. Chen, 2000, Computational Fluid Dynamics Modeling of Proton Exchange Membrane Fuel Cells, J. Electrochem Soc., Vol. 147, No. 12, 4485 – 4493. A. Rowe, X. Li, 2001, Mathematical Modeling of Proton Exchange Membrane Fuel Cells, J. Power Source, Vol. 102, 82 – 96. S. Mazumder, J.V. Cole, 2003, Rigorous 3-D Mathematical Modeling of PEM Fuel Cells II, J. Electrochem Soc., Vol. 150, No. 11, A1510 – A1517. J.T. Pukrushpan, H. Peng, A.G. Stefanopoulou, 2002, Modeling and Control for PEM Fuel Cell Stack System, American Control Conference, Proceedings of the 2002, 3117 – 3122. R.T. Meyer, B. Yao, 2006, Modeling and Simulation of a Modern PEM Fuel Cell System, International Conference, Proceedings of the 2006, 97067:1 – 18. M.A.R.S. Al-Baghdadi, 2007, PEM Fuel Cell Modeling, Fuel Cell Research Trends, Nova Science, 273 – 379. M.P. Page, V.P. Herranz, 2011, Effect of the Operation and Humidification Temperature of PEMFC Stack on Dead-End Mode, J. Electrochem Sci., Vol. 6, 492 – 505. D. Feroldi, M. Basualdo, 2012, Description of PEM Fuel Cells System, Green Energy and Technology, Springer, 49 – 72. F. Barbir, 2005, PEM Fuel Cells: Theory and Practice, Elsevier, Burlington. EG & G Technical Services, Inc., 2004, Fuel Cell Handbook, Seventh Edition, U.S. Department of Energy, Morgantown.



(K2-25-12)

STUDI PARAMETER DESAIN DAN OPERASI SIKLUS RANKINE ORGANIK SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA DENGAN

MEMANFAATKAN ENERGI TERBUANG

Darwin Rio Budi Syaka, Syarifuddin Ahmad, Nugroho Gama Yoga Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13220


Abstrak

Untuk dapat memenuhi kebutuhan akan ketersediaan listrik adalah dengan membuat siklus pembangkitan listrik dari sumber energi terbaharukan yang dapat memanfaatkan sumber panas bertemperatur dan bertekanan rendah seperti energi surya, energi panas bumi, waste energi dari beberapa proses termal, dsb. salah satu siklus pembangkitan listrik yang memanfaatkan sumber panas yang bertemperatur dan bertekanan rendah adalah dengan menggunakan metode pembangkitan siklus rankine organik. Penelitian tentang siklus rankine organik masih terkonsentrasi pada kinerja sistem dalam memproduksi tenaga berupa efisiensi yang dihasilkan dari perubahan entalpi pada berbagai komponen. Untuk mempercepat proses analisa tersebut dibutuhkan studi parameter desain dan operasi yang tepat, program cycle tempo memudahkan pengguna untuk mempercepat proses tersebut serta dapat menentukan desain dan operasi yang diinginkan. Parameter desain dan operasi yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan pompa, evaporator, turbin dan kondensor sebagai komponen utama dalam sistem, dengan variasi temperatur di evaporator 70°-90° C serta tekanan pompa 6-8 bar. Fluida organik menggunakan refrigerant R-134a, R-600 dan R-600a. temperatur di kondensor disesuaikan dengan suhu lingkungan yaitu sekitar 25° C. Dari variasi-variasi yang telah dilakukan hasil efisiensi yang paling terbesar adalah 93,30 % dimana temperatur dan tekanan yang digunakan adalah 90° C dan 6 bar dengan menggunakan refrigerant R-600a.

Keywords: siklus rankine organik, desain, operasi, refrigerant, efisiensi.

Abstract

In order to meet the demand for the availability of electricity is making cycle electricity generation from renewable energy sources that can utilize the heat source temperature and low pressure such as solar energy, geothermal energy, waste thermal energy from multiple processes, etc.. one cycle power plant utilizing heat source temperature and low pressure is to use a method of generating an organic Rankine cycle. Research on organic Rankine cycle has been concentrated on the performance of the system in the form of energy production efficiency resulting from the change in enthalpy on various components. To speed up the analysis process required study design parameters and precise operation, tempo cycle program allows users to speed up the process and to determine the design and the desired operation. Design and operating parameters used in this study using pumps, evaporators, turbines and condensers as a major component in the system, with variations in evaporator temperature 70 ° -90 ° C and 6-8 bar pressure pump. Organic fluid using refrigerant R-134a, R-600 and R-600A. temperature in the condenser adapted to the ambient temperature is around 25 ° C. Variations of which have been made the greatest yield efficiency is 93.30% where the temperature and pressure used was 90 ° C and 6 bar using R-600A refrigerant

Keywords: organic rankine cycle, design, operation, refrigerant, efficiency.

1.PENDAHULUAN Saat ini sistem pembangkit listrik di

Indonesia sampai akhir tahun 2011 masih memiliki ketergantungan yang sangat besar terhadap bahan bakar fosil, terbesar masih dikuasai oleh sektor industri, dan diikuti oleh sektor rumah tangga, serta sektor transportasi. Kerugian penggunaan bahan bakar fosil ini selain merusak lingkungan, juga tidak terbarukan (nonrenewable) dan tidak berkelanjutan

(unsustainable). Salah satu model pembangkit yang dapat memenuhi kebutuhan akan ketersediaan listrik adalah dengan menggunakan sumber energi yang dapat memanfaatkan sumber panas bertemperatur dan bertekanan rendah seperti energi surya, energi panas bumi, waste

energy (energi terbuang) dari beberapa proses termal, dsb. Dan salah satu siklus pembangkitan listrik yang memanfaatkan sumber panas yang bertemperatur dan bertekanan rendah

ISBN

adalahpemb

modifdigunmenghmodel

utamapomptekanarefrigturbinenergfurnacyang berbahrankinmemamaupu

Gam


N 978-602-

h dengan angkitan siklu

Siklus ranfikasi dari sik

nakan sebaghasilkan enerl yang mema

Sistem ini a yaitu evapopa. Sistem ini an rendah eran yang di

n dan selanjutni listrik. Sistece sebagai temdapat menghhaya bagi lingne organik anfaatkan sumun energi terb

mbar 2. Komporganik


menggunus rankine orgnkine orgaklus rankine dgai fluida rgi listrik dananfaatkan was

G

terdiri dari orator, turbin

menggunakauntuk me

igunakan untunya akan mamem ini juga tmpat pembak

hasilkan emisigkungan. Oleh

dapat digmber panas sebuang.

ponen dasar sikk

k Mesinversitas Pan

nakan meganik. anik merupadimana refrig

kerja un juga salah ste energy (en

Gambar 1 Gra

empat kompo, kondensor,

an temperatur enghasilkan uk menggerakmpu menghasitidak memerlukaran bahan bi gas buang yh karena itu sigunakan deneperti panas b

klus Rankine

ncasila

etode

akan geran untuk

satu nergi

afik laju konsu

onen dan

r dan uap

kkan ilkan ukan

bakar yang iklus ngan bumi

Semi

terbuang) maupun smenguranfosil yangdapat mekrisis ener

umsi energi pe

Pentemperaturankine ordan Rodrifluida kepmulihan dilakukan Penelitiankerja sikltelah dilayang memacam fdalam siterdapat penelitian bahwa flupaling tinterendah d

Penyang telaterkonsentsistem defisiensi ypada berbproses anparametersiklus rank

nar NasionJa

seperti gassumber panagi ketergantun

g ketersediaanembantu pemrgi listrik.

er sektor

nelitian tentanr rendah energanik”[1] teiguez (2010).erja siklus energi panasoleh Wang,tentang “Pro

lus rankine kukan oleh Rembandingkanfluida dalam stem operasi117 fluida

ini. Hasil ida benzena mnggi sebesar dimiliki C5F12nelitian tentanah dilakukantrasi pada k

dalam mempyang dihasilkabagai komponalisa tersebut

desain dan kine organik.


s buang PLas bumi. Danngan terhadapnnya semakin

merintah dalam

ng “Analisa ergi mataharielah dilakukan. “Studi tenta

rankine orgs yang terbu, dkk (2011)

osedur untuk morganik tenaRayegan dan n kemampu

siklus Ranki kerja yangorganik diguyang ditem

mempunyai ef18%, butan

2 sebesar 12%ng siklus rann sebagian kinerja dari produksi tenan dari perubnen. Untuk t maka dibuoperasi yang

Mesin 201tober 2012

B36

LTG, PLTDn juga dapatp bahan bakarn terbatas danm mengatasi

dan optimasii pada siklusn oleh Torres

ang pemilihanganik untukang”[4] telah). Sedangkanmemilih fuidaaga surya”[2]

Tao (2010).uan berbagaikine organikg sama danunakan pada

mukan adalahfisiensi termalna 15% dan%. nkine organikbesar masih

keseluruhannaga berupaahan entalphimempercepat

utuhkan studig tepat untuk

D t r n i

i s s n k h n a ] . i k n a h l n

k h n a i t i k

ISBN

2. M

rancandiingiprogrameng(Perfoorgandiperg

Dimandihitu

wnet ,

maka (qin) (qot), dan kdiketa

yang drendahprosesdilaku80° ddiberibar. Dmasinsebesa134a, karenumumdan jlingkumeng


N 978-602-

METODE PENMenggunak

ngan dari sinkan dengaam Cycle Teetahui keormance of nik merupakgunakanlah hu

th wnet ,out

qin

na kerja beung sebagai :

,out qin q

Untuk mekalor yang

dan kalor yaatau kerja ya

kerja yang dipahui terlebih d

Siklus Rankdapat memanh seperti temps thermal iukan variasi tedan 90° C. seikan pada pomDan temperatung sistem yanar 25° C. Ref

R-600 (ba ketiga jenis

mnya kita temuuga karena sungan. Sigunakan pro


NELITIAN kan simulasi iklus Rankinan menggu

empo 5 Tu-Demampuan cycle) karenkan mesin ukum thermod

t 1qout

qin

ersih yang

qout wturb

enghitung kedimasukkan

ang dikeluarkang dihasilkanerlukan pomp

dahulu [4].

kine organik faatkan tempeperatur yang tindustri. Dalaemperatur di edangkan varimpa adalah sur di kondensong akan di vfrigeran yangbutana) dan R

ini merupakamui dalam kehi

sifatnya yangmulasi pada

ogram cycle

k Mesinversitas Pan

untuk mendene organik yunakan softw

elft. Untuk dDari Si

na siklus rankalor m

dinamika kedu

dihasilkan d

,out wpump

rja bersih (Wkedalam sys

kann dari sysn turbin (Wtur

pa (Wpump,in) h

merupakan sieratur dan tekaerbuang dari ham penelitianevaporator 70iasi tekanan ysebesar 6,7 dor untuk masvariasikan adg digunakanR-600a (i-butan refrigeran yidupan sehari-g ramah terhaa penelitian

tempo 5 u

ncasila

esain yang ware dapat iklus

nkine maka, ua:

dapat

,in

Wnet) stem stem rb.out)

harus

iklus anan hasil

n ini 0° C, yang

dan 8 sing-dalah n R-tana) yang -hari adap

ini untuk

Semi

mengetahudesain dsebelumnyuntuk meevaporatortekanan terjadinyakondensordihasilkanyang kempompa.[4]siklus Rapenelitian

Gambar

3. HASIL Tabel 2. H

nar NasionJa

ui efifiensi idan operasi ya. Yaitu dennaikkan tekanr sebagai protetap dari

proses ekr untuk mn evaporator amudian akan ]. Gambar 4 ankine organiini.

4. Desain menggun5

L DAN PEMB

Hasil efesiensR-134a


isentropic dayang telah

ngan menggunanan refrigeraoses pemasuka

pompa, turekspansi isenmendinginkan agar menjadi kembali kemmenunjukkan

nik yang dig

siklus Ranknakan simulasi

BAHASAN

si isentropik m

Mesin 201tober 2012

B37

ari parameterh ditentukannakan pompa

an cair jenuh,an kalor padarbin sebagaintropik dan

uap yangcair kembali

mbali menujun desain dariunakan pada

kine organiki cycle tempo

menggunakan

r n a , a i n g i u i a

k o

n

ISBN

Ga

Ga


N 978-602-

ambar 5. Graf

Tabel 3. Hasmen

ambar 6. Graf

Tabel 4. H


fik efisiesi isen

sil efesiensi isnggunakan R

fik efisiensi ise

Hasil efesiensimenggunakan

k Mesinversitas Pan

ntropic R-134

sentropik R-600

entropic R-60

isentropik n R-600a

ncasila

4a

00

Semi

Gamba

Spompa myang di hisentropic uap saat tinggi temisentropic karena tudibandingkarena daripada tturbin. Ddan R-600serta tempefisiensi 93,30%, redengan teadalah 9isentropikR-134a de70° C yaitini disebabfluida kerjoperasi ymenghasiltitik beku terendah psuhu tinggdiinginkanterdekompkalor laten134a dan energi dakarenanya

nar NasionJa

r 6. Grafik efi

Semakin besarmaka semakin hasilkan pada

menurun karmemasuki tu

mperatur semyang dihas

urunnya tekkan kenaikan tekanan di

tekanan uap je

Dengan memv0a dengan tekperatur 70°C,

isentropik tefrigeran yangemperatur dan90° C dan 6

terendah adaengan tekanantu dengan efisbkan terjadinyja yang berbang telah divlkan efisiensiseharusnya le

pada siklus. Rgi atau minimun, fluida kposisi pada sun dan densitaR-600 akan mri sumber pa

a mengurangi


isiensi isentro

r tekanan yang kecil efisiensistem terseb

rena kapasitasurbin. sebalik

makin besar jsilkan. Kenaikanan lebih temperatur dikondensor

enuh yang ma

variasikan Rkanan 6 bar, 80°C, 90°C.

tertinggi adag digunakan a

an tekanan m bar. Sedangalah dengan mn dan temperasiensi sebesarya titik beku beda-beda padvariasikan. Di isentropic yebih rendah da

Refrigeran harum pada suhu

kerja organikuhu tinggi. Ras yang tinggmenghasilkan ada bagian ekebutuhan laj

Mesin 201tober 2012

B38

pic R-600a

g diberikan dinsi isentropicbut , efisiensis dan kondisi

knya semakinjuga efisiensikan efisiensiberpengaruh

idalam sistemlebih rendahasuk kedalam

R-134a, R-6007 bar , 8 barDidapat nilai

alah sebesaradalah R-600a

masing-masinggkan efisiensimenggunakanatur 8 bar danr 57,04%. Haldan stabilitas

da temperaturDimana untukyang optimal,ari temperaturrus stabil padau operasi yangk cenderung

R600a dengangi diantara R-

lebih banyakevaporasi danu alir.

i c i i n i i h

m h

m

0 r i r a g i n n l s r k , r a g g n -k n

ISBN

Gamb

4. KE

adalahtabel palingtempeadalahtekanadenga

diciptperhitpemakmengkesimperhitantaraR600atempeEffisisebesafluidaapabil


N 978-602-

bar 5. Hasil ditekanan

ESIMPULANHasil efisie

h masing-mas3 dan tabel

g tertinggi eratur dan reh sebesar 93an yang digunan menggunak

Program stakan bukan tungan sikluskai program enai siklus

mpulan yang tungan menanya Dengana pada Tekaeratur sekitar ensi isentropar 93,30%. P

a kerja R-600la dioperasika


agram T-s R-6dan temperatu

N ensi isentropsing ditunjukk 4. Efisiensi

dengan vefrigeran yang3,30 % dimannakan adalah

kan refrigerantsimulasi sikhanya untuk

s ORC saja dapat lebih mORC itu sdapat diamb

nggunakan pn menggunakanan sekitar

90°C, siklupik yang paPada ORC ya0a akan lebihan pada kondis

k Mesinversitas Pan

600a dengan ur 6 bar dan 9

ik yang didkan pada tabei isentropik yvariasi tekag telah diberna temperatur

90° C dan 6t R-600a. klus ORC

k mensimulastetapi juga

mudah memahendiri. Bebebil dari simuprogram ini kan fluida k6 bar dan ps ORC mem

aling baik, yang menggunah menguntungsi saturated.

ncasila

0° C

dapat el 2, yang anan, rikan r dan 6 bar

ini sikan agar

hami erapa ulasi

di kerja pada

miliki yaitu akan gkan

Semi

[1]. Agus

and solarConvde LTene

[2]. RayeselecrankMechDepaUniv

[3]. SyakRankUNJ

[4]. WanMG,workCyclEnerEnerTechBeiji

nar NasionJa

DAFTAR

stín M. Delgaoptimization

r organic Ranversion and MLa Laguna (Uerife. Spain. egen R, Tao Xct working fine cycle (ORhanical and artment, versity. ka, D.R.B. 2kine. Jakarta..

ng EH, ZhangZhao Y, M

king fluid selee (ORC) for

rgy. College rgy Engineerihnology, Pinging, China.


R PUSTAKA

ado-Torres. 20 of the low

nkine cycle (OManagement 5ULL). 38206

XY. 2007. A fluids for soRC)s. Renewa

d Materials Florida

2002. Dasar . Lembaga P

ng HG, Fan Mu QH. 201ection of Orgr engine was

of Environing, Beijing Ugleyuan No.

Mesin 201tober 2012

B39

010. “Analysisw-temperature

ORC)”. Energy. Universidad

6 La Laguna.

procedure toolar organicable Energy.

EngineeringInternational

Teori SiklusPenerbit FT-

BY, Ouyang0. “Study of

ganic Rankinete recovery”.nmental andUniversity of100, 100124

s e y d .

o c . g l

s -

g f e .

d f 4



(K2-26-13)

THE ANALYSIS OF SOLARDEX FUEL HEATING AGAINST PERFORMANCE OF STATIONARY CYCLE DIESEL ENGINE

Nugrah Rekto Prabowo Sekolah Tinggi Teknik Wiworotomo, Department of Mechanical Engineering, Purwokerto


Abstrak

Viscositas merupakan parameter penting dalam penginjeksian bahan bakar,pencampuran dengan udara dan pembakaran pada motor diesel. Salah satu alternatif untuk menurunkan viscositas bahan bakar pada motor diesel dapat dilakukan dengan jalan dipanaskan. Semakin tinggi temperatur bahan bakar menyebabkan perubahan viskositas bahan bakar menjadi lebih rendah dan mudah teratomisasi. Butiran bahan bakar yang disemprotkan keruang bakar menjadi lebih halus dan menyebabkan terjadinya proses pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih homogen. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh pemanasan bahan bakar solardex terhadap unjuk kerjanya melalui pemanas yang dipasang pada pipa tekanan tinggi. Penelitian dilakukan pada motor diesel satu silinder putaran stasioner dengan pembebanan 600 s.d. 3200 watt dengan interval 200 watt. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pemanasan bahan bakar solardex berpengaruh terhadap Daya, Torsi, maupun Sfc. Pemanasan solardex pada suhu 90ºC menghasilkan daya dan torsi terbesar pada beban 2600 watt, dan penurunan harga sfc yang optimal pada beban 1600 watt. Dimana dihasilkan peningkatan daya rata–rata sebesar 159,56% dan penurunan Sfc rata–rata sebesar 62,2% bila dibandingkan dengan tanpa pemanasan solardex.

Kata kunci: Motor diesel, pemanasan solardex, unjuk kerja motor.

Abstract

Viscosity is an important parameter in fuel injection, mixing with air and combustion in diesel engine. One alternative to reduce the viscosity of fuel in the diesel engine can be done by heating. The higher temperature of the fuel causes the change in fuel viscosity that will be lower and it is easily atomized. The fuel granules that be sprayed into the engine becomes smoother and causes the process of mixing between air and fuel is more homogenized. The purpose of this research is to determine the influence of solardex fuel heating on its performance through the heater that installed at a high pressure pipeline. The research was conducted on a single stationary cycle cylinder diesel engine with loading 600 to 3200 watts with intervals of 200 watt. The results of this research showed that solardex fuel heating influence on power, torque, and SFC. Solardex heating on temperature 90ºC produces the greatest power and torque on load 2600 watt, and the optimal decreasing of SFC value on load 1600 watt. It produced an increasing in average power 159,56% and SFC decreasing in average 62,2% when comparing without solardex heating.

Keywords: Diesel engine, solardex heating, engine performance. 1. PENDAHULUAN

Kondisi alam sekarang sudah cukup memprihatinkan karena pemanasan global yang disebabkan oleh hasil pembakaran pada motor bakar yang tidak sempurna. Gas bekas yang keluar dari motor bakar mengandung unsur-unsur yang berbahaya bagi kesehatan serta dapat merusak lingkungan. Salah satu polutan dari gas bekas hasil pembakaran yang mengotori lingkungan adalah asap hitam. Gas ini terutama terbentuk karena hasil dari proses pembakaran yang tidak sempurna. Kandungan polutan gas buang dari motor bakar yang paling banyak dipengaruhi oleh kesempurnaan proses pembakaran di dalam silinder. Selain itu

menipisnya cadangan bahan bakar minyak sekarang membuat manusia berusaha mencari sumber alternatif lain bahan bakar atau dengan cara menghemat sebanyak mungkin pemakaian bahan bakar terutama untuk bahan bakar motor bensin maupun motor diesel.

Tingginya konsumsi bahan bakar dan kadar polusi udara saat ini pada dasarnya dapat dikendalikan atau dikurangi. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memperbaiki proses pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar. Cara-cara yang dapat dilakukan antara lain dengan perbaikan mutu bahan bakar, homogenitas campuran bahan bakar dan mengatur saat pembakaran yang tepat.Syarat agar campuran



bahan bakar dan udara lebih homogen, maka bahan bakar harus mudah menguap. Pada motor diesel untuk mempermudah penguapan bahan bakar dapat dilakukan dengan menurunkan viscositas bahan bakar.

Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Semakin besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. [1].Menurut Krisnangkura et al. [2] viskositas dianggap integral dari kekuatan interaksi molekul.

Menurut C. Tangsathitkulchai, at all [3] Salah satu kesulitan utama dalam menggunakan minyak nabati mentah sebagai bahan bakar pengganti dalam motor diesel adalah viskositas yang relatif tinggi. Untuk menurunkan viscositas dapat dilakukan dengan cara dipanaskan atau minyak nabati dicampur dengan solar atau kombinasi kedua-duanya pada rentang suhu 20-80 ° C. Semakin tinggi temperatur bahan bakar menyebabkan perubahan karekteristik pada bahan bakar, dimana viskositas bahan bakar menjadi lebih rendah dan lebih mudah teratomisasi. Butiran bahan bakar yang disemprotkan keruang bakar menjadi lebih halus, dan menyebabkan terjadinya proses pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih homogen sehingga bahan bakar lebih mudah terbakar. Jika homogenitas baik maka akan memperbaiki proses pembakaran sehingga diharapkan dapat menaikkan daya motor, mengurangi besar konsumsi bahan bakar serta mengurangi kadar emisi gas buang.

Murni [4] melakukan penelitian menggunakan motor diesel 1 silinder injeksi langsung dengan putaran konstan. Bahan bakar yang digunakan solar dan biodiesel dengan variasi temperatur untuk solar antara 33ºC sampai dengan 70ºC dan untuk biodiesel 33ºC sampai dengan 90ºC. Pemanasan bahan bakar dilakukan menggunakan heater yang ditempatkan sebelum pompa injeksi, dan menghasilkan Efisiensi termal terbaik biodiesel adalah 21,3 % pada temperatur 70ºC dengan brake specific fuel consumption (bsfc) 11 %, pada kondisi ini penurunan konsumsi bahan bakar sebesar 8 % dibandingkan dengan kondisi pada temperatur 33ºC. Sedangkan efisiensi termal terbaik solar adalah 23,7 % pada 60°C dengan brake specific fuel consumption (bsfc) 4 % dan penurunan konsumsi bahan bakar sebesar 4 %. Temperatur terbaik terjadi pada 70°C untuk biodiesel dan 60°C untuk solar.

Dalam penelitian ini dilakukan menggunakan bahan bakar solardex. Dengan menurunkan viscositas menggunakan heater yang ditempatkan pada pipa tekanan tinggi yang dipasang antara pompa injeksi dengan injektor melalui pengaturan arus listrik pada kumparan.

Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh pemanasan bahan bakar solardex terhadap unjuk kerjanya.

2. METODE PENELITIAN 2.1 Alat yang digunakan pada penelitian ini

adalah sebagai berikut: a. Motor diesel dengan spesifikasi : Merk/

Type : Multi Equipment, 4 langkah, 1 silinder; System Pendingin Air : Model Hopper ; Volume silinder : 353 cm³ ; Diameter : 75 mm, Panjang langkah : 80 mm ; Perbandingan kompresi : 21 - 23 (standar) ; Saat injeksi standar : 22º ± 2º sebelum TMA ; Celah katup hisap : 0,15 – 0,25 mm, Celah katup buang : 0,25 – 0,35 mm ; Tekanan penyemprotan injector : 145 ± 5 kg/cm² ; Daya maksimum : 4,41 kW pada putaran 2.600 rpm .

b. Alat uji daya untuk memberi beban pengereman motor diesel : Generator Merk / Type : Huafa ST-3 ; Power : 3000 Watt ; 230 V ; 13 A ; 1500 rpm ; Pembebanan listrik : 100-4000 Watt, dengan lampu 40 x 100 watt

c. Power Analyzer, merk Lutron DW-6091: Alat ini untuk mengukur daya, Tegangan, Arus Listrik, Frequensi dan Power Faktor (factor kerja)

d. Termometer untuk mengukur temperatur air pendingin.

e. Anymetre, Thermo-Hygrometer S/S 5”50C. D545x835: Alat ini untuk mengukur suhu udara dan kelembaban udara.

f. Stopwatch dan burret untuk mengukur waktu lamanya motor diesel menghabiskan minyak solardex.

2.2 Alat pemanas solardex

Pemanas solardex berupa elemen pemanas yang dipasang pada pipa bahan bakar tekanan tinggi antara pompa injeksi dengan injector, yang dilengkapi dengan sensor pengukur temperatur yang diletakkan di dekat saluran pipa tekanan tinggi yang kemudian dihubungkan pada sebuah rangkaian pengkondisi sinyal supaya besarnya pengukuran dapat terbaca pada sebuah Multimeter digital yang digunakan sebagai display. Elemen pemanas yang digunakan dihubungkan dengan suplai listrik dari batery namun sebelumnya dilewatkan pada sebuah rangkaian potensiometer yang digunakan untuk mengatur besarnya panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas. Alat ini dipasang antara pompa injeksi dan injector, dengan demikian

ISBN

solarddiatur

2.3 Te

kaa.

P

T

b.

M

c. sfc 2.4 P

dalama. S

ptpp

b. M8m

c. Mh

d. Mbtsb

e. MbWppdjdb

f. Sddkh

g. Sd


N 978-602-

dex yang akar temperaturny

eori Dasar

Data yangan persamaan

Daya dan T 2π . N (rpm= ------------- 60000

= F (kg). g (

Tekanan e(MEP)

60.PMEP = -------

Vd (dKonsumsi b

mfuel (fc fuel = ------- P (k

Prosedur PerProsedur

m pengambilaSebelum mpemeriksaanterhadap vopendingin, perlengkapan Menghidupka850 rpm semencapai konMembuka krahingga batas teMelakukan beban pada temperatur ssolardex padbahan bakar uMenaikkan bebertahap darW………., 32pada 1500 pupencatatan ddan putaran jumlah returdaya motor bakar untuk tiaSetelah landynamo dilediturunkan kemudian mohingga tempeSetelah tempdihidupkan


an masuk ke ya.

g diperoleh diberikut ini. [5

Torsi m).T (Nm) -------------- (k0

m / s2).l (m)

fektif rata-r

P (kW ).nR .103

---------------- dm3). N (rpm)bahan bakar (kg / h) --------- (kg

kW )

rcobaan percobaan

an data : motor dihidun (tune-up)

lume minyabahan bakpercobaan yaan motor pa

elama 5 mendisi kerjanya.an tangki bahanertinggi. pencatatan dynamo danolardex, jum

da buret, danuntuk tiap10 meban lampu pari 600 W, 200 W dan mutaran. Sekalidata mengena

motor, temprn flow solar

dan waktu ap 10 ml pada

nglkah (e) epaskan dan

hingga puotor dimatikaeraturnya dinperatur mot

kembali d

k Mesinversitas Pan

injektor ini d

ihitung mengg5]

kW ) (

(Nm) (

rata pengerem

(kPa) ( spesifik (Sfc)

/ kW . h) (

yang ditem

pkan dilakuterlebih dah

ak pelumas, kar dan seang lain. da putaran nit agar mo. n bakar pada b

data mengen putaran mo

mlah return fn waktu konsu

ml pada buret. ada dynamo se

800 W, 1menaikkan puti lagi melakuai beban dynperatur solarrdex pada bu

konsumsi baa buret.

selesai ben putaran mutaran idle-an dan dibiar

ngin (40ºC) or 40°C, mdan percob

ncasila

dapat

guna

(1)

(2)

man

(3)

)

(4)

mpuh

ukan hulu air

emua

idle otor

buret

enai otor, flow umsi

ecara 1000 taran ukan namo rdex, uret, ahan

eban motor

nya, rkan

motor baan

Semi

diuladinai

h. Penadilakadanmen

i. Setedibedike

3. HASILUn

dengan Dpenelitian antara Beb

Gambar

Gamba

Da

3.2) tamsolardex pperubahan menghasiDaya maatau terja159,56%solardex temperatu

nar NasionJa

angi dengaikkan 90°C daambahan bkukan terusnya penurunacapai daya mlah pengubaskan, kembalikan ke p

L DAN PEMnjuk kerja mDaya, Torsi,

ini di tunjukban dengan D

3. Grafik HuDengan D

ar 4. Grafik HDengan

ari grafik di atapak bahwa pada tempera

torsi serta ilkan Torsi mksimal 4670

adi peningkatdibandingkyang tidak

ur 30ºC han


an temperatdan dijaga konbeban pads hingga an daya set

maksimal. ujian seleemudian puputaran idle la

MBAHASAN motor diesel

dan Sfc. Akkan pada gra

Daya,Torsi, ser

ubungan AntarDaya

Hubungan Antn Torsi

as (gambar 3.perubahan

atur 90ºC, didaya pada

maksimal 29, W pada bebtan daya rata

kan dengan k dipanaskannya mengha

Mesin 201tober 2012

B42

tur solardexnstan. da dynamo

menunjukkantelah motor

sai bebanutaran motoragi.

diindikasikanAnalisis hasilafik hubunganrta Sfc.

ra Beban

ara Beban

1 dan gambarpemanasan

iiringi denganmotor dan

,73 Nm danban 2600 W

a–rata sebesarpenggunaan

n atau padasilkan Torsi

x

o n r

n r

n l n

r n n n n

W r n a i

ISBN

maksW ya

peninsolardakan dalambutiranDengapencalebih lebih persenmenin

bakartekanapembakhirnyang d

berlanpada bahwasolardsampaselebihmaka Hal idipanbebanWatt.

meninbabkasehinsiapanpersiasebagdiukusampapenyatempesolardpenya

dimulsaat mini hapersiapembpengipistontekanbakar hal tenagadigun


N 978-602-

imal 10,77 Nang diperoleh

Secara teoringkatan ini dex yang men

menurun sem ruang bakan kabut bahan kondisi ampuran baha

homogen smudah t

ntase bahan ngkat.

Dengan semr yang teran yang terjabakaran aknya akan mdihasilkan ole

Peningkatanjut seiiring

motor, sepea peningkatandex dengan tai pembebanaihnya bila beb

daya yang ini berbeda naskan mulan pada mot.

Penurunan ingkatnya teman solardex m

ngga akan mn pembakaraapan pembagai waktu pur dari saat ai bahan bakalaan sendirieratur soladex lebih cealaan sendiriny

Dalam hal ilainya pengimendekati akharus disesuaiapan pembakbakaran terlalinjeksian bahn mencapai

nan puncak akan terjadi sini merupaa ledakan p

nakan untuk


Nm dan dayapada beban 3

itis dapat dijdisebabkan

ngakibatkan vehingga saat kar dapat mehan bakar y

seperti inian bakar densehingga bahterbakar da

bakar yang

makin besarnrbakar makadi dalam ruan membes

meningkatkan eh motor bakaran daya yang dengan penerti yang tern daya motoremperatur 90an mencapai ban pada moto

dihasilkan mdengan sola

ai terjadi petor melampa

ini dapat terjamperatur solarmenjadi lebihmempersingkan (ignition akaran dapa

persiapan bahpenginjeksi

kar tersebut minya. Denganardex akan epat untuk mya. ini perlu juga injeksian bahhir langkah kikan dengan karan. Jika plu singkat s

han bakar cuktitik mati atakibat pem

sebelum pistonkan suatu

pembakaran k mendoron

k Mesinversitas Pan

a maksimal 13000W. jelaskan baoleh peman

viscositas soladiinjeksikan

embentuk butang lebih hi maka prngan udara ahan bakar a

an menyebabg terbakar a

nya jumlah baka peningkauang bakar aksar yang p

torsi dan dr.

g terjadi ini tiningkatan berlihat pada grr pada peman0ºC hanya te

2600 Watt or terus dinaikmotor menurdex yang tinurunan set

aui beban 3

adi karena dendex akan men

h mudah terbkat periode

delay). Perat didefinisihan bakar yan bahan bmencapai konn meningka

menyebabmencapai kon

diperhatikan han bakar p

kompresi, danlamanya per

periode persiasedangakan

kup jauh sebeas (TMA) m

mbakaran Ban mencapai TMkerugian ka

yang seharug piston p

ncasila

1693

ahwa nasan ardex n ke tiran-halus. roses akan akan bkan akan

ahan atan kibat

pada daya

idak eban

grafik nasan erjadi

dan kkan

urun. idak telah 3000

ngan enye-akar per-

riode ikan yang bakar ndisi

atkan bkan ndisi

saat pada n hal riode apan saat

elum maka ahan MA, arena usnya pada

Semi

langkah karena sesaat pistobila kenterlalu bmotor tekerusakantekanan karena leruangan gerakan diharapkatemperatusaat penmenghindsehingga kerja akasaja dengdengan ptepat dapdibandingsolardex peningkat

Padsfc bila s90°C mekg/kWh 62,2%. Dsolardex ysebesar berlangsunPenurunantemperatupersiapan bila terlalcepat akanTMA (padpuncak juTMA dan tersebut skerja. Denberkurang bakar spes

Gambar

nar NasionJa

ekspansi/keebagian tekann belum menaikan tekan

besar melebersebut makn pada motoyang terlalu

edakan bahanyang sem

piston ke Tan dengan ur solardex

nginjeksian bdari kerugian

tenaga yang an semakin gan kombinpengaturan spat dihasilkang percobaan

dengan tean daya rata-rda grafik 3.3 solardex dipaenghasilkan atau penurun

Dibandingkan yang hanya m

0,61 kWhng pada ben ini dapatur yang pembakaran

lu singkat mn terjadi jauhda langkah komuga terjadi saini merupaka

seharusnya dngan demikian

dan meningsifik.

5. Grafik HuDengan S


erja menjadinan pembakancapai TMA,nan dalam rbihi kekuatanka dapat mor itu sendiru besar ini n bakar ter

makin menyeTMA. Oleh

penyesuayang disupbahan bakar

n tenaga yatersedia untbesar. Bahk

nasi temperasaat penginjen tenaga yann saat memperatur 9rata sebesar 15tampak adany

anaskan padasfc terendahnan sfc ratadengan tanp

menghasilkanh. Penurunaeban motor t terjadi kalebih ting

akan semakinmaka periode h sebelum pismpresi) sehinaat piston belan kerugian kdigunakan unn daya yang dingkatkan kon

ubungan AntarSfc

Mesin 201tober 2012

B43

i berkurangaran terbuang, selain ituruang bakarn konstruksi

menyebabkanri, kenaikandapat terjadirjadi dalamempit karena

karena ituian antaralai dengan

r akan dapatang terbuangtuk langkahkan mungkintur solardexeksian yang

ng lebih besarmenggunakan90°C (yaitu59,56%). ya penurunana temperaturh pada 0,21-rata sebesar

pa pemanasann sfc terendahan terbesar1600 Watt.

arena padaggi perioden singkat. Dan

pembakaranston mencapaingga tekananlum mencapaiarena tekananntuk langkahihasilkan akan

nsumsi bahan

ra Beban

g g u r i n n i

m a u a n t g h n x g r n u

n r

r n h r . a e n n i

n i n h n n



Bila motor diberi beban yang semakin

besar harga sfc-nya cenderung semakin membesar, hal ini dapat disebabkan karena semakin besar beban motor maka semakin singkat pula waktu yang tersedia untuk pembakaran, singkatnya waktu yang tersedia ini menyebabkan sebagian bahan bakar tidak sempat terbakar dan akhirnya terbuang begitu saja, dengan demikian maka semakin meningkatlah harga sfc yang terukur. Sedangkan pada saat motor bekerja pada beban yang rendah harga sfc-nya juga cenderung membesar, hal ini dapat disebabkan karena adanya beban motor untuk menjalankan peralatan penunjang misalnya pompa injeksi bahan bakar. Pada saat beban motor masih rendah maka daya yang dihasilkan juga masih kecil sehingga jika diberi beban maka akan semakin kecil lagi daya yang dapat digunakan dan pada akhirnya akan meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik.

Pada grafik sfc terhadap beban juga nampak adanya kecenderungan garis sfc untuk solardex yang dipanasi mempunyai harga yang lebih rendah bila dibandingkan dengan solardex yang tidak dipanasi. Kecenderungan ini dapat disebabkan karena dengan pemanasan akan membuat solardex menjadi lebih mudah terbakar sehingga membutuhkan waktu yang lebih singkat untuk mencapai kondisi penyalaan sendirinya dan hal inilah yang nantinya akan mengkompensasi keterbatasan waktu yang tersedia untuk pembakaran pada saat beban motor yang tinggi sehingga persentase bahan bakar yang tidak terbakar dapat dikurangi dan daya yang dihasilkan juga lebih besar yang pada akhirnya akan menurunkan harga sfc.

4. KESIMPULAN

Setelah dilakukan pemanasan terhadap bahan bakar solardex pada suhu 90ºC pada motor diesel satu silinder putaran stasioner membawa beberapa perubahan, diantaranya dengan meningkatnya daya dan torsi serta penurunan terhadap konsumsi bahan bakar spesifik.

Torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 29,73 Nm dan Daya maksimal 4670 W pada beban 2600 W atau terjadi peningkatan daya rata–rata sebesar 159,56% dibandingkan dengan penggunaan solardex tanpa pemanasan atau pada temperatur 30ºC yang hanya menghasilkan Torsi maksimal sebesar 10,77 Nm dan daya maksimal 1693 W yang diperoleh pada beban 3000W.

Pada penggunaan bahan bakar spesifik (sfc) terjadi penurunan yang optimal. Berdasarkan penelitian terjadi penurunan sfc

terendah pada 0,21 kg/kWh dibandingkan dengan menggunakan solardex tanpa dipanasan yang hanya menghasilkan sfc terendah pada 0,61 kg/kWh yang terjadi pada beban 1600 watt. Atau terjadi penurunan Sfc rata–rata sebesar 62,2% bila dibandingkan dengan tanpa pemanasan solardex atau pada suhu 30°C.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Esteban. B, Riba. JR, Baquero. G, Rius. A,

Puig. R.2012. Temperatur dependence of density and viscosity of vegetable oils. Biomass and Bioenergy. Volume 42.164-171

[2] Krisnangkura K, Yimsuwan T, Pairintra R. 2006. An empirical approach in predicting biodiesel viscosity at various temperatures. Fuel. Volume 85.107-113

[3] C. Tangsathitkulchai, Y. Sittichaitaweekul and M. Tangsathitkulchai.2004. Temperature effect on the viscosities of palm oil and coconut oil blended with diesel oil, Journal of the American Oil Chemists' Society. Volume 81, Nomor 4, 401-405

[4] Murni. 2010. Kaji Eksperimental Pengaruh Temperatur Biodiesel Minyak Sawit Tehadap Performansi Mesin Diesel Direct Injection Putaran Konstan, Thesis, Program Studi Magister Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Diponegoro, Semarang.

[5] Heywood, J. B. 1988. Internal Combustion Engine Fundamentals, Mc Graw Hill, Singapore.



(K2-27-14)

PENINGKATAN PERFORMANCE ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE MENGGUNAKAN INSERT UNTUK MENGURANGI KONSUMSI

BAHAN BAKAR SISTEM PEMBANGKIT TENAGA

Chandrasa Soekardi Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320


Abstract

In the electrical power generation, the combustion of fuel release heat that is transferred to raise steam under pressure. Fuel consumption of the system, at least to some extent, depends on the ability effectively the exchangers to transfer heat. Improvement of the heat exchanger performance can make a significant contribution to reduce fuel consumption. The influence of the helical wire and twisted-tape inserts on the heat transfer and pressure drop of a shell & tube heat exchanger was investigated experimentally. Firstly, the heat exchanger without insert was tested. The experimental results were compared with the analytical data of the smooth tubes. Secondly, the same exchanger with the helical wire is inserted in the inner of tubes was tested. The results showed that the enhancement factor for the heat exchanger performance of 0.9 to 1.2 is obtained. Thirdly, the exchanger with the twisted-tape is inserted in the inner of tubes was also tested. It was found that the exchanger have the performance enhancement factor of 1.4 to 1.9. Keywords: heat transfer intensification, heat transfer coefficient, pressure loss, heat exchanger tube, spiral

insert, twisted tape insert. 1. PENDAHULUAN

Konsumsi energi di berbagai industri di Indonesia, seperti di industri penyulingan minyak dan gas bumi, pabrik kertas dan pulp, industri kimia dasar, industri energi, telah demikian tinggi sehingga memerlukan beragam upaya peningkatan efisiensi dan konservasinya. Bagian terbesar dari energi bahan bakar tersebut, diproses dan dimanfaatkan di dalam beragam peralatan penukar kalor sebelum akhirnya dibuang ke lingkungan. Pada sistem pembangkit tenaga listrik misalnya, proses pembakaran bahan bakar menghasilkan energi dalam bentuk panas atau kalor yang kemudian ditransfer secara radiasi dan/atau konveksi ke dalam peralatan penukar kalor untuk memproduksi uap panas bertekanan. Efektifitas proses produksi uap panas tersebut sangat bergantung kepada kemampuan dan keandalan peralatan penukar kalor dalam menyerap energy panas gas pembakaran. Setelah aliran uap panas diekspansikan di dalam turbin untuk menghasilkan daya, kemudian dikondensasikan di dalam kondensor menggunakan aliran air atau udara sebagai media pendingin.

Efisiensi termal system pembangkit tenaga uap sangat bergantung kepada tinggi rendahnya tekanan uap di kondensor. Apabila tekanan uap di kondensor menurun dengan tingkat kebesaran yang sedikit saja maka efisiensi termal system dapat meningkat secara signifikan, yang berarti

efisiensi konsumsi bahan bakar. Tinggi rendahnya tekanan tersebut bergantung kepada efisiensi proses perpindahan energi panas aliran uap ke media pendingin di dalam kondensor. Pada jenis industri lainnya, seperti di industri petrokimia, makanan dan minuman, kimia, textil dan kertas, terdapat kemiripan di mana tingkat konsumsi energy bahan bakar sangat bergantung kepada keandalan dan efektivitas proses perpindahan energy panas di dalam peralatan penukar kalornya.

Jenis alat penukar kalor yang dipergunakan sangatlah beragam, dan masing masing dirancang untuk memenuhi kebutuhan yang spesifik. Namun demikian, alat penukar kalor jenis shell & tube merupakan jenis yang paling banyak dipergunakan karena konstruksinya relatif sederhana tetapi memiliki kemampuan yang tinggi dalam bekerja dengan banyak jenis fluida kerja. Salah satu metoda untuk meningkatkan efisiensi konversi energi di dalam alat penukar kalor tersebut adalah dengan memasang alat insert di dalam tube yang berfungsi sebagai pengintensif proses perpindahan panas. Alat tersebut mampu modifikasi karakteristik lapisan batas yang terbentuk di permukaan bagian dalam pipa sehingga intensitas turbulensi pada aliran utamanya dapat meningkat. Metoda tersebut dapat memperbaiki performance alat penukar sehingga capital cost, power cost, maintenance cost, space & weight dapat dibuat lebih efisien.



Dalam rangka turut serta memberikan kontribusi pada upaya pengurangan konsumsi energy bahan bakar pada instalasi industry dengan penerapan metode intensifikasi proses perpindahan energy panas maka serangkaian studi experimental skala laboratorium terhadap sebuah maket alat penukar kalor jenis shell & tube yang dipasangi alat insert di dalamnya telah dilakukan. Tujuan utamanya adalah mempelajari seberapa besar pengaruh inser kawat spiral (helical insert) dan insert jenis twisted-tape dengan ukuran tertentu terhadap efisiensi proses perpindahan energy panas dan kerugian tekanan aliran di dalam pipa alat penukar kalor. 2. KONSEP DASAR DAN KORELASI 2.1. Perpindahan Panas dan Kerugian Tekanan

Aliran di Dalam Pipa Apabila regime aliran fluida yang mengalir

di bagian dalam pipa penukar kalor turbulen maka koefisien perpindahan panas konveksinya hi dapat dievaluasi melalui persamaan berikut [1] :

Pr.Re.c

w

baii Cdh

Nu

(1)

di mana Nu adalah bilangan Nusselt, Re bilangan Reynolds, dan Pr bilangan Prandtl. Sedangkan dI adalah diameter dalam pipa, konduktifitas termal fluida, viskositas fluida yang dievaluasi pada temperatur rata rata aliran di dalam pipa, dan w dievaluasi pada temperatur permukaan bagian dalam pipa. Indeks a pada persamaan di atas pada umumnya berharga 0,8 sedangkan indeks b harganya dapat bervariasi dari 0,3 sampai dengan 0,4. Indeks c untuk aliran di dalam pipa biasanya berharga 0,14. Sementara itu harga konstanta C adalah 0,021 apabila fluida kerjanya adalah gas. Sedangkan untuk cairan nonviskos C adalah 0,023 dan C adalah 0,027 bagi cairan biasa [1].

Dalam keadaan kondisi alirannya laminer maka koefisien perpindahan panasnya dapat dievaluasi melalui persamaan berikut [2]:

Pr.Re.86,114,033,0

33,0

w

e

L

dNu

(2)

Di sini de adalah diameter equivalen dan L panjang pipa.

Koefisien perpindahan panas biasanya dinyatakan pula dalam bentuk faktor perpindahan panas, Jh yang didefinisikan sebagai berikut [3]:

Pr.

14,0

67,0

wh StJ

(3)

Di sini St adalah bilangan Stanton yang diberikan oleh persamaan berikut :

Pr.Re

NuSt (4)

Sementara itu kerugian tekanan bagi aliran

di dalam pipa penukar kalor pada pokoknya disebabkan oleh adanya efek gesekan aliran dengan permukaan dalam pipa dan adanya tahanan aliran karena adanya kontraksi dan ekspansi aliran di dalam susunan pipa. Besarnya kerugian tekanan di dalam pipa tersebut dapat dievaluasi dengan persamaan berikut [4]:

2

.82 m

w

t

if

u

d

LJP

(5)

di mana Jf adalah faktor gesekan, L panjang efektif pipa, dan harga konstanta m adalah 0,25 apabila alirannya laminer dan m adalah 0,14 bila alirannya turbulen. Apabila jumlah lintasan aliran di dalam pipa juga akan diperhitungkan maka persamaannya menjadi [4]:

2

5,2.82t

m

wifp

u

d

LJNP

(6)

dengan Np jumlah lintasan aliran di dalam pipa penukar kalor. 2.2. Perpindahan Panas pada Aliran di

permukaan luar Pipa. Koefisien perpindahan panas bagi aliran

fluida yang mengalir di luar pipa atau di sisi shell selain bergantung kepada geometrinya juga sangat bergantung kepada konfigurasi alirannya. Adanya sekat sekat pada berkas pipa menyebabkan karakteristik aliran fluida merupakan hasil kombinasi dari aliran silang di antara sekat sekat dan aliran axial yang melewati jendela jendela sekat. Besarnya koefisien perpindahan panas tersebut dapat dievaluasi dengan mempergunakan metoda Kern [4]. a). Besarnya koefisien perpindahan panas di sisi shell, ho dapat diperkirakan dari persamaan bilangan Nusselt berikut [4]:

Pr Re J = h

=u0,14

1/3h

o

wf

e

k

dN

(7)



Di sini faktor perpindahan panas pada sisi shell, Jh merupakan fungsi dari bilangan Reynolds, Baffle-cut dan bentuk susunan berkas pipa dan dapat diperoleh melalui data-data eksperimental, seperti dari Pustaka [3]. b). Sementara itu Bilangan Reynolds, Re bagi aliran fluida di sisi shell dapat dievaluasi melalui perasamaan:

u

= G

=Re ss

ee dd

(8)

dalam hal ini kecepatan massa aliran, Gs dan kecepatan liniernya, us dapat dievaluasi melalui persamaan :

G

=udan ss s

ss A

WG (9)

yang mana Ws adalah laju aliran massa fluida di dalam shell, dan massa jenis fluida. Di samping itu, diameter ekuivalen atau diameter hidraulik pada sisi shell, de dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut, dimana : Untuk susunan pipa segi empat :

)d 758,0(p d

1,27=d 2

o2t

oe (10)

Untuk susunan pipa segitiga :

)d 917,0(p d

1,10=d 2

o2t

oe (11)

c) Luas penampang aliran di antara berkas berkas pipa, As dapat dievaluasi melalui persamaan :

.).(

t

Bsots p

lDdpA

(12)

di sini pt adalah jarak di antara pipa (tube pitch), do diameter luar pipa, Ds diameter dalam shell, dan lB jarak di antara baffle. 2.3 Alat Pengintensifikasi Proses Perpindahan

Panas di Dalam Pipa Jenis alat insert yang dapat dipergunakan

adalah alat insert pelat logam berbentuk helix, insert kawat spiral dan/atau insert matrix kawat logam. Intensifikasi proses perpindahan panas di dalam pipa dapat terjadi karena beberapa hal [5]: a. Alat insert dapat menyebabkan lapisan batas

yang terbentuk pada permukaan dalam pipa

menjadi lebih kecil ketebalannya. Hal ini terjadi terutama apabila regime aliran di dalam pipa turbulen.

b. Alat insert pelat logam yang berbentuk helix (twisted-tape) dapat menghasilkan pola aliran yang menghasilkan peningkatan kecepatan sirkulasi fluida dan melahirkan efek sirkulasi sekunder di daerah dekat permukaan pipa. Mekanisme tersebut akan sangat dominan apabila sudut kemiringan helix dengan sumbu pipa dibuat cukup rendah. Apabila terdapat kontak yang baik antara insert tersebut dengan permukaan bagian dalam pipa maka akan diperoleh penambahan luas permukaan perpindahan panas karena adanya efek sirip.

c. Insert jenis matrix dapat menghasilkan peningkatan efek pencampuran pada aliran fluida.

d. Insert kawat spiral dengan diameter kawat yang cukup besar juga dapat berperan sebagai promotor peningkatan efek pencampuran.

Menurut Baudelet [6] parameter geometri yang penting bagi insert tersebut adalah ratio antara diameter luar insert kawat spiral dengan diameter dalam permukaan pipa. Apabila ratio tersebut cukup besar maka efek turbulen akan lebih dominan daripada efek mekaniknya. Lopina & Bergles [7] memberikan gambaran bahwa dengan mempergunakan insert pelat logam berbentuk helix maka koefisien perpindahan panasnya dapat meningkat dengan faktor 2 sampai 4 bergantung kepada parameter geometri insert yang dipergunakan dan kondisi operasinya. 3. PENGUJIAN PERFORMANCE ALAT

PENUKAR KALOR Untuk mempelajari seberapa besar

pengaruh alat insert yang dipasang pada permukaan bagian dalam pipa terhadap laju perpindahan panas di dalam alat penukar kalor maka serangkaian pengujian telah dilakukan. Pada tahap pertama pengujian dilakukan terhadap alat penukar kalor tanpa dipasangi alat insert. Pada tahap kedua, dengan kondisi pengujian yang sama, pengujian dilakukan terhadap alat penukar kalor tetapi dipasangi alat insert kawat spiral. Sedangkan pada tahap ketiga, alat penukar kalor dipasangi alat insert jenis twisted-tape.

Alat penukar kalor yang menjadi objek studi adalah sebuah maket alat penukar kalor jenis shell & tube, yang terdiri dari seberkas pipa berdiameter dalam 25,4 mm, tebal pipa 2,11 mm, panjang pipa 1994 mm, dan dengan jumlah pipa 52 buah. Sementara itu bagian shell berdiameter dalam 304,8 mm. Aliran air panas dialirkan ke dalam pipa, sementara itu sebagai media pendingin dipergunakan aliran air dingin yang



dialirkan pada bagian shell nya. Alat tersebut kemudian dipasang pada sebuah instalasi pengujian yang telah dirancang secara khusus yang terdiri dari dua sirkuit aliran fluida. Sirkuit primer adalah sirkuit aliran air panas yang berperan sebagai penghasil fluida proses, sedangkan sirkuit sekunder merupakan sirkuit fluida pendingin. Masing-masing sirkuit dilengkapi dengan sebuah pompa sentrifugal yang berfungsi mensirkulasikan aliran air di dalam sirkuit.

Gambar 1. Dimensi dan geometri inser kawat spiral yang diuji

Laju alirannya dikontrol oleh sebuah alat

ukur laju aliran yang dapat dikendalikan secara otomatis. Sebuah pemanas elektrik yang dipasang pada sirkuit primer dapat memanaskan aliran air sampai temperatur maksimum 90 oC dan dilengkapi dengan sebuah regulator sehingga memungkinkan dilakukannya kontrol terhadap temperatur aliran air panas pada saat masuk ke dalam alat penukar kalor.

Untuk mendinginkan aliran air panas yang berasal dari alat penukar kalor pada sirkuit sekunder dipergunakan sebuah cooling tower berukuran kecil. Sejumlah alat ukur juga dipergunakan pada sirkuit sekunder untuk mengontrol laju aliran air pendingin, temperatur, dan tekanan. Pengamatan performance termal alat penukar kalor yang diuji sebagai fungsi waktu dapat dilakukan berkat adanya pengukuran secara kontinyu terhadap temperatur dan tekanan serta laju aliran massanya. Gambar 2. Dimensi dan geometri inser pelat

logam berbentuk helix yang diuji

Pengujian dilakukan dengan cara memvariasikan laju aliran fluida kerja air panas dari 4 kg/s sampai dengan 7 kg/s, sementara itu laju aliran massa air pendinginnya dipertahankan konstan pada harga 6 kg/s. Temperatur rata-rata air panas yang masuk ke dalam penukar kalor dipertahankan konstan pada harga 71 oC. Sedangkan temperatur rata rata air pendingin masuk ke dalam penukar kalor dipertahankan konstan pada harga 50 oC. Dengan melakukan serangkaian pengujian pada berbagai kondisi pengoperasian maka karakteristik perpindahan panas dan kerugian tekanan di dalam pipa dapat dipelajari. Insert kawat spiral dan insert twisted-tape yang dipergunakan memiliki parameter geometri yang sama yaitu sebesar 0,85. Parameter tersebut menggambarkan perbandingan antara diameter luar alat insert dan diameter dalam pipa. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil serangkaian pengujian tahap pertama, yang kemudian dipergunakan untuk perhitungan kesetimbangan termal bagi kedua aliran fluida yang mengalir di dalam penukar kalor, memberikan hasil-hasil seperti diberikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Karakteristik perpindahan panas aliran

di dalam pipa fungsi bilangan Reynolds.

Apabila diperbandingkan dengan hasil

perhitungan secara analitik dengan kondisi termal yang sama dapat dicatat bahwa pada daerah operasi bilangan Reynolds antara 38000 sampai dengan 67000 hasil pengujian berada di dalam batas batas yang cukup baik.

Gambar 4. Karakteristik kerugian tekanan



di dalam pipa fungsi bilangan Reynolds. Hal ini mengkonfirmasikan bahwa pemilihan dimensi dan geometri alat penukar kalor yang diuji cukup baik.

Hasil pengujian kerugian tekanan aliran air di dalam pipa penukar kalor, yang kemudian diperbandingkan dengan hasil perhitungan analitik, disajikan pada Gambar 4. Dapat dicatat bahwa hasil pengukuran ini juga memberikan hasil yang cukup memuaskan, di mana perbedaan antara kerugian tekanan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan rata-rata sekitar 16,8 %.

Hasil pengujian tahap kedua dan ketiga, dimana alat penukar kalor dipasangi alat insert, diberikan pada Gambar 5 dan Gambar 6.

Gambar 5. Karakteristik perpindahan panas aliran di dalam pipa penukar kalor dengan dan tanpa alat insert.

Koefisien perpindahan panas, saat alat penukar kalor dipasangi insert kawat spiral, meningkat dengan kebesaran 1,3 sampai dengan 1,6 kali lipat pada daerah bilangan Reynolds 38000 sampai dengan 67000, atau pada harga laju aliran 4 kg/s sampai dengan 7 kg/s.

Gambar 6. Karakteristik kerugian tekanan aliran di dalam pipa penukar kalor dengan dan tanpa alat insert.

Sedangkan dengan mempergunakan insert pelat helix, intensifikasi proses perpindahan panas dapat meningkat dari 2,4 sampai dengan 4,6 kali lipat.Bersamaan dengan dipasangnya alat insert kawat spiral kerugian tekanannya juga naik

dengan kebesaran dari 1,1 sampai dengan 1,4 kali lipat. Sedangkan dengan alat insert pelat helix, kerugian tekanannya naik dari 1,7 sampai dengan 2,4 kali lipat. Walaupun memberikan dampak negatif pada kerugian tekanan, namun kenaikan efektifitas perpindahan panas di dalam alat penukar kalor lebih besar sehingga faktor perbaikan performancenya positif. Dengan menggunakan insert kawat spiral diperoleh harga faktor perbaikan performance dari 0,9 sampai dengan 1,2. Sedangkan saat menggunakan insert jenis twisted-tape faktor kenaikan performancenya 1,4 sampai dengan 1,9. 5. KESIMPULAN

Serangkaian pengujian terhadap sebuah alat penukar kalor jenis shell & tube, untuk mempelajari seberapa besar pengaruh pemasangan insert terhadap efisiensi proses perpindahan panas dan kerugian tekanan, telah dilakukan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa :

1. Dengan dipasangnya insert kawat logam berbentuk spiral, koefisien perpindahan panas aliran di dalam pipa meningkat dari 126,5 % sampai dengan 160,2 % pada daerah di mana bilangan Reynoldsnya dari 38000 sampai dengan 67000.

2. Saat dipasangi insert twisted-tape (pelat logam berbentuk helix), koefisien perpindahan panasnya meningkat dari 244 % sampai dengan 463,8 %.

3. Bersamaan dengan meningkatnya intensifikasi perpindahan panas karena dipasangi alat insert, kerugian tekanan aliran di dalam pipa juga meningkat. Namun faktor perbaikan performance alat penukar kalor secara keseluruhan positif.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Incropera, F.P and De Witt, D.P, 1990,

“Fundamentals of Heat & Mass Transfer”, 3th ed., John Wiley & Sons, New York

[2] Perry R. H and Chilton, 1984, “Chemical Engineer’s Hand Book”, 5th Edition, McGraw-Hill, New York

[3] Coulson, S.M and Richardson, J.F., 1983, “Chemical Engineering”, vol 6, 4th ed., Mc. Graw Hill, New York

[4] Keith Escoe, A., 1986, “Mechanical Design of Process Systems”, vol. 2, Gulf Pub. Company, Houston Texas

[5] Arthur P. Fraas, 1989, “Heat Exchanger Design Handbook”, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York

[6] Baudelet C., 1992, “Spirelf system for improved heat exchanger efficiency”, Fouling



Mechanisms – Theoritical and Practical Aspects, Proceeding of the Eurotherm Seminar No. 23

[7] Lopina, R.F. and Bergles, A.E., 1969, “Heat transfer and pressure drop in tape generated swirl flow of single phase water”, Trans. ASME., J. Heat Transfer 91

[8] Gnielinski V., 1976, “New Equation for Heat & Mass Transfer in Turbulen pipe and channel flow”, International Chemical Engineering, vol. 16

[9] Epstein, N., 1978, ”Fouling in Heat Exchangers”, Heat Transfer Engineering, vol 6, New York

[10] Kakac, S., 1987, ”Boilers, Evaporators, and Condensers”, chapter 4, John Wiley & Sons, New York



(K2-28-15)

OPTIMALISASI DESIGN ALAT ECONOMIZER SEBUAH HRSG INSTALASI PEMBANGKIT TENAGA GAS-UAP UNTUK

MENINGKATKAN EFISIENSI ENERGI

Chandrasa Soekardi Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320


Abstract

The energy efficiency of a gas-steam power plant depends on the ability of the heat recovery steam generator (HRSG) to recover heat. Improved economizer design can make a significant contribution to increase the heat removal in HRSG system that in turn increases the energy efficiency. This paper presents the optimization design of an economizer which account for time dependence of fouling. The main objective of this study is to estimate the minimum dimension required for a given heat duty. Various design variables such as cleaning interval, thermal constraint for cleaning, tube diameter, pitch ratio, and tube layout are considered. Simultance optimization of these variables was tried and 18 design configurations have been experimented. The effect of the design variables and its constraints on the number of tubes are discussed. The results showed that the optimal design conditions for the economizer will be at tube diameter 2.5 inch, tube layout 30o or 45o, pitch ratio 1.25, cleaning interval 9 months, thermal constraint for cleaning of 30% higher the initial condition.

Keywords: economizer, cleaning interval, tube diameter, tube layout, pitch ratio, thermal constraint for cleaning.

1. PENDAHULUAN

Pada instalasi pembangkit tenaga uap, proses pembakaran bahan bakar menghasilkan energi panas yang dipergunakan untuk memproduksi uap bertekanan di dalam boiler dan selanjutnya uap tersebut dipergunakan untuk menghasilkan daya pada turbin. Setelah itu, sisa aliran gas panas dengan temperature tertentu yang masih memiliki energy panas dibuang ke lingkungan. Apabila energy panas tersebut dimanfaatkan dan temperature gas buangnya dapat diturunkan sebesar 5 oC atau sekitar 40 oF maka akan dapat diperoleh peningkatan sebesar 1% efisiensi pemakaian energy bahan bakar [1,2,3].

Pemanfaatan energy panas tersebut dapat dilakukan dengan menerapkan beberapa jenis alat Heat Recover, seperti economizer, air heater, evaporator HRSG, superheater. Agar alat tersebut dapat bekerja optimal diperlukan proses pertukaran energy panas yang terjadi di dalam alat tersebut secara efektif dan efisien. Kondisi tersebut dapat terjadi apabila alat yang dipergunakan memiliki design yang optimal.

Economizer pada dasarnya merupakan alat pemanas awal aliran air sebelum fluida tersebut mengalami proses penguapan di dalam evaporator. Alat tersebut terdiri dari seberkas susunan tube atau pipa penukar kalor di mana di dalamnya mengalir aliran air. Sementara itu aliran gas panas mengalir dalam arah menyilang pada permukaan luar berkas pipa. Apabila alat

economizer dapat bekerja optimal maka proses selanjutnya yang terjadi di evaporator dapat dioptimalkan sehingga energy panas yang diperlukan dapat dibuat lebih rendah. Hal tersebut akan memberikan kontribusi pada penignkatan efisiensi thermal bahan bakar secara keseluruhan.

Sebagai objek studi di dalam penelitian ini adalah alat economizer yang merupakan salah satu komponen penting, di samping alat superheater dan evaporator, di dalam system HRSG (Heat Recovery Steam Generator) sebuah instalasi PLTGU (Pusat Listrik Tenaga Gas-Uap). Hasil pengujian [4] yang telah dilakukan menunjukkan bahwa alat tersebut harus mengalami maintenance untuk cleaning lebih sering daripada yang seharusnya, yaitu dua kali per tahun, sehingga biaya maintenance menjadi tinggi. Salah satu penyebab utamanya adalah dampak dari metode design conventional yang telah diterapkan terhadap alat tersebut di mana dalam proses perhitungan designnya dipergunakan factor fouling yang harganya konstan. Padahal dalam pengoperasiannya factor fouling tumbuh meningkat secara bertahap sesuai dengan waktu pengoperasian.

Peralatan penukar kalor yang dirancang dengan menggunakan factor pengotoran yang konstan yang diperoleh dari standar design tertentu, pada saat mulai dioperasikan sering mengalami kondisi di mana kecepatan aliran harus dioperasikan pada harga yang lebih rendah karena gradient temperaturenya lebih tinggi



daripada seharusnya [5,6,7]. Kondisi aliran seperti itu akan memicu meningkatnya laju pertumbuhan deposit di permukaan sehingga kinerja alat penukar kalor menjadi cepat menurun dan selanjutnya harus sering mengalami maintenance untuk cleaning.

Pada studi ini akan diterapkan metode design yang lebih rational terhadap alat economizer yang sama, dengan kondisi termal yang juga sama, namun dengan menggunakan data factor fouling fungsi waktu serta dengan memperhitungkan factor cleaning interval. Optimalisasi design dilakukan, selain untuk mempelajari pengaruh kedua factor tersebut di atas, juga untuk mempelajari pengaruh factor geometri seperti: ukuran tube, jarak antar tube, bentuk susunan tube, jumlah laluan tube. Selain untuk memperoleh dimensi alat yang optimal agar terjadi penghematan material, optimasi design juga akan mengakibatkan terjadinya penghematan energy pemompaan fluida kerja saat alat tersebut dioperasikan.


Pada saat sebuah alat penukar kalor mulai dioperasikan kondisi permukaan perpindahan panasnya belum mengalami pengotoran permukaan yang berarti, dan laju pertukaran energy panas di dalam alat tersebut, Qc dapat dievaluasi menggunakan persamaan berikut:

mcccc TAUQ (1)

Dengan Uc koefisien perpindahan panas

global di mana kondisi permukaannya masih bersih, Ac luas permukaan perpindahan panasnya, dan ΔTmc beda temperature rata-rata logaritmik di antara kedua aliran fluida kerjanya.

Kemudian, setelah alat penukar kalor dioperasikan selama kurun waktu tertentu yang cukup panjang permukaan perpindahan panasnya akan mengalami pengotoran, dan laju pertukaran energy panas di dalam peralatan penukar kalornya, Qf menjadi :

mffff TAUQ (2)

Dengan Uf koefisien perpindahan panas global kondisi permukaan kotor, Af luas permukaan perpindahan panasnya, dan ΔTmf beda temperature rata-rata logaritmik di antara kedua aliran fluida kerjanya. Sedangkan, hubungan antara koefisien perpindahan panas global kondisi permukaan kotor dan koefisien perpindahan panas global kondisi permukaan masih dapat dinyatakan oleh persamaan berikut:

foficf

RRUU

11

(3)

Dengan Rfi tahanan termal pengotoran bagi

deposit di permukaan dalam pipa/tube, Rfo tahanan termal pengotoran bagi deposit di permukaan luar pipa/tube.

Bagi kebanyakan peralatan penukar kalor yang dipergunakan di industry karakteristik factor fouling atau tahanan termal lapisan pengotoran fungsi waktu pada kedua sisi dinding pemisahnya pada umumnya berbentuk asymptotic :

cff t

tRR exp1*

(4)

Dengan *fR harga tahanan termal

asymptotic dan tc konstanta waktu.

Selanjutnya, apabila sebuah alat penukar kalor dioperasikan dengan kondisi beban termalnya dipertahankan konstan maka dapat diperoleh persamaan berikut:

ff

cc

mc

mf

AU

AU

T

T

(5)

Dalam praktek, pada umumnya tebal lapisan pengotoran ukurannya jauh lebih kecil dibandignkan dengan ukuran diameter tubenya sehingga perbedaan antara besaran Ac dan Af pada persamaan tersebut di atas dapat dianggap kecil. Oleh karena itu persamaan tersebut di atas dapat dituliskan seperti berikut :

fcf

c

mc

mf RUU

U

T

T

.1 (6)

Dalam hal alat penukar kalor dioperasikan dengan kondisi operasi beda temperature rata-ratanya dipertahankan konstan maka dapat diperoleh persamaan :

fcc

f

RUQ

Q

.1

1 (7)

Dalam perancangan sebuah alat penukar kalor, tujuan utamanya adalah menentukan dimensi utamanya sesuai dengan spesifikasi design yang telah ditentukan. Dimensi utama



tersebut dinyatakan oleh luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan untuk beban termal dan kondisi operasi tertentu. Pada alat penukar kalor jenis shell & tube, dimensi utamanya dapat direpresentasikan dalam bentuk banyaknya tube, yang jumlahnya dapat diestimasi menggunakan persamaan berikut [8]:

22

2

785,0o

st

dPR

D

CL

CTPN (8)

Dimana Nt Jumlah tube/pipa, CTP Konstanta jumlah pass, CL Konstanta susunan pipa, PR Pitch ratio, dan do Diameter luar pipa. Sedangkan diameter shellnya Ds dapat diperkirakan besarnya menggunakan persamaan berikut :

502

6370

,

oos

LCTP

dPRACL,D

(9)

Dengan Ao luas permukaan luar pipa, dan L panjang pipa. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam studi ini design alat economizer yang menjadi objek studi dilakukan dengan batasan termal yang sama dengan alat yang ada sebelumnya [2]. Laju aliran massa gas hasil pembakaran adalah 878204 lbm/h, sementara itu laju aliran massa airnya 263158 lbm/h. Temperature aliran gas masuk alat economizer adalah 475 oF, dan temperature keluarnya 272 oF dengan factor fouling 0,001 ft2oF.h/Btu. Sedangkan temperature aliran air masuk alat tersebut adalah 227 oF, temperature keluarnya 398 oF, dengan factor fouling yang sama 0,001 ft2oF.h/Btu, dan beban termalnya 46,39 MBtu/h

Selanjutnya, alat economizer hasil perancangan direncanakan akan dioperasikan pada kondisi beban termal konstan. Factor fouling total kedua fluida kerjanya dianggap memiliki karakteristik asymptotic seperti pada Gambar 1, dengan factor fouling asymptotic sebesar 0,002 ft2oF.h/Btu, dan konstanta waktu 9 bulan.

Gambar 1. Factor fouling total aliran gas-air pada alat economizer HRSG

Selanjutnya, dalam perancangan ini akan dipelajari pengaruh secara simultan beberapa factor termal dan factor geometri. Cleaning interval akan divariasikan tiga harga yang berbeda-beda, yaitu : 9 bulan, 12 bulan, 15 bulan. Batasan termal untuk cleaning, yaitu kenaikan beda temperature rata-ratanya terhadap kondisi initialnya, akan divariasikan pada harga : 20%, 25%, 30%. Sedangkan ukuran tube dipilih tiga ukuran yang berbeda-beda yaitu : tube yang berukuran: 1,50 inch, 2 inch, 2.50 inch. Kemudian, jarak antar tube (pitch ratio) dipilih : 1.25 , 1.35 , 1.50. Sedangkan bentuk susunan tube dipilih : 30o , dan 45o. Selanjutnya, dengan batasan perancangan seperti tersebut di atas dan dengan mempergunakan matrix experiment Taguchi [9] maka ruang lingkup perhitungan perancangan dapat ditentukan seperti diberikan pada table 1 (lihat Lampiran).

Gambar 2. Pengaruh masing-masing factor dan

level terhadap jumlah tube

Dari hasil perhitungan di atas dapat dipelajari besarnya pengaruh secara simultan faktor-faktor yang menjadi objek studi seperti telah ditetapkan di dalam batasan perancangan terhadap jumlah tube hasil perhitungan perancangan. Setelah itu, kondisi perancangan yang memberikan hasil design yang paling optimum juga dapat diidentifikasi.

Gambar 2 memperihatkan besarnya pengaruh rata-rata masing-masing factor terhadap dimensi utama atau jumlah tube yang diperlukan oleh alat economizer. Dari hasil tersebut terlihat bahwa factor ukuran tube dan factor batasan termal cleaning pengaruhnya yang paling signifikan dibandingkan dengan factor lainnya di mana besarnya pengaruh rata-ratanya adalah sekitar 39% (gambar 3).

Factor jarak antar tube (pitch ratio) pengaruhnya tidak terlalu besar. Bahkan factor bentuk dan susunan tube yang dipilih dalam studi ini, yaitu susunan tube 30o dan susunan tube 45o, praktis tidak memberikan pengaruh apa-apa terhadap hasil perhitungan jumlah tube.



Gambar 3. Besarnya pengaruh masing-masing

factor (%) dan level terhadap jumlah tube

Selanjutnya, dari hasil analisis pengaruh rata-rata factor-faktor tersebut di atas kondisi perancangan yang memberikan hasil perhitungan jumlah tube yang paling optimum atau paling ekonomis dapat diidentifikasi. Dimensi alat economizer yang paling ekonomis, yaitu dengan jumlah tube sebesar 127, dapat diperoleh apabila alat tersebut dirancang dengan menggunakan tube berukuran 2,5 inch, yang dipasang dengan jarak antar tube (pitch ratio) sebesar 1,25 dan dengan cleaning interval 9 bulan. Dalam hal ini cleaning dilakukan pada saat tercapai kondisi di mana beda temperature rata-rata di antara kedua fluida kerjanya telah mencapai harga 30% lebih tinggi dari kondisi initialnya.

4. KESIMPULAN

1. Serangkaian optimalisasi design alat economizer sistem HRSG sebiah instalasi PLTGU, dengan tujuan untuk memberikan kontribusi terhadap peningkatan efektifitas proses produksi aliran uap air sehingga efisiensi pemakaian bahan bakar instalasi pembangkit listrik dapat meningkat, telah dilakukan.

2. Kecenderungan pengaruh secara simultan faktor-faktor cleaning interval, batasan termal cleaning, ukuran tube, jarak antar tube, dan bentuk dan susunan tube terhadap dimensi utama alat economizer hasil design telah dipelajari dan dipergunakan untuk mengidentifikasi kondisi perancangan yang paling optimal bagi alat economizer.

3. Dimensi utama alat economizer yang paling economis dapat diperoleh dengan kondisi perancangan di mana dipergunakan tube dengan ukuran 2,5 inch yang dipasang dengan jarak antar tube (pitch ratio) sebesar 1,25. Cleaning interval dipilih 9 bulan di mana pada saat tersebut beda temperature rata-rata di antara kedua fluida kerjanya telah mencapai harga 30% lebih tinggi dari kondisi initialnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Shook, James R., 1991, “Recover Heat from Flue Gas”, Chemical Engineering Progress, June

[2] El-Wakil, M. M, 1985, Power Plant Technology, McGraw-Hill Book Co, Singapore

[3] Kakac, 1987, S.,”Boilers, Evaporators, and Condensers”, chapter 4, John Wiley & Sons, New York

[4] Sumarjo, Jojo, 2010 , “Analisis Economizer pada Heat Recovery Steam Generation di Turbin Gas#2 dengan daya keluaran 32 MW”, Laporan Thesis, Magister Teknik Mesin, Universitas Pancasila

[5] Marner W.J., 1990, "Progress in Gas Side Fouling of heat Transfer Surfaces", Appl. Mech. Rev, Vol. 43

[6] Epstein N., 1988, " Particulate Fouling of Heat Transfer Surfaces : Mechanisms and Models, L .F Melo et al. Fouling Science and Technology, Kluwer

[7] Knudsen, J.G., 1991, ”Conquer Cooling Water Fouling”, Chemical Engineering Progress

[8] Kakac, Sadik & Liu, Hongtan, 2002, Heat Exchanger: Selection, Rating, and Thermal Design, CRC Press, USA

[9] Ross, Phillip J., 1996, “Taguchi Techniques for Quality Engineering”, McGraw-Hill, 2nd ed., New York

[10] Somerscales, E.F.C., 1988, “Fouling of Heat Transfer Surfaces: an historical review”, 25th Nat. Heat Trans. Conf, ASME, Houston

LAMPIRAN

Tabel 1. Hasil perhitungan dimensi utama (jumlah tube) alat economizer

Keterangan: CL factor bentuk dan susunan tube, do diameter luar tube, PR Pitch Ratio, DTf/DTc perbandingan beda temperature rata-rata setelah alat dioperasikan dengan kondisi initialnya.



(K2-31-17)

DESAIN ALAT APLIKATIF PEMANFAATAN LIMBAH PLASTIK POLIETILEN SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF

MESIN BENSIN

Ahmad Kholil, Eko Arif Syaefudin, Fani Anggriawan Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13220 E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak

Plastik merupakan salah satu bahan yang dihasilkan dari minyak bumi. Sampah plastik merupakan masalah bagi banyak negara karena plastik tidak dapat terurai di alam, maka sampah plastik harus didaur ulang. Cara yang dilakukan untuk menghasilkan minyak solar dari limbah plastik ini dengan cara mendistilasi plastik sampai berbentuk minyak dan dicampur dengan BBM dengan perbandingan tertentu agar dapat digunakan. Tujuan penelitian memanfaatkan BBM dari limbah plastik polietilen sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel dan bensin dan membandingkan campuran yang ideal. Variasi persentase campuran yang digunakan adalah 90% minyak solar dan 10% minyak distilasi plastik (C10), 80% minyak solar dan 20% minyak distilasi plastik (C20), 70% minyak solar dan 30% minyak distilasi plastik (C30), dan 60% minyak solar dan 40% minyak distilasi plastik (C40). Hasil diperoleh besarnya massa jenis adalah C10 : 0,8595 g/ml, C20: 0,8520 g/ml, C30: 0,8409 g/ml dan C40: 0,8306 g/ml. Pengukuran dengan skala derajat API didapatkan data, minyak solar sebesar 30,9196, C10 sebesar 33,1305, C20 sebesar 34,5798, C30 sebesar 36,7720, dan C40 sebesar 38,8587. Hasil pengujian opasitas gas buang terbaik didapat menggunakan bahan bakar C40 dengan putaran mesin stasioner 865-885 rpm didapatkan opasitas rata-rata sebesar 17,448%.

Kata kunci: Sampah plastik, polietilen, bahan bakar alternatif, mesin diesel dan bensin.

Abstract

Plastic is one of the materials produced from petroleum. Plastic waste is a problem for many countries because plastic does not decompose in nature, then the plastic waste to be recycled. Ways in which to produce diesel oil from waste plastic is a way to distill shaped plastic and mixed with fuel oil with a certain ratio to be used. The purpose of research utilizing fuel from waste polyethylene plastics as an alternative fuel and gasoline and diesel engines comparing the ideal mix. The variation percentage of the mixture used is 90% petroleum diesel and 10% petroleum distillate plastic (C10), 80% petroleum diesel and 20% petroleum distillate plastic (C20), 70% petroleum diesel and 30% petroleum distillate plastic (C30) , and 60% petroleum diesel and 40% petroleum distillate plastic (C40). Results obtained magnitude of the density of C10: 0.8595 g / ml, C20: 0.8520 g / ml, C30: 0.8409 g / ml and C40: 0.8306 g / ml. Measuring the scale of the data obtained degrees API oil, diesel amounted to 30.9196, 33.1305 for C10, C20 amounted to 34.5798, 36.7720 for C30 and C40 of 38.8587. Exhaust opacity test results obtained using the best fuel C40 with a stationary engine speed 865-885 rpm opacity earned an average of 17.448%.

Keywords: Waste plastic, polyethylene, alternative fuel, diesel and gasoline engines. 1. PENDAHULUAN

Energi adalah salah satu bagian terpenting dalam kehidupan manusia karena hampir semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi, tetapi beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang sangat penting di dunia. Energi fosil khususnya minyak bumi, merupakan sumber energi utama dan sumber devisa negara-negara penghasil minyak. Namun demikian, cadangan minyak bumi di dunia jumlahnya terbatas karena minyak bumi adalah sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui. Eksplorasi sumber minyak baru harus diawasi

dengan ketat sementara, kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan jumlah penduduk. Plastik merupakan salah satu bahan yang dihasilkan dari minyak bumi. Sampah plastik merupakan masalah bagi banyak negara karena plastik tidak dapat terurai di alam, maka sampah plastik harus didaur ulang. Karena tingginya jumlah sampah plastik yang dihasilkan daripada jumlah yang didaur ulang, menyebabkan plastik banyak yang menumpuk, plastik yang menumpuk adalah plastik yang digunakan sebagai pengemas makanan dan minuman. Oleh karena



itu perlu dilakukan penelitian untuk mengatasi permasalahan di atas yaitu dengan membuat energi alternatif dengan memanfaatkan limbah plastik menjadi bahan bakar minyak solar yang dapat digunakan pada mesin diesel dan bensin. Sampah plastik adalah barang yang dapat merusak lingkungan, karena plastik merupakan polimer yang tidak terdegradasi di alam, sehinggasampah plastik akan menyebabkan degradasi fungsi tanah, tetapi karena sifatnya plastis, maka plastik ini menjadi bagian yang tidak terpisahkan dari kehidupan manusia, diantaranyasebagaipengemas khususnya jenis plastik polietilen. Banyakcara yang telah ditempuh untuk menanggulanginya, diantaranya adalah dengan proses daur ulang, tetapi karena plastik termasuk jenis polimertinggi, maka jika didaur ulang terus-menerusakan mudahr usak dan tidakdapat dicetak lagi sehingga di masa yang akan dating akan banyak limbah berupa plastik ini. Plastik merupakan material yang mudah untuk diproduksi dan dapat bertahan dalam waktu yang cukup lama sehingga membutuhkan waktu puluhan tahun bahkan sampai ratusan tahun untuk terurai secara sempurna. Dalam proses penguraiannya ini yang akan menghasilkan beberapa zat kimia yang dapat membahayakan atmosfer dan memicunya pemanasan global (global warming). Ini adalah salah satu penyebab bagi para pecinta lingkungan mengkritik tentang pemanfaatan dan jumlah pemakaian plastik yang tidak terkendali.

Polietilen/politen terjadi dari polimerisasi etilen, polimer dasar dicampur dengan bermacam-macam tambahan untuk menghasilkan bahan yang cocok untuk dituang (HariAmantodanDaryanto, 2006).

Gambar 1. Polimerisasi Dari Etilen Menjadi

Polietilen

Minyak solar dan minyak bensin adalah bahan bakar minyak jenis distillate dan berwarna kuning coklat yang jernih (E. Karyanto, 2008). Bahan bakar minyak solar adalah jenis bahan bakar yang digunakan untuk mesin diesel, minyak bensin digunakan pada mesin bensin. Penggunaan bahan bakar minyak solar banyak digunakan oleh masyarakat untuk kebutuhan bahan bakar kendaraan dan industri. Hidrokarbon juga merupakan bahan dasar untuk pembuatan plastik dan polimer. Karena persamaan struktur kimia inilah plastik polietilen akan dicoba dibuat sebagai bahan campuran untuk minyak solar.

Bahan bakar minyak solar yang baik harus memenuhi kriteria standar yang telah ditentukan, baik untuk kinerja mesin maupun untuk lingkungan akibat gas buang maupun asap yang dihasilkan dari knalpot kendaraan.

Mesin diesel dan bensin banyak sekali digunakan pada kendaraan dan industri karena efisiensi panas, daya dan torsi, dan konsumsi bahan bakar yang baik, sehingga kebutuhan minyak solar semakin meningkat. Oleh sebab itu dibutuhkan pencarian bahan bakar diesel dan bensin alternatif selain dari hasil kilangan yaitu dengan cara menggunakan limbah plastik untuk bahan campuran minyak solar yang setara dengan minyak solar dari hasil kilangan dan mengurangi polusi sampah plastik yang ada dan mengurangi penggunaan minyak solar dari hasil kilangan. Cara yang dilakukan untuk menghasilkan minyak solar dari limbah plastik ini dengan cara mendistilasi plastik sampai berbentuk minyak. Agar minyak dari distilasi plastik bisa digunakan harus dicampur dengan minyak solar dengan perbandingan tertentu, agar bisa digunakan pada mesin diesel dan bensin. 2. TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengatasi masalah lingkungan yang

diakibatkan oleh penumpukan limbah plastik.

2. Memanfaatkan bahan bakar minyak dari limbah plastik polietilen sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel dan bensin.

3. Mencari perbandingan campuran bahan bakar minyak solar dengan minyak distilasi plastik yang optimal.

3. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen laboratorium dan analisis, yaitu membuat desain alat distilasi, membuat perbandingan campuran bahan bakar dengan metode blending danmengetahui karakteristik bahan bakar dari limbah plastik polietilen, mengujinya pada mesin diesel dan bensin dalam proses eksperimen. 4. ANALISA HASIL PENELITIAN a. Proses Pembuatan Alat Distilasi Plastik

Polietilen 1. Pembuatan Pemanas Distilasi

Pemanas distilasi yang digunakan sebagai alat untuk memanaskan plastik polietilen dari berbentuk padat kemudian diubah menjadi bentuk cair menggunakan dua buah pemanas rice cooker dengan daya 600 Watt dan 300 Watt. Pemanas



terbuat dari material krom-besi-aluminium, pemanas memiliki ketahanan dengan temperatur 350oC dan mempunyai diameter 160 mm. Pemanas dirangkai menggunakan termokopel tipe K dan termokontrol agar lebih mudah mengatur temperatur saat mengoperasikan alat distilasi. Kabel yang digunakan untuk pemanas adalah kabel tahan panas dengan diameter 1,5 mm yang dihubungkan langsung dengan panel kontrol temperatur.

2. Pembuatan Tungku Pemanas Distilasi

Rangka tungku pemanas distilasi menggunakan tabung udara jet pump yang dibelah menjadi dua bagian, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Bagian bawah memiliki diameter 260 mm dengan tinggi 300 mm, dan bagian atas memiliki diameter 260 mm dengan tinggi 150 mm. Tungku dicor dengan dengan menggunakan sika grout 215 setebal 90 mm yang berfungsi sebagai penyekat panas di dalam tungku.

3. Pembuatan Alat Distilasi

Alat distilasi terdiri dari tiga bagian, yaitu tabung reaktor, pipa distilasi, dan bejana penampung hasil distilasi. Tabung reaktor yang digunakan berbahan dari seng dengan diameter 150 mm, tinggi 155 mm dan tebal 1,5 mm dengan volume 2,73 liter. Bagian atas tabung reaktor dilubangi untuk pemasukan pipa distilasi ke dalam tabung reaktor. Pipa distilasi terbuat dari pipa besi dengan diameter ¾ inci dengan tebal 2 mm, berfungsi sebagai alat untuk mengalirkan uap dari tabung reaktor ke dalam bejana penampungan. Bejana penampung yang digunakan pada alat distilasi adalah gelas labu dengan volume 1 liter yang akan diisi dengan air yang berfungsi sebagai kondensor uap dari hasil distilasi.

Gambar 2. Alat pemanas dan penyuling plastik menjadi bahan bakar minyak

4. Perhitungan Kelistrikan Alat Distilasi a. Daya pemanas

Ptotal = P1 + P2

Ptotal = 600W + 300W Ptotal = 900W = 0,9 kW

b. Tahanan pemanas

R = V2

P

R = 2202

900

R = 53,777 Ω

c. Kuat arus

I = P

V.Cos φ

I = 900

220 . 0,7

I = 900

154

I = 5,844 A Cos φ adalah faktor daya=0,7 Jadi MCB yang dipakai untuk pemanas adalah MCB 6 A.

d. Konsumsi pemakaian listrik Diketahui: daya yang dibutuhkan untuk

temperatur 250oC adalah 900Wwaktu yang dibutukan untuk satu kali distilasi 3,5 jam=210 menit

kWh = P

1000 x

h

60

kWh = 900

1000 x

210

60

kWh = 3,15 kWh Jadi konsumsi listrik selama 210 menit adalah 3,15 kWh

Untuk menghitung besarnya biaya

yang dikeluarkan saat mengoperasikan alat, ditetapkan batas daya sebesar 1300 VA pada golongan tarif R-1/TR pada sistem prabayar sebesar Rp790/kWh (sesuai dengan Peraturan Presiden No. 8 Tahun 2011 Tentang Tarif Dasar Listrik Untuk Keperluan Rumah Tangga) maka jumlah biayanya adalah:

Biaya = Besarnya konsumsi listrik x Tarif dasar listrik

Biaya = 3,15 kWh x Rp 790 Biaya = Rp 2.488,5

Jadi biaya yang harus dikeluarkan pada satu kali operasional alat distilasi selama 210 menit adalah sebesar Rp 2.488,5.



e. Kalor yang dihasilkan pemanas Diketahui: P=900W dan t=3,5 jam=12600 detik Q = 0,24 x P x t Q = 0,24 x 900 Watt x 12600 detik Q = 2721600 Kalori

= 2721,6 kilo Kalori Jadi kalor yang dihasilkan pemanas selama 3,5 jam adalah 2721,6 kilo Kalori

b. Proses Pembuatan Minyak Distilasi Plastik

Polietilen Untuk menghasilkan minyak distilasi dari

limbah plastik polietilen agar dapat digunakan sebagai bahan campuran dengan minyak solar dilakukan dengan cara mendistilasi plastik polietilen menjadi minyak dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Tahap awal: a. Siapkan alat distilasi yang akan

digunakan dan periksa rangkaian kelistrikan.

b. Siapkan tabung reaktor dan pipa distilasi.

c. Bersihkan limbah gelas air mineral dengan cara dicuci dan buang plastik bagian atasnya kemudian dikeringkan dengan cara dijemur dengan panas matahari.

d. Potong limbah gelas air mineral yang sudah bersih menjadi bagian yang lebih kecil, pemotongan bisa dilakukan dengan menggunakan gunting maupun mesin penghancur plastik.

e. Masukkan potongan limbah air mineral ke dalam tabung reaktor, dan pastikan tabung reaktor tertutup dengan rapat dan tidak ada kebocoran.

2. Tahap distilasi:

a. Masukkan tabung reaktor ke dalam tungku pemanas dan tutup tungku pemanas kemudian dikunci dengan baut.

b. Pastikan pipa distilasi pada dudukan tungku pemanas pada keadaan stabil dan periksa sambungan-sambungan pada pipa distilasi tidak ada kebocoran.

c. Siapkan bejana yang telah diisi dengan air dan tempatkan pipa keluaran distilasi dalam bejana tersebut (bejana berfungsi sebagai kondensor dan penampung minyak dari hasil distilasi).

d. Colokkan kabel pemanas pada arus listrik, hidupkan MCB pada kotak panel, atur termokontrol pada temperatur 250oC lalu tekan tombol set, dan hidupkan saklar pemanas pada posisi on (perhatikan nyala lampu pilot, warna hijau untuk stand by dan pemanas tidak bekerja, dan warna merah untuk keadaan pemanas bekerja).

e. Alat pemanas bekerja selama 2,5 jam (150 menit) untuk mendistilasi limbah gelas air mineral sebanyak 1 kg (gunakan masker selama proses ini).

f. Setelah melewati waktu selama 2,5 jam (150 menit), maka akan timbul gelembung-gelembung uap pada bejana kondensor dan waktu yang dibutuhkan sampai semua proses distilasi selesai selama 1 jam, biarkan sampai uap habis dengan sendirinya. Jadi total waktu yang diburuhkan adalah 3,5 jam (210 menit) uap dari distilasi plastik akan terpisah dengan air karena perbedaan berat jenis.

g. Pastikan mematikan pemanas sampai uap yang dihasilkan pada bejana kondensor sudah benar-benar habis (berhenti menghasilkan gelembung uap), karena apabila pemanas dimatikan saat uap belum habis maka akan terjadi tekanan balik yang tinggi pada tabung reaktor sehingga bisa menyebabkan ledakan pada tabung reaktor.

h. Dalam penelitian ini 1 kg plastik polietilen yang didistilasi menghasilkan ± 1 liter minyak distilasi plastik.

3. Tahap akhir:

a. Pisahkan minyak dari distilasi plastik dengan air.

b. Saring minyak distilasi plastik dari kotoran agar lebih bersih dari kotoran.

c. Simpan minyak distilasi plastik pada tempat yang kedap udara agar tidak menguap.

d. Bersikan tabung reaktor dari residu hasil distilasi plastik polietilen.

c. Nilai Kalor

Hasil pengujian nilai kalor bakar digambarkan di dalam grafik DSC berbanding dengan waktu.

ISBN

Gam

d. MP

piknotempebalancsebag

1.

2.

3.

4.

5.

T

N


N 978-602-

mbar 3. Skala PD

Massa Jenis Pengukuran

ometer kapaseratur ruang ce ketelitian

gai berikut: Siapkan sempada masingml pada suhagar tidak teTimbang menggunakapiknometer bersih dan cTimbang mapenuh, pasterperangkapcatat massanBersihkan pair hangat aquades, pasampel bekeadaan kerTimbang massanya.

Tabel 1. Hasil

No. Nama

1 Aquades

2 Minyak

3 Minyak plastik

4 C 10

5 C 20

6 C 30

7 C 40


Pengukuran NDengan DSC.

massa jenisitas volume

25oC diukun 0,01 mg

mua sampel g-masing gelahu ruang 25oCerjadi penguap

besar masan digital b

dalam keadcatat massanyaassa piknometikan tidak p pada tutupnya. piknometer dadan sabun l

astikan sebelrikutnya, pi

ring dan bersihsemua sam

Penguukuran

a sampel

s

solar

distilasi

k Mesinversitas Pan

Nilai Kalor Ba

is mengguna 5 ml denr dengan didengan lang

yang akan s ukur sebanyC dan tutup rpan. ssa piknombalance, pastdaan kering a. eter berisi aqu

ada udara yp piknometer

ari sampel denalu bilas denum memasukknometer dah.

mpel dan c

n Massa Jenis

(g/ml)

1,0269

0,8712

0,7719

0,8595

0,8520

0,8409

0,8306

ncasila

akar

akan ngan igital gkah

diuji yak 6 rapat

meter tikan

dan

uades yang

dan

ngan ngan kkan alam

catat

Semi

e. ViskPen

menggunatemperatusebagai langkah se

1. Tenditepik

2. MaOstme

3. Sedhinata

4. Pasdarsambaw

5. Cat6. Ula7. Ber

sebtidaseb

8. Ulalan

No.

1

2

3 4 5 6

f. Opas

Peng

Tabel 3. PBahan Bakar

(volume 1 liter)

C 40

O

nar NasionJa

ositas ngukuran akan viskomer ruang 25oCpembandingn

ebagai berikutntukan massaentukan visk

knometer dan dasukan zat ctwald seba

enggunakan pidot sampel mengga melewats. sang stopwatcri tanda batampel berada wahnya. tat berapa lamangi sampai 3rsihkan dan

belum mengukak terkontambelumnya. angi dengan

ngkah yang sam

Tabel 2. N

Sampe

Minyak solar Minyak distilplastik C 10 C 20 C 30 C 40

sitas Gas Buaggunaan bahan

Pengukuran Op

RPM

Waktu

(menit ke-)

875 1 870 2 865 3 870 4 880 5 885 6 875 7 865 8 870 9 870 10

Opasitas rata-r


viskositas eter ostwald mC menggunanya dilakukt: a jenis sampekositasnya mdigital balanc

cair ke dalamanyak 5 ipet. elalui pipa ukuti batas ukur

ch, mulai saat as itu dan b

di tanda b

ma zat cair itu kali penguku

n keringkan kur sampel be

aminasi den

sampel yangma.

Nilai Viskosita

el Vi

r 3lasi

0

2211

ang n bakar C 40

pasitas Mengg

Temperatur Mesin

(OC)

94 115 130 137 145 150 163 168 175 192

rata

Mesin 201tober 2012

B59

denganmenggunakanakan aquadeskan dengan

el yang akanmenggunakance. m viscometerml dengan

ur viskometeryang paling

sampel turunberhenti saatbatas bagian

turun. uran.

viskometererikutnya agargan sampel

g lain dengan

s skositas (cp)

3,0036

0,7412

2,5516 2,2559 1,9081 1,6786

gunakan C40.

Opasitas (%)

17,48 17,49 17,45 17,43 17,44 17,46 17,41 17,43 17,44 17,45

17,448

n n s n

n n

r n

r g

n t n

r r l

n



Jadi hasil pengukuran opasitas gas buang menggunakan bahan bakar C 40 mempunyai tingkat opasitas gas buang rata-rata sebesar 17,448% dengan putaran mesin stasioner sebesar 865-885 rpm selama 10 menit 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan

1. Limbah plastik polietilen dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel dan bensin dengan metode blending.

2. Untuk menghasilkan minyak distilasi dari plastik polietilen dibutuhkan temperatur minimal 250oC dalam waktu 2,5 jam dan didapatkan sebanyak ± 1 liter minyak distilasi plastik.

3. Daya pemanas untuk alat distilasi adalah 350 Watt dengan tahanan pemanas sebesar 138,28 Ω dan kuat arus sebesar 2,27 A.

4. Besarnya konsumsi listrik yang dibutuhkan pemanas selama 2,5 jam dengan temperatur 250oC adalah 0,875 kWh dengan biaya sebesar Rp 2.488,5 dan nilai kalor yang dihasilkan pemanas 756 kilo Kalori.

5. Pengujian nilai kalor bakar menggunakan Differential Scanning Calorimetry (DSC) pada jangkauan temperatur 20o-400oC didapatkan nilai kalor bakar untuk minyak solar sebesar -177,4 µV/mg dan untuk minyak distilasi plastik -185,4 µV/mg.

6. Pengukuran massa jenis bahan bakar menggunakan piknometer didapatkan data, minyak solar 0,8712 g/ml, minyak distilasi plastik 0,7719 g/ml. Untuk bahan bakar campuran C 10 0,8595 g/ml, C 20 0,8520 g/ml, C 30 0,8409 g/ml dan C 40 0,8306 g/ml. Pengukuran dengan skala derajat API didapatkan data, minyak solar sebesar 30,9196, C 10 sebesar 33,1305, C 20 sebesar 34,5798, C 30 sebesar 36,7720, dan C 40 sebesar 38,8587.

7. Untuk hasil pengukuran viskositas menggunakan viskometer Ostwald pada bahan bakar campuran didapatkan besarnya viskositas untuk C 10 sebesar 2,5516 cp, C 20 sebesar 2,2559 cp, C 30 sebesar 1,9081 dan C 40 sebesar 1,6786 cp.

8. Pada pengujian opasitas mesin diesel dan bensin, hasil terbaik didapat dengan menggunakan bahan bakar C 40 dengan putaran mesin stasioner 865-885 rpm didapatkan opasitas rata-rata sebesar 17,448%.

5.2. Saran 1. Minyak distilasi plastik yang dihasilkan

perlu diteliti lebih lanjut sehingga dapat digunakan secara langsung oleh masyarakat.

2. Perlu dilakukannya penelitian lebih lanjut dengan bahan baku limbah plastik selain jenis plastik polietilen secara terpisah.

3. Alat pemanas yang digunakan perlu dipelajari kembali agar mempunyai temperatur maksimal yang cukup tinggi tetapi hemat konsumsi listrik dalam pengoperasiannya.

4. Rancangan alat pemanas dan alat distilasi diharapakan dirancang lebih efektif dalam penggunaanya dan memiliki efisiensi yang tinggi.

5. Pengujian karakteristik bahan bakar perlu diteliti lebih banyak agar bisa menjadikan limbah plastik polietilen mempunyai standar yang diakui oleh masyarakat dan dimanfaatkan sebagai bahan bakar mesin diesel dan bensin oleh masyarakat secara luas.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bresnick, Stephen. 2002. Intisari Fisika. : Hipokrates. Jakarta

[2] Bresnick, Stephen. 2004. Intisari Kimia Organik. Hipokrates , Jakarta.

[3] Dorel Feldman dan Anton J. Hartomo. 1995. Bahan Polimer Konstruksi Bangunan. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta

[4] E. Karyanto. 2008. Penuntun Pratikum Mesin Diesel dan bensin Volume 1. Restu Agung., Jakarta

[5] Hari Amanto dan Daryanto. 2006. Ilmu Bahan. Bumi Aksara, Jakarta:.

[6] Kadir, Abdul Wahab Abdoel. 2004. Dasar-Dasar Perminyakan Untuk Pekerja Non Teknis. Perca., Jakarta

[7] Keenan, Kleinfelter, Wood dan A. Hadyana Pudjaatmaka. 1992. Kimia Untuk Universitas Jilid 2. Erlangga, Jakarta:

[8] Mukhibin. 2011. Mengubah Oli Bekas Menjadi Solar. Pustaka Solomon. Yogyakarta

[9] Stevens, Malcolm P. 2001. Kimia Polimer. : Pradnya Paramita., Jakarta

[10] Sudjadi. 1988. Metode Pemisahan. : Kanisisus. Yogyakarta.



(K2-41-18)

KARAKTERISTIK POLA ALIRAN NANOFLUIDA Al2O3-Water DI SUSUNAN SUB BULUH SEGI EMPAT

Anwar Ilmar Ramadhan1, As Natio Lasman2, Anggoro Septilarso2 1Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320

2Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN) Republik Indonesia Email: [email protected]

Abstrak

Keselamatan merupakan masalah yang sangat diperhatikan dalam proses perancangan, pengoperasian dan pengembangan suatu reaktor nuklir. Oleh sebab itu, metode analisis yang digunakan dalam semua kegiatan tersebut harus teliti dan handal sehingga mampu memprediksi berbagai kondisi pengoperasian reaktor, baik pada kondisi operasi normal maupun pada saat terjadi kecelakaan. Di dalam reaktor nuklir PWR (Pressurized Water Reactor) dengan susunan elemen bahan bakar segi empat, dilakukan riset menggunakan nanofluida Al2O3-Water sebagai pendingin teras reaktor. Hasil yang akan dicapai untuk mengetahui pola aliran nanofluida di sub buluh susunan segi empat. Untuk mengetahui hal tersebut maka dapat dilakukan simulasi numerik dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) Code untuk dianalisis karakteristik pola aliran nanofluida Al2O3-Water di sub buluh elemen bahan bakar segi empat. Pola aliran yang terjadi di sub buluh susunan segi empat terlihat bahwa pola kecepatan aliran diawal silinder elemen bahan bakar mengalami penurunan kemudian mengalami fluktuatif kecepatan seiring adanya panjang silinder bahan bakar dan terjadinya aliran silang diantara elemen bahan bakar.

Kata kunci: Nanofluida, kecepatan aliran, sub buluh, simulasi, reaktor nuklir.

Abstract

Safety is an issue that is of considerable concern in the design, operation and development of a nuclear reactor. Therefore, the method of analysis used in these activities should be thorough and reliable so as to predict various reactor operating conditions, both under normal operating conditions and in the event of an accident. In the nuclear reactor PWR (Pressurized Water Reactor) with fuel elements of sub channel of rectangular, conducted research using nanofluids Al2O3-Water as a coolant reactor core. Results to be obtained to determine flow nanofluids patterns in sub channel of rectangular arrangement. To know that it can be carried out numerical simulations using CFD (Computational Fluid Dynamics) code to analyze the characteristics of the flow pattern nanofluids Al2O3-Water in sub channel rectangular fuel element. Flow patterns that occur in sub channel rectangular arrangement shows that the pattern of the flow velocity at the beginning of the cylinder fuel element decreased subsequently experienced fluctuating velocity along the length of the cylinder and the fuel cross-flow between the fuel elements.

Keywords: Nanofluids, flow velocity, sub channel, simulation, nuclear reactor. 1. PENDAHULUAN

Keselamatan merupakan masalah yang sangat diperhatikan dalam proses perancangan, pengoperasian dan pengembangan suatu reaktor nuklir. Oleh sebab itu, metode analisis yang digunakan dalam semua kegiatan tersebut harus teliti dan handal sehingga mampu memprediksi berbagai kondisi pengoperasian reaktor, baik pada kondisi operasi normal maupun pada saat terjadi kecelakaan. [1]

Fluida pendingin yang biasa dipergunakan diteras reaktor nuklir PWR susunan sub buluh segi empat adalah fluida air ringan (H2O). Didalam penelitian ini digunakan nanofluida Al2O3-Water sebagai media pengambil panas hasil reaksi fisi nuklir. Tujuannya adalah agar

panas yang diambil dan perpindahan panas yang terjadi dapat optimal.

Nanofluida Al2O3-Water digunakan karena nanofluida merupakan pencampuran antara nanopartikel Al2O3 dengan fluida air (H2O), dan secara teoritis nanofluida ini memiliki nilai perpindahan panas diatas fluida air biasa. Langkah awal penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pola aliran yang terjadi pada nanofluida di susunan elemen bahan bakar susunas segi empat di teras reaktor nuklir tipe PWR.

Dari Gambar 1 berikut, dalam riset ini diteliti dengan menggunakan pemodelan pada susunan elemen bahan bakar reaktor yang tersusun secara segi empat. Sehingga dapat



diketahui pola aliran yang terjadi diantara elemen bahan bakar tersebut.

Gambar 1. Tampang lintang teras reaktor

nuklir tipe PWR [2] 2. METODE PENELITIAN

Dalam penelitian ini dilakukan simulasi numerik dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) Code, dimana langkah awalnya adalah melakukan pemodelan dari sub buluh susunan segi empat di teras reaktor PWR dengan menggunakan elemen bahan bakar seperti Gambar 2 dibawah ini:

Gambar 2. Elemen bahan bakar di PWR

Kemudian berdasarkan Gambar 2,

dibuatkan model dengan menggunakan program pemodelan seperti Gambar 3 dibawah ini:

Gambar 3. Pemodelan sub buluh susunan segi

empat di teras reaktor PWR

Dengan ukuran dimensi dari model diatas adalah: a. Diameter (D) elemen bahan bakar : 9.5 mm b. Tinggi (h) elemen bahan bakar : 4000 mm c. Pitch (P) antar elemen bahan bakar : 12.65

mm

Kemudian langkah selanjutnya dilakukan mesh pada model, dapat dilihat pada Gambar 4 dibawah ini:

Gambar 4. Hasil mesh dari model sub buluh

elemen bahan bakar susunan segi empat

Untuk data desain PWR dan juga kondisi

fluida pendingin yang digunakan dalam penelitian ini seperti Tabel 1 dibawah ini: Tabel 1. Desain PWR dan kondisi fluida pendingin [3].

Power Fuel Coolant

Thermal 3800 MW Electrical 1280 MW

Rod, OD 9.5 mm Rod lattice pitch 12.65

Pressure 15.5 MPa Inlet Temp. 292oC Outlet Temp. 324oC Inlet Velocity 6.79 m/s

Core

Length 3.81 m Diameter 3.66 m

Dengan menggunakan Tabel 1 untuk kondisi inputan di dalam simulasi numerik menggunakan persamaan k-ε standard yaitu, Model k-ε standard merupakan model semi empiris berbasis model persamaan transport untuk energi kinetik turbulen (k) dan laju disipasi (ε), yang dikembangkan oleh Launder dan Spalding. Energi kinetik turbulen (k) dan laju disipasi (ε), diperoleh dari persamaan transport berikut ini:

(1) Dan, (2)



Dalam persamaan tersebut Gk menyatakan pembentukan energi kinetik turbulen dengan gradien kecepatan rerata. Gb adalah terbentuknya energi kinetik turbulen karena gaya apung (buoyancy). Ym menyatakan kontribusi fluktuasi dilatasi di dalam aliran turbulen tidak mampat terhadap laju disipasi secara keseluruhan. Sedangkan nilai C1ε, C2ε, C3ε adalah konstanta, σk dan σε masing-masing adalah bilangan turbulen Prandtl untuk k dan ε. Untuk Sk dan Sε didefinisikan sebagai suku sumber. C1ε= 1.44, C2ε = 1.92, C3ε = 0.09, σk = 1.0 dan σε = 1.3. Model k-ε standard digunakan untuk bilangan Reynold (Re) yang tinggi. Nanofluida yang digunakan adalah Nanofluida Al2O3-Water dengan fraksi volume 1%, 2% dan 3%, sehingga untuk Tabel properties fluida adalah seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Sifat-sifat nanofluida Al2O3-Water (1%, 2% dan 3%) [4]


Hasil dari pemodelan simulasi numerik pada sub buluh elemen bahan bakar dengan susunan segi empat dapat dilihat pola aliran pada sumbu z sepanjang elemen bahan bakar tersebut, dapat dilihat pada Gambar 5 – 8 dibawah ini:

Gambar 5. Kontur pola aliran di sub buluh dengan susunan elemen bahan bakar segi empat menggunakan fluida air ringan (H2O)

Gambar 6. Kontur pola aliran di sub buluh dengan susunan elemen bahan bakar segi empat menggunakan nanofluida Al2O3 (1%)



Pada Gambar 5 - 8 memperlihatkan bahwa pola aliran berdasarkan kontur aliran fluida yang terjadi di sub buluh elemen bahan bakar terjadi aliran yang hampir merata disepanjang sumbu z di elemen bahan bakar. dan juga terlihat disepanjang sisi tepi kanan dan kiri dari sub buluh elemen bahan bakar terlihat adanya pola aliran fluida yang hampir merata pula.

Pada Gambar tersebut juga memperlihatkan adanya pola aliran silang diantara sub buluh elemen bahan bakar. Aliran silang ini terjadi ketika diawal aliran mengisi diantara sub buluh elemen bahan bakar terjadi perpindahan aliran mengikuti temperatur fluida yang menaik, kemudian turun kembali ke posisi asal seiring ketinggian dari silinder elemen bahan bakar.

Terlihat pada kontur Gambar 5 – 8 adanya pola distribusi temperatur fluida diawal besar kemudian menurun lalu menaik temperatur fluida tersebut, hal ini diakibatkan oleh aliran silang

∅ 1%

∅ 2% ∅ 3%

knf (W/mK)

0.620 0.638 0.656

ρnf (kg/m3)

1021.7 1047.7 1073.8

μnf (kg/ms)

8.17×10-

4 8.376×10-

4 8.576×10-

4 Cp,nf

(kJ/kgK) 4.149 4.115 4.081

ISBN

terseb(H2O)(1%, 2

berdaair kecenbaik delemefluida

Gambterjad

aliranterjaddiawaelemepola amengnanof

bahwamasindengakecepmaupufluidadari khubunmasinlebih sehingkecepair bia

lebih sehingsehingturbulaliranbesar


N 978-602-

but. Ini terjad) maupun un2%, 3%).

Hal ini sarkan konturringan mau

nderungan podiawal, ditengen bahan baka.

bar 9. Distridi pada sub bu

Pada Gambn terjadi penidi dikarenakaal aliran, seiren bahan bakaliran fluida. gunakan flu

fluida. Dari Gamb

a kecepatan ng fluida pendan nanopartikpatan aliran flun 1%, dan ju

a untuk fluidaketiga nanoflungan dengan ng-masing flubesar dibandigga mengak

patan nanofluiasa.

Begitu pula kecil diband

gga gaya apungga setelah lensi diawal a

n fluida dari nadibandingkan


di baik pada ntuk nanoflu

menunjukkar tersebut baiupun nanof

ola aliran yangah maupun dkar tersebut k

ibusi kecepaluh susunan s

ar 9, dapat dingkatan aliraan adanya ring dengan kar berangsurHal ini terjad

uida air rin

bar 9, memaliran fluid

dingin berbedael Alumina 3

fluida diatas duga pola alirana air ringan (Huida tersebut. kerapatan danuida. Kerapingkan dengankibatkan besida dibandingk

dengan kekedingkan dari ng dari nanof

terkena gaaliran menyebanofluida yann oleh fluida a

k Mesinversitas Pan

fluida air rinuida Al2O3-W

n pola aik itu pada flfluida memng hampir sadibagian atas ketika dialiri

atan fluida yegi empat

ilihat pula diaan fluida, halaliran turbulfaktor keting

r-angsur menudi pada pendingan dan

mperlihatkan da pada masa-beda, nanofl3% memiliki dari Aluminan kecepatan aH2O) lebih ren

Hal ini berkan kekentalan patan nanofln fluida air bsarnya distrikan dengan fl

entalan nanoflfluida air b

fluida lebih rinaya dari ababkan kecepg digunakan l

air ringan biasa

ncasila

ngan Water

aliran luida

miliki ama, dari oleh

yang

awal l ini lensi

ggian nurun ingin juga

pula sing-luida pola

a 2% aliran ndah aitan dari

luida biasa, ibusi luida

luida biasa, ngan

aliran patan lebih a.

Semi

4. KESIMPad

yaitu: 1. Pola

buluhsegi yangelemsilanelem

2. DistrterjadbakakecepAlumterhadistrifluiddibanterse

[1] E. UReakSilinBand

[2] AnonAP10DescLLC

[3] NemFuel TranShira

[4] PandDynaTranMagRour

nar NasionJa

MPULAN da penelitian

aliran dari fh elemen bahempat terliha

g hampir memen bahan bak

g yang terjmen bahan bakaribusi kecepadi sepanjang

ar dapat dipatan aliran

mina 3% leadap Aluminaibusi kecepa

da pendinginndingkan dbut.

DAFTAR

Umar, 2007, Sktor Nuklir-Pder, Diserta

dung nymous, 20000 Advancecription, Wes

matollahi, dkkAssembly

nsfer Parametaz University, dey, A.K., 201amics Study

nsfer in a Micrister, Nationarkela, India.


n ini dapat

fluida pendinhan bakar denat bahwa terjaerata sepanjakar. Dan adanyjadi diantara

kar. atan aliran sumbu z eiamati bahw

fluida untuebih besar a 2% dan 1%atan aliran n biasa ledari ketiga

R PUSTAKA

Studi TermohPenelitian Berasi Teknik M

003, The Wed Nuclear stinghouse E

k, 2011, The Spacer Grid

ters in a Ty Iran 11, A Compuof Fluid Flo

ro Channel, Tal Institute of

Mesin 201tober 2012

B64

disimpulkan

gin pada subngan susunan

adi pola aliranng sumbu zya pola aliran

a sub buluh

fluida yanglemen bahan

wa distribusik nanofluidadibandingkan

%, dan untukfluida untukebih rendah

nanofluida

hidrolik Padarbahan BakarMesin, ITB,

WestinghousePlant: Plant

Electric Co.,

Analysis ofds on Heatypical PWR,

utational Fluidow and Heat

Tesis Programf Technology

n

b n n z n h

g n i a n k k h a

a r ,

e t ,

f t ,

d t

m y



(K2-42-19)

ANALISA KEMAMPUAN POMPA EMERGENCY SEAL BFP SEBAGAI ALTERNATIF PENGISI AIR MAIN DRUM UNIT 5 PLTU XY

Yusvardi Yusuf, Slamet Wiyono, Andi Rahman Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Fak. Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Cilegon-Banten 41353


Abstrak

Pendinginan plat metal pada Main Drum dan pengisian awal Main Drum pada saat unit tidak beroperasi dilakukan oleh Condensate Extraction Pump. Penggunaan Condensate Extraction Pump tersebut memerlukan penggunaan daya listrik yang cukup besar. Dengan demikian perlu dicarikan solusi untuk menggantikan peran Condensate Extraction Pump tersebut, yaitu dengan menggunakan Emergency Seal BFP untuk melakukan pendinginan plat metal pada Main Drum dan pengisian awal Main Drum. Penggunaan Emergency Seal BFP untuk fungsi diatas dilakukan dengan menambahkan pipa sehingga terhubung antara pipa discharge Emergency Seal BFP dengan saluran setelah katup 26. Berdasarkan hasil perhitungan, didapatkan hasil dimana penggunaan Emergency Seal BFP dapat melakukan fungsi Condensate Extraction Pump seperti diatas. Dengan memperhatikan pola pengoperasian pada saat pengisian main drum, maka diperoleh Daya operasional masing-masing pompa yang memiliki perbedaan sebesar 737,4 kwh dimana pompa Emergency Seal BFP menggunakan daya yang lebih kecil dibandingkan Condensate Extraction Pump. Dengan harga listrik industri Rp.915,00/kwh, maka dalam keadaan diatas dapat menghemat biaya operasional pompa sebesar Rp 674.721,00 dalam setiap kali pengisian main drum pada saat unit overhaul dengan menggunakan pompa Emergency Seal BFP.

Kata kunci: Condensate Extraction Pump, Emergency Seal BFP, Main Drum, Katup 26.

Abstract

Cooling of metal plat in main drum and pre recharging at out of operation unit doing by condensate extraction pump. Using of condensate extraction pump that needs more electrical power. Such was the case need search solution for substitute of condensate extraction pump that is using emergency seal BFP for make cooling metal plat and recharging in main drum. Utilizing of emergency seal BFP for cooling metal plat and recharging main drum doing affix the pipe so between discharge emergency seal BFP pipe with channel connecting after valve number 26. Based on calculation result be found using of emergency seal BFP can be doing purpose condensate extraction pump. With observe pattern of operation at recharging main drum, the result operation power of pump have value 737.4 kwh where emergency seal BFP pump using small power just than condensate extraction pump. By way the price of industrial electrical Rp 915.00/kwh, then operational expense economize of pump in the amount of Rp 674,721.00 within each and every recharging main drum at of overhaul unit with using emergency seal BFP Keyword: Condensate Extraction Pump, Emergency Seal BFP, Main Drum, Katup 26 1. PENDAHULUAN

Energi merupakan salah satu kebutuhan dasar yang diperlukan oleh manusia untuk memenuhi berbagai kebutuhan hidupnya ataupun untuk meningkatkan kesejahteraan hidupnya. Salah satu kebutuhan akan energi adalah energi listrik. Energi listrik adalah kebutuhan hidup yang sangat dibutuhkan untuk saat ini. Untuk memperoleh energi listrik diperlukan suatu proses pembangkitan energi listrik dengan menggunakan suatu Pembangkit Listrik.

Untuk pembangkitan energi listrik dapat menggunakan berbagai jenis sumber tenaga pembangkitan, yaitu air, panas bumi, angin, matahari, minyak bumi, batubara, gas alam, dan nuklir. Dengan menggunakan berbagai sumber tenaga tersebut, listrik dapat dibangkitkan.

Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan uap sebagai media untuk memutar sudu-sudu turbin dan menggerakkan generator sehingga dapat menghasilkan listrik. PLTU pada



umunya menggunakan bahan bakar seperti minyak bumi dan batubara.

Bahan bakar tersebut digunakan untuk memanaskan air hingga menjadi uap kering yang selanjutnya dapat digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin. Air merupakan salah satu kebutuhan dasar pada PLTU. Untuk menjaga kehandalan PLTU maka air yang digunakan dalam sistem pembangkit harus dijaga kualitasnya. Selain itu, untuk menjaga kehandalan PLTU juga diperlukan perawatan unit secara berkala (periodic maintenance). Salah satu perawatan berkala adalah overhaul unit pembangkit secara keseluruhan. Hal ini perlu dilakukan untuk mengetahui tingkat kehandalan unit pembangkit. Overhaul juga dapat digunakan untuk mengetahui permasalahan-permasalahan yang terdapat pada unit pembangkit sehingga dapat dilakukan perbaikan pada permasalahan-permasalahan tersebut.

Pada pelaksaan overhaul air masih terus disirkulasikan mengisi level main drum untuk menurunkan temperatur plat metal. Untuk sirkulasi air ini digunakan satu pompa yaitu, Condensate Extraction Pump. Pompa ini memiliki daya yang cukup besar. Untuk menjaga efisiensi yang lebih baik lagi, maka diperlukan suatu upaya untuk menggunakan pompa lain untuk menggantikan fungsi CEP pada saat overhaul dan dengan daya yang lebih kecil. 2. METODE PENELITIAN

Metode Penelitian yang digunakan adalah dengan Menganalisa kemampuan pompa melalui kalkulasi matematis berdasarkan data-data sistem dan membandingkan efisiensi ekonomis dari kedua pompa.

Berikut ditampilkan tabel hasil pengambilan data-data teknis dilapangan, maupun data yang diambil dari manual book.

Tabel 1.Data Condensate Extraction Pump No Parameter Satuan Nilai 1 Daya Kw 2126 2 Tegangan Volt 10500 3 Arus Listrik Ampere 148 4 Putaran Rpm 1480 5 Head Meter 308 6 Kapasitas M3/h 1760

Tabel 2.Data Emergency Seal BFP No Parameter Satuan Nilai 1 Daya Kw 37 2 Tegangan Volt 400 3 Arus Listrik Ampere 70 4 Putaran Rpm 2935 5 Head Meter 300 6 Kapasitas M3/h 20

Tabel 3.Data Condensate Storage Tank No Parameter Satuan Nilai 1 Kapasitas M3 500 2 Diameter mm 6770 3 Tinggi mm 14400

Tabel 4.Data Steam Drum

No Parameter Satuan Nilai 1 Panjang Meter 25 2 Diameter mm 1828,8 3 Ketebalan mm 191 4 Design

Pressure Kg/cm2 209,2

5 Design Temperature

0C 369

Tabel 5.Data Tinggi Muka Air

No Parameter Satuan Nilai 1 CST Meter 13,4 2 Main Drum Meter 72,1

Tabel 6.Data Saluran Seal Water No Parameter Satuan Nilai

Pipa Saluran Seal Water menuju BFP

1 Diameter inch 3,5 2 Panjang Meter 208,67 3 Total Siku buah 29

Pipa Saluran Seal Water menuju Booster BFP

1 Diameter inch 1,5 2 Panjang Meter 20 3 Total Siku buah 8

Pipa Saluran setelah Katup 26 menuju Main Drum

1 Diameter inch 6,5 2 Panjang Meter 210,25 3 Total Siku buah 36 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Menentukan Kemampuan Kapasitas Head Pompa

Untuk mengetahui kemampuan Emergency Seal Boiler Feed Pump untuk mengisi Main Drum, maka diperlukan analisa perhitungan untuk meyakinkan Emergency Seal Bolier Feed Pump dapat mengisi Main Drum.

Analisa perhitungan tersebut menggunakan analisa perhitungan head total pada pompa. Head total sistem yang harus dianalisa adalah head statik, major losses, minor losses, serta beda tekanan antara permukaan hisap dan tekan.



Untuk perhitungan head total dapat digunakan persamaan dibawah ini (Sularso, 1985) :

g

vhhhH lpa 2

2

.................(1)

Dimana : H = Head total pompa (m). ha = Head statis pompa (m).

Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air di sisi tekan dan sisi hisap; tanda positif (+) digunakan apabila muka air di sisi tekan lebih tinggi dari sisi hisap.

∆hp = Perbedaan head tekanan pada kedua permukaan air (m).

g

pphp .

12

............................(2)

hl = Rugi-rugi head di pipa, katup,

pipa siku, sambungan (m). g = Percepatan gravitasi (= 9,81 m/s2).

Perhitungan Head Statis Pompa

Pada perhitungan head statis, maka diperlukan data mengenai tinggi muka air pada sisi tekan pompa dan tinggi muka air pada sisi hisap pompa. Dalam hal ini, sisi hisap pompa Emergency Seal BFP adalah air pada Condensate Storage Tank (CST) sedangkan pada sisi tekan pompa adalah air pada Main Drum.

Berdasarkan data di lapangan, tinggi muka air pada sisi hisap pompa atau tinggi muka air pada Condensate Storage Tank (CST) adalah 13,4 m dan tinggi muka air pada sisi tekan pompa atau tinggi muka air pada Main Drum adalah 72,1 m.

Maka nilai head statis pompa Emergency Seal BFP adalah :

tekanhisapa hhh ............................(3)

7,581,724,13 ah m.

Perhitungan Head Tekan Permukaan

Untuk menentukan head tekan permukaan, maka terlebih dahulu harus menentukan head tekanan yang bekerja pada tiap-tiap permukaan. Head tekan disini adalah tekanan dalam keadaan Unit stop.

Head tekanan permukaan air pada sisi hisap yaitu pada Condensate Storage Tank adalah 0,49 kPa atau 490 Pa.

Head tekanan permukaan air pada sisi tekan yaitu pada Main Drum adalah 1 kg/cm2 atau 98066.5 Pa.

Untuk kondisi fluida kerja adalah air dengan temperatur 30 0C. Dengan kondisi air seperti ini maka memiliki kerapatan sebesar 995,6 kg/m3 dan viskositas dinamik 0,798 x 10-3 kg/m s (Olson and Wright, 1993). Maka nilai head tekanan permukaan adalah :

g

pphp .

12

)81,9).(6,995(

)490()5,98066( ph

ph 120,997 m

Menentukan Rugi-Rugi Head Pipa, Pipa Siku,

dan Sambungan Untuk mentransfer air dari Emergency Seal

BFP Pump ke Main Drum melalui line setelah katup 26 tanpa menganggu fungsi Emergency Seal BFP Pump itu sendiri yaitu menyuplai seal water untuk Booster BFP dan BFP-T.

Untuk menentukan nilai rugi-rugi pipa, pipa siku, dan sambungan adalah :

Head Kerugian Pada Pipa

1. Pipa diameter 3,5 inch (0,0889 m) adalah

pipa-pipa pada saluran seal water dari Emergency Seal BFP Pump menuju ke BFP dengan total panjangnya adalah 208,67 m dan total pipa siku adalah 29 buah.

Kecepatan rata-rata :

A

Qv ...................................(4)

Dimana : v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). Q = kapasitas total pompa (m3/s). A = luas penampang pipa (m2).

Maka diperoleh :

8947,0)0889,0).(

4(

0055,0

2

A

Qv m/s.

Dengan menggunakan diagram Moody, akan diperoleh untuk pipa baja karbon (asumsi) memiliki kekasaran absolut = 0,045 mm, sehingga kekasaran relatif R = /d = 0,506 x 10-3.



Bilangan Reynolds (Kumar, 2000) :

dv

Re ,.................................(5)

Dimana : Re = Bilangan Reynolds. v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). d = diameter pipa (m). = massa jenis fluida (kg/m3). = viskositas dinamik (kg/m s).

4

3

10923,9

10798,0

)6,995).(0889,0).(8947,0(

Re

x

x

dv

Selanjutnya, dengan menggunakan diagram Moody akan didapatkan faktor gesekan, f = 0,03. Persamaan Darcy (Olson and Wright, 1993):

2

2v

dg

lfhl

,........................(6)

28947,00889,081,92

67,20803,0

lh

873,2ahl m.


pipa-pipa pada saluran seal water yang menuju Booster BFP dan SU BFP dengan total panjangnya adalah 20 m dan total pipa siku adalah 8 buah.

Kecepatan rata-rata:

A

Qv

Dimana: v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). Q = kapasitas total pompa (m3/s). A = luas penampang pipa (m2). Maka diperoleh :

820,4)0381,0).(

4(

0055,0

2

A

Qv m/s.


Bilangan Reynolds :

dv

Re


5

3

1029,2

10798,0

)6,995).(0381,0).(820,4(

Re

x

x

dv

Selanjutnya, dengan menggunakan diagram Moody akan didapatkan faktor gesekan, f = 0,029. Persamaan Darcy :

2

2v

dg

lfhl

282,40381,081,92

20029,0

lh

026,18bhl m.


pipa-pipa pada saluran setelah katup 26 menuju Main Drum. Namun, pada pipa-pipa ini hanya dilakukan pengukuran panjang pipa hingga Back Pressure Valve dikarenakan setelah Back Pressure Valve pipa berada dalam Boiler. Total panjang pipa adalah 210,25 m dan total pipa siku adalah 36 buah.

Kecepatan rata-rata:

A

Qv

Dimana : v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). Q = kapasitas total pompa (m3/s). A = luas penampang pipa (m2). Maka diperoleh :

2568,0)1651,0).(

4(

0055,0

2

A

Qv m/s.




Bilangan Reynolds :

dv

Re


4

3

10289,5

10798,0

)6,995).(1651,0).(2568,0(

Re

x

x

dv

Selanjutnya, dengan menggunakan diagram Moody akan didapatkan faktor gesekan, f = 0,038. Persamaan Darcy :

2

2v

dg

lfhl

22568,01651,081,92

25,210038,0

lh

163,0chl m.

Sehingga total head kerugian pada pipa adalah :

hl1 = ahl + bhl + chl

= 2,873 + 18,026 + 0,163 = 21,062 m Head Kerugian Pada Fitting

1. Pipa diameter 3,5 inch (0,0889 m) dan total

fitting 900 adalah 29 buah.

Head kerugian pipa siku dapat diperoleh melalui persamaan :

g

vKhl 2

2

(Kumar,2000),............(7)

Dengan faktor K adalah 0,9 untuk fitting 900, maka :

037,081,92

8947,09,0

2

lh m.

Sehingga total kerugian fitting pada pipa ini adalah :

hla = 0,037 x 29 = 1,065 m. 2. Pipa diameter 1,5 inch (0,0381 m) dan total

fitting 900 adalah 8 buah. Head kerugian pipa siku dapat diperoleh melalui persamaan :

g

vKhl 2

2


066,181,92

820,49,0

2

lh m.


hlb = 1,066 x 8 = 8,528 m. 3. Pipa diameter 6,5 inch (0,1651 m) dan total

fitting 900 adalah 36 buah.

Head kerugian pipa siku dapat diperoleh melalui persamaan :

g

vKhl 2

2


031,081,92

2568,09,0

2

lh m.


hlc = 0,031 x 36 = 1,116 m. Sehingga total head kerugian pada seluruh

fitting adalah : hl2 = hla + hlb + hlc

= 1,065 + 8,528 + 1,116 = 10,709 m. Berdasarkan perhitungan diatas, maka total

rugi-rugi instalasi pipa adalah : hl = hl1 + hl2 = 21,062 + 10,709 = 31,771 m. Menentukan Head Kecepatan

Untuk head kecepatan = 0 karena fluida berhenti pada Condensate Storage Tank pada sisi hisap dan pada Main Drum pada sisi tekan.



Berdasarkan seluruh perhitungan diatas

maka akan didapatkan nilai Head Total :

g

vhhhH lpa 2

2

,

dimana :

H = (-58,7) + 120,997 + 31,771 + 0 = 94,068 m

Analisa Ekonomis Pompa

Untuk mendapatkan kesimpulan apakah penggunaan pompa Emergency Seal BFP dapat memberikan keuntungan dari sisi finansial dibandingkan penggunaan pompa Condensate Extraction Pump maka dalam hal ini diperlukan analisa ekonomis dari kedua pompa. Pada saat awal overhaul, pompa CEP akan terus beroperasi untuk mensirkulasikan air hingga level deaerator untuk kemudian dikembalikan ke Hotwell, selain itu pompa ini digunakan untuk mengisi main drum dalam rangka proses pendinginan plat metal main drum.

Pola pengoperasian dalam pengisian Main drum adalah dengan membuka katup 26 dengan cara di throtle sebesar 20% selama 0,5 jam. Berdasarkan data ini maka dapat diperoleh volume air yang dipompakan kedalam main drum, yaitu :

15. .

Dimana : V = Volume air yang dipompakan kedalam

main drum ( m3) Q = Kapasitas pompa (m3/h) t = Waktu (h)

jadi, . .

= . 1760.0,5

= 176 m3

Maka waktu yang dibutuhkan Pompa Emergency Seal BFP untuk mengisi main drum sebanyak 176 m3 adalah : t = V/Q = 176/20 = 8,8 h Sehingga total daya yang digunakan kedua pompa,masing-masing adalah : Condensate Extraction Pump

Ptotal = t.Ppompa

= 0,5.2126 = 1063 kwh

Emergency Seal BFP Ptotal = t.Ppompa

= 8,8.37

= 325,6 kwh

Dengan harga listrik industri Rp.915,00/kwh, maka dengan demikian biaya operasional kedua pompa, masing-masing adalah : Biaya CEP = 1063.915

= Rp 972.645,00 Biaya ES BFP = 325,6.915

= Rp 297.924,00 Berdasarkan perhitungan diatas, maka terdapat selisih biaya sebesar Rp 674.721,00 dalam setiap kali pengisian main drum pada saat unit overhaul dengan menggunakan pompa Emergency Seal BFP.


Berdasarkan paparan hasil analisa diatas maka dapat disusun suatu kesimpulan, yaitu : 1. Spesifikasi Emergency Seal Boiler Feed Pump

dengan head pompa hingga 300 m dapat dimanfaatkan untuk menggantikan fungsi dari Condensate Extraction Pump.

2. Fungsi Condensate Extraction Pump yang dapat digantikan adalah sebagai pendinginan plat metal Main Drum pada saat unit stop. Selain itu, dapat pula digunakan sebagai pengisian awal saat unit akan dilakukan start.

3. Penggunaan Emergency Seal Boiler Feed Pump adalah sangat handal jika ditinjau dari sumber listrik yang digunakan. Sumber listrik yang digunakan berasal dari essential, dimana sumber ini adalah harus selalu ada yang bersumber dari UST, SST, Emergency Diesel Generator, dan Baterai. Maka Emergency Seal Boiler Feed Pump dapat digunakan kapan saja.

4. Penggunaan Emergency Seal Boiler Feed Pump sebagai pengganti fungsi Condensate Extraction Pump dapat menghemat daya hingga 737,4 kW. Jika dikonversikan kedalam bentuk Rupiah maka akan dapat menghemat hingga Rp 674.721,00 dalam setiap kali pengisian main drum pada saat awal unit overhaul.

4.2. Saran

Diperlukan analisa lebih lanjut mengenai desain saluran yang akan dibuat pada saluran setelah katup 26 yang akan terhubung dengan saluran Emergency Seal Boiler Feed Pump beserta pemilihan desain katup yang digunakan pada saluran tersebut.



DAFTAR PUSTAKA [1] Kumar, K.L., Engineering Fluid Mechanics,

Eurasia Publishing House (P) LTD, New Delhi, 2000.

[2] Modul Operasi Indonesia Power, Pengenalan Dasar PLTU Batubara, Suralaya, 2008.

[3] Olson, Reuben M. and Wright, Steven J., Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik, Edisi Kelima, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

[4] Situmorang, Hartono, Perancangan Pompa Pengisi Ketel Boiler Feed Pump Pada PLTU 50 MW, UGM, Yogyakarta, 2006.

[5] Sularso dan Tahara, H., Pompa Dan Kompresor, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.



(K2-48-21)

ANALISA HASIL REAKSI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR YANG MENGGUNAKAN OKSIDATOR UDARA DAN

MENGGUNAKAN GAS OKSIGEN

Setiyono, I Gede Eka Lesmana, Rini Prasetyani Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

E-mail: [email protected], [email protected], ,[email protected]

Abstrak

Tulisan ini membuat analisa hasil reaksi pembakaran bahan bakar yang menggunakan oksidator udara dan menggunakan oksidator oksigen.Yang kami analisa adalah bahan bakar gas NG (Natural Gas) dan bahan bakar cair (modified fuel oil). Dari hasil penggunaan oksidator yang berbeda diharapkan menghasilkan panas pembakaran yang lain serta memperoleh jumlah dan mutu emisi gas buang yang sangat menguntugkan bagi manusia dan lingkungannya. Untuk membuktikan hal tersebut diatas kita memerlukan alat bakar (burner) yang dirancang untuk bekerja dengan oksigen murni dan juga dapat bekerja dengan baik apabila menggunakan oksitor udara. Diharapkan dari hasil analisa ini akan memperoleh penambahan energy sekitar 40% dan mengurangi jumlah gas buang yang dihasilkan dari pembakaran dapat mencapai kurang lebih 60%.

Kata kunci: Meningkatkan nilai kalor bahan bakar, pengurangan volume gas buang, memperbaiki mutu emisi gas buang.

Abstract

This paper makes analysis of the reaction products of fuel combustion that uses an oxidant air and use oxygen oxidizer. Our analysis is that the fuel gas NG (Natural Gas) and liquid fuels (modified fuel oil). From the results of the use of different oxidizing expected to produce hot combustion others and obtain the quantity and quality of the exhaust emissions are very advantageous to humans and the environment. To prove the above we need to get the burn (burner) which is designed to work with pure oxygen and can also work well when using an oxidizing air. Expected from the results of this analysis will acquire approximately 40% additional energy and reduce the amount of exhaust gases produced from combustion can reach about 60%.

Keywords: Improve the calorific value of the fuel, the reduction of flue gas volume and improve the quality of emissions

1. PENDAHULUAN

Industriawan sangat membutuhkan penghematan bahan bakar, terutama pada saat ini, dimana harga bahan bakar akan terus naik dan tidak mungkin akan turun harganya dimasa datang. Hal ini sangat menyulitkan bagi dunia usaha dan pemerintah.

Industri terus berkembang untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dan kebutuhan bahan bakar juga akan bertambah. Semakin besar kebutuhan bahan bakar, semakin besar pula Pemerintah mengeluarkan dana subsidi untuk pembelian bahan bakar

Menciptakan bahan bakar baru non fosil berkembang sangat lambat bahkan mati suri. Dalam tulisan ini penulis mencoba menganalisa proses kimia reaksi pembakaran bahan bakar dan yang mungkin nanti

menerapkanya pada pemakaian yang sebenarnya.Harapan kami, proses baru tersebut dapat memperbaiki situasi gejolak kebutuhan bahan bakar ditahun mendatang. 2. TUJUAN

Adapun penelitian ini bertujuan : Meningkatkan penghematan bahan

bakar Mengurangi down time produksi Memperbaiki mutu produksi Mempermudah pengendaian proses Mengurangi produksi emisi gas buang

dan memperbaiki mutu gas buang. Memperpendek nyala api (flame) yang

keluar dari alat bakar (burner).

ISBN

3. PEKida

Komp

a. Rp

C

CCCCC2HCS2

3.3 Ru

Sebagdan re

CH4 +UdaraAtau Sehinberiku CH4+

N


N 978-602-

ENGUMPULita coba menari tiga bahan

posisi kimia b

Reaksi kimiapembakaran s

CH4 + 2O2 =

CH6 + 3,5OC3H8 + 4 O2 C4H10 + 6,5 OC5H12 + 8 O2

C6H14 + 9,5 O2 H2 + 02 = H2S + 1,5 OC + O2 = CS + O2 = SO2CO + O2 =

Reaksi pembudara sebagai gai contoh kiteaksi pembaka

+ udara a terdiri dari 1 bagian O2 +

ngga reaksi dut :

2O2 +7,756 N2

Uda Nitrogen adayang masuk tetap(7,756 baberbeda.

susunan

CH4 C2H6 C3H8

C4H10 C5H12 C6H14

N2 CO2 H2

H2S C S

CO


LAN DATAnganalisa pron bakar:

ahan bakar.

a yang terjasebagai beriku

1CO2 + 2H20

2 = 2CO2 + 3= 3CO2 + 2HO2 = 4 CO2 +

2 = 5 CO2 + O2 = 6 CO2 +H2O

O2 = H2O + SO2 O2

= 2 CO2

bakaran yanoksidator.

ta gunakan baran sbb:

CO2 + 2H2

20,5% O2 + + 3,878 bagiandiatas dapat

CO2+2H

ara sebagai ok

alah gas inerdan yang k

agian), hanya

NG LPG94,70% 57,1,50% 6,0,60% 25,0,90% 1,0,00% 1,0,00% 0,0,50% 0,0,66% 8,0,90%

0% 0% 0%

0,24%

k Mesinversitas Pan

A oses pembaka

adi pada prut :

3H2O H20 + 5 H2O 6 H2O

+ 7 H20

SO2

ng mengguna

bahan bakar

2O + N2 79,5% N2

n N2 dirubah seb

2O +7,756 N2

ksidator

rts, jumlah vkeluar dalam

temperaturny

G MFO 65% 0% 00% 0% 00% 0% 45% 0% 00% 0% 00% 0% 50% 0,7% 40% 0% 0% 10,5% 0% 0% 0% 85,6% 0% 0,7% 0% 0,5%

ncasila

aran

roses

akan

CH4

(1)

bagai

(2 )

volume reaksi

ya yang

Semi

3.4 Reaksebag

Dengan mmaka reakberikut : CH4 + 2O Reaksi inipembakar 3.5 Nilai

Untuk mdigunakan

Nilai kalo

Untuk mediperoleh dari D.I.M

Qa=4,187 A

Qa=81Ckcal/kg

Untuk mebahan baberikut :

Qb=4,187

A

Qb=81C

3.6 Baha

Untuk meperlu tahudalam bahdigunakan

Qb = qco.%

Dimana :

nar NasionJa

ksi pembakaragai oksidator

menggunakan ksi pembakar

O2 C

i lebih sederhan.

i kalor bahan b

menghitung nn rumus sebag

r bahan gas :

enghitung Nilsecara empiri

Mendeleev seb

81Cp+300Hp

Atau

p+300Hp–26(O

enghitung nkar rumus y

81Cp+300Hp

Atau

p+300Hp–26(O

an Bakar Gas

enghitung nilu susunan bahan bakar gasn sebagai berik

%CO + qCxHy .%

(kJ/m

q.. nilai kalor


an menggunak

oksigen sebaran CH4 me

CO2 + 2H2O

hana, tanpa N

bakar.

nilai kalor gai berikut :

lai kalor bahis, yang rumubagai berikut

p–26(Op–Sp)

Op–Sp)

nilai kalor bayang digunak

p–26(Op–Sp)-( k

Op–Sp)-(6Wp+ k

lai kalor bahaahan kimia ys.Rumus perhkut :

% CxHy + qH2

m3ataukcal/m3 )

r masing-masi

Mesin 201tober 2012

B73

kan oksigen

agai oksidatornjadi sebagai

( 3 )

N2 ikut dalam

bahan bakar

han bakar cairusnya didapat:

kJ/kg

kcal/kg

wah ( Qb )kan sebagai

6Wp+ 9Hp)kJ/k

+9Hp) kcal/kg

an bakar gasyang terdapathitungan yang

.%H2

)

ing gas.

r i

m

r

r t

g

g

) i

s t g



Fuel gas 100 m3 M3 FLUE GAS COMPOSITION M3comp. % m3 O2 N2 AIR CO2 H2O O2 N2 SO2 TOTALCH4 57,65% 57,65 115,30 115,30 57,65 115,30 0,00 0,00 0,00 172,95C2H6 6,00% 6,00 21,00 21,00 12,00 18,00 0,00 0,00 0,00 30,00C3H8 25,00% 25 100,00 100,00 75,00 50,00 0,00 0,00 0,00 125,00C4H10 1,45% 1,45 9,43 9,43 5,80 7,25 0,00 0,00 0,00 13,05C5H12 1,00% 1,00 8,00 8,00 5,00 6,00 0,00 0,00 0,00 11,00C6H14 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00N2 0,50% 0,50 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,50CO2 8,40% 8,40 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 8,40H2 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00H2S 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00C 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CO 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Total 100,00% 100,00 253,73 253,73 163,85 196,55 0,00 0,50 0 360,90

20,50% 20,50% 45,40% 54,46% 0,00% 0,14% 0,00% 100,00%

Initial temperatur 0 C 30 1.550 0C end temperatur

Spec.heat Cp cal/C/L 0,5578 0,4425 0,6530 0,3449 0,5440

FLUE GAS ENERGY kcal/m3 1,03 0,98 0,00 5161,00 0,00 5163,02

N2-%red. Air - % O2-%.add QN- losses %-losses New-heat

0 100,00 0,00 5158,38 9,79 13.278,88

10 90,00 2,05 4642,54 8,81 13.794,72

20 80,00 4,10 3714,03 7,05 14.723,23

30 70,00 6,15 2599,82 4,93 15.837,44

50 50,00 10,25 1299,91 2,47 17.137,35

70 30,00 14,35 389,97 0,74 18.047,29

90 10,00 18,45 39,00 0,07 18.398,26

100 0,00 20,50 0,00 0,00 18.437,26

heat-increased % 38,85

Q mim 8795,40 kcal/m3 Qmax 9714,72 kcal/m334902,78 BTU/m3 38550,92 BTU/m3

991,24 BTU/scf 1094,85 BTU/scf

Fuel gas 100 m3 M3 FLUE GAS COMPOSITION M3comp. % m3 O2 N2 AIR CO2 H2O O2 N2 SO2 TOTALCH4 94,70% 94,7 189,40 734,50 923,90 94,70 189,40 0,00 734,50 0,00 1018,60C2H6 1,50% 1,50 5,25 20,36 25,61 3,00 4,50 0,00 20,36 0,00 27,86C3H8 0,60% 0,6 2,40 9,31 11,71 1,80 1,20 0,00 9,31 0,00 12,31C4H10 0,90% 0,9 5,85 22,69 28,54 3,60 4,50 0,00 22,69 0,00 30,79C5H12 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00C6H14 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00N2 0,50% 0,50 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,50CO2 0,66% 0,66 0,66 0,00 0,00 0,00 0,00 0,66H2 0,90% 0,90 0,45 1,75 2,20 0,00 0,90 0,00 1,75 0,00 2,65H2S 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00C 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CO 0,24% 0,24 0,12 0,47 0,59 0,24 0,00 0,00 0,47 0,00 0,71Total 100,00% 100,00 203,47 789,07 992,54 104,00 200,50 0,00 789,57 0 1094,07

20,50% 79,5% 100,00% 9,51% 18,33% 0,00% 72,17% 0,00% 100,00%

3.7 Industri di Indonesia. Industri yang banyak menggunakan energy

untuk proses produksinya sebagai berikut :

Industri baja temperatur proses : 1650 oC

Rolling mill temperature kerja 1050 oC

Pengecoran besi temperature kerja : 1400 oC

Peleburan tembaga tempt kerja :1450 oC

Peleburan aluminium tempt kerja : 800 oC

Peleburan timah temperature kerja : 700 oC

Industri kaca temperature kerja :1650 oC

Industri keramik temperatur kerja : 1650 oC

PLTG bekerja pada temperatur : 1150 oC

Pulp and paper

Industri kimia Teknik pembakaran di Indonesia termasuk

teknik yang boros bahan bakar, karena pembakaran yang ada merupakan peralatan yang dijual murah di Luar Negeri. Peralatan tersebut dijual murah karena sudah ketinggalan jaman. karena itu dijual ke negara berkembang. Industri mereka sudah diganti dengan peralatan bakar yang irit bahan bakar. 4.1 Bahan bakar LPG

Nilai kalor : Qb = qco.%CO + qCxHy .% CxHy + qH2.%H2

Q mim 12116,09 kcal/m3 Qmax 13278,88 kcal/m3

48080,29 BTU/m3 52694,59 BTU/m3

1365,48 BTU/scf 1496,52 BTU/scf

Hasil pembakaran 100 m3 LPG menggunakan oksidator udara Fuel gas 100 m3 M3 FLUE GAS COMPOSITION M3comp. % m3 O2 N2 AIR CO2 H2O O2 N2 SO2 TOTALCH4 57,65% 57,65 115,30 447,14 562,44 57,65 115,30 0,00 447,14 0,00 620,09C2H6 6,00% 6,00 21,00 81,44 102,44 12,00 18,00 0,00 81,44 0,00 111,44C3H8 25,00% 25 100,00 387,80 487,80 75,00 50,00 0,00 387,80 0,00 512,80C4H10 1,45% 1,45 9,43 36,55 45,98 5,80 7,25 0,00 36,55 0,00 49,60C5H12 1,00% 1,00 8,00 31,02 39,02 5,00 6,00 0,00 31,02 0,00 42,02C6H14 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00N2 0,50% 0,50 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,50CO2 8,40% 8,40 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 8,40H2 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00H2S 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00C 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CO 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00Total 100,00% 100,00 253,73 983,96 1237,68 163,85 196,55 0,00 984,46 0 1344,86

20,50% 79,5% 100,00% 12,18% 14,61% 0,00% 73,20% 0,00% 100,00%

Mengurangi nitrogen,mengganti dgn oksigen,15300C

Hasil pembakaran 100m3 LPG menggunakan oksidator

oksigen / 4.2. Bahan bakar NG

Nilai kalor Q = Qco.%CO + QH2.%H2 + QCH.%CH

Hasil pembakaran 100 m3 NG menggunakan oksidator udara

susunan NG

CH4 94,70%

C2H6 1,50%

C3H8 0,60%

C4H10 0,90%

C5H12 0,00%

C6H14 0,00%

N2 0,50%

CO2 0,66%

H2 0,90%

H2S 0%

C 0%

S 0%

CO 0,24%



Initial temperatur 0 C 30 1.550 0C end temperatur

Spec.heat Cp cal/C/L 0,5578 0,4425 0,6530 0,3449 0,5440

FLUE GAS ENERGY kcal/m3 881,77 1348,56 0,00 4139,29 0,00 6369,62

N2-%red. Air - % O2-%.add QN- losses %-losses New-heat

0 100,00 0,00 4136,67 42,58 9.714,72

10 90,00 2,05 3723,00 38,32 10.128,39

20 80,00 4,10 2978,40 30,66 10.872,99

30 70,00 6,15 2084,88 21,46 11.766,51

50 50,00 10,25 1042,44 10,73 12.808,95

70 30,00 14,35 312,73 3,22 13.538,65

90 10,00 18,45 31,27 0,32 13.820,11

100 0,00 20,50 0,00 0,00 13.851,39

heat-increased % 42,58

Fuel gas 100 m3 M3 FLUE GAS COMPOSITION M3comp. % m3 O2 N2 AIR CO2 H2O O2 N2 SO2 TOTALCH4 94,70% 94,7 189,40 189,40 94,70 189,40 0,00 0,00 0,00 284,10C2H6 1,50% 1,50 5,25 5,25 3,00 4,50 0,00 0,00 0,00 7,50C3H8 0,60% 0,6 2,40 2,40 1,80 1,20 0,00 0,00 0,00 3,00C4H10 0,90% 0,9 5,85 5,85 3,60 4,50 0,00 0,00 0,00 8,10C5H12 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00C6H14 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00N2 0,50% 0,50 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,50CO2 0,66% 0,66 0,66 0,00 0,00 0,00 0,00 0,66H2 0,90% 0,90 0,45 0,45 0,00 0,90 0,00 0,00 0,00 0,90H2S 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00C 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CO 0,24% 0,24 0,12 0,12 0,24 0,00 0,00 0,00 0,00 0,24Total 100,00% 100,00 203,47 203,47 104,00 200,50 0,00 0,50 0 305,00

20,50% 20,50% 34,10% 65,74% 0,00% 0,16% 0,00% 100,00%

Q = 4.187 81 X C + 300 X H -26 ( O - S ) - 6 ( H2O - 9 X H )

Q MIN : 44565,59 KJ/KG10646,72 KCAL/KG12525,55 KCAL/L

Diese 100 kg AIR = 20.5 % O2 + 79.5 % N2 FLUE GAS COMPOSITION, M3

Ch.com % Kg Mol.W Kmol O2 N2 AIR CO2 H2O SO2 O2 N2 TOTAL KMOL KMOL KMOL M3

C 85,6 85,6 12 7,1333 7,1333 27,6634 34,7967 779,447 159,79 0,00 0,00 0,00 619,66 779,45H2 10,5 10,5 2 5,2500 2,6250 10,1799 12,8049 286,829 0,00 117,60 0,00 0,00 228,03 345,63S 0,7 0,7 32 0,0219 0,0219 0,085 0,1067 2,390 0,00 0,00 0,49 0,00 1,90 2,39O2 0,5 0,5 32 0,0156 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,35 0,00 0,35H2S 0 0 34 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00N2 0,7 0,7 28 0,0250 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,56H2O 2 2 18 0,1111 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 2,49 0,00 0,00 0,00 2,49CO 0 0 28 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CxHy 0 0 0 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CO2 0 0 44 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Total 100 100 12,5569 9,7802 37,9281 47,7083 1068,667 159,79 120,09 0,49 0,35 850,15 1130,87

% 20,5 79,5 % 14,13 10,62 0,04 0,03 75,18 100,00

Initial temperatur 0 C 30 1.550 0C end temperaturSpec.heat Cp cal/C/L 0,5578 0,4425 0,5440 0,6530 0,3449FLUE GAS ENERGY kcal/kg 1354,76 807,72 4,05 3,47 4456,89 6626,90

2170,00

uction %-N2.red. Air - % O2-%add QN- losses %-losses New-heat

0 100,00 0,00 4453,96 41,83 10.646,7210 90,00 2,05 4008,56 37,65 11.092,1220 80,00 4,10 3206,85 30,12 11.893,8330 70,00 6,15 2244,80 21,08 12.855,8850 50,00 10,25 1122,40 10,54 13.978,2870 30,00 14,35 336,72 3,16 14.763,9690 10,00 18,45 33,67 0,32 15.067,01

100 0,00 20,50 0,00 0,00 15.100,68heat-increased % 41,83

Diese 100 kg AIR = 20.5 % O2 + 79.5 % N2 FLUE GAS COMPOSITION, M3

Ch.com % Kg Mol.W Kmol O2 N2 AIR CO2 H2O SO2 O2 N2 TOTAL KMOL KMOL KMOL M3

C 85,6 85,6 12 7,1333 7,1333 7,1333 159,787 159,79 0,00 0,00 0,00 0,00 159,79H2 10,5 10,5 2 5,2500 2,6250 2,6250 58,800 0,00 117,60 0,00 0,00 0,00 117,60S 0,7 0,7 32 0,0219 0,0219 0,0219 0,490 0,00 0,00 0,49 0,00 0,00 0,49O2 0,5 0,5 32 0,0156 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,35 0,00 0,35H2S 0 0 34 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00N2 0,7 0,7 28 0,0250 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,56H2O 2 2 18 0,1111 0,0000 0,0000 0,000 0,00 2,49 0,00 0,00 0,00 2,49CO 0 0 28 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CxHy 0 0 0 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00CO2 0 0 44 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Total 100 100 12,5569 9,7802 9,7802 219,0767 159,79 120,09 0,49 0,35 0,56 281,28

% 20,5 79,5 % 14,13 10,62 0,04 0,03 0,05 24,87

Mengurangi nitrogen,mengganti dgn oksigen pada t = 15500C bakaran

Hasil pembakaran 100m3 NG menggunakan oksidator oksigen

4.3. Bahan bakar cair Susunan kimia :

Nilai kalor Hasil pembakaran 100 kg MFO menggunakan oksidator udara

Mengurangi nitrogen,mengganti dgn oksigen pada t = 15500C

Hasil pembakaran 100m3 LPG menggunakan oksidator oksigen

4. KESIMPULAN 1. Hasil reaksi pembakaran dengan oksidator udara.

LPG Nilai kalor 13278,88 kcal/m3 Jumlah gas buang 1344,86 m3 NG Nilai kalor 9714,72 kac/m3 Jumlah gas buang 1094 m3 MFO Nilai kalor 12525,55 kcal/L Jumlah gas buang 1130,87 m3

2. Hasil reaksi pembakaran dengan oksidator oksigen. LPG Nilai kalor 18437,26 kcal/m3 Jumlah gas buang 360,90 m3 NG Nilai kalor 13851,39 kac/m3 Jumlah gas buang 305 m3 MFO Nilai kalor 15100,68 kcal/L Jumlah gas buang 281,28 m3

3. Penggunakan oksigen sebagai oksidator pada pembakaran akan memberikan efek sebagai berikut : LPG menaikan nilai kalor 38,83 %

menurunkan volume gas buang 73% NG menaikan nilai kalor 42,58 %

menurunkan volume gas buang 72,1% MFO menaikan nilai kalor 41,83 %

menurunkan volume gas buang 75,1% 4. Mengganti udara dengan oksigen pada proses

pembakaran akan menaikan nilai bakar bahan bakar dan menurunkan volume gas buang. Seberapapun oksigen ditambahkan akan mengurangi konsumsi bahan bakar dan mengurangi pemanasan global.

susunan MFO

CH4 0%

C2H6 0% C3H8 0%

C4H10 0%

C5H12 0% C6H14 0%

N2 0,7% CO2 0%

H2 10,5%

H2S 0% C 85,6%

S 0,7% CO 0,5%



DAFTAR PUSTAKA

[1] W.Braker and A.L.Mossman, 1980, Matteson Gas Data book, Sixth edition, D.S.M.Products USA Inc.

[2] Oxygen Material Safety DS AL-France Material Compatebility Prax-air USA

[3] Perry, 1984, Chemical Engineers Handbook, Sixth Edision, Oxygen Safe-work AL – France

[4] B.A.Krivandin & B.L.Markov, 1987, Industrial Furnace, Metallurgy, Moscow

[5] M.A.Kacenko, 1962, Heating Devise For Metal Industry, Mashgis-machine build, Moscow

[6] Robert C.Reid & T.K.Sherwoo, 1991, Sifat Gas dan Zat Cair, Gramedia

[7] Ir.Djokosetyardjo, 1987, Ketel Uap, Pradnya Parami



(K2-51-22)

MENINGKATKAN NILAI OKTAN BAHAN BAKAR DENGAN MENCAMPURKAN GAS HYDROGEN, DALAM RANGKA

PENGHEMATAN BAHAN BAKAR DAN MENINGKATAKAN MUTU GAS BUANG

Setiyono, I Gede Eka Lesmana, Rini Prasetyani Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

E-mail: [email protected], [email protected], ,[email protected]

Abstrak

Sejak terjadi krisis energi pada tahun 1973, masalah energi menjadi topik utama dunia. Negara-negara maju mulai berlomba mencari terobosan baru dalam menghasilkan energi alternatif disampng minyak dan gas. Selain itu, cepat atau lambat bahan bakar fosil akan habis. Bahan bakar terbarukan sangat lambat dikembangkan dan harganya masih terlalu tinggi. Karena itu dikembangkan energi alternative. Salah satu contoh energi alternatif adalah gas hidrogen yang kandungan zat nya sangat banyak di alam. Gas hidrogen didapat dari hasil proses elektrolisis pada air. Air di elektrolisis untuk memisahkan oksigen dan hidrogen. Gas oksigen dimasukan lewat filter angin dan gas hydrogen disuntikan ke in-take manipol. Tujuan penggunaan gas hidrogen adalah meningkatkan nilai oktan bahan bakar dan oksigen difungsikan untuk mengoptimalkan reaksi pembakaran yang akhirnya diharapkan akan terjadi penghematan bahan bakar. Kata kunci: Meningkatkan nilai oktan bahan bakar, mengoptimalkan reaksi pembakaran, penghematan bahan

bakar dan memperbaiki mutu emisi gas buang.

Abstract

Since the energy crisis in 1973, the topic of energy problems in the world. Developed countries started competing seeking a breakthrough in generating alternative energy as well as oil and gas. Besides, fossil fuels sooner or later will run out. Renewable fuel very slowly developed and the price is still too high. Because, it was developed alternative energy. One example of alternative energy is that hydrogen gas is very much his substances in nature. Hydrogen gas obtained from the electrolysis of water. Electrolysis water to separate oxygen and hydrogen. Oxygen gas fed through the filter wind and hydrogen gas injected into the in-take manifold. The intended use of hydrogen gas is increasing the octane rating of the fuel and oxygen functionalized to optimize the combustion reaction that eventually is expected to occur in fuel savings.

Keywords : Octane Number, Fuel, Hydrogen, Quality Exhaust.

1. PENDAHULUAN Di era globalisasi ini, teknologi

berkembang dengan sangat pesat khususnya di bidang pertambangan (gas dan minyak) dan kimia, hal yang paling utama adalah efisiensi termal dari mesin tersebut dan bahan bakar yang digunakan. Saat ini, semakin menipisnya bahan bakar dunia telah mulai memicu pergolakan di masyarakat. Keputusan pemerintah menaikkan harga bahan bakar minyak (BBM) sudah pasti menambah beban masyarakat dalam kondisi ekonomi yang sudah sulit. Sementara itu belum ada titik terang pengembangan energi alternatif pengganti BBM. Solusi terbaik dalam menghadapi persoalan tersebut adalah mencoba mencari langkah yang baik terhadap krisis energi yang diperkirakan akan muncul kemudian bila

kita masih tergantung pada penggunaan bahan bakar fosil atau bahan bakar minyak (BBM). Beberapa peneliti telah mencoba dan mengembangkan bahan limbah kotoran hewan dan kotoran manusia yang diproses secara anaerob sehingga menghasilkan gas metan yang disebut energi biogas. Tetapi energi alternatif ini banyak digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga dan belum sempat dikembangkan di industri dan untuk kendaraan bermotor. Bahan bakar alternatif yang dapat dikembangkan pada kendaraan bermotor saat ini adalah gas hidrogen. Hidrogen dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk semua kegunaan sebagaimana layaknya minyak bumi dan gas alam, Hidrogen yang tersedia dalam air dan senyawa organik berbentuk senyawa hidrokarbon, seperti gas alam, batubara, dan biomassa. Oleh karena itu hidrogen harus



diproduksi melalui penggunaan energi sebelum hidrogen itu sendiri tersedia sebagai sumber energi. Penguraian ikatan-ikatan kimia di dalam air akan menghasilkan hidrogen yang dapat dipergunakan sebagai bahan bakar. Hidrogen dapat dihasilkan melalui beberapa proses, di antaranya proses elektrolisa, fotoelektrokimia, sel fotokimia, steam reforming, dan proses fotobiologi. Cara menghasilkan hidrogen yang paling sederhana yaitu dengan melakukan proses elektrolisis pada air untuk memisahkan 02 dan H2. Hidrogen yang diperoleh dicampur dengan bahan bakar yang biasa digunakan sehingga mendapatkan nilai oktan baru yang lebih tinggi.

Tujuan dari penelitian ini : Mengenalkan bahan bakar terbaru

alternatif yang sangat menjanjikan. Bahan bakar alternatif ini jumlahnya tak

terbatas Bahan bakar terbarukan ini sangat aman

murah dan mudah diaplikasikan. Membantukan Pemerintah dalam

mengamankan kebutuhan bakan bakar yang terus tumbuh.

Mengurangi subsidi yang harus dibayar Pemerintah pada saat import bahan bakar.

Menambah wawasan dan ilmu pengetahuan mengenai gas hidrogen dan penggunaannya sebagai energi alternatif.

2. METODE PENELITIAN 2.1. Definisi Energi

Energi yang sering disebut juga dengan tenaga, merupakan sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar benda tersebut dapat melakukan usaha atau kerja. Energi juga dapat berubah bentuk, dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Peristiwa perubahan bentuk energi ini sering disebut juga konversi energi. Sedangkan alat yang digunakan untuk mengkonversi energi adalah konverter energi. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tapi hanya dapat diubah bentuk menjadi bentuk yang lain. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi. 2.2. Definisi bahan Bakar Bahan bakar merupakan zat yang menghasilkan energi terutama menghasilkan panas yang dapat digunakan. Kebanyakan bahan bakar menghasilkan energi ketika dibakar dengan udara. Proses yang digunakan untuk mengkonversi bahan bakar menjadi energi termasuk reaksi kimia, seperti pembakaran, dan reaksi nuklir (fisi nuklir atau fusi nuklir). Bahan bakar juga digunakan dalam sel organisme dalam proses yang dikenal sebagai metabolisme. Hidrokarbon adalah sumber bahan bakar yang

paling umum digunakan saat ini, namun banyak substansi lain dapat digunakan juga. Perbandingan campuran bensin dan udara harus ditentukan sedemikian rupa agar bisa diperoleh efisiensi dan pembakaran yang sempurna. Secara tepat perbandingan campuran bensin dan udara yang ideal (perbandingan stoichiometric) untuk proses pembakaran yang sempurna dapat dihitung tergantung kepada susunan kimia bahan bakar tersebut. 2.3. Bahan Bakar Cair 2.3.1. Bensin (gasoline) – standar RON 87 Petrol (biasa disebut gasoline di Amerika Serikat dan Kanada); di Indonesia biasa disebut bensin adalah cairan campuran yang berasal dari minyak bumi dan sebagian besar tersusun dari hidrokarbon serta digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin pembakaran dalam. Nilai mutu jenis BBM bensin ini dihitung berdasarkan nilai RON (Randon Otcane Number). Berdasarkan RON tersebut maka BBM bensin dibedakan menjadi 3 jenis yaitu: a. Premium (RON 88) : Premium adalah bahan

bakar minyak jenis distilat berwarna kekuningan yang jernih.

b. Pertamax (RON 92) : ditujukan untuk kendaraan yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan tanpa timbal (unleaded).

c. Pertamax Plus (RON 95) : Jenis BBM ini telah memenuhi standar performance International World Wide Fuel Charter (WWFC). Ditujukan untuk kendaraan yang berteknologi mutakhir yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan ramah lingkungan.

2.3.2. Solar (high speed diesel) Diesel, di Indonesia lebih dikenal dengan nama solar, adalah suatu produk akhir yang digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin diesel yang diciptakan oleh Rudolf Diesel, dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering. 2.3.3. Bensol Bensol adalah bahan bakar hasil tambahan dari pada industri gas batubara dan pabrik kokas. Bensol dapat di peroleh dengan cara mencuci gas yang keluar dari dapur dengan ter yang ringan. 2.3.4. Minyak tanah (kerosene) Minyak tanah atau kerosene merupakan bagian dari minyak mentah yang memiliki titik didih antara 150 °C dan 300 °C dan tidak berwarna.



2.4. Komposisi Kimia Bahan Bakar 2.5. Bilangan Oktan

Bilangan oktan adalah angka yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan. Karena besarnya tekanan ini, campuran udara dan bensin terbakar secara spontan sebelum percikan api dari busi. Jika campuran gas ini terbakar karena tekanan yang tinggi (dan bukan karena percikan api dari busi), maka akan terjadi knocking atau ketukan di dalam mesin. Knocking pada proses reaksi harus dihindari karena akan menyebabkan mesin cepat rusak. Umumnya skala oktan di dunia ditunjukan dengan Research Octane Number (RON). Berikut adalah nilai oktan tiap-tiap bahan bakar cair:

Tabel 1. Octan Rating

2.6. Hidrogen Hidrogen adalah unsur paling melimpah

dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Senyawa hidrogen biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis. Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ

(286 kJ/mol)

Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen menyala seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Sifat Fisika Dan Kimia Hidrogen Sifat Fisika Titik lebur : -259,140C Titik didih : -252,87 0C Warna : tidak berwarna Bau : tidak berbau Densitas : 0,08988 g/cm3 pada

293 K Kapasitas panas : 14,304 J/gK

Sifat Kimia Panas Fusi : 0,117 kJ/mol H2 Energi ionisasi 1 : 1312 kJmol Panas atomisasi : 218 kJ/mol Panas penguapan : 0,904 kJ/mol H2 Konduktifitas termal : 0,1805 W/mK Berat atom : 1,0079

Hidrogen sangat reaktif dan bereaksi dengan setiap unsur yang bersifat oksidator Hidrogen dapat bereaksi secara spontan dengan klorin dan florin pada temperature kamar membentuk hydrogen halide. Dalam atmosfer bumi kandungan hidrogen diperkirakan antara 15000-20000 (dalam jumlah molekul), dan nilai ini naik dengan naiknya ketinggian atmosfer. Dan air merupakan sumber hydrogen yang murah selain dari senyawa hidrokarbon.

ISBN

2.7. A

kimiaatom satu atidak standatempemerupmemizat kasam,molek

antaratempedideskyang hidrok

T

Nama

Nama

Rumu

Massa

Densi

Titik

Titik

Kalor


N 978-602-

Air Air adalah

a H2O: satu mhidrogen yan

atom oksigenberasa dan

ar, yaitu padaeratur 273,15pakan suatu iliki kemampukimia lainnya, beberapa jekul organik.

Air berada a fase cair daeratur standarkripsikan sebaberasosiasi (

ksida (OH-).

Tabel 2. Inform

Informa sistematis

a alternative

us molekul

a molar

itas dan fase

lebur

didih

r jenis


substansi kimmolekul air tng terikat secn. Air bersifat

tidak berbaa tekanan 1005 K (0 °C).

pelarut yanuan untuk m

a, seperti garenis gas dan

dalam kesetiman padat di bar. Dalam bentagai sebuah i(berikatan) de

masi dan sifat

Air

masi dan sifatAir

aqua, dihimonoksidhidrogen h

H2O

18.0153 g

0.998 g/cm20 °C) 0.92 g/cm

0 °C (273

100 °C (3

4184 J/(kg20 °C

k Mesinversitas Pan

mia dengan rutersusun atas cara kovalen pt tidak berwaau pada kon0 kPa (1 bar) Zat kimia g penting, y

melarutkan banram-garam, g

n banyak ma

mbangan dinaawah tekanan tuk ion, air dion hidrogen engan sebuah

t-sifat dari air

t-sifat

idrogen da, hidroksida

g/mol

m³ (cariran pa

m³ (padatan)

.15 K) (32 ºF)

73.15 K) (212

g·K) (cairan p

ncasila

umus dua

pada arna, ndisi and

ini yang nyak gula, acam

amis n dan dapat (H+)

h ion

ada

)

2 ºF)

pada

Semi

2.8. Tahan

2.9. Prose

Memenggunadiuraikan mengalirinelektrolisibereaksi tereduksi m). Sementaterurai meion H+ serH+ dan terbentuk keseluruhadituliskan

Gadari reakelektrodakemudian hidrogen dapat digu

nar NasionJa

nan listrik paTabel 3. Elect

es elektrolisa aemisahkan Hakan arus lis

menjadi unsnya arus liss air. Pada dengan me

menjadi gas Hara itu pada aenjadi gas okrta mengalirkOH- mengalkembali beb

an yang setarasebagai berik

s hidrogen daksi ini mem

dan dapat dimanfaatk

dan hidrogenunakan sebaga

Gambar 1.


ada material trical Resistiv

air Hidrogen dstrik. Moleksur-unsur asastrik. Proses katoda, dua

enangkap duH2 dan ion hidanoda, dua moksigen (O2), mkan elektron klami netralis

berapa molekua dari elektro

kut.

an oksigen yambentuk gele

dikumpulkankan untuk mn peroksida ai bahan bakar

. electrolysis I

Mesin 201tober 2012

B80

vity table

dan oksigenul air dapatalnya dengan

ini disebutmolekul air

ua elektron,droksida (OH-

olekul air lainmelepaskan 4ke katoda. Ionasi sehingga

ul air. Reaksilisis air dapat

ang dihasilkanmbung pada. Prinsip inimenghasilkan(H2O2) yang

r kendaraan.

I

n t n t r , -

n 4 n a i t

n a i n g



Gambar 2. Electrolysis II

2.10. Material Compatibility untuk hidrogen

Beberapa material dapat mengalami kehilangan susunan struktur yang berarti dalam menghadapi gas hidrogen (ketika terkena gas hidrogen). Pada tingkat temperatur tertentu, suatu material dapat mengalami kerapuhan. Maka dari itu, tidak sembarang material dipergunakan mendampingi gas hidrogen. Tabel 4. Hydrogen embrittlement susceptibility of some

commonly used material

2.11. Larutan elektrolit

Menurut Arrhenius, larutan elektrolit dalam air terdisosiasi ke dalam partikel-partikel bermuatan listrik positif dan negatif yang disebut ion (ion positif dan ion negatif) Jumlah muatan ion positif akan sama dengan jumlah muatan ion negative. Ion-ion inilah yang bertugas mengahantarkan arus listrik. Larutan ini

memberikan gejala berupa menyalanya lampu atau timbulnya gelembung gas dalam larutan. Larutan elektrolit mengandung partikel-partikel yang bermuatan (kation dan anion). Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday, diketahui bahwa jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit akan terjadi proses elektrolisis yang menghasilkan gas. Gelembung gas ini terbentuk karena ion positif mengalami reaksi reduksi dan ion negatif mengalami oksidasi.

Pada larutan elektrolit kuat, seluruh molekulnya terurai menjadi ion-ion (terionisasi sempurna). Contoh larutan elektrolit kuat adalah Asam, contohnya asam sulfat (H2SO4), asam nitrat (HNO3), asam klorida (HCl). Basa, contohnya natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), barium hidroksida (Ba(OH)2) 2. 12. Generator hydrogen. Cara Kerja Sistem Hidrogen Generator Kinerja Hydrogen Full Cell serupa seperti aki (accu), hanya saja reaksi kimia penghasil penghasil tenaga listrik ini menggunakan hydrogen dan oksigen yang bereaksi dan mengalir seperti aliran bahan bakar melalui sebuah motor bakar. Dengan demikian limbah dari proses ini hanyalah air murni yang aman untuk di buang.

Gambar 3. Bagan Kinerja Hidrogen Generator Secara sederhana proses dapat dilihat pada gambar dibawah ini : 1. Hidrogen (yang ditumpung dalam sebuah

tabung khusus) dialirkan anoda dan oksigen/udara dialirkan pada katoda.

2. Pada anoda dengan bantuan katalis stainless stell hidrogen dipecahkan menjadi bermuatan positif ( ion/proton ), dan negative ( electron ).

3. Membran ditengah-tengah anoda-katoda kemudian hanya berfungsi mengalirkan proton menyebrang ke katoda.

4. Proton yang tiba di katoda bereaksi dengan udara dan mengasilkan air.



5. Tumpukan elektron di anoda bereaksi dan menghasilkan hidrogen.

Gambar 4. Proses kerja hidrogen generator

2.13.Rancangan Hidrogen generator Alat dan bahan Pada percobaan ini, digunakan proses elektrolisa air menggunakan arus listrik DC untuk memecahkan air (H2O) menjadi gas H2 dan O2, lalu gas tersebut dimanfaatkan untuk pembakaran pada ruang bakar. Adapun alat dan bahan yang akan digunakan.

1. Generator 2. Plat stainless steel 3. Sil ( gasket ) 4. Kni ( elbow ) 5. Mur dan Baut 6. Water breaker, water trap, water absorber 7. Plat mika (acrylic) 8. Skat (acrylic) 9. Selang 10. Air murni (aquades) 11. Flometer, amper meter 12. Dioda bridge, Switch NO,NC 13. Sikring

Gambar 5. Skematik generator hidrogen

Benda Uji yang digunakan adalah mobil dengan spesifikasi sebagai berikut :

Tabel 5. Spesifikasi benda uji.

SUZUKI CARRY

MESIN

Jenis/ Tipe Mesin F 10 A, 4 in-Line, 8 Valve

Kapasitas Silinder 970 cc

Daya Maksimum 5.5/5500 HP/rpm

Torsi Maksimum 7.8/4000 kgm/rpm

Perbandingan Kompresi 8.8 : 1

Sistem Pembakaran Carburator

Bahan Bakar Gasoline

Kapasitas Bahan Bakar 33

Transmisi

Kopling N/A

Tipe Transmisi 5 Speed Manual

Sistem Kemudi Ball Nut

3. HASIL PENGUJIAN 3.1. Rpm dari mesin dan volume gas yg

dihasilkan

Tabel 6. Data Hasil pengujian volume gas yang keluar

3.2. Rpm dan kuat arus

Tabel 7. Data hasil uji rpm dan kuat arus



3.3. Kuat arus dan volume hydrogen

Tabel 8. Data hasil uji volume H2 dan kuat arus

3.4. Konsumsi bahan bakar danjarak tempuh

tanpa hidrogen. Tabel 9. Data hasil uji konsumsi bahan bakar dan

jarak tempuh tanpa hydrogen. 3.5. Konsumsi bahan bakar danjarak tempuh

tanpa hydrogen.

Tabel 10. Data hasil uji konsumsi bahan bakar dan jarak tempuh dengan hidrogen

3.6. Emisi gas buang.

Tabel 11. Data hasil uji emisi gas buang tanpa campuran gas HHO

Tabel 12. Data hasil uji emisi gas buang dengan campuran gas HHO

4. KESIMPULAN 4.1. Kesimpulan 1. Reaksi keseluruhan yang setara dari

elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektroda dan dapat dikumpulkan.

2. Dari hasil pengujian kecepatan putaran (rpm), arus (ampere) dan gas hidrogen dapat dinyatakan bahwa semakin besar putaran maka semakin besar arus listrik yang dihasilkan, sehingga gas hidrogen yang di produksi akan semakin besar.

3. Tanpa campuran gas hidrogen pada bahan bakar hanya dapat menempuh jarak 12,637 km dengan 1 liter bensin. Dengan campuran gas hidrogen pada bahan bakar dengan hanya 1 liter bensin dapat menempuh jarak 16,585 km.

4. Dari hasil pengujian dengan menggunakan campuran gas hidrogen, maka performa mesin menjadi meningkat.

5. Setelah pengujian pada mobil dengan menggunakan campuran gas hidrogen, dapat meurunkan emisi gas buang pada kendaraan.

4.2. Saran

Untuk pengembangan selanjutnya penulis menyarankan, agar dilakukan pengujian alat generator hidrogen dibeberapa jenis kendaraan yang berbeda, baik dari tipe maupun tahun penbuatan kendaraan tersebut.



DAFTAR PUSTAKA

[1] Perry, Robert H. and Don Greon. 1984. Perry’s Chemical Engineer’s; Sixth Edition. Singapore: Mc Graw Hill International

[2] Kriandint Warnov Furnance Metallurgy, D.I. Mendeliev. Gas-Air-Oxygen Combustion Studies, AGA Project IGR-61.

[3] Herring S, 2004, High Temperature Electrolysis, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, Gaithersburg.

[4] Ralph H. Petrucci – Suminar, Kimia Dasar Prinsip Terapan Modern, Edisi Keempat, Jili 1,2 dan 3.

[5] Gaseous Fuels, L. Shaidman (Editor), 1948, American Gas Asscociation, New York.



(K2-52-23)

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO SKALA LABORATORIUM

Rudi Hermawan1,Eko Prasetyo2, , Ainil Syafitri3 1,2Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 3Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Elektro, Jakarta 12640


Abstrak

Sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro merupakan salah satu metode alternatif pembangkit yang sangat potensial untuk dikembangkan, oleh karena itu sangat menarik jika penelitian ini mengambil topik Optimasi Rancang Bangun Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Perancangan PLTMH menggunakan metode QFD untuk memperoleh jenis varian yang sesuai, sehingga perancangan yang dilakukan akan lebih baik setelah melalui tahapan perancangan tersebut. Perancangan ini menitik beratkan ada perancangan sistem mikrohidro dan komponen pendukungnya,meliputi bak pengarah, variasi diameter nosel, dan disain turbin pelton. Tujuan yang diharapkan adalah dengan perancangan bak pengarah, variasi diameter nozel dan disain turbin pelton tersebut diharapkan mampu menghasilkan daya meskipun supply air berkurang. Pada perancangan ini, diperoleh disain sistem mikrohidro dengan daya turbin yang dihasilkan sebesar akan dibuat prototype Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro skala laboratorium yang kemudian diuji keandalannya, sehingga dapat dimanfaatkan untuk penelitian dan praktikum.

Kata kunci: Mikrohidro, Perancangan, Daya turbin.

Abstract

Microhidro power generation system is one of the alternative methods of power plant. But obstractions that often occur is the supply will decerease in dry seasons due to less water from the source. By designing Microhidro power plant using QFD method to obtain the corresponding variants, so that the powerplant will run better after going through to the design phase. Focused on micro-hydro systems and supporting components, including steering tub, nozzle diameter variation and pelton turbine design, to produce power even when the water supply is reduced. The aim of this design is to make a prototype of mikrohidro powerplant laboratory scale so it can use for further research and practicum. Keywords: Microhidro, design, turbin power. I. PENDAHULUAN I.I. Latar Belakang

Kebijakan pemerintahan yang dituangkan dalam Peraturan Presiden No. 05 Tahun 2006 mengenai Kebijakan Energi Nasional dimana target pemerintahan pada tahun 2025 terwujud energi primer mix BBM < 20%, Gas Bumi > 30%, Batubara > 33 %, Biofuel > 5% dan Energi baru dan terbarukan 5 %. Kebijakan ini diambil oleh pemerintah untuk meminimasi krisis energi nasional karena sejak tahun 2003 jumlah produksi bahan bakar minyak tidak dapat lagi memenuhi kebutuhan konsumsi bahan bakar.

Sementara ini Perusahan Listrik Negara (PLN) sampai saat ini baru dapat memenuhi kebutuhan listrik nasional sebanyak 56% yang sebarannya masih terpusat pada perkotaan dan belum sepenuhnya menjangkau daerah terpencil. Faktor yang menyebabkan kondisi tersebut adalah sulitnya akses serta rendahnya fleksibilitas pemasangan jaringan listrik ke pelosok terpencil.

Apabila kondisi tersebut dibiarkan maka jumlah desa tertinggal di Indonesia akan semakin banyak. Indonesia sebagai negara kepulauan yang dikeliling oleh pegunungan. perbukitan dan sungai memiliki potensi energi yang besar, salah satunya energi potensial air yang dapat dimanfaatkan sebagai energi listrik. Berangkat dari kondisi tersebut Jurusan Teknik Mesin Universitas Pancasila termotivasi untuk turut serta memberikan kontribusi dalam mengatasi krisis energi nasional khususnya listrik dengan memanfaatkan sumber energi potensial air melalui teknologi mikrohidro efektif dan efisien yang nantinya dapat dimanfaatkan oleh masyarakat terpencil. I.2. Tujuan

Merancang sistem PLTMH skala laboratorium beserta analisis perhitungannya yang selanjutnya dapat direalisasikan dalam bentuk



prototype sistem pembangkit listrik tenaga mikro hidro

II.3. Perancangan Konsep Dalam proses perancangan sistem pembangkit listrik tenaga tenaga mikrohidro skala laboratorium di perlukan suatu tahapan yang benar untuk memperoleh hasil akhir perancangan yang maksimal sesuai dengan keinginan . Identifikasi masalah Melakukan survey lapangan :

1. Interview langsung dengan tenaga ahli. 2. Menganalisis dan melakukan pengujian

pada mesin yang sudah ada agar dapat mengetahui masalah kekuranganya.

Dari hasil survey lapangan maka didapat beberapa informasi dari proses kerja turbin air yang telah ada :

1. Dalam turbin air yang telah ada di butuhkan 750 rpm untuk memutar generator.

2. Dengan turbin air yang sudah ada kekurangannya adalah kecepatan air yang jatuh dari head merupakan kecepatan dari pompa langsung.

3. Tidak adanya indikator tekanan aliran di dalam pipa.

Spesifikasi Teknik

Semua data sudah di peroleh selanjutnya bisa menentukan spesifikasi turbin air seperti berikut ini : 1. Menggunakan jenis turbin air Kaplan karena

tipe ini sangat cocok yang hanya tinggi kurang dari 20 meter.

2. Menggunakan pipa pvc 4inc dan 2inc. 3. Menggunakan pompa sentrifugal untuk

merotasi air dari bawah ke head.

Tabel 3.1 Tabel Tingkat Kepentingan No Kebutuhan Perancang Tingkat

Kepentingan 1 Harga mesin yang

relatif terjangkau 8

2 Mudah di operasikan 7 3 Mudah di rawat 8 4 Mudah untuk

diperbaiki 7

5 Tidak mudah rusak 9 6 Tidak memerlukan

ruangan yang besar 7

I. Perencanaan dan Penyusunan Spesifikasi

Teknis Berdasarkan identifikasi masalah , maka

pada fase ini dilakukan definisi proyek dab perencanaan proyek yang kemudian akan

menghasilkan ide-ide mesin yang akan terangkum dalam spesifikasi mesin, yang menjadi dasar fase-fase perancangan berikutnya. Definisi Proyek

Definisi proyek adalah langkah perumusan ide-ide produk atau mesin yang di kemudian akan di kembangkan , dirancang dan di buat . ide perancangan pembangkit listrik tenaga air skala laboratorium ini adalah hasil perbandingan antara turbin yang telah ada yang di sesuaikan dengan kebutuhan perancang..

Menyusun Rencanaan Proyek. Perencanaan proyek adalah seluruh tingkat

kegiatan perancangan turbin air putaran rendah skala laboratorium , maka mulai di susun rencana proyek yang terdiri empat langkahberikut ini: 1. Mengidentifikasi pekerjaan

Secara umum , identifikasi pekerjaan untuk peracangan turbin air putaran rendah seperti dibawah: - Menyusun spesifikasi pembangkit listrik

tenaga air - Merancang dan memilih spesifikasi

pembangkit listrik teenaga air - Menyusun dokumentasi

2. Menyusun sasaran pekerjaan

Berdasarkan identifikasi pekerjaan maka perlu dibuat sasaran pekerjaan yang ingin di capai , antara lain : a. Sasaran pekerjaan 1: Menyusun

spesifikasi pembangkit listrik Perancang memahami tentang turbin berdasarkan informasi dan studi pustaka dan evaluasi terhadap mesin sejenis , prinsip kerja, hasil kerja turbin yang akan di rancang, spesifikasi turbin di susun dengan menggunakan QFD ( Quality Functional Deployment ).

b. Sasaran pekerjaan 2 : Merancang dan memilih spesifikasi turbin Setelah memahami spesifikasi turbin air yang akan dirancang maka perancang akan membuat beberapa sket konsep mesin yang potensial . kemudian di pilih konsep yang terbaik yang memenuhi fungsi turbin dan kenginan perancanga.

c. Sasaran pekerjaan 3 : Menyusun dokumentasi mesin Membuat dokumentasi konsep mesin yang dirancang yang dijabarkan dalam gambar detail.

3. Memperkirakan kebutuhan tenaga kerja , waktu dan sumber lain untuk mencapai sasaran .



Pekerjaan – pekerjaan seperti di atas di tangani oleh perancang untuk mancapai sasaran yang sudah di tentukan

4. Menyusun urutan pekerjaan Menyusun urutan pekerjaan bertujuan untuk mengoptimalkan sumber daya yang dimiliki , baik tenaga kerja waktu keraj, dapat mempelancar pekerjaan karena hasil suatu pekerjaan karena hasil suatu pekerjaan akan di gunakan pada pekerjaan berikutnya. Mendalami masalah dan menyusun spesifikasi Pendalaman dan penyusunan spesifikasi mesin menggunakan metode QFD (Quality Functional Deployment). Langkah langkah QFD akan menghasilkan rumah kualitas (House Of Quality) di sebut juga diagram HOQ. Dibawah ini di tujukan gambar House Of Quality (HOQ) perancangan Turbin air putaran rendah skala laboratorium.

Gambar 3.2 Diagram Struktur Fungsi

Gambar 3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Air Skla

Laboratorium

Keterangan gambar :

= varian 1 = varian 2 = varian 3 Dari kombinasi prinsip solusi yang terdapat pada tabel di atas maka di hasilkan varian – varian sebagai berikut :

varian 1 : 1-2, 2-1, 3-2, 4-2, 5-1. varian 2 : 1-2, 2-2, 3-1, 4-1, 5-2. varian 3 :1-2, 2-2, 3-1, 4-3, 5-3.

Dibawah ini adalah gambar alternatif

konsep pembangkit listrik tenaga air skala laboratorium yang di buat morfologi . varian 1



Gambar 3.5 Varian 1

Varian 2

Gambar 3.6 Varian 2

Varian 3

Gambar 3.8 Varian 3

III.1. Pengujian Hasil Rancang Bangun. Hasil daya karya produk teknologi yang di ciptakan oleh manusia tidak lepas dari kekurangan, disamping kelebihan yang dimiliki oleh produk teknologi tersebut. Sudah menjadi hal yang wajar apabila manusia berusaha untuk terus mengembangkan dan meminimalisasikan kekurangan dari teknologinya tersebut, dengan kata lain

meningkatkan fungsi dan kualitas dari produk teknologi yang diciptakan . Untuk itu kelebihan dan kekurangan yang ada pada hasil yang tercipta , tidak lepas dari proses pembuatan turbin yang dirancang.ini. Sasaran yang ingin di capai dari perancangan turbin air putaran rendah skala laboratorium dari turbin yang sudah ada sebelumnya. Diharapkan turbin yang tercipta saat ini lebih baik dari turbin sebelumnya dengan harapan pada produktifitas yang semakin tinggi.

Tujuan dilakukan evaluasi serta seleksi terbaik adalah untuk menentukan varian dengan nilai tinggi berdasarkan skala nilai yang dipergunakan pada masing – masing varian yang berbeda.

Tabel 3.4 Skala Nilai

SKALA NILAI POINT ( M ) KETERANGAN

0 Tidak memuaskan 1 Dapat Ditolerir 2 Cukup 3 Baik 4 Sangat Baik/Memuaskan

Skala nilai adalah untuk membandingkan

nilai pada setiap kriteria yang ada pada varian. Berikut adalah hasil perhitungan – perhitungan pada setiap varian :

Tabel 3.5 Nilai Varian 1

No Kriteria Evaluasi

Bobot

Varian Nilai Angka Juml

ah 1 Menghasilkan

Daya 0,15 B 4 0,6

2 Mudah di Operasikan

0,15 B 3 0,45

3 Model 0,15 B 4 0,6 4 Mudah di

Rawat 0,1 B 3 0,3

5 Komponen Mudah di Dapat

0,1 B 3 0,3

6 Tidak Perlu Perawatan khusus

0,05 B 3 0,15

7 Aman Dalam Pengoperasian

0,05 B 4 0,2

8 Aman Bagi Kontruksi

0,05 B 4 0,2

9 Mudah di Buat 0,15 C 2 0,3 Jumlah 1 30 3.1

Dari sistem penilaian pada varian telah diketahui jumlah yang dihasilkan pada varian 1 adalah 3.1



Tabel 3.6 Nilai Varian 2 No

Kriteria Evaluasi

Bobot

Varian

Nilai Angka Jumlah 1 Menghasilkan

Daya 0,15 B 4 0,6


0,15 B 4 0,6

3 Model 0,15 B 4 0,6 4 Mudah di

Rawat 0,1 B 3 0,3

5 Spare part Mudah di Dapat

0,1 B 3 0,3

6 Tidak Perlu Perawatan khusus

0,05 B 4 0,2


0,05 B 4 0,2


0,05 B 4 0,2

9 Mudah di Buat 0,15 B 4 0,6 Jumlah 1 34 3.6


Tabel 3.7 Nilai Varian 3 No

Kriteria Evaluasi

Bobot

Varian

Nilai Angka Jumlah 1 Menghasilkan

Daya 0,15 Baik 3 O,45


0,15 Baik 3 0,45

3 Model 0,15 Baik 3 0,45 4 Mudah di

Rawat 0,1 Baik 3 0,3

5 Spare part Mudah di

Dapat

0,1 Baik 3 0,3

6 Tidak Perlu Perawatan

khusus

0,05 Baik 3 0,15


0,05 Baik S

4 0,2


0,05 Cukup 2 0,1

9 Mudah di Buat 0,15 Baik 3 0,45 jumlah 1 27 2.85


Dari hasil yang ditunjukan tiap – tiap varian di dapatkan nilai sebagai berikut :

Varian 1 : 3.1 Varian 2 : 3.6 Varian 3 : 2.85

Berdasarkan evaluasi penilaian 3 variasi di atas maka kesimpulan dari perancangan 3 variasi produk di atas di pilih salah satu konsep perancangan produk yang terbaik yaitu variasi produk 2 karena mempunyai point tertinggi di bandingkan variasi produk lainnya. Setelah satu

konsep perancangan terbaik dipilih kemudian dibuat detail drawing produk. IV. Analisis Perhitungan IV.1.Perhitungan Perancangan Rangka Reservoir Untuk merancang suatu bangunan tenaga air hal yang terpenting adalah suatu rangka yang mampu menahan beban reservoir atas. Maka perancang akan merancang rangka dengan spesifik sebagai berikut : Ketinggian = 3 m Lebar = 610 cm Besi = Hollo dengan tebal 2 mm

Gambar 4.1 Gambar Rancangan Rangka Untuk mengetahui seberapa handal kekuatan dari rangka menerima beban dari reservoir apabila beban reservoir diketahui sebagai berikut:

Gambar 4.2 Rancangan Reservoir

ISBN

MencsebagP x L Telah

Jadi bsebesaMengmengDapat

Beriku226 N

Telahtidak menermempdi rasoftwrancanreserv IV.2. spesif

spesifmengturbin

ns

nt =


N 978-602-

cari volume gai berikut :

x T = 610 x = 0,226 m

h diasumsikan = 0,266 m

beban yang diar 266 N.

ganalisa kegunakan softwt di peroleh da

Gambar 4.3ut adalah ben

N

Gambar 4.4 T

h diketahui titiberdampak barima gaya pengarhui besancang setelaare Pro-E.Kng kuat kovoir.

Perhitungafikasi turbin

Perhitungafik turbin adetahui jenis

n air skala labo

s = 3

Dengan : = putaran tu


air yang ad

610 x 610 m³ bahwa 1kg =

m³ = 266 kg =i peroleh rang

ekuatan rware ProE ata sebagai be

3 Analisa softwntuk rangka te

Titik kritis terh

ik kritis yang anyak pada ra

sebesar sar pada kekuah di analis

Kesimpulan rontruksinya

an perancan

an perancandalah perhitun

sudu yang aoratorium.

,65 . nt √Q

H¾

urbin (rpm)

k Mesinversitas Pan

a pada reser

9,81 N = 2609 N gka dari reser

angka den

rikut :

ware ProE elah di kasih g

hadap beban

di terima ranangka. Jadi ran

226 N tuatan rangka ysa menggunarangka yanguntuk mena

ngan kecepa

ngan kecepngan dasar uakan di guna

ncasila

rvoir

rvoir

ngan

gaya

ngka ngka tidak yang akan

g di ahan

atan

patan untuk akan

Semi

Q = k H = tiDiketahui

P

ns =

ns =

n IV.3 Perh Bseluruh btinggi pemHasil PenUntuk medilakukannberikut : 1. Debi

diket

Dimana : :

No

n turb(rpm

1 4672 4313 449 Berdasarkbeberapa p2. Untuk

rumusmeng

nar NasionJa

kapasitas aliraninggi jatuh air: nt= 300 rp Q= 0.056 H= 2.5 m

Penyelesaian

3,65 . nt √Q

H¾

3,65 .300 0.0

2.5¾

ns =508.2 rpm

hitungan PerBerikut ini abangunan tenambangkit listringujian Secar

ndapat hasil ynya perhitung

it air yang mtahui, yaitu :

Qv = C . C = Koefisie

=

Tabel 5.1 H

bin

m) n

rpm (

7 303 1 279 9 284

kan hasil pengpercobaan sebk menghitung s di bawah gunakan data


n (m3/s) r (m) pm 6 m³/s

m n :

056

m

rancangan PLadalah perhitunaga air meliik PLTMH. ra Teoritis yang lebih magan secara te

melalui pipa v

A2 en debit, diang

Hasil Pengujia

h (m Hg)

h head (m Hg)

0.05 0.03 0.05 0.03 0.05 0.03

gujian telahbanyak 3 kali g daya listrik, m

ini, untuk pa hasil penguji

Mesin 201tober 2012

B90

LTMH ungan secaraiputi dimensi

aksimal makaoritis sebagai

venturi dapat

ggap 1 karena

=

an

Kuat Arus (Ampere)

Teganga

n (Vol

t)

1.5 14 1.4 13 1.4 13

diasumsikan. menggunakanarameter nyaan.

a i

a i

t

a

=

n

n a

ISBN

P==

Bebantenaga5 Wseban3. E

p

Jadi e

selurudimen

dialirisebagPrinsiE1 = E P1 +

Untuk

P2


N 978-602-

Pl = V x I = 13.3 Volt x 1= 17.29 Watt n yang digunaa PLTMH sk

Watt sehingnding dengan dEfisiensi turbiperhitungan di

t =

= = 46

efisien turbin 4

Berikut inuh bangunannsi tinggi pem

Gambar 4

Persamaani fluida dima

gai berikut : ip E total aliraE2

+ V1

2 +

2g

k menghitung

2 +


1.3 Ampere

akan sebuah pkala laboratorigga dinyatakdaya listrik yain didapat bebawah ini :

x 100 %

x 10% 46 %

ni adalah pen tenaga P

mbangkit listrik

4.5 Dimensi B

n momentum ana sifat fluid

an = tetap

Z1 = P2

V2 …………

V22

2g

k Mesinversitas Pan

pembangkit liium adalah lakan baik kaang di hasilkanerdasarkan ru

00 %

erhitungan seLTMH melik tenaga PLTM

angunan

untuk pipa yda konstan ad

+ V2

2 +

2g

…=

+ Z

ncasila

istrik ampu arena n. umus

ecara iputi MH.

yang dalah

+ Z2 +

Z2

Semi

H ………

Perlu dikeP =V1 =Z1 =Z 2 =ρ1 = Penyelesag Z1 =V2 = = = = =Berarti teketinggianMenghitunpipa yanberikut. Pipa yangDengan ruDimana : A1 =V =D1 =Mencari A

Jadi debit IV.4 Pesebuah tuair sebesarP= . g . QDimana :PQ = =g =Heff =Diketahui =g =Heff =Q =Penyelesa

P = . g . Q .P = 1000 kg/mP = 1373.4 W

nar NasionJa

……..……..2.1

etahui : = dianggap ρ u= V1 << V2 = 2.5 m = 0 = massa jenis

ian : = V2² = √2.g Z1 = √ 2. 9,81. 2.5=√ 19.62 . 2.5 = √49.05 = 7 m/s elah di ketahn 2.5 m yaitu 7ng Qv debit

ng mengguna

direncanakanumus : Qv = AQv = deb

= luas penamp= kecepatan al= diameter pipA1 = π .D

4 = 3,14

4 = 0,00

yang di perol Qv = A1

= 0,00= 0.05

rhitungan Darbin dapat mr : Q . Heff ………P= Daya (W

= Debit aliran = Massa jenis = Percepatan g= Head efektif

P= 1000 kg/m² = 9,81 = 2.5 m = 0.056 m³/s ian : Heff

m². 9,81 . 0.05Watt = 1.373 kW


1

udara artinya 1

air 1000 kg/m

5

hui kecepatan7 m/s aliran fluida

akan persam

n : Pipa 4 incA1.V bit aliran pang bagian daliran pa D1²

4 .0, 102.²

08 m

leh : 1.V 08 . 7 m/s 56 m³/s

aya Air menghasilkan

………………Watt)

( m³/s ) s air (kg/m3) gravitasi (m/sf (m)

= ….?

56 m³/s. 2.5 mW

Mesin 201tober 2012

B91

1 atm

m²

n aliran pada

a pada dalammaan sebagai

c

alam

daya (power)

……….. 2.2

s2)

m

a

m i

)



IV.5. Hasil Pengujian Secara Teoritis Untuk mendapat hasil yang lebih maksimal maka dilakukannya perhitungan secara teoritis sebagai berikut : 1. Debit air yang melalui pipa venturi dapat

diketahui, yaitu :

Qv = C . A2 . .∆

Dimana : C = Koefisien debit, dianggap 1 karena

: = Aliran Q sebenarnya

Aliran Q ideal =

Q

A . .

A1 = π x D12

4 =

π . (0.1 m)2

4 = 0.007 m2

A2 = π . D12

4 =

π. (0.064 m)2

4 = 0.003 m2

Maka debit pada venturi dapat dihitung menggunakan rumus :

Qv = C . A2 . .∆

= 1 . 0.05 m2 2 . 9.81 m s

2 . 0.05 m Hg

1 - (0.003 m2

0.007 m2)2

= 1 x 0.003 m2 . 1.1 m/s = 0.003 m3/s 2. Mencari head turbin (HT) menggunakan rumus

:

HT = P

g +

2

2 . g + H

Dimana : P

g = 28.2 . h2

Maka Head turbin nya adalah :

HT=(28.2x0.040mH2O)+((7m/s)2

2 . 9.81 m s2)+2m

= 1.128 m + 0.3 m + 2.5 m = 3.928 m 3. Daya turbin dapat dihitung dengan rumus

Pt = T , , dimana : T = FxL= mxgxL Dimana, L = 0.05 (m) m = . A2 . 1 = 1000 kg/m3 . 0.003 m2 .7 m/s

= 21 kg/s

Maka T = 21 kg/s . 9.81 m/s2 . 0.05 m = 10.300 Nm

= 2 . π . nt

60 =

2 . π. 300

60

= 31.4 rad/s

Maka, Pt = T . = 21 Nm . 31.41 rad/s = 659.61 Watt = 0.659 kW

Tabel 5.1 Hasil Pengujian

No

n turbin (rpm)

n generato

r (rpm)

h venturi (m Hg)

h head (m Hg)

Kuat Arus

(Ampere)

Tegangan

(Volt)

1 467 303 0.05 0.03 1.5 14

2 431 279 0.05 0.03 1.4 13

3 449 284 0.05 0.03 1.4 13

Berdasarkan hasil pengujian telah diasumsikan beberapa percobaan sebanyak 3 kali . 4. Untuk menghitung daya listrik, menggunakan

rumus di bawah ini, untuk parameter nya menggunakan data hasil pengujian. Pl = V x I = 13.3 Volt x 1.3 Ampere = 17.29 Watt

Beban yang digunakan sebuah pembangkit listrik tenaga air skala laboratorium adalah lampu 5 Watt sehingga dinyatakan baik karena sebanding dengan daya listrik yang di hasilkan. 5. Efisiensi turbin didapat berdasarkan rumus

perhitungan di bawah ini :

t = Pt

Pa x 100 % =

0.659 kW

1.3kWx100 % = 46 %

Jadi efisien turbin 46 %

V. Kesimpulan Dari penelitian perancangan ini dapat

disimpulkan sebagai berikut : 1. Perancangan sstem PLTMH merupakan

pengembangan rancangan yang telah ada dengan memodifikasi bentuk dan variasi komponennya, yaitu disain bak pengarah, variasi diameter nozzle dan variasi sudut sudu turbin.

2. Perhitungan perancangan diperoleh Kecepatan aliran turbin 7 m3/s dengan debit aliran 0,056 m3/s dapat menghasilkan daya listrik sebesar 1373,4 Watt = 1,373 kW

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arismunandar Wiranto, “enggerak Mula

Turbin,”edisi ke 3, ITB, Bandugn, 2004. [2] Sornes K,”Small-Scale Water Current

Turbine for River Applications”, Zero Emission Resource Organization, 2010

[3] Dafid, L.F.G.” Performance Enhancements Turbine Modelling Tachniques and Asessmen of Turbulance Models”,2006

[4] Dietzel, Fritz, Turbin, Pompa, dan Kompresor, Erlangga, Jakarta. 1996

[5] Giles, V. Ranald, Mekanika Fluida & Hidraulika, Erlangga, Jakarta, 1993.



[6] Mulyanto, Tri, Proses Manufaktur II, Univ. Pancasila Press, Jakarta. 2007.

[7] Tim Laboratorium Mesin, Panduan Praktikum Rekayasa Terapan Mesin 2 Pro Engineer, Univ. Pancasila Press, Jakarta. 2008.

[8] http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine 22:58. 12 Januari 2011

[9] http//www.pdfsearchengine.com/chapterII. [10] 11:08.2 Desember 2010 [11] http//www.pdfsearchengine.com/generator

15:52. 20 Desember 2010

C KELOMPOK DAMPAK

LINGKUNGAN


Program Studi Teknik Mesin C1 Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

(K3-24-06)

ANALISIS KINERJA MESIN PENDINGIN COLD STORAGE DENGAN MENGGUNAKAN HIDROKARBON MUSICOOL 134

Ismail1, Widodo2 1Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

2STT Bina Tunggal, Program Studi Teknik Mesin, Bekasi

Abstrak Mengingat pentingnya lingkungan dan penyelamatan dunia untuk masa yang akan datang, maka diperlukan kesadaran dari semua pihak untuk melakukan pencegahan salah satunya menciptakan teknologi refrigerasi dan mengurangi produksi gas rumah kaca. Upaya yang dilakukan yaitu memberikan pengetahuan, training atau pelatihan kepada praktisi-praktisi service refrigerasi untuk melakukan metode penanganan service mesin refrigerasi yang ramah lingkungan. Oleh karena itu perlu dilakukan : Analisis kinerja Mesin Pendingin Cold Storage dengan menggunakan Hidrokarbon Musicool 134. Adapun metode yang digunakan di dalam penelitian ini adalah dengan melakukan pengujian dan menganalisis sistem refrigerasi kompresi uap pada Mesin Pendingin Cold Storage serta mengacu standar yang dikeluarkan oleh PERTAMINA. Dari hasil analisis didapat bahwa besarnya COP (Coefficience Of Performance) 3,25 mendekati harga optimum dari Standar MC 134 PERTAMINA yaitu 3,38. Hal ini disebabkan Rasio tekanan (perbandingan tekanan dorong dengan tekanan hisap kompresor) yang lebih kecil dari rasio tekanan refrigeran sintetik. Dilihat dari hasil yang dicapai, maka Mesin Pendingin Cold Storage dapat dipergunakan dan efektif sebagai sarana perawatan atau praktek mesin refrigerasi, karena refrigeran yang dibuang ke udara relatif kecil.

Kata kunci: Hidrokarbon musicool 134, COP (Coefficience Of Performance), mesin pendingin cold storage.

Abstract

Given the importance of the environment and saving the world for the foreseeable future, it would require awareness of all parties to take reasonable precautions to create one of refrigeration technology and reduce production of greenhouse gases. Efforts are made that provide the knowledge, training for refrigeration service practitioners to perform service management methods that are environmentally friendly refrigeration machine. Therefore, it needs to be done: Analysis of Engine Coolant Cold Storage performance using Musicool Hydrocarbons 134. The method used in this study is to test and analyze the vapor compression refrigeration system on the engine cooling and Cold Storage refers to standards issued by PERTAMINA. From the results obtained that the magnitude of COP (Coefficience Of Performance) 3.25 close to the optimum price of Standard MC 134 PERTAMINA is 3.38. This is due to the pressure ratio (ratio of pressure to push the compressor suction pressure) is smaller than the ratio of synthetic refrigerant pressure. Judging from the results achieved, then Engine Cooling and Cold Storage can be used effectively as a means of treatment or practice of refrigeration machines, because the refrigerant is discharged into the air is relatively small.

Keywords: Hidrokarbon Musicool 134, COP (Coefficience Of Performance), engine coolant cold storage

1. PENDAHULUAN

Dengan berkembangnya teknologi dewasa ini serta tuntutan untuk melayani pelanggan dengan mutu dan kualitas terbaik, maka setiap perusahaan yang bergerak di bidang mesin pendingin selalu berusaha semaksimal mungkin. Dalam persaingan-persaingan pasar bebas yang sekarang ini sedang berjalan.

Oleh karena itu, penipisan lapisan ozon disebabkan karena semakin meluasnya lubang ozon sehingga menyebabkan meningkatnya jumlah radiasi ultraviolet menuju bumi berdampak pada pengaruh perubahan cuaca di

bumi dan timbulnya berbagai macam penyakit yang sangat berbahaya untuk kelangsungan makhluk hidup di dunia.

Mengingat pentingnya lingkungan dan penyelamatan dunia untuk masa yang akan datang, maka diperlukan kesadaran dari semua pihak untuk melakukan pencegahan salah satunya menciptakan teknologi refrigerasi dan mengurangi produksi gas rumah kaca. Upaya yang dilakukan yaitu memberikan pengetahuan, training atau pelatihan kepada praktisi-praktisi service refrigerasi untuk melakukan metode penanganan service mesin refrigerasi yang ramah

ISBN

lingkuAnalidenga134.

digunmacam

1. Ar

2. A

2. ME

di dalStudi ekspeyang pengiterlebdengamenitvakum0 barkebocdengaberiku

1. 2. 3.

sistembusa cara msistemlebih refrigdilanjpemermembpipa sambuterdapdeterj


N 978-602-

ungan. Oleh sis kinerja M

an mengguna

Pada dasarnakan masyaram yaitu : AC Mobil ruangan penumAC Ruangan

ETODE PENAdapun met

lam penelitianliteratur deng

erimen pada Mmana cara

sian mesin bih dahulu an menggunakt, di mana m yaitu pressur absolut ataucoran pada sisan menggunut : Busa sabun aSistem electrZat warna Adapun p

m ini hanya dsabun atau dmengisi sedik

m sudah dipabesar dari tekeran dianggaputkan dengariksaan kbubuhkan bus(sepanjang i

ungan pipa, bpat gelembunen berarti si


karena itu pMesin Pendingakan Hidroka

rnya mesin akat umum t

(Pesawat pmpang) (Pesawat pend

NELITIAN tode penelitian ini adalah

gan berbagai rMesin Pendina eksperimen

pendingin dsistem pend

kan pompa v sistem sud

ure gauge meu -1 bar gau

stem refrigerasnakan di an

atau deterjen ronic detector

pengetesan kdilakukan dengdeterjen ini dkit Musicool stikan vakumkanan atmosfp cukup makan proses

kebocoran sa sabun ke seinstalasi pipabaik nut mau

ng-gelembung stem masih b

k Mesinversitas Pan

perlu dilakukgin Cold Stoarbon Musi

pendingin yterdiri dari em

pendingin u

dingin ruanga

Gambar 1.

n yang digunasebagai berik

referensi dan sngin Cold Storn yaitu medengan refrigdingin divakakum selama dah benar-benunjukan tekauge. Pengetsi dapat dilakuntaranya seb

(leak detector

kebocoran pgan menggunadilakukan den(MC-134) di

m dengan tekafir. Jika pengika dihentikan pengetesan dengan

eluruh permuka) terutama pupun las. Apa

busa sabun bocor. Jika t

ncasila

kan : orage icool

yang mpat

untuk

an)

Mesin pendin

akan kut : studi rage

elalui geran kum, a 20 benar anan tesan ukan bagai

r)

pada akan ngan

disaat anan isian dan atau cara kaan pada abila atau

tidak

g

Semi

3. Freezer 4. Kulkas

Dari merupakan bnaiknya taraf tersebut mendianggap biadengan adanmakanan, budisimpan lebi

ngin cold stora

terjadi gelembsistem tidak bbisa dilakukdengan cara sampai tekanakondisi tekangauge)

Peralat1. Thermom2. Tang Am3. Manifold4. Stop Wa

Hal-haProsedur Peng

1. Siapkan 2. Siapkan

manifold3. Lakukan

Pendingsambung

4. Pasang a5. Lakuka

temperatUntuk

dilakukan susaat pengambkesalahan ypersiapan yanseperti beriku

Penentdiukur :

1. Penentu

nar NasionJa

(Lemari Pend keempat jen

barang mahalkehidupan m

njadi salah asa dan menya mesin pah-buahan dah lama dalam

age

bung berarti sbocor maka p

kan pada sissedikit demi an 10 -12 psi nan normal (b

tan Pengujianmeter Digital mpere d Gauge

atch al yang hagujian yaitu : Mesin Pendin

alat bantu d gauge dan tan pemeriksaanin Cold Stgan pada pipa alat ukur therman pengambitur yang dilakmelakukan p

uatu persiapanbilan data tidyang tidak ng diperlukan

ut : tuan paramete

an titik pengu


dingin)

nis pendinginl, akan tetap

manusia akhirnsatu kebutuh

erupakan barpendingin inan sayur-sayu

m keadaan sega

sistem tidak bpengisian Musstem pendingsedikit secarcukup ditand

(baca tekanan

n

arus dilakuk

ngin cold storayaitu pipa

abung Musicon pada instal

Storage dan a ekspansi. mometer digitailan data tekkukan pada mepengambilan n awal sehindak terjadi k

diinginkan. n meliputi ta

er pengujian y

ukuran

Mesin 201tober 2012

C2

n di atas pi dengan nya barang han yang rang vital ni seperti uran dapat ar.

bocor. Bila sicool 134 gin yaitu ra konstan dai dengan n pressure

kan pada

age. ekspansi,

ool 134. asi Mesin

pastikan

al. kanan dan esin. data perlu

ngga pada kesalahan-

Adapun ahap-tahap

yang akan

ISBN

2. P3. P4. P

d

sistemsebag

1. T2. T3. T4. T5. T6. A7. T8. D

titik-tisistempengalangkyang d

1. M

2. Mdt

3. Dsp

4. Pmp

5. Psk

6. PNPsd


N 978-602-

Penyediaan alPemasangan aPemeriksaan mdiuji

Parameter ym Mesin Pengai berikut : Temperatur linTemperatur koTemperatur koTemperatur ETekanan SuctiArus listrik Tegangan listrDaya listrik

Setelah semitik pengukur

m sudah siaambilan data pah untuk pengdilakukan adaMemeriksa ko

a. Memastidigital b

b. Tang ambaik

c. Memastidengan b

Mencatat kedijalankan databel data penDalam pengustorage dilapengujian. Pengukuran smasukan dapengamatan mPengukuran sselang waktu ke 60. Pengukuran dNO. 5 tetapiPengukuran sampai dengdan cut on.


lat ukur alat ukur padamenyeluruh t

yang diambil ndingin Cold

ngkungan ondensor ompresor

Evaporator ion

rik

mua alat ukuran yang tela

ap untuk diupun dapat dilagambilan dataalah sebagai bondisi alat ukuikan bahwerfungsi deng

mpere digital

ikan bahwa mbaik adaan awal

an masukan dngamatan menujian Mesin akukan den

setiap 1 meniata tersebut menit ke 1 eperti pada la1 menit hing

dilakukan sepi dalam peng dilakukan gan sistem m

Gambar 2. G

k Mesinversitas Pan

a titik pengukuerhadap alat y

dalam pengud Storage ad

r terpasang pah ditentukan uji maka prakukan. Langa pengujian siserikut: ur yaitu: a thermom

gan baik berfungsi den

manifold berfu

sebelum sisdata tersebut pnit ke nol

Pendingin Cngan dua

t sistem berjake tabel

angkah ke 2 segga sampai m

erti pada langgujian sistem

setiap 1 mmengalami cut

Grafik temper

ncasila

uran yang

ujian dalah

pada dan

roses gkah-stem

meter

ngan

ungsi

stem pada

Cold kali

alan, data

etiap menit

gkah m ini menit t off

3

ratur kondenso

Semi

3. HASIL DData

menggunakansesuai analisiStorage.

Data Pen Tempera Tempera

77,8° C Tempera

49,4° C Tempera

(T2/mak Arus L Tegang Daya =

1. EEd2

2. KKlupmkdkplaa

3. JuKUdpyupJK

4. C

C

or terhadap wa

nar NasionJa

DAN PEMBAuntuk P

n Musicool 1is rancangan

nggunaan Refatur Lingkungatur Kompress

atur Kondenso

atur Evaporatksimal ) = - 9,5Listrik = 1,55 gan = 220 V= 0,34 kW Efek RefrigeraEfek refrigeradiambil oleh

31,33 kJ/kg Kerja KompresKerja Kompreuar yang emampatan

meningkat unkondensasi ddilakukan olehkerja kompres

ada diagramanjut didapat ndalah 71,17 umlah Kalor

Kondensor Untuk mengemdari uap jenu

erlu dilakukayaitu pendingiudara atau a

embuangan padi jumlah ka

Kondensor 30COP (Coeffici

COP = Ker

Efe

= 3,25

aktu saat norm


AHASAN Perhitungan 134 pada menMesin Pendin

frigeran 134: gan = 30° C sor cut off dan

or cut off dan

tor cut off da5°C A

V

asi asi jumlah pa

evaporator

si. esi adalah te

diperlukanrefrigeran antuk mencapdan dalam h motor. Jadisi pada suhu

m tekan entanilai kerja komkJ/kg r yang dibu

mbalikan fase uh menjadi ckan proses kinan kondensoair sehingga

panas. alor yang dib

02,5 kJ/kg ient of Perform

Komprerja

refrigeraek

mal

Mesin 201tober 2012

C3

dengan nit ke 60, ngin Cold

n cut on =

n cut on =

an cut on

anas yang sebanyak

enaga dari n untuk agar suhu pai suhu

hal ini i besarnya u 49,4 °C alpi panas mpresinya

uang oleh

refrigeran cair maka kondensasi or dengan

menjadi

uang oleh

mance)

esi

ias [2]

ISBN


N 978-602-

Gam

Gam

G


mbar 3. Grafik

Gambar 4. G

mbar 5. Grafik

Gambar 6. Gra

k Mesinversitas Pan

k temperatur k

Grafik tempera

k Temperatur k

afik Temperat

ncasila

kondensor terh

ratur kompreso

kompresor ter

tur Evaporator

Semi

hadap waktu s

or terhadap w

rhadap waktu

r (t2) terhadap

nar NasionJa

saat cut off dan

aktu saat norm

saat cut off da

waktu saat no


an cut on

mal

an cut on

ormal

Mesin 201tober 2012

C4

ISBN

data aMesinuntuk

1

2

3


N 978-602-

Gamb

Berdasarkananalisis sistemn Pendingin Ck analisis di ata

. Dengan pergunakayang prekarena akkinerja me

2. Dari hasidesign) mdapat dicatersebut penggunaa

. Dari hasil a) Besarn

231,33atau kemamuntuk mdari lipada ev290,5 b

b) Besarndihasil

c) Besar konden

d) BesarnPerform


ar 7. Grafik T

G

n data pengm refrigerasi kCold Storage,as :

pengecekaan standarisassisi dari kokan mempengesin tersebut. l rancang baesin pendingiapai kinerja

yaitu dapan refrigeran perhitungan d

nya efek r3 kJ/kg. Da

efek pendmpuan melakukan pingkungan, pvaporator. Sberarti baik penya kerja kan ialah 71,1

kalor yangnsor ialah 302nya COP (mance) adalah

k Mesinversitas Pan

Temperatur Ev

ambar 8. Graf

gamatan maukompresi uap p

dapat dijaba

an komposi dan alat umponen tersgaruhi dari p

angun ulang n cold storagdari pada m

pat menghe

didapat : refrigerasi impak refrige

dinginan addari sis

penyerapan pproses ini tertandar MC enggunaannyakompresi y

17 kJ/kg. g dilepas

2,5 kJ/kg. (Coefficience h 3,25.

ncasila

vaporator (t2) t

fik COP stand

upun pada

arkan

onen ukur

sebut pada

(re-ge ini mesin emat

ialah erasi

dalah stem

panas rjadi nya

a. yang

oleh

Of

P

Semi

terhadap wakt

dar PERTAMI

4. KESIMPBesarn

Performance)Standar MC 1disebabkan Rdorong dengalebih kecil daDilihat dari Pendingin Coefektif sebagmesin refrigeke udara relat

[1] Hendoko, [2] Roy. J.

RefrigeratYork

[3] W. F. S“RefrigeraJakarta

[4] Wiranto A“PenyegarJakarta

[5] Aspek Tek

nar NasionJa

tu saat cut off

INA

ULAN nya COP ) 3,25 mendek134 PERTAM

Rasio tekanan an tekanan hari rasio tekanhasil yang

old Storage dgai sarana perasi, karena retif kecil.

DAFTAR PU

1981, “TekniDossat, 19

tion”, John W

Stoecker dan asi dan Pe

Arismunandarran udara”, knis Pertamin


f dan cut on

(Coefficienkati harga opti

MINA yaitu 3,3(perbandinga

hisap kompreanan refrigeran

dicapai, makdapat dipergunerawatan ataurefrigeran yan

USTAKA

ik lemari es”, 981, “ prinWilley dan S

J. W. Jonengkondisian

ar, Heizo SaiPradnya

na (Standar Mu

Mesin 201tober 2012

C5

nce Of imum dari 38. Hal ini an tekanan sor) yang n sintetik. ka Mesin nakan dan u praktek

ng dibuang

Jakarta ciples of ons, New

es, 1994, udara”,

ito, 2002, Paramita,

usiCool)

D KELOMPOK

MANUFAKTUR


Program Studi Teknik Mesin D1 Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

(K4-8-01) OPTIMASI KERJA POMPA HIDRAM

Mastur Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320


Abstrak Sebuah unit pompa hidram ukuran 0,0308 meter dengan ketinggian pemompaan 28 meter menghasilkan debit yang sangat kecil yaitu 1.48 liter/menit. Untuk itu diperlukan suatu kajian dan pengujian agar kinerjanya meningkat. Dengan melakukan perubahan diameter pipa masuk, tabung kompresi, katup limbah dan massa katup limbah diperoleh suatu data dari kombinasi yang optimal. Selanjutnya diolah dengan menggunakan Metode Taguchi. Hasilnya terjadi peningkatan debit menjadi 8.2255 liter/menit. Pengujian pada kondisi optimal dan analisa perhitungan menghasilkan debit 8,3531 liter/menit dan 9,7542 liter/menit. Hubungan antara debit dengan masing-masing variabel dari berbagai keadaan digambarkan dalam bentuk grafik karakteristiknya.

Kata Kunci: pompa hidram, debit dan karakteristik.

Abstract

A unit of hidram pump is 0.0308 meters size with a height of pumping is 28 meters;it produces a very small discharge that is 1,48 liters/minute. This requires a study and testing in order to increase its performance. By changing the diameter ofthe entering pipe, the compression tubes, the waste valve and waste valve mass obtained the data from the optimal combination. Further, it processed by using theTaguchi method. The result is an increase in the discharge into 8.2255 liters/minute. Testing in optimal conditions and calculation analys is produces 8.3531 liters/minute and 9.7542 liters/minute discharge. The relationship between the discharges and each variable of the circumstances is describedin its characteristics graphic. Keywords: hidram pump, discharge and characteristics. 1. PENDAHULUAN

Saat ini, pengembangan dan penggunaan energi terbarukan atau renewable energy semakin menjadi hal yang sangat penting. Apalagi sekarang ditambah dengan isu pemanasan global, yaitu tentang emisi CO2 yang kontra terhadap pelestarian lingkungan dan efek rumah kaca. Maka berbabagai upaya dilakukan untuk menanggulangi dan mengurangi hal tersebut, misalnya adanya diversifikasi sumber energi dengan ditandatanganinya Inpres No.1/2006 tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati.

Menurut data dari World Electricity Generation, penggunaan bentuk energi didunia : batu bara 40.3 %; gas alam 19.7 %; air 16.0%; nuklir 15.2%; minyak 6.6 %; dan energi terbarukan 2.2%. Melihat kondisi seperti ini, tentu merupakan kondisi yang positif dan momentum yang tepat bagi seluruh komponen bangsa untuk segera memikirkan dan mengambil langkah serius guna pengembangan sumber energi alternatif masa depan.

Salah satu bentuk pengembangan energi alternative yang cocok didaerah pedesaan atau pegunungan adalah dengan memanfaatkan atau menggunakan air. Air didaerah (tersebut) kebanyakan masih melimpah dan

pemanfaatannya belum maksimal. Oleh karena itu penggunaan pompa hidram sangat tepat. Pompa ini adalah pompa air ramah lingkungan dan tidak menggunakan bahan bakar. Mampu bekerja non stop dan tidak memerlukan biaya operasi yang tinggi untuk perawatannya.

Selain dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga, juga dapat digunakan untuk pertanian, peternakan dan sebagainya

Di desa Kelinting, RT:10, RW:1 Kecamatan Somagede, Kabupaten Banyumas, Jawa Tengah sudah terpasang pompa hidram, tetapi belum maksimal karena debitnya kecil 1.48 liter/menit. Maka kami bermaksud melakukan Optimasi Desain Pompa Hidram agar diperoleh debit yang maksimal. Selain itu juga untuk mengetahui pengaruh dari masing-masing faktor serta untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan tentang pompa hidram.

2. METODE PENELITIAN Unit Pompa Hidram

Data pompa hidram yang terdapat di desa Kelinting Kabupaten Banyumas sebagai berikut :

a. Pompa hidram ukuran 1.5 inchi (0.0381m.)

b. Debit yang dihasilkan 1.48 l/min.



Gambar 1. Unit Pompa Hidram

c. Pipa masuk : - Diameter = 1.5 inchi (0.0381 m.) - Panjang = 8 m.

d. Pipa katup limbah : - Diameter 1.5 inchi (0.0381 m.)

e. Tabung kompresi : - Diameter = 3.0 inchi (0.0508 m) - Tinggi = 0.45 m.

f. Massa katup limbah = 0.5000 kg. g. Pipa penghantar :

- Diameter = 0.5 inchi (0.0127 m) - Panjang = 40 m.

h. Tinggi Z1 = 4 m.; Z2 = 28 m. i. Head :

- ΔZ. = 24 m.

- head = . ΔZ. = 235.44

2. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan adalah metode

Taguchi. Jumlah Data pengujiannya sebanyak empat faktor variabel dan tiga level .

Tabel 1 Faktor Variabel Dan Level Pengujian

Adapun konfigurasi data pengujian menurut metode Taguchi sebagai berikut :

Tabel 2 Konfigurasi Data Pengujian

3. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Analisis Metode Taguchi

Hasil percobaan dengan perubahan berbagai faktor sesuai tabel diatas, diperoleh debit :

Tabel.3. Debit Hasil Pengujian

Dari tabel dapat dianalisis hasil pengujiannya sebagai berikut : 1. Debit rerata dari beberapa kombinasi

variabel (0.6066 +0.5867+ 0.7900+3.8467+4.2133+ 3.7667+7.8533+7.6167+8.1267)/9=4.1563 l/min

Not

asi FAKTOR /

VARIABLE LEVEL

1 LEVEL

2 LEVEL

3

A Diameter pipa masuk (m)

0.0254 0.0381 0.0508

B Diameter katup limbah (m)

0.0254 0.0381 0.0508

C Diameter tabung kompresi m)

0.0508 0.0762 0.1016

D Massa katup limbah (kg)

0.4000 0.5000 0.6000

K

ondi

si

Peng

ujia

n

Dia

met

er

Pipa

Mas

uk

(m)

Dia

met

er

Kat

up

Lim

bah

(m)

Dia

met

er

Tab

ung

Kom

pres

i (m

)

Mas

sa

Kat

up

Lim

bah

(k

g)

Deb

it (Q

) (l/

min

.)

1 0.0254 0.0254 0.0508 0.4000

2 0.0254 0.0381 0.0762 0.5000

3 0.0254 0.0508 0.1016 0.6000

4 0.0381 0.0254 0.0762 0.5000

5 0.0381 0.0381 0.1016 0.4000

6 0.0381 0.0508 0.0508 0.6000

7 0.0508 0.0254 0.1016 0.5000

8 0.0508 0.0381 0.0508 0.6000

9 0.0508 0.0508 0.0762 0.4000

No.

P

enel

itia

n

Variabel Kondisi

Pengujian

Debit (Q) Pengujian (l/min.)

Percobaan ke Rata-rata

1 1 a. 0.6135 b. 0.5967 c. 0.6099

0.6066

2

2

a. 0.4369 b. 0.5846 c. 0.7385

0.5867

3 3 a. 0.7286 b. 0.8913 c. 0.7501

0.7900

4 4 a. 3.6574 a. 3.7439 b. 4.1387

3.8467

5

5

a. 4.3015 b. 4.1321 c. 4.2062

4.2133

6

6

a. 3.5311 b. 3.6731 c. 4.0961

3.7667

7

7

a. 8.0313 b. 7.7436 c. 7.7846

7.8533

8

8

a. 7.2964 b. 7.6231 c. 7.9312

7.6167

9

9

a. 8.1049 b. 7.9528 c. 8.3223

8.1267



2. Respon atau pengaruh rata-rata diameter pipa masuk 0.0254 m. : (0.6066+0.5867+ 0.7900)/3=0..6611 l/min..

3. Respon atau pengaruh rata-rata diameter pipa masuk 0.0381 m. : ( 3.8467+4.7133+3.7667)/3=3.9422 l/min.

4. Respon atau pengaruh rata-rata diameter pipa masuk 0.0508 m. : (7.8533 +7.6167+8.1267) /3 =7.8656 l/min.

5. Respon atau pengaruh rata-rata diameter katup limbah 0.0254 m. : (0. 6066 +3.8467+7.8533)/3=4..1022 l/min.

6. Respon atau pengaruh rata-rata diameter katup limbah 0.0381 m. : (0.5867+4.7133+7.6167) /3=4.1389 l/min.

7. Respon atau pengaruh rata-rata diameter katup limbah 0.0508 m. : (0.7900 + 3.7667+8.1267)/3=4.2278 l/min.

8. Respon atau pengaruh rata-rata diameter tabung kompresi 0.0508 m. : (0.6066 +3.7667+7.6167)/3=3.9967 l/min.

9. Respon atau pengaruh rata-rata diameter tabung kompresi 0.0762 m. : (0.5867+3.8467+8.1267)/3=4.1867 l/min.

10. Respon atau pengaruh rata-rata diameter tabung kompresi 0.1016 m. : (0.7900+4.7133+7.8533)/3=4.2855 l/min.

11. Respon atau pengaruh rata-rata massa katup limbah 0.4000 kg.. : (0.6066+4.7133+ 8.1267)/3=4.3155 l/min.

12. Respon atau pengaruh rata-rata massa katup limbah 0.5000 kg.. : (0.5867+3.8467+7.8533)/3=4.0956 l/min.

13. Respon atau pengaruh rata-rata massa katup limbah 0.6000 kg.. : (0.7900+3.7667+7.6167)/3=4.0578 l/min.

Dengan demikian dapat dibuat tabel respon

pengaruhnya sebagai berikut .

Diperoleh kondisi optimalnya, yaitu : A3;A3;A3; D1; D1;C3; C2; B3; C3; B3; D2; B2

Kinerja pompa hidram akan optimal jika dioperasikan pada kondisi terbaik dengan kombinasi faktor A3; D1; C3; B3; artinya kerja pompa hidram akan memberikan debit yang paling baik apabila dioperasikan pada kondisi :

A3 = ukuran diameter pipa masuk 0,0508 m.

D1 = ukuran massa katup limbah 0,4000 kg.

C3 = ukuran diameter tabung kompresi 0,1016m.

B3 = ukuran diameter katup limbah 0,0508 m.

Besarnya debit pada kondisi optimal, disekitar harga Y opt, dimana :

Yopt=T+(A3-T)+(D1-T)+(C3-T)+(B3–T) [ 1 ]

dengan :

T = harga rerata dari debit (T=4.1563 l/min.)

A3 = pengaruh rerata faktor A3 (7.8656 l/min.)

D1 = pengaruh rerata faktor D1(4.3155 l/min).

C3 = pengaruh rerata faktor C3 (4.2855 l/min)

B 3 = pengaruh rerata faktor B3 (4.2278 l/min).

Yopt. = besarnya debit pada kondisi optimal

maka dapat diperkirakan debit alirannya berada di sekitar :

Yopt = 4.1563+ (7.8656-4.1563)+(4.3155-4.1563)

+ (4.2855 - 4.1563 ) + (4.2278 - 4.1563)

Y opt. = 8.2255 l/min.

b. Pengujian Pompa Pada Kondisi Optimal

Pengujian pompa pada kondisi optimum perlu dilakukan, karena untuk mengetahui besarnya debit yang maksimal secara kontinuitas. Debit pengujiannya seperti pada tabel dibawah.

Faktor Pengaruh

Diameter Pipa

Masuk (m)

Diameter Katup Masuk

(m)

Diameter Tabung

Kompresi (m)

Massa Katup

Limbah (Kg)

Level 1 0.6611 4.1022 3.9967 4.3155 Level 2 3.9422 4.1389 4.1867 4.0956

Selisih 3.2811 0.0365 0.1900 0.2200 Ranking 3 12 7 5

Level 1 0.6611 4.1022 3.9967 4.3155 Level 3 7.8656 4.2278 4.2855 4.0578

Selisih 7.2045 0.1256 0.2889 0.2577 Ranking 1 8 6 4

Level 2 3.9422 4.1389 4.1867 4.0956 Level 3 7.8656 4.2278 4.2855 4.0578

Selisih 3.9233 0.0889 0.0988 0.0378 Ranking 2 10 9 11

ISBN

Tab

a. An

debe

i)

G Pe

∆

Ha

VB

No

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


N 978-602-

bel.5. Debit Pe

nalisis PerhitSecara pe

esain pompa herikut : Menghitung

Gambar 2 Tang

ersamaan Bern

2

∆ dengan : VA = kecepaVB = kecepa = 0 PA = PB = 0

karena

asil perhitung

B 2.9748

. Percobaa

ke :

1

2

3

4 4

5

6

7

8

9

0 10


engujian Pada

tungan erhitungan, hidram dapat d

Kecepatan dit

gki aliran terb

naulli :

2

atan titik A atan titik B da

= tekanan dita tangki aliran

gan dan iteras

an Debit (

(

Besarnydebit 7.9531

8.5903

8.0648

8.8201

7.8174

8.4738

8.0326

8.5102

8.7420

8.5263

k Mesinversitas Pan

a Kondisi Opti

hasil optimdijelaskan seb

titik B (VB):

uka dan pipa

.[ 2 ]

an VA <<< V

titik A dan B, n terbuka

si akhir diper

Q) Pengujian(l/min.)

ya Rata-rat

8.3531

ncasila

imal

masi bagai

air

VB

roleh

ta

Semi

ii). Kecepatan

Kecepatan

Gambar

Dengan pperhitung

iii) Kecepat

Gambar 4 T Dengan

perhitunga21.7342

iv) Kecepat

Gam

Dengan perperhitungan

nar NasionJa

n aliran dari pi

aliran dari pip

3. Tangki alir tabung po

persamaan Began dan iterasi

tan aliran di d

Tabung kompr

persamaan an dan ite

.

tan aliran di ak

mbar 5 Pompa h ketinggi

rsamaan Bernan dan iterasi ak


ipa

pa masuk (VT)

ran terbuka daompa

ernaulli, diperi akhir =

dalam tabung

resi dan katup

Bernaulli, erasi akhir

khir pemomp

hidram dengaian pemompaa

aulli, diperolakhir 1.

Mesin 201tober 2012

D4

)

an pipa air

roleh hasil 8.4902

p limbah

diperoleh

=

aan (VTP)

an an

eh hasil 2957

ISBN

ada

d.. K dari seba1) D

m

1

No.

1.

2.

3.


N 978-602-

Sehingga bealah :

Q = A x = (DT

= (0.0

= 0.000

= 0.000

Q = 9.795

KarakteristikSifat dari

karakterigai berikut

Debit DenganKarakterist

masuk dapat di

Tabel 6. KDiam

Grafik 1. Ka di

) Debit Den Karaktdengan diamseperti pada

Diameter Pmasuk

inchi m

1.0 0.

1.5 0.

2.0 0.


esarnya debit h

VTP

TP)2

0127)2

0126 m2 x 1.2

01632 x 60

54 l/min.

k Pompa Hidpompa hidra

stiknya deng

n Diameter Piik debit dengilihat seperti p

Karakteristik Dmeter Pipa Ma

arakteristik deiameter pipa m

ngan Diameteteristik deb

meter katup limgrafik 2.

Pipa Debit(Q)

(l/minmeter

0254 0.606

0.5860.790

0381 3.846

4.7133.766

0508 7.853

7.6168.126

k Mesinversitas Pan

hasil pemomp

957

000 l/min.

ram am dapat digan perhitun

ipa Masuk gan diameter pada grafik 1.

Debit dengan asuk

ebit dengan masuk

er Pipa Masubit pemompmbah dapat di

t

n)

Jumlah Rata-rataDebit (Q)

6 0.6611 7

0

7 3.94223

7

3 7.86567

7

ncasila

paan

ilihat ngan

pipa

uk paan ilihat

a )

Semi

TaD

Grafik

2) DebiKom

Karadiameter t Tabel 8. K

No.

DiKatup

Inchi

1. 1.0

2. 1.5

3. 2.0

No.

1.

2.

3.

nar NasionJa

abel 7. KarakteDiameter Katu

2. Karakteris diameter k

it Dengan mpresi akteristik debitabung kompre

Karakteristik Diameter Ta

iameter p Limbah

(meter

0.0254 037

0.0381 047

0.0508 0

38

Diameter Tabung

Kompresi

inchi meter

2.0 0.0508

3.0 0.0762

4.0 0.1016


eristik Debit dup Limbah

stik debit dengkatup limbah

Diamete

it pemompaanesi seperti gra

Debit denganabung Kompre

Debit (Q)

(l/min)

JuRaDe

0.6066 43.8467

7.8533 0.5867

44.2133 7.6167

0.7900 43.7667

8.1267

Debit (Q)

(l/min) RD

0.6066 3.7667 7.6167

0.5867 3.8467 8.1267 0.7900 4.2133 7.8533

Mesin 201tober 2012

D5

dengan

gan

erTabung

n dengan afik 3.

n esi

umlah ata-rata ebit (Q)

4.1022

4.1389

4.2278

Jumlah

Rata-rata Debit (Q)

3.9967

4.1867

4.2855

ISBN

Gra

2) De

ma

G

No.

1.

2.

3.


N 978-602-

afik 3. Karaktetab

ebit Dengan Karakteris

assa katup lim

Tabel 9. Kar Katu

rafik 4. Karak katu

. Massa Ka

Limbagram kilo

4.0 0

5.0 0.

6.0 0.


eristik debit dbung kompresMassa Katup

stik debit pemmbah seperti gr

rakteristik Debup Limbah

kteristik debit up limbah

atup ah

Deb(Q)

(l/miogram

0.4000 0.6064.2138.126

5000 0.5863.8467.853

6000 0.7903.7667.616

k Mesinversitas Pan

dengan diametsi p Limbah mompaan denrafik .4.

bit dengan Ma

dengan massa

it ) in)

JumlahRata-rataDebit (Q

66 4.315533

67

67 4.095667

33

00 4.057867

67

ncasila

ter

ngan

assa

a

h a

Q)

Semi

5. KaraktHead

KEfisieBerdi

a) Se

i) Hea

Dim

hl

hl

Mak

ii) Ka

dipe

b) HaTa

i) He

hl

M

ii) K

M c) Ha

op

i) He

M

ii) K

M

Dardapat karakter

nar NasionJa

teristik Pompdan Tekanan

Karakteristik ensi, Head mensi sebaga

ebelum dioptim

ad tak berdime

mana :

= Δhf + Δhm

= 3.0478

ka diperoleh

apasitas tak be

eroleh Φ = 0

asil pengujian aguchi ead tak berdim

= kerugian m

= Δhf + Δhm

= 93.9937

aka diperoleh

Kapasitas tak b

Maka diperoleh

asil pengujian ptimal ead tak berdim

Maka diperole

Kapasitas tak b

Maka diperoleh

ri hasil perhidibuat g

ristiknya seper


pa terhadap an Tak Berdim

Pompa dan Tekan

ai berikut :

masi ensi € =

m

€ = 7.7619

erdimensi Φ =

0.558

n dengan meto

mensi € =

minor dan ma

m

h € = 30.49

berdimensi Φ =

h Φ = 0.9336

n dengan kond

mensi € =

eh € = 31.231

berdimensi Φ =

h Φ = 0.91

itungan tersebgrafik perrti di bawah i

Mesin 201tober 2012

D6

Efisiensi, mensi

terhadap nan Tak

;

=

ode

ayor

984

=

6

disi paling

;

19

=

but, maka rbandingan ini.

ISBN

Gr

4. KE

desainmempmaka a. K

fkdsdmpm

b. KdldADC

c. Aktd8(m

d. Gdm


N 978-602-

rafik 5. Karakberba

ESIMPULAN

Setelah men pompa perleh debit dapat ditarik

Kecenderungafaktor : diakatup limbahdan massa ksebuah pomdiketahui, menentukan pompa hidrmenghasilkanKondisi optimdebit pompa hlevel yang teldioperasikan pA3=ukuran diD1=ukuran mC3=ukuran di

m B3=uk0,0508 m.

Apabila pomkondisi opertersebut diatadebit aliranny8.2255 l/min.(meningkat dmenjadi 8.225Grafik karaktdan sesudah menunjukkan i. Efisiensi

discharge


kteristik pompagai keadaan

N

elakukan penehidram dengpemompaan

kesimpulan sean pengaruhameter pipa h, diameter tkatup limbah

mpa pompa dan dipergkondisi oper

ram tersebun debit yang lemal yang dahidram tertinglah diuji adalapada kondisi oiameter pipa m

massa katup limiametr tabungkuran diamet

mpa hidram drasi yang opas, maka da

ya akan berad., meningkat

dari rata-rata 55 l/min.) teristik pompadilakukan op: (η) berband(ф),.

k Mesinversitas Pan

pa hidram dari

elitian optimgan tujuan u

yang optimebagai berikuth dari fak masuk, diamtabung komph terhadap d

hidram tgunakan urasi optimal ut agar debih tinggi. apat member

ggi bagi faktorah apabila pooperasi : masuk 0,0508mbah 0,4000 g kompresi 0,1er katup lim

dioperasikan pptimal sepapat diperkirada di sekitar ht sebesar 97. 4.1563 l/

a hidram sebeptimasi kinerja

ding lurus den

ncasila

i

masi untuk mum, ut: ktor-

meter presi, debit telah

untuk bagi

dapat

rikan r dan ompa

8 m. kg. 1016 mbah

pada perti akan

harga 9 %

/min.

elum anya

ngan

Semi

ii. Efisiberbdime

iii. Pomefisie

iv Pompefisie80%

e. Pengujkinerjamelihamasih merubaketingg

[1] Faizal,20Hidram,http.faiz

[2] MembuaTepat G

[3] MunsonFluid, N

[4] Mulyanthttp//mu

[5] Pratomodan BBProgramSugijapr

[6] Pompa AInformaGuna PTCoba Po

[7] Pompa Hidram,

[8] Ranjit Experim16 SteImprove

[9] WibowoUniversi

[10] WidartoTeknoloHidram.

[11] Word Esource.

nar NasionJa

iensi (η) anding terbaensi (є),

mpa hidram ensinya sangapa hidram ensinya n iian yang dil

a yang optimat hasil gr dapat di makah faktor pengian pipa masu

DAFTAR PU

009, Pandua, al.web.id at Pompa Hiduna, www//bu, R, Bruce,

New York to, 2010, Memulyanto.goblogo, 2011, PompBM, Artikel

m Pasca ranata, http//oAir: Hidraulicsi/DokumentaTP ITB. Pom

ompa Hidram,Hidram, 200

, www.bgi.co.K. Roy,

ments Using Teps To Prement, New Yoo Paryatmoitas Pancasila , L. Dan gi Tepat Gu Yogyakarta:

Electricity Gen


dan dischaalik dengan

sebelum dat rendah sekit setelah d

naik menjad

lakukan menmal, akan tetaprafik karakteksimalkan langaruh lainnyuk dan lain se

USTAKA

an MembuaKatulistiwa-T

dram, 1996. ukabuku.com 2002. Mec

mbuat Pompag.wordpress

mpa air TanpaHidram M

Sarjana Uoborcom c Ram Automaasi Teknologmpa Hidram, , www.bgi.co.08, Uji Cob.id

2001., DeThe Taguchi Aroduct And

York.. o., 1980, Press. F.X. Sudart

una: MembuaKanisius neration, Mei

Mesin 201tober 2012

D7

arge (ф) head tak

dioptimasi, tar 50%. dioptimasi

di sekitar

nghasilkan pi dengan eristiknya,

agi dengan ya seperti ebagainya.

t Pompa Teknologi,

Teknologi

chanics of

a Hidram,

a Listrik Mahasiswa Universitas

atic. Pusat gi Tepat 2008, Uji

.id ba Pompa

esign Of Approach;

Process

Pompa,

to. 2000. at Pompa

i 2009, by



(K4-29-03)

PENGARUH SUHU AUSTEMPER PADA DUCTILE IRON TERHADAP STUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS

Triyono, Himawan HS Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Jakarta 13220


Abstrak

Material besi cor Austempered Ductile Iron (ADI) dewasa ini semakin dikenal dengan aplikasinyadiberbagai bidang terutama otomotif. Bahan ADI memiliki keunikan dengan kombinasi antara kekuatan, keuletan, fatik dan ketahanan terhadap aus yang baik dengan biaya yang rendah. Oleh karena itu ADI menjadi pilihan alternatif disamping dibandingkan dengan besi cor dan baja cor yang lain. Perlakuan panas yang dilakukan adalah astenisasi besi cor noduler pada suhu 9200C selama 1 (satu) jam, dilanjutkan dengan variasi austemper pada suhu 2500C, 3000C, 3500C dan 4000C selama 2 jam pada media salt bath. Sifat mekanis diketahui dengan pengujian tarik dan pengujian kekerasan sedangkan sifat fisis diketahui dengan melakukan pengamatan struktur mikro. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi suhu austemper terhadap sifat fisis dan mekanis.Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik optimum 1161,65 Mpa dan untuk pengujian impact 0,15 Joule/mm2 ini terjadi pada ADI yang diaustemper pada temperatur 3500C selama 2 jam. Hasil pengujian kekerasan terbesar 364 HBN terjadi pada pada ADI yang diaustemper pada temperatur 250 0C, kondisi ini dipengaruhi masih didominasinya stuktur bainit dan mulai terbentuknya stuktur martensit yang bersifat keras dan getas.

Kata kunci: sifat fisis, sifat mekanis ADI.

Abstract

Austempered Ductile Iron (ADI) has been used and increasingly popular due to its unique combination between strength, ductility, fatigue and wear resistance with low cost production. Hence ADI became an alternative compared with cast irons and steels. The purposes of this research are to investigate effects of austemper temperature variations to physical and mechanical properties of ADI.Heat treatments were done by nodular cast iron austenization at 9200C for one hour followed with austemper temperature variations at 2500C, 3000C, 3500C and 4000C for two hours in salt bath media. Physical mechanical properties are gathered by tensile, impact, hardness tests and microstructure analysis. Results show optimum tensile strength (1161.65 MPa) and toughness (0.15 J/mm2) occur at 3500C austemper temperature variation. Optimum hardnees 364 HBN occur at 250 0C austemper temperature variation.

Keywords, physical properties, mechanical properties ADI.

1. PENDAHULUAN Berbagai riset di berbagai negara

dilakukan untuk menemukan material yang memiliki sifat mekanik yang baik, mempunyai ketahanan pakai yang baik dan ekonomis. Komponen yang dapat dibuat dengan lebih ekonomis dalam hal ini mengacu pada pengurangan biaya produksi dan massa komponen. Salah satu fenomena material yang menarik untuk dibahas adalah penggunaan material Ductile Iron yang diproses austemper. Material ini dikenal sebagai Austempered Ductile Iron (ADI). Ductile Iron sendiri, bersama aluminium diperkirakan akan terus mengalami peningkatan dengan jumlah mencapai 14 persen hingga 4 tahun ke depan (Kirgin, 2004). Salah satu penyebab meningkatnya pemanfaatan ductile iron adalah banyaknya riset pada ductile iron yang

menghasilkan jenis material dengan sifat mekanik yang cocok digunakan pada berbagai komponen. Salah satu jenis Ductile Iron yang banyak digunakan adalah Austempered Ductile Iron. Menurut Achary dkk (2004) kelebihan utama dari ADI adalah biaya produksi yang murah. Selain itu material ini memiliki sifat mampu mesin, rasio kekuatan-massa, ketangguhan yang baik, sifat mekanik dalam kisaran yang luas sekaligus mempunyai ketahanan pakai yang tinggi.

Tujuan penelitian ini adalah melakukan melakukan percobaan membuat besi cor noduler dengan tungku induksi, kemudian dilanjutkan dengan proses heat treatment pada hasil pengecoran besi cor tersebut. Pemilihan besi cor noduler dikarenakan besi cor jenis ini memiliki sifat ulet (ductile) bila dibandingkan dengan besi cor yang lain. Proses heat tretment yang



dilakukan adalah dengan memanaskan besi cor sampai temperatur austenit, dalam penelitian ini diambil suhu 920 oC dalam waktu satu jam dan dilajutkan proses autemper. Pada tahapan ini segaja dibuat variasi suhu autemper agar didapatkan karateristik material yang baru terhadap perubahan suhu austemper tersebut. Beberapa produk besi cor yang banyak dikenal mempunyai sifat getas dapat diubah sifat mekaniknya dengan proses austemper sehingga dihasilkan Austempered Ductile Iron. Dengan sifat mekanik yang baik dan luas, meningkatnya ketahanan pakai, serta murahnya biaya pembuatan ADI, material ini dapat terus berkembang pemanfaatannya.

2. TINJAUAN PUSTAKA Banyaknya riset pada ductile iron yang

menghasilkan jenis material dengan sifat mekanik yang cocok digunakan pada berbagai komponen automotif. Salah satu jenis Ductile Iron yang banyak digunakan adalah Austempered Ductile Iron yang disampaikan oleh Achary (2000). Penelitian yang dilakukan oleh Eric dkk (2004), ADI diaustenisasi pada temperatur 860 ºC selama 1 jam dan diaustemper pada temperatur 320 ºC dan 400 ºC dengan interval dari 0,5 – 5 jam. Hasilnya menunjukkan pada temperatur 320 ºC dengan interval waktu antara 2–5 jam, struktur mikro khas ADI mulai tampak, yaitu bainitic ferrit bebas dengan austenit berkadar karbon tinggi. Penelitian yang dilakukan oleh Perez (2002) ductile iron dipanasi pada temperatur 870 ºC selama dua jam kemudian menahan pada temperatur austemper 420, 370, 350, 315, dan 270 ºC selama dua jam. Hasil penelitiannya menampilkan perbandingan fraksi volum eaustenit karbon tinggi dan kadar karbon pada temperatur 350 ºC dan 370 ºC, adalah Volume austenit karbon tinggi 0.118 dan C 2.06 %, sedang untuk temperatur 370 ºC Volume austenit karbon tinggi 0.332 dan C 2.10 %. Hasil pengujian sifat mekanis menunjukkan bahwa energi impak maksimum sebesar 133 Joule terjadi setelah 2,5 jam austemper pada temperatur 320 ºC Hal ini terkait dengan fraksi volume austenit yang mencapai level maksimum, sebesar 40 %. Adanya martensit pada austemper 400 ºC menjadikan sifat tarik yang lebih rendah dari pada austemper pada temperatur 320ºC. Meskipun fraksi volume austenit turun secara perlahan, energi impak turun secara drastis, tetapi akan mencapai kestabilan pada 85 Joule setelah 3 jam.

3. DASAR TEORI

Berbagai hasil penelitian telah menjelaskan beberapa langkah proses pembuatan ADI, salah satunya adalah Hayryen dkk (2002),

Gambar 1. Skema Transformasi Isothermal yang menggambarkan proses pembentukan ADI.

Besi cor ulet (ductile iron) awalnya dipanaskan hingga mencapai temperatur austenit (A-B) yang berkisar antara 840 – 950 ºC. Benda coran kemudian ditahan pada temperatur tersebut selama waktu tertentu sehingga tercapai matriks austenit yang uniform (B–C). Setelah itu benda coran didinginkan cepat untuk menghindari pembentukan strukur pearlit hingga mencapai temperatur austemper (C-D). Proses berikutnya adalah proses perlakuan panas isothermal pada temperatur austemper, selama selang waktu tertentu (D-E) hingga terbentuk matriks ausferrit. Benda coran didinginkan secara perlahan pada temperatur ruang. Untuk mendapatkan sifat ADI yang diharapkan, dilakukan berbagai penelitian dengan mengubah berbagai karakterisitik thermal dengan cara memvariasikan suhu austenit, waktu penahanan pada suhu austenit, suhu austemper dan waktu penahanan pada suhu austemper.

4. METODE PENELITIAN Alur penelitian yang dilakukan dapat

dilihat pada gambar 2, dimana proses dimulai dari peleburan besi cor dengan tungku induksi. Proses peleburan dilakukan di kawasan home industri tepatnya di ceper klaten jawa tengah. Besi cor hasil peleburan dilanjutkan dengan proses austenisasi 920oC selama satu jam dan proses austemper dengan variasi suhu 200, 250, 300, 350 dan 400oC selama dua jam.

Komposisi kimia besi cor yang digunakan untuk penelitian terlihat pada gambar 4, unsur paduan yang dominan adalah C 3.22 % dan Si 3.47 % serta unsur-unsur yang lain sebagai bahan inokulan. penambahan unsur Mg merupakan unsur yang paling berperan dalam pembuatan grafit bulat, selain pengurangan kadar belerang, besi cor jenis ini dikenal dengan nama FCD 50 (JIS G5502).



Gambar 2 diagram alir penelitian

Gambar 3 komposis kimia besi cor

4.1 Preparasi specimen.

Bahan dasar yang digunakan adalah dibuat dengan cara pengecoran ductile iron dengan persiapan spesimen uji sebagai berikut:

1. Mencairkan besi cor dalam dapur induksi.

2. Membuat cetakan berbentuk Y blok dengan pasir cetak , sesuai dengan standar JIS G 5520 (gambar 5)

3. Membuat spesimen tarik dan impak sesuai dengan standart ASTM

4. Membuat spesimen uji kekerasan dan analisa struktur mikro.

Untuk pembuatan spesimen analisa stuktur mikro memelukan perhatian yang lebih hal ini akan sangat berpengaruh terhadap hasil akhir dari foto stuktur mikro. Proses persiapan dimulai dari pemotongan dan penghalusan permukaan spesimen menpunakan amplas amplas dari kasar sampai halus atau dari size 80 sampai 1500.

Gambar 4 Type Y Test Specimen (JIS G 5520).

4.2 Pengujian specimen

Proses pengujian dilakukan di laboratoriom meliputi pengujian kekerasan Brinnell dengan mesin Macrohardness Tester, dilanjutkan pengujian tarik dengan Universal Tensile Tester. Untuk pengujian impact mengunakan metoda impact Charpy. Masing-masing spesimen baik tarik maupun impact dibuat mengunakan stardart ASTM. Pengamatan stuktur mikro megunakan Mikroskop Optik. Bentuk spesimen dan mesin uji dapat dilihat (gambar 5).

Mesin ujiTarik Mesinuji Impact

charpy

Spesimen uji tarik

Spesimen uji Impact

Gambar 5. Mesin uji tarik dan impact beserta spesimen standar ASTM.

Data-data hasil pengujian yang diperoleh dilakukan proses olah data menggunakan metode dan fungsi statistik. Diharapkan akan diperoleh tabel, kurva maupun grafik yang bisa menggambarkan secara jelas trendline dari hasil pengujian atas berbagai macam variasi spesimen. Sedangkan pada pengamatan struktur mikro dilakukan analisa perbandingan berbagai variasi spesimen dan dicari hubungan sebab akibatnya.

5. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 PengujianMekanik

Hasil pengujian sifat-sifat mekanis (tarik, impak dan kekerasan) dilakukan pada variasi berbagai temperatur austemper. Fasa pada besi cor sebagaimana bahan logam yang lain dipengaruhi secara signifikan oleh perlakuan panas. Dengan demikian variasi temperatur austemper dipastikan juga akan menpengaruhi

ISBN

fasa yOleh mengdigabumikro

5.2 An

adanyberbeukuradengaberpentersebgambtransflain moleh (transmasukkeras ketangtempeakan tidak


N 978-602-

yang terbentukkarena itu

enai hasil ungkan denga

o.

Gambar. 6

Gambar. 7

Gambar. 8 H

nalisa stuktur

Dari pengaya grafit dengda. Pada spes

an grafitnya an spesimenngaruh terhad

but nampak tear (9 e). Seb

formasi dengamembentuk fabentuk – be

sformasi ausk tahap II). K

dan getas gguhannya merature 400 ºmenghasilkanstabil (area pu


k pada bahan lebih tepat

pengujian an pembahasa

6 Hasil Penguj

Hasil Penguji

Hasil Pengujian

r mikro

amatan stuktugan ukuran daimen dengan

paling kecn lainnya dap sifat mekaerutama padabagian grafit an cara berdifasa martensit entuk jarum stemper kemKarena fasa m

maka adalamenurun jauhºC dalam wan martensit dutih) dengan

k Mesinversitas Pan

ADI yang ditbila pembah

sifat mekan analisa stru

ian Tarik

ian Impak

n Kekerasan

ur mikro teran distribusi yaustemper 40

cil dibandingsehingga a

aniknya. Penga ketangguhan

telah mengafusi bersama yang ditunjukdi sekitar g

mungkinan sumartensit terkah wajar apah. Austenit paktu singkat dan austenit ymartensit berl

ncasila

teliti. hasan kanis uktur

rlihat yang

00 oC gkan akan

garuh nnya

alami fasa

kkan grafit udah kenal abila pada juga yang lapis

Semi

sebagai matrik

a.Raw materia

c Austemper 3

Dengamemperlihatkdengan bentumenjadi karatemperature 4tertinggi terjaºC. Hal ini daustenit yandibandingkan

Ditinjatemperature akekuatan temerupakan menunjukkanenergi untukberlaku dalamtegangan-regakekuatannya tarik tertinggmengalami autinggi tersebumerata di perm

Data kekerasan (kekerasan ter250 oC yaidikarenakan tersebut memmenyebabkanmeskipun mar

nar NasionJa

ks utamanya.

al b

300 oC

e Austempe

Gambar 9. Fo

an waktu austkan daerah uk berlapis nkter utama p

400 ºC. Sebalikadi pada tempdikarenakan frng terbentuk n variasi tempe

au dari austemper 400erendah. Fa

faktor penn bahwa dibk mematahkam uji tarik. Langan akan juga rendah.

gi diperoleh pustemper 350 ut disebabkan mukaan spesimpegujian lainGambar 8) rtinggi pada itu sebesar bainit pada t

miliki fraksi vn harga kertensit telah te


b.Austemper

d. Austemper

er 400 oC

oto mikro

temper selamagelap sebag

namun martenpada austempeiknya harga imperature austefraksi volume

(HC) palinerature yang l

kekuatan 0 ºC juga menasa martensienentu. Sifabutuhkan lebian bahan yLuasan dibawlebih kecil

. Sedangkan pada bahan AºC. kekuatan oleh dispersi men. nnya yaitu

menunjukkatemperature 364 BHN.

temperature volume terbesaekerasan jugerbentuk.

Mesin 201tober 2012

D11

250 oC

r 350 oC

a dua jam gai bainit nsit masih er dengan

mpak yang emper 350

(retainet) ng tinggi ain.

tariknya, nghasilkan it masih at getas ih sedikit

yang juga wah kurva

sehingga kekuatan

ADI yang tarik yang ferit halus

pengujian an harga austemper

Hal ini austemper ar, hal ini ga besar

50µm



6. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari

penelitian pengaruh suhu austemper pada ductile iron terhadap struktur mikro dan sifat mekanik adalah:

1. Peningkatan sifat mekanis berupa kekuatan tarik paling besar 1161,65 pada austemper 350 oC.

2. Energi impact yang terbesar 0,15 Joule/mm2 pada austemper 350 oC.

3. Harga kekerasan terbesar 364 HBN pada austemper 250 oC.

4. Banyaknya dispersi ferit halus yang merata berakibat kekuatan tarik dan ketanggunya terjadi pada ADI austemper 350 oC.

5. Pada tremperatur austemper 400 oC, garafit sudah berdifusi membentuk martensit telihat grafit yang ukuranya mengecil sehingga ketangguhan rendah 0.02 joule/mm2

DAFTAR PUSTAKA

[1] Eric, O., Jovanovic, M., Sidjanin, L. and rajnovic,D., 2002, Microstructure and Mechanical Properties of Cu-Ni-Mo Austempered Ductile Iron, Journal of Manning and Methalurgy40 B (1) (2004) : 11-19

[2] Hayrynen, K.L., Brandenberg.K.R. and Keeough., 2002, Aplication of Austempered Cast Iron, American Foundry Society, Vol 02-084 : 1-10

[3] Keough, J.R, 1998, Austempered Ductile Iron, www.ductile.org Ductile Iron, www.modern.casting

[4] Kirgin, 2002, Eleventh Growth of Forecast for Next 4 Years Led by Alumunium,

[5] Perez, M.J.,Cisneros, M. M., Valdes, E., Mancha, H., Calderon, H.A. and Campos, R.E, 2002, Experimental Study of the Thermal Stability of Austempered Ductile Iron, Journal of Material.



(K4-33-04)

PERANCANGAN & ANALISA STYROFOAM PADA PROSES PENGEPAKAN TELEVISI

Eko Prasetyo, Febryan Maulana, Hasan Hariri Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

Abstrak

Styrofoam merupakan salah satu komponen penting yang ada dalam proses pengepakan atau packing dalam semua produk elektronik. Fungsi dari Styrofoam adalah sebagai tempat dudukan produk elektronik di dalam kardus, selain itu fungsi utamanya adalah pelindung produk dari kerusakan yang ditimbulkan dari terjadinya benturan, jatuhan, getaran yang terjadi selama proses pengiriman (delivery). Material dari styrofoam bermacam-macam salah satu diantaranya adalah dari EPS (Expandable Polystirene). Perancangan styrofoam LED SANYO K-50 ini merupakan pengembangan dari model sebelumnya yaitu model LED SANYO K-50, oleh karena itu angka perbaikan atau improvement yang dicapai harus lebih baik, meliputi: harga, produk dan waktu developmentnya. Perancangan Styrofoam ini menggunakan software Pro Engineer, yang merupakan salah satu CAD (Computer Aided Design) yang memudahkan proses design. Analisa yang dipakai dalam perancangan ini adalah perbandingan perhitungan antara pro/E dengan kondisi sebenarnya setelah produk jadi, selain itu juga perhitungan nilai-nilai efisiensi yang dicapai sebagai pembanding dari model sebelumnya yaitu LED SANYO K-50. Pengujian perancangan styrofoam ini meliputi drop test dan uji getaran (vibration test), standar yang digunakan adalah PAL system yang menjadi standar acuan di SANYO.

Kata kunci : Styrofoam, pro engineer , vibration test , drop test.

Abstract

Styrofoam is one of the essential components in the packaging process of almost all electronic products. Styrofoam plays important role in keeping the electronic steady in a box. Styrofoam serves as protection of any unavoidable damage impact during shipment process, such as dropping, vibration. Styrofoam can be made from several different materials, i.e: EPS (Expandable Polystirene). LED SANYO K-50 styrofoam design is a development of its previous model, LED SANYO K-50. thus, higher improvement rate should be achieved from every aspect, including: price, product quality, and development duration. In this styrofoam Designing, Pro Engineer software will be used. Pro Engineer software is one of the CAD (Computer Aided Design), which simplified the process. Analysis used in this design is a comparative calculation of pro / E with actual conditions of the final product, along with the calculation of efficiency values as a comparison of the previous model, LED SANYO K-50. furthermore, several tests such as Styrofoam drop test and vibration test (vibration test) was conducted using standard PAL system as standard reference on SANYO.

Keyword : Styrofoam, Pro Engineer , Vibration test , Drop Test 1. PENDAHULUAN

Televisi kini telah menjadi suatu produk elektronik yang menjadi kebutuhan setiap keluarga. Produk elektronik ini merupakan barang elektronik yang menjadi media informasi dan hiburan. Dengan alasan-alasan yang disebutkan tersebut tidaklah mengherankan semua produsen televisi berlomba-lomba menjadi nomor satu. Apalagi ditambah dengan banyaknya produk-produk dari cina yang terus masuk ke pasaran sehingga membuat persaingan lebih ketat Berbagai cara ditempuh untuk mencapai target itu diantaranya dengan melakukan berbagai inovasi teknologi, membuat produk televisi dengan berbagai fitur-fitur canggih tapi dengan harga yang terjangkau oleh konsumen, seperti halnya sekarang ini yang sedang menjadi perhatian

dengan kehadiran televisi LED, selain itu juga melakukan perbaikan atau improvement dari model sebelumnya, sehingga dapat meredam serangan – serangan dari produk cina yang murah namun dengan kualitas yang terjangkau. Styrofoam memiliki fungsi vital yaitu mampu menahan guncangan dan benturan selama perjalanan sehingga kondisi produk tetap aman sampai ditangan konsumen. Oleh karena itu perancangan Styrofoam memegang peranan penting. Berdasarkan alasan tersebut penulis mengambil tema “Perancangan Styrofoam dan standar pengujian mekanis pada Televisi LED 24”-K50 di PT. SANYO Electronics Indonesia” dalam penulisan tugas akhir atau skripsi.

Penulisan ini bertujuan untuk mengidentifikasi permasalahan dari produk

ISBN

televiberdadapat lebih bawah

1. Mbw

2. Mbd

3. A4. P5. M

m 2. M2.1 A


N 978-602-

si yang sarkan data ydi lakukan

baik, berdasah ini ; Melakukan berdasarkan wawancara deMelakukan bermasalah dilakukan moAnalisa simulPengujian proMengumpulkamenarik kesim

METODE PENAnalisa data m

Gambar II-1


bermasalah yang terjadi modifikasi p

arkan tahapan

analisa kerdata lapan

engan customeevaluasi darsecara me

difikasi/ redeslasi dan perhitoduk an data hasil

mpulan.

NELITIAN masalah pada

Proses peranc

k Mesinversitas Pan

di pelangdi lapangan roduk untuk

n proses seper

rusakan prongan dan her. ri produk ynyeluruh usign, tungan,

pengujian u

a TV LED

cangan styrofo

ncasila

ggan agar jadi

rti di

oduk hasil

yang untuk

untuk

oam.

Semi

2.2 Analisa dSebel

melakukan andari departem

Data assurance ant

2.2.1 Data

Databerasal dariAssurance ynegara tempadata tabel yayang bermasa

Berik

yang timbul d

2.2.2 Data

customeruAssupertaprosepeng

nar NasionJa

data masalahlum melaku

nalisa data bermen quality ass

lapangan daara lain :

a kerusakan Ta kerusakan i kalkulasi yang di dapat at tv set ini dang menunjukalah.

Tabel IData kerusak

kut ini data di customer.

Gambar II-1

a wawancara Melakukan

omer satisfacupakan bagiaurance. Meanyan terkaites handling

ggunaan produ


h pada TV LEukan modifikrdasarkan datasurance. ari departeme

TV set TV adalah ddata Dept.

t dari berbagadi pasarkan. Bukan banyakn

II.1 kan TV set

gambar dari

Televisi defe

a an wawancarction secti

an dari Deptelakukan st proses peg transfer uk di custome

Mesin 201tober 2012

D14

ED kasi kita a lapangan

en qualiti

data yang Quality ai sales di Berikut ini nya tv set

i masalah

ct.

a dengan ion yang t. Quality serangkain engiriman,

produk, r.



Tabel II.2 Data hasil wawancara

2.2.3. Evaluasi data

Berdasarkan data lapangan lebih dari 20% set TV yang di terima oleh masing - masing sales perwakilan mengalami masalah. Masalah utama yang timbul adalah dari bagian tv set yaitu cabinet depan retak atau memiliki tanda keputihan ( white mark ). Berdasarkan hasil data wawancara secara Standart Operasi Prosedur ( SOP ), setiap pihak sudah melakukan kerjanya sesuai prosedur. Setelah melakukan pengumpulan data di lapangan kemudian melakukan evaluasi produk dengan melakukan pengujian terhadap TV set sebanyak 5 buah.

Tabel II.3 Tabel pengecekan Vibration test & drop test

Dari hasil diatas diketahui bahwa appearance dari tv set NG. Appearance disini maksudnya adalah bentuk fisik dari tv tersebut. Seperti halnya pada gambar III.2 Pada bagian bawah dari cabinet depan tv terlihat ada warna putih yang merupakan tanda stress dari cabinet akibat dari benturan antara rib Styrofoam dengan cabinet karena bagian yang langsung bersentuhan dengan cabinet adalah rib Styrofoam. Ini terjadi karena kurangnya gaya elastistis yang berada di Cabinet.

Karenanya saya akan melakukan pengurangan pada bagian yang menyebabkan

benturan dan kekakuan Styrofoam dari struktur Styrofoam yang bersentuhan langsung dengan cabinet.

Langkah langkah Perancangan styrofoam :

1. Perhitungan Ukuran Carton Case dengan SANTOP

2. Assembly 24”-LED TV K50 3. Perancangan carton case LED 24”-K50 4. Perancangan Styrofoam BTM-LCD

24”-K50 5. Perancangan styrofoam TOP-LCD

24”-K50 Langkah pengujian yang di lakukan setelah

didapatkan hasil rancanngan Styrofoam di bagi menjadi 2 :

1. Pengujian simulasi menggunakan Pro- Mechanica

2. Pengujian Aktual vibrasi dan drop test dengan menggunakan mesin vibrasi dan drop test.

Tabel II.4 Kriteria OK setelah drop test

secara mekanikal. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil rancangan Berikut ini adalah hasil rancangan dari Styrofoam yang sudah di lakukan modifikasi Styrofoam TOP : Gambar III-1 styrofoam Top sebelum modifikasi

Gambar III-2 styrofoam Top setelah modifikasi



Styrofoam BOTTOM :

Gambar III-2 Styrofoam Bottom sebelum modifikasi

Gambar III-3 Styrofoam Bottom

setelah modifikasi

Hasil Pengujian Perancangan 1. Hasil pengujian Pro- Mechanica

Gambar III-4Perbandingan assy styrofoam bottom LED 24”K50

Data diatas adalah hasil pengujian menggunakan pro mechanica pada gambar diatas tampak pada jatuhan yang kedua beban mengalami titik paling kritis. Nilai kritisnya sekitar 620 [J/m2].dan nilai kritis ini masih di bawah nilai kekuatan impact dari Material EPS yaitu 640 (J/m2).

2. Hasil Pengujian Vibration Test dan Drop Test

Setelah membandingkan data-data diatas langkah selanjutnya yaitu melakukan pengujian getaran dan drop test. Standar yang digunakan untuk vibrasi dan drop test ini adalah PAL.

Hasil setelah melakukan uji getaran dan drop test adalah sebagai berikut:

Tabel II.5 Tabel pengecekan

vibration test & drop test modif .

Uji getaran dilakukan sekali tetapi untuk drop test dilakukan dengan frekuensi minimal 3 kali, hal ini dilakukan untuk memastikan kondisi TV sets OK. Pengujian dilakukan bersama dengan quality control department, untuk memastikan kondisinya sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Dan pengecekan dilakukan hingga proses pembongkaran semua komponen untuk memastikan kondisinya OK.

3. Hasil Perhitungan Drop Test

Menghitung jatuhan tumbukan : Massa TV set : 5.2 kg Gaya gravitasi : 9.81 m/s2 Tinggi jatuhan : 80 cm = 0.80 m W = m.g.h = 5.2 kg . 9.81 m/s2 . 0.8 m

= 40,8096 Joule W = m.g.h W = 40,8096 Joule

I2 = I4 = 40,8096 J / 0.1064 m2 = 383.5488 J/m2 I1 = I3 = 40,8096 J / 1.61 m2 = 25.3475 J/m2 I5 = I6 = 40,8096 J / 0.066 m2 = 618.3272 J/m2

I styrofoam (PS Material ) = 93 J/m2 I Cabinet (ABS Material ) = 640 J/m2 I5 dan I6 adalah nilai impact terbesar dimana :

I styrofoam < I2< I5 maka pada saat jatuhan di I2 & I5

Styrofoam hancur. Namun cabinet dalam kondisi ok karena nilai dari impact masih di bawah nilai I Cabinet (ABS Material ) = 640 J/m2

ISBN

4. KE1.

2.

3.

4.

I6

I3


N 978-602-

ESIMPULAN

Berdasarkanwawancara TV set yanmengalami oleh kesalapacking ymenyebabkaatau brokenmodifikasi yang lebih bBerdasarkanbaru di perpada area sStyrofoam. sentuhan aStyrofoam pkabinet. penguranganlangsung bterlemah kabBerdasarkanproduk yanimpact dari melakukan nilai yang l(J/m2) ) dimaterial Ca400 - 640 styrofoam sada yang aktimbul defesedangkan pmodifikasi 618.3272 (Jnilainya dimaterial CabPengujian pr, yaitu pmenggunakapengujian mesin vibrapengujian tstress / imp

Gamb


N n data lapan

diperoleh keng sudah runmasalah. Hal

ahan dalam myaitu Styrofan televisi mn karenanya p

untuk mengbaik. n hasil analisaoleh tingkat sentuh antaraHal ini di

antara kabinpada bagian y

Karenanya n rib pada babersentuhan binet. n hasil peng belum di

TV set yang pengujian dr

lebih besar ( bandingkan n

abinet yang di(J/m2)) karen

sebagai pelindkhirnya mem

fect ( crackpada Styrofoa

nilai impJ/m2) jadi TVi bawah dabinet. roduk di lakukpengujian san Pro/mactual denga

ation dan metersebut di pepact pada cab

I4

bar III-5 Assy

k Mesinversitas Pan

ngan dan hesimpulan banning di pasl ini di sebabmelakukan deofoam sehinmengalami cperlu di lakuhasilkan TV

a dan perancanstress yang ba kabinet densebabkan ka

net dengan yang terlemah

di lakuagian bagian y

dengan ba

erhitungan pmodifikasi

dihasilkan setrop test memsebesar 677.7nilai impacti izinkan (sebnanya fungsi dung sudah t

mbuat Cabinetk dan brokeam yang sudapactnya ad

V set aman kaari nilai Im

kan dengan 2 simulasi den

mechanica an menggunaesin drop. Daeroleh data Ninet masih da

LED set TV

ncasila

hasil ahwa saran bkan esign ngga

crack ukan

V set

ngan besar ngan arena

Rib dari

ukan yang agian

pada nilai telah

miliki 7818 dari

besar dari

tidak t TV en ) ah di dalah arena

mpact

cara ngan

dan akan ari 2 Nilai alam

I1

I2

I5

Semi

tahap ypenguj

5. Pengujini msystempengujOK.

[1] Mori, Ta, Sanko

[2] Smith, EngineeINCORP

[3] G. TakeMenggaISO, Pra

[4] QA DeIndonesiStackin

[5] Arditya Perancanproses p42 K20Mercubu

[6] http://enMaret 20

[7] .http://enfiberboa

[8] http://wwd256-isoWIB.

[9] http://ww5013457Karakter28 Juni 2

nar NasionJa

yang di izinkajian SANYO Ejian getaran denggunakan

m, dan diperlujian untuk m

DAFTAR PU

akashi., 1996Publishing COSteven G.,20

er WildfirPORATED, Peshi Sato & ambar Mesinadnya Paramitepartment PTia., Vibrationg Test Standa

Wahyu ngan dan Apacking telev, Tugas Akhuana, Jakarta, n.wikipedia.org012, 14.45 WIn.wikipedia.orard , 20 Maret ww.ptli.com/teo180.asp , 28

ww.tripolyta.c70.BukuSaku-risasi%20Mat2012, 20.30 W


an berdasarkaElectronics.

dan drop test Smetode stan

ukan minimalmemastikan k

USTAKA

. Plastic for O., Ltd. Tokyo004.Basic Dere 3.0,CA

Pennsylvania. N. Sugiarto

in Menurut ta, Jakarta. T Sanyo En Test, Drop ard. 2004.

Widagdo., Analisa Cushvisi LCD Sanhir Teknolog

rg/wiki/PolystyIB. rg/wiki/Corrut 2012, 09.48 Westlopedia/tes8 Juni 2012,

com/UserFiles-Catatan3-terial%20PolimWIB.

Mesin 201tober 2012

D17

an standart

Styrofoam ndar PAL l tiga kali kondisinya

advanced o. esign Pro

ADQUEST

H.,1996. Standar

Electronics Test and

2009. hion pada nyo model gi industri

yrene , 18

ugated_ WIB. ts/izod- 19.30

s/2009121

mer.pdf ,



(K4-36-07)

PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP STRUKTUR MAKRO DAN CACAT LAS BAJA KONTRUKSI BJ.44 PADA PROSES

PENGELASAN SMAW MENGGUNAKAN KAMPUH SINGLE V DENGAN ELEKTRODA E6013

Imam Basori Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13220


Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh besarnya arus pada proses pengelasan Shielded metal arc welding (SMAW) baja konstruksi Bj.44 terhadap karakteristik struktur makro dan cacat las. Pengelasan dilakukan dengan variable arus 90, 100, 110, 120 dan 130 Ampere, menggunakan kampuh single V dan elektroda las E6013. Analisa cacat yang terjadi dilakukan dengan metode Non Destructive Test menggunakan penetrant sedangkan analisa struktur makro menggunakan mikroskop optik. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa Arus yang paling efektif pada pengelasan baja kontruksi Bj. 44 dengan elektroda AWS. E6013 adalah 110, 120 dan 130 ampere. Cacat yang timbul pada arus 90 dan 100 ampere adalah tipe inklusi slag/pin hole. Cacat ini terjadi karena pada saat pengerjaan pembersihan terak tidak maksimal atau bisa juga karena magnetic blow yang terjadi pada mesin DC. Daerah terpengaruh panas atau HAZ lebih luas pada pengelasan dengan arus tinggi.

Kata kunci: Pengelasan SMAW, pin hole, HAZ, cacat las.

Abstract

This study aimed to determine the effect of the current intensity in the welding process with Shielded Metal Arc Welding (SMAW) on steel structure Bj.44 to the characteristics of the macro-structure and weld defects. Welding is done with variable currents of 90, 100, 110, 120 and 130 amperes, using single V groove and E6013 welding electrodes. Analysis of defects that occur done with Non Destructive Test Method using penetrant, while the analysis of the macro-structure using an optical microscope. The results showed that the most effective current on the welding process to the steel structure Bj. 44 with E6013 AWS electrodes is 110, 120 and 130 amperes. Weld defects arising in the current 90 and 100 amperes is the type of slag inclusions / pin hole. The defect occurs because of the slag cleaning is not maximal or magnetic blow occured in DC machines. The welding with high currents have a more wide Heat Affected Zone (HAZ) than low current.

Keywords: Welding SMAW, pin holes, HAZ, weld defects 1. PENDAHULUAN

Kekuatan hasil lasan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain tegangan busur, besar arus, kecepatan pengelasan, besarnya penembusan dan polaritas listrik. Penentuan besarnya arus dalam penyambungan logam menggunakan las busur mempengaruhi efisiensi pekerjaan dan bahan las. Penyetelan kuat arus pengelasan akan mempengaruhi hasil las. Bila arus yang digunakan terlalu rendah akan menyebabkan sukarnya penyalaan busur listrik, busur listrik yang terjadi menjadi tidak stabil dan panas yang terjadi tidak cukup untuk melelehkan elektroda dan bahan dasar sehingga hasilnya merupakan rigi-rigi las yang kecil dan tidak rata serta penembusan yang kurang dalam. Sedangkan sebaliknya jika arus terlalu besar maka akan menyebabkan pencairan elektroda terlalu cepat dan membuat permukaan las yang lebar dan penembusan yang dalam.

Kesalahan penyetelan arus menjadi salah satu penyebab terjadinya kesalahan pada pengelasan, yang menyebabkan kekuatan bahan jadi berkurang atau bahkan menyebabkan kegagalan kontruksi.

Selain faktor-faktor diatas, permukaan yang bersih akan menghasilkan sambungan las yang jauh lebih kuat, oksida permukaan harus dibuang karena dapat saja terperangkap dalam logam yang membeku, sehingga memungkinkan terjadinya cacat las yang menyebabkan berkurangnya kekuatan pada logam las. Untuk mengetahui kualitas hasil lasan diperlukan suatu pengujian agar data yang dihasilkan bisa valid, sedangkan tujuan pemeriksaan adalah untuk menentukan standar-standar kualitas tertentu.

Pada penelitian ini akan dilakukan proses pengelasan SMAW pada logam baja konstruksi Bj 44 dengan elektroda E6013 dengan melakukan

ISBN

variasterhad

diketauntukmengkonstrsehingmaksi

2. M

mempsepert

a. Pm

b. Ac. Ed. Ce. Mf. Gg. Sh. A

mi. Rj. Gk. M

valid sampe3 buadimbi

digunpass 2root 3bahanautomdan te

melakA dansesuaiyang


N 978-602-

si arus untudap cacat las d

Dari peneahui besarnyk melakukan gunakan meruksi Bj.44 gga bisa didaimal.

METODE PENPenelitian

persiapkan alati: Pelat baja (Bjmm sebanyakAlat ukur. Elektroda rutiCairan PenetrMesin Las DCGerinda. Sikat kawat Amplas gradmasing 6 lembResin. Gergaji Mikroskop op

Untuk mendmaka pene

el, dimana satah specimen uil seperti pada

Gam

Jenis kampnakan adalah k2-3 mm, sudu3 mm, keteb

n dengan mmatic sehinggaepat dalam wa

Proses penkukan variasi n 130 A dengi dengan pemdigunakan ad


uk mengetahdan struktur melitian ini a arus yang

proses penesin las D

dengan eapatkan kulait

NELITIAN ini dila

at dan bahan

j. 44) ukurank 15 pcs.

il titania tingi rant. C.

de 80 sampabar.

ptik dapatkan hasieliti menggutu jenis variasuji. Apapun jea gambar dibaw

mbar 2.1 Kamp

puh atau samkampuh singlut pembevelanbalan pelat 10menggunakana persiapan spaktu maupun dngelasan diarus 90 A, 10

gan jenis mesimasangan DC+dalah E6013

k Mesinversitas Pan

hui pengaruhmakro. diharapkan

g paling optngelasan SM

DC+ pada lektroda E6tas hasil las y

kukan denyang dibutuh

n 400 x 100 x

E6013 @ 15

ai 1500 mas

il pengujian yunakan 15 bsi arus dibutuhenis kampuh ywah.

puh V

mbung las yle V, dengan n 60o s/d 70o, 0 mm. penyian cutting topesimen bisa cdimensi. lakukan den00 A, 110 A, in las SMAW+. Jenis elektdengan diam

ncasila

hnya

bisa timal

MAW baja

6013, yang

ngan hkan

x 10

kg.

sing-

yang buah hkan yang

yang root gap apan torch cepat

ngan 120

W DC troda meter

Semi

elektroda 3,2dilakukan antdan pemeriksDari pengujiaanalisisa daermencari paramuntuk mendapsesuai.

3. HASIL D3.1. Analisa

A, 100ADC +

G

G

G

Gambaarus 90 A DCinklusi slag, DC+ ( Gamb

nar NasionJa

2 mm. Pengtara lain uji straan cacat las an ini akan drah HAZ, cacmeter pengelapatkan hasil p

DAN PEMBAhasil pengel

A, 110A,120A

Gambar 3.1. A

Gambar 3.2. A

Gambar 3.3. A

Gambar 3.4. A

Gambar 3.5.

ar 3.1 PengelC + terdapat

sedangkan pbar 3.2 ), 110


gujian spesimruktur makro dengan pene

didapatkan dacat hasil pengeasan yang papengelasan ya

AHASAN elasan denganA dan 130 A

Arus 90 A

Arus 100 A

Arus 110 A

Arus 120 A

. Arus 120 A

lasan 90 A Dcacat las yanpada variasi

0 DC+ ( Gam

Mesin 201tober 2012

D19

men yang daerah las

etrant test. ata berupa elasan dan aling tepat ang paling

n arus 90 polaritas

C +, pada ng berjenis

arus 100 mbar 3.3 ),

ISBN

120 D3.5 ), yang barus 1memiini daarus pproses

3.2. A

AD

variasterdapterbentitaniaadalahdan uParam


N 978-602-

DC+ ( Gambakampuh las

baik untuk pe100 ampere piliki tingkat keapat ditarik kepengelasan ses pengelasan.

Analisa hasilA, 100A, 110DC + dengan

Gambar

Gambar

Gambar

Gambar

Pada pengusi arus 100, 1pat indikasi cntuk pada proa tinggi atauh inklusi slagundercutting

meter 90 am


r 3.4 ) dan 13secara visual

engujian visuapada saat prosesulitan yang simpulan bah

emakin memu

l pengelasan 0A,120A dan n Penetrant Te

3.6 Pengelasa

3.7 Pengelasa

3.8 Pengelasa

3.9 Pengelasa

ujian dengan 10, 120 dan cacat pengelaoses pengelasu AWS E601g dan pin ho

tidak terdapmpere denga

k Mesinversitas Pan

30 DC+ ( Gammemiliki kri

al akan tetapi pses pengelasan

tinggi. Dari hhwa semakin budahkan pada

dengan arus130 A polar

Test

an 100 A

an 110 A

an 120 A

an 130 A

penertant P130 A DC+ tasan. Cacat yan elektroda

13 diameter le untuk poropat sama sean mengguna

ncasila

mbar iteria pada nnya hasil besar

saat

s 90 ritas

Pada tidak yang rutil 3, 2 osity

ekali. akan

Semi

polaritas DCpengelasan terbentuk cacarus 100 amplas yang terbpengerjaannytinggi, sehingcacat las. PenAmpere baik pengelasan. semakin msemakin tinggakan semakin

3.3. Analisa

dengan 130 A p

Gambar 3

Gambar 3

Gambar 3

Gambar 3

nar NasionJa

C + tidak ladikarenakan

cat pada logampere DC+ secabentuk baik a memiliki tgga lebih memngelasan dengitu DC+ tidakSemakin tin

memudahkan gi arus penge

n baik.

struktur maarus 90 A, 1

polaritas DC +

3.10. Luasan d

3.11. Luasan d

3.12. Luasan d

3.13. Luasan d


ayak dijadikn lebih mm las. Sedangara wujud manakan tetapi tingkat kesulmungkinkan gan 110, 120k terdapat indinggi arus p

proses peelasan hasil p

akro hasil pe100A, 110A,1+

daerah HAZ 1

daerah HAZ 1

daerah HAZ 1

daerah HAZ 1

Mesin 201tober 2012

D20

kan acuan mudahnya gkan pada nik-manik pada saat itan yang terjadinya

0 dan 130 ikasi cacat pengelasan engelasan,

pengelasan

engelasan 120A dan

100 A

110 A

120 A

130 A



Lebar HAZ diukur dari daerah capping. Dari gambar 3.10 sampai gambar 3.13 dimana arus pengelasan semakin besar terlihat bahwa semakin besar arus pada pengelasan SMAW polaritas DC maka luasan daerah HAZ semakin meningkat.

4. KESIMPULAN

Dari beberapa hasil diatas didapatkan kesimpulan sebagai berikut:

1. Arus yang paling efektif pada pengelasan baja kontruksi Bj 44 dengan elektroda AWS. E6013 adalah 110, 120 dan 130 ampere, pada proses pengelasan dengan arus ini tidak terjadi cacat sepertyi halnya pada arus 90 dan 100 A.

2. Cacat yang terbentuk menggunakan elektroda E6013 adalah inklusi slag/ pin hole. Inklusi slag terbentuk karena pada saat pengerjaan arus pengelasan kurang tinggi, pembersihan terak tidak cukup atau bisa juga karena magnetic blow yang terjadi pada mesin DC.

3. Daerah terpengaruh panas atau HAZ lebih luas pada saat menggunakan arus yang lebih tinggi, karena pada arus tinggi heat input lebih maksimal.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Amstead, B. H. dkk, 1997. Teknologi

Mekanik, Jakarta: Erlangga. [2] American welding society, 1993.

Specification for Underwater Welding, Miami: AWS

[3] Ariestadi, Dian, 2008. Teknik Struktur Bangunan, Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Kejuruan.

[4] Daryanto, 2010. Proses Pengolahan Besi dan Baja (Ilmu Metalurgi), Bandung: sarana Tutorial Nurani Sejahtera.

[5] Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, 2004. Tingkat Lanjut Dengan Proses Gas Metal, Yogyakarta: Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan

[6] Sonawan, Hery dan Suratman, Rochim. 2006. Pengantar Untuk Memahami Proses Pengelasan Logam, Bandung: Alfabeta.

[7] Sunaryo, Hery. 2008. Teknik Pengelasan Kapal jilid 1,Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Kejuruan.

[8] Sungkono, Kh. 1995. Buku Teknik Sipil. Bandung: Nova

[9] Surdia, Tata dan Saito, Shinroku. 2006. Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta: Pradnya Paramita.

[10] Widharto, Sri. 2009 Inspeksi Teknik Buku 1, Jakarta: Pradnya Paramita.

[11] Ir. Suprapti Syam, Pengaruh Arus, Kecepatan Pengelasan Dan Jarakpenyemprotan Media Pendingin Terhadap Pembentukan Presipitasi Karbida Khrom Pada Ss 304 Dengan Pengelasan Gtaw, 2009, Undergraduate Theses, Mechanical Engineering, ITS, Surabaya.

[12] Sindo Kou,1987, Welding Metallurgy, Singapura, A Wiley-Interscience Publication.

[13] Wiryosumarto, Harsono dan Okumura, Toshie. 1996. Teknologi Pengelasan Logam, Jakarta: Pradnya Paramita.



(K4-40-08)

OPTIMASI DESAIN MOULD PADA TIN BALL CASTING MACHINE SKALA INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH

Eddy Djatmiko, Titiek Ediyanto, Agri Suwandi Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak

Saat ini sumber daya alam digunakan dalam berbagai aspek kehidupan untuk kepentingan umat manusia. Timah putih (tin) adalah salah satu produk sumber daya alam. Bangka Belitung merupakan penghasil dan pengekspor timah putih terbesar di Indonesia, tetapi mengalami kesulitan untuk bersaing di pasar global karena biaya pengiriman yang tinggi. Tin diekspor dalam bentuk batangan (bar). Dalam proses pengiriman, bentuk timah batangan terkendala oleh ruang dan pembatasan berat, sehingga mengakibatkan waktu pengiriman yang lama dan mahalnya biaya pengiriman. Dengan mengubah bentuk dari batangan menjadi bola timah (tin ball) akan diperoleh nilai tambah ekonomis dari tin ball tersebut. Pada penelitian terdahulu (Edi dkk, 2008 dan Maulana dll, 2011) bentuk tin ball yang dihasilkan tidak optimal, ditandai dengan adanya cacat produk tin ball tersebut, seperti bentuk yang tidak bulat, sisa hasil timah yang menonjol keluar serta terdapat cacat lubang akibat adanya udara yang masuk pada tin ball. Berawal dari permasalahan tersebut dan dengan semangat memberdayakan industri kecil dan menengah pengolahan timah di Indonesia, maka penelitian ini dilakukan dengan hipotesis bahwa kualitas tin ball yang optimal berada pada desain mould yang optimal.

Kata kunci: tin ball, mould, optimal, industri kecil menengah.

Abstract

Current resources are used in various aspects of life for the benefit of mankind. Tin is one of our natural resources. Pacific Islands is a producer and exporter in Indonesia's largest tin, but find it difficult to compete in global markets due to high shipping costs. Tin was exported in the form of bars. In the process of delivery, tin bar shape is constrained by space and weight restrictions, resulting in long delivery times and high cost of shipping. By changing the shape of the bar into a ball of tin (tin ball) will obtain economic value-added of the tin ball. In the previous study (Edi et al, 2008 and Maulana et al, 2011) form of the resulting tin ball is not optimal, is characterized by the presence of tin ball defect, such as the shape is not round, the rest of the tin that stood out and there are defects due to air holes into the tin ball. Starting from these problems and with the spirit of empowering small and medium enterprises in Indonesia tin processing, this study conducted with the hypothesis that the optimal quality of tin ball is at the optimal mold design. Keywords: tin ball, mold, optimal, small and medium enterprises. 1. PENDAHULUAN

Timah putih (tin) memiliki titik leleh 231,92oC, memiliki berat jenis 7,3 g/cm3, mempunyai sifat konduktivitas panas dan listrik yang tinggi serta bisa dibentuk menjadi bahan campuran dengan logam lain, relatif lebih lunak, dan memiliki formability yang baik. Logam ini tidak beracun, solderable dan memiliki titik didih 2602,22oC. Dalam pengolahannya tin dapat dicetak, di-roll atau di-extruded untuk dijadikan cenderamata atau pun bahan tambahan untuk peralatan otomotif.

Hasil olahan timah putih industri kecil dan menengah di Bangka Belitung banyak di-import ke negara-negara berkembang. Dalam pengemasan dan penyimpanannya tin dibuat ke dalam bentuk batangan (bar) sebagai material bahan baku yang kemudian akan diproses kembali untuk digunakan dalam banyak bidang industri.

Dalam proses pengiriman untuk ekspor, bentuk timah batangan terkendala oleh ruang pengiriman dan pembatasan berat, sehingga mengakibatkan waktu pengiriman yang lama dan mahalnya biaya pengiriman.

Salah satu permasalahan yang dihadapi masyarakat industri kecil dan menengah di Indonesia adalah belum tersedianya teknologi yang dapat mengubah bentuk timah batangan tersebut menjadi bentuk lain sehingga tidak diperoleh nilai tambah ekonomis dari tin tersebut. Saat ini teknologi yang tersedia di pasar merupakan teknologi impor yang membutuhkan biaya yang sangat tinggi sehingga tidak terjangkau oleh industri kecil di Indonesia.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan tin ball casting machine dengan cara mengoptimalisasi desain mould agar hasil tin ball optimal sesuai dengan spesifikasi industri.



2. METODE PENELITIAN Pada gambar 1 diperlihatkan metode

penelitian yang akan dilakukan dalam mengoptimalisasi desain mould.Berikut penjelasan dari metode penelitian yang dilakukan:

1. Identifikasi faktor penyebab timbulnya kelemahan pada Tin Ball Casting Machine sebelumnya dengan Cause Effect Diagram / diagram tulang ikan, sehingga didapat faktor penyebab kelemahan dari penelitian sebelumnya.

2. Analisa perhitungan dilakukan setelah mendapatkan faktor penyebab dari cause effect diagram. Adapun perhitungan ulang yang dilakukan meliputi: perhitungan sprue, runner & gate, shrinkage, diameter poros peluncur dan perhitungan pengelasan pada mould.

3. Setelah mendapatkan perhitungan, maka dilakukan perancangan wujud dengan software pro/eng. Dalam melakukan perancangan wujud mesin digunakan bantuan software pro/eng yang dimiliki oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila. Perancangan menggunakan software dimaksudkan agar mempercepat proses desain dan meminimalisir kesalahan dalam proses produksi. Untuk tahun pertama direncanakan membuat desain pengembangan dari tin ball casting machine

Gambar 1. Metode penelitian yang dilakukan


Tabel 1. Hasil Identifikasi & Perhitungan

No Uraian Hasil 1 Hasil identifikasi faktor penyebab Faktor yang paling mempengaruhi adalah desain

daripada runner & gate serta shringkage. 2 Perhitungan sprue, perhitungan ini dilakukan untuk

mengetahui apakah daerah aliran sprue masih aman atau tidak

τ Material > τ Mould ~ 1200 N/ mm2 > 6,75 N/ mm2 Perancangan dan penggunaan material untuk sistem ini dikategorikan aman.

3 Menurut Alex R.H (2011) bentuk runner yang hasilnya baik adalah bentuk trapesium, dari dasar tersebut dibuatlah di desain adalah bentuk trapesium

Drt = 3,282 mm Tinggi profil dan lebar bawah dari trapesium =

2,461 mm Untuk diameter gate = profil bagian bawah

runner = 2,461 mm 4 Perhitungan Shrinkage Diameter rancangan cavity tin ball gravity casting

= 12,08 mm 5 Perhitungan diameter poros peluncur (sliding shaft)

dilakukan untuk menentukan batas minimum diameter poros yang aman dalam perancangan dalam proses sliding mould dengan asumsi memiliki satu beban merata pada poros

Diameter poros yang diperbolehkan untuk poros peluncur minimum adalah 3,04 mm.

6 Kekuatan sambungan las dihitung berdasarkan tegangan izin dengan anggapan bahwa hubungan antara tegangan dengan regangan mengikuti Hukum Hooke

τ ER 70 > τ A ~ 500 N/ mm2 > 229,05 N/ mm2 Perancangan pengelasan pada sambungan ini dinyatakan aman.

ISBN

Dari yang mould 3.1. HPada yang t

Tab

3.2. HTabeldesain

Tab


N 978-602-

tabel 1 diperberhubungan

d.

Hasil Desain Ptabel 2 dipe

telah sesuai d

bel 2. Pengem

Hasil Pembual 3, 4 dan 5 ben yang telah d

el 3. Optimas


roleh perhitunn dengan

Pengembangaerlihatkan haengan hasil pe

mbangan desain

tan Mould erikut ditampildbuat.

i desain bagia

k Mesinversitas Pan

ngan- perhitunoptimasi de

an sil desain merhitungan.

n bagian mou

lkan mould ha

an upper moul

ncasila

ngan esain

mould

ld

asil

ld

Semi

Tabel 4. Op

Tabel 5. Penmould

Tabel 6 memtin ball daripengembangadengan pengu

Tabel 6 Pe

nar NasionJa

timasi desain

ngembangan d

mperlihatkan pi mould sebean mould yanujian secara m

erbandingan h


bagian upper

desain bagian

perbedaan haelumnya den

ng baru yang manual.

hasil cetakan t

Mesin 201tober 2012

D24

r mould

upper

sil bentuk ngan hasil

dilakukan

tin ball



4. KESIMPULAN 1. Dari cause effect diagram dan FMEA

didapati faktor utama penyebab tidak optimalnya bentuk dari tin ball adalah tidak diperhitungkannya faktor shringkage serta runner dan gate secara optimal, maka dipilihlah bentuk profil trapesium.

2. Pemilihan material yang tidak sesuai dengan perlakuannya akan mempengaruhi deformasi pada mould karena perlakuan panas dan kerja yang berulang-ulang pada mould

3. Penambahan pin pengarah pada middle mould untuk upper dan side mould sangat membantu dalam mengarahkan lubang mould, sehingga tetap pada sumbunya.

4. Penambahan vent sangat membantu mengurangi cacat lubang pada hasil tin ball, karena gas atau udara yang terjebak dapat terdorong keluar oleh material cair melalui saluran vent tersebut.

5. Tinggi cawan penampungan (pouring cup) timah cair dibuat melengkung pada tiap sudutnya agar seluruh timah cair dapat turun dengan cepat ke sprue dengan hasil desain

6. Saluran pendingin dibuat menjadi satu dengan mould agar pendinginan material mould merata dan mengurangi deformasi akibat perlakuan panas yang berulang.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Campbell, John, 2004, Casting Practice:

The 10 Rules Of Castings, Elsevier. [2] Darmawan, Harsokoesomo. 2004.

Pengantar Perancangan Teknik. Penerbit ITB. Bandung

[3] Dwi, Agus Anggono, 2005, Prediksi Shrinkage Untuk Menghindari Cacat Produk Pada Plastic Injection, Media Mesin Volume 6 No.2 Juli 2005 ISSN 1411-4348, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

[4] Edi, Agus dkk, 2008, Laporan Akhir Penelitian Perancangan Tin Ball Gravity Casting Machine Kapasitas 40 Cavity, Program Hibah Penelitian Kompetisi A3, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila, Jakarta.

[5] Herbert, Rees. 2002. Mold Engineering. Germany: Hanser.

[6] Groover, 2007, Fundamentals of Modern Manufacturing: Material Process and Systems, 2nd edition, Wiley.

[7] Hakim, Adies Rahman Dkk, 2012, Optimasi Rancang Bangun Alat Bantu Perakitan Press Tool Dengan Metoda Pendekatan Sistematik, Jurnal Ilmiah Teknobiz Vol. 1

No. 3 ISSN 2088-5784, Pusat Pengabdian Kepada Masyarakat Fakultas Teknik Universitas Pancasila.

[8] Kalpakjian, Serope & Schmid, Steven, 2006, Manufacturing Engineering and Technology, 5th Edition, Prentice Hall.

[9] Karmiadji, Djoko W. 2011, Optimasi Desain Material, Komponen, Konstruksi, Teori dasar dan Aplikasi, Engineering Clinics FTUP, Jakarta.

[10] Maulana Eka, Agri. S & Wina. L, 2011, Tin Ball Casting Machine Design with 40 Cavities Capacity for Small and Medium Enterprises, Proceeding of the 4th International Product Design & Development, ISBN : 978-979-97986-7-1, page 247-255, Department of mechanical and Industrial Engineering, Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.

[11] Pahl G. & W. Beitz., 1996, Engineering Design A Systematic Approach, Spriner-Verlag London.

[12] P N Rao. 1998. Manufacturing Technology, Foundry, Forming and Welding, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. New Delhi, India.

[13] Paquain J. R. 1962., Die Design Fundamentals, Industrial Press, New York.

[14] Ravi. B, Nagahanumaiah & Mukherjee. N.P, 2005, An Integrated framework for die and mold cost estimaiton using design feature and tooling parameter, Springer-Verlag Londo Limited.

[15] Suchy, Ivana, 1997, Handbook of Die Design, MacGraw-Hill, New York.

[16] Sukardi, Casiman dan M Amin Suhadi , Susanto S, 2012, Optimasi Rancang Bangun Coran Baja Part Scraper Chain dengan Material G 5111 ( SCCrM 3A), Jurnal Ilmiah Teknobiz Vol. 1 No. 3 ISSN 2088-5784, Pusat Pengabdian Kepada Masyarakat Fakultas Teknik Universitas Pancasila.

[17] Thomas.K. 1993. Dasar-Dasar Pneumatik. Erlangga, Jakarta.

[18] Ulrich, Karl T., and Eppinger S. D, 1995, Product Design and Development, McGraw-Hill, Inc.

[19] Maihut, Dwi, 2009, Timah, http://dwi-maihut.blogspot.com/2009/05/timah.html, diakses pada tanggal 20 Maret 2012 pukul 09.13 WIB.

[20] Meadinfo, 2010, JIS S45C - Mild Steel - An Overview, http://www.meadinfo.org/2010/03/s45c-jis-mechanical-properties.html , diakses diakses pada tanggal 23 Maret 2012 pukul 09.38 WIB.

[21] Boyan, 2010, Ilmu Logam 1, http://wwwboyancom-



boyan.blogspot.com/2010/11/blog-post.html, diakses pada tanggal 23 Maret 2012 pukul 13.00 WIB.

[22] Boyan, 2010, Ilmu Logam 2, http://wwwboyancom-boyan.blogspot.com/2010/11/ilmu-logam-2.html , diakses pada tanggal 23 Maret 2012 pukul 13.12 WIB.

[23] Nuryadi, Kusmayana, Analysis of Heat Transfer in Mold injection molding machine for plastic Screw Type "Plastar TM 180 G2" for Making Box Card Matrix, http://library.gunadarma.ac.id, diakses pada tanggal 30 Maret 2012 pukul 09.24 WIB.

[24] ThyssenKrupp Materials France, 2011, TKM 2344 EFS, TKM 2344 EFS SUPRA, AISI: H13-H13 ESR, http://www.thyssenfrance.com/fich_tech_en.asp?product_id=12214, diakses pada tanggal 30 Maret 2012 pukul 10.35 WIB.

[25] Moldingzone, 2011, Pengaruh Desain Mold terhadap proses Injection Molding, http://moldingzone.blogspot.com/2011/03/pengaruh-desain-mold-terhadap-proses-injection-molding , diakses pada tanggal 30 Maret 2012 pukul 11.35 WIB.

[26] ..........., 2005, DHA 1 Excellent Wear and Heat Check Resistance Hot Work Die Steel, http://www/bssteel/co.th, diakses pada tanggal 03 April 2012 pukul 10.24 WIB.

[27] ..........., 2005, Material Specifications Catalogue, www.ozzfoundries.co.za, diakses pada tanggal 3 April 2012 pukul 14.50 WIB.

[28] ..........., 2012, ASSAB 8407 SUPREME CATALOGUE, ASSAB.



(K4-44-09)

STUDI KOMPARASI SERBUK NICKEL CHROMIUM ALUMINUM METCO 443NS DAN NICKEL ALUMINUM METCO 450NS

TERHADAP SIFAT MEKANIS PERMUKAAN PADA PROSES THERMAL SPRAYING

Sunardi, Ipick Setiawan, Saepuloh Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Jurusan Teknik Mesin, Cilegon 42435


Abstrak

Pelapisan dengan metode thermal spraying memiliki peranan penting dalam meningkatkan sifat mekanis permukaan material. Metode ini digunakan untuk melindungi logam induk dari pengaruh lingkungan. Sifat permukaan lapisan yang dikehendaki adalah memiliki kekerasan dan kekuatan ikatan yang tinggi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jenis serbuk terhadap karakterisasi permukaan, seperti kekerasan, kekuatan ikatan dan struktur mikronya. Serbuk yang digunakan dalam penelitian ini adalah nickel chromium aluminum METCO 443NS dan nickel aluminum METCO 450NS. Parameter proses yang bisasa digunakan sebagai variabelnya adalah kecepatan pelapisan, jarak spray dan suhu awal material logam induk. Tiga parameter ini memiliki dampak yang berbeda, seperti kekerasan permukaan, kekuatan ikatan dan strumtur mikronya. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa suhu preheating pada proses thermal spraying berpengaruh secara signifikan terhadap sifat mekanisnya. Peningkatan suhu pemanasan awal pada proses ini dapat meningkatkan kekerasan permukaannya. Sedangkan pada serbuk METCO 443NS, kekerasan mengalami penurunan pada suhu 160oC. Hal ini disebabkan oleh jumlah porositas yang berlebih pada lapisan permukaan material ini. Prosentase porositas memiliki pengaruh signifikan pada kekerasan lapisan. Hasil lain menunjukkan bahwa kekuatan ikatan antara lapisan serbuk dengan logam induk meningkat seiring dengan peningkatan suhu preheating.

Kata kunci: thermal spray coating, kekerasan permukaan, METCO 443NS, METCO 450NS.

Abstract

Thermal spraying methode has role to increase the mechanical properties at material surface. This methode to protect the base material from the effects of environment. The desired coating layer are high hardness and bonding strength. The purpose of this paper is to know the effect of powder type toward characteristic of surface layer, such as hardness, bonding strength and microstructure. The powder used in this research were nickel chromium aluminum METCO 443NS and nickel aluminum METCO 450NS. Three parameters as process variable are coating speed, distance of spraying and preheating temperature. Three parameter have the difference effect on surface hardness, bonding strength and microstructure. The result of this research show that preheating temperature of thermal spraying process has effect to the mechanical properties significantly. The increasing of preheat temperature in this process able to increase the hardness of its surface. However, for the powder METCO 443NS, the hardness is decrease at temperature 160oC. It is caused by excessive porosity in this layer surface of material. Percentage of porosity have significant effect to the layer hardness. Another result show that bonding strength between coating layer and base material is increase as preheating temperature.

Keywords: thermal spray coating, surface hardness, METCO 443NS, METCO 450NS. 1. PENDAHULUAN

Kebutuhan sumber energi yang semakin tinggi menuntut sebuah sistem pembangkit daya yang mampu melayani temperatur kerja yang tinggi pula. Tuntutan lain adalah kehandalan material terhadap pengaruh buruk lingkungan dan fluida kerja yang bersinggungan.

Rekayasa dan teknologi material mengalami perkembangan yang sangat pesat dan memegang

peranan penting dalam menjawab persoalan-persoalan di atas. Metode coating, perlakuan panas, nano material dan modifikasi teknologi pembekuan merupakan contoh-contoh usaha yang dilakukan para insiyur untuk memperoleh sifat-sifat material yang diinginkan. Metode coating (pelapisan) merupakan salah satu metode yang cukup populer digunakan di lapangan. Banyak sekali produk-produk hasil pelapisan yang digunakan dalam



bidang teknik, mulai dari persyaratan teknis sederhana hingga persyaratan-persyaratan khusus. Peralatan dan pernik-pernik rumah tangga, bodi kendaraan bermotor dan sudu-sudu turbin pesawat memerlukan proses pelapisan material.

Pelapisan material bertujuan untuk melindungi material dari serangan korosi dan menghasilkan sifat-sifat mekanis tertentu pada permukaannya, seperti kekerasan, laju keausan, kekasaran permukaan, porositas dan ketahanan terhadap suhu tinggi. Pada paper ini akan dipaparkan karakteristik lapisan permukaan hasil proses thermal spray coating. Pengaruh jenis serbuk terhadap kekerasan, kekuatan ikatan antara material induk dengan lapisan yang terbentuk sebagai fungsi serbuk serta struktur mikro lapisan coating. Serbuk yang digunakan dalam riset ini adalah METCO 443 NS dan METCO 450NS.

Tujuan dari riset ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan tipe serbuk dan suhu pemanasan awal logam induk terhadap karakteristik permukaan lapisan yang dihasilkan. Karakteristik permukaan yang dimaksud adalah kekerasan lapisan permukaan, kekuatan ikatan sambungan antara logam induk dengan lapisan serbuk serta struktur mikro yang dibentuk.

1.1 Proses thermal spraying

Thermal spray coating adalah proses pelapisan dimana terdapat material yang dilelehkan atau dipanaskan dan disemburkan ke permukaan material induk. Dengan proses thermal spraying dapat diperoleh ketebalan antara 20 m hingga beberapa milimeter tergantung proses dan sumber panas yang digunakan. Material pelapisan dapat berupa logam, paduan, keramik, plastik maupun komposit. Material pelapis tersebut dapat berupa serbuk atau kawat. Kualitas pelapisan dicirikan oleh besaran porositas, kekerasan, kekuatan ikatan atom, kandungan oksida dan kekasaran permukaannya. Kualitas pelapisan ditentukan juga oleh proses thermal spraying, seperti kecepatan dan jarak spraying serta temperatur pemanasan awal.

Proses thermal spray coating banyak digunakan di lapangan dengan beberapa alasan sebagai berikut:

1. Lapisan yang terbentuk minimal 20 m. 2. Memiliki umur pelapisan yang relatif lama, di

atas 40 tahun. 3. Kekuatan ikatan antara material induk dengan

material lapisan sangat baik. 4. Tingkat porositas lapisan sangat rendah. 5. Ketahanan terhadap korosi tergantung pada

ketebalan lapisan. Artinya semakin tebal lapisan yang terbentuk, semakin lama ketahanan material terhadap serangan korosi.

Sifat lapisan yang terbentuk pada proses thermal spray coating dipengaruhi oleh beberapa

parameter spray, seperti: komposisi kimia, struktur fase, ukuran kristal serbuk, suhu substrat, gas plasma, sudut spray dan jarak spray [1]. Dari riset yang sama diketahui bahwa penurunan aliran gas H2 dari 9,5 L/min menjadi 8,6 L/min dapat menurunkan kandungan H2 sebesar 2%. Penurunan jarak spray dari 130 mm menjadi 75 mm menyebabkan suhu substrat meningkat.

Kekasaran permukaan substrat memiliki pengaruh terhadap kekerasan mikro, porositas dan kekasaran lapisan. Semakin tinggi kekasaran substrat memiliki kecenderungan menurunkan kekerasan mikro, meningkatkan porositas dan kekasaran permukaan lapisan. Kekerasan mikro, porositas dan kekasaran lapisan titik balik pada jarak 12 cm [2]. Porositas lapisan pada umumnya meningkat jika terjadi penurunan laju aliran gas hidrogen dan daya spray. Kekerasan mikro dan modulus Young lapisan mengalami penurunan seiring dengan peningkatan porositas lapisan [3].

Pada riset ini, kualitas lapisan permukaan hasil proses thermal spray coating ditentukan berdasarkan kekerasan dan kekuatan ikatannya. Cacat atau retakan yang terbentuk antarmuka lapisan tidak boleh melebihi standar yang sudah ditetapkan. Kualitas lapisan permukaan juga ditentukan oleh ada atau tidaknya crack pada permukaan yang mengalami bending pada qualitatif bend test [4].

1.2 METCO 443NS dan METCO 450NS

Metco 443NS memiliki rumus kimia (NiCr) 6 Al dengan ukuran partikel antara -125 +45 μm (-120 +325 mesh) [5]. Pada proses thermal spray coating, material ini tidak dapat mengikat sendiri tetapi digunakan sebagai pelapisan yang dapat melicinkan. Serbuk Metco 443NS direkomendasikan untuk pelapisan material pada kondisi khusus seperti ketahanan terhadap oksidasi dan korosi pada suhu tinggi. Pelapisan ini juga digunakan sebagai pelapisan dasar untuk keramik.

Metco 450NS memiliki rumus kimia Ni 5Al dengan ukuran partikel -90 +45 μm (-170 +325 mesh) [5]. Pelapisan yang dihasilkan dari serbuk ini relatif padat dan tebal dan tahan terhadap oksidasi dan abrasi. Serbuk ini digunakan sebagai pelapisn ikatan tahan oksidasi dan dapat digunakan hingga suhu 800ºC. pengikatan sendiri dan melayani rekasi eksotermis selama penyemprotan, yang menghasilkan ikatan ke substrat yang sangat baik.

2. METODE PENELITIAN 2.1 Material induk dan serbuk lapisan

Material dasar (base material) yang digunakan sebagai substrat adalah paduan nickel chromium dengan dimensi 40 x 18 x 2 mm. Menurut CES Edupack, komposisi kimia dan

ISBN

spesif86)%NMPa d

Gamb

2.2 P

bahwapengakaraktparamadalahpemanvariabmasin

adalahpermuantaramengakibatyang 80oC,

2.3 D

dengasepertini.


N 978-602-

fikasi materialNi, (100-600)dan modulus g

(a)

bar 1. Spesimsebelumpelapis

Parameter prSeperti y

a parameter aruh yang steristik permu

meter proses h jarak dan knasan awal pbel bebasnyang-masing 5lb

Tujuan ph untuk mukaan substrata substrat dontrol perbet perbedaan mdigunakan d 120oC dan 16

Diagram Alir

Agar prosan baik, makti yang ditunj

Gambar 2


l induk adalah) HV, kekuatageser (55-100

men paduan nim pelapisan dsan

roses thermal yang dinyat

proses pensignifikan teukaan lapisan

yang menjakecepatan spraada logam in

a. Kecepatan /jam dan 5 inc

pemanasan awmenghilangkant, meningkatkdengan mateedaan ekspanmaterial. Tem

dalam peneliti60oC.

r ses penelitianka diperlukan jukkan oleh G

2 Diagram alir

k Mesinversitas Pan

h (14-46)%Cran tarik (330-

0) GPa [5].

(b)

ckel chromiumdan (b) sesudah

spray coatingtakan sebelungerjaan meerhadap sifatn. Dalam riseadi variabel ay, sedangkannduknya meru

dan jarak chi. wal logam n uap air kan kekuatan erial coatingnsi panas semperatur prehian ini terbag

ini dapat besebuah alur

Gambar 2 di b

penelitian

ncasila

r, (54--2300)

m (a) ah

g umnya emiliki t dan et ini,

tetap n suhu upakan

spray

induk pada

ikatan g dan ebagai

heating gi atas

erjalan r kerja bawah

Semi

2.4 Penguj2.4.1 Uji

Ujidengan indmemiliki sudigunakan dilakukan ddengan wak

Gambar

2.4.2 UjiPen

strength) apelapis permC633-01 tekekuatan adcoatings.

Gambar

3. HASIL3.1 Hubun

kekeraGam

serbuk padakekerasan memiliki pekekerasan lserbuk Metc

Kekedihasilkan mengalami suhu prehea80oC ke 12kekerasan peningkatan

nar NasionJa

ujian kekerasai kekerasan i kekerasan didentor berbenudut diagonaladalah 300

di setiap sesimktu tahan 30de

r 3. Titik peng

i kekuatan ikangujian kekntara materiamukaan mengntang metodedhesi atau ko

4. Mesin uji t

L DAN PEMngan antara sasan permuka

mbar 5 menua proses thermpermukaan l

engaruh yang apisan permuco 443NS danerasan lapioleh serbuk peningkatan

ating. Peningk20oC sebesar dari 120oC

n sebesar 19


an dan kekua

dilakukan padantuk piramidal 136o. Besargram. Penga

men pada 6 tetik.

gujian kekeras

atan kuatan ikataal induk dengacu pada ste pengujian sohesi pada th

tarik (bonding

MBAHASAN suhu preheatiaan lapisan unjukkan permal spray coalapisan. Suhcukup signif

ukaan yang din Metco 450Nisan permuMetco 450N

n seiring denkatan kekeras19,10% danmenjadi 1

9,77%. Keker

Mesin 201tober 2012

D29

tan ikatan

a skala mikroa intan yangr beban yangambilan datatitik spesimen

san mikro

an (bondingngan materialandar ASTMstandar untukhermal spray

g strength)

ing dan

ilaku lapisanating terhadapu preheating

fikan terhadapihasilkan dari

NS. ukaan yangNS cenderungngan naiknyasan dari suhu

n peningkatan60oC terjadirasan lapisan

o g g a n

g l

M k y

n p g p i

g g a u n i n

ISBN

permu160oCdan 27

Gamb

meng120oCKeker120oC261,5sebesakekerPenurpenindengadensit 3.2 H

ki

dan Msama,dengapeninprehekeduahampikekua

dengaserbuk160oCpsi da450Nmasinpsi.

dengasemakterbenditunj


N 978-602-

ukaan pada suC masing-mas76,3 HV.

bar 5. Hubunkekera

Sedangkan

alami peningC dan selanrasan lapisan

C dan 160oC HV dan 228,ar 4,18% daasan yang curunan kekeragkatan prosen

an porositas tas yang renda

Hubungan ankekuatan ikatinduk

Kedua jenMetco 450NS, yakni kekuaan lapisan gkatan seirating. Yang m

a jenis serbukir sama.

atan ikatan (boKekuatan

an lapisan pk Metco 443N

C masing-masan 8.756,2 psiS pada suhu

ng adalah 5.79

Kekuatan ikan waktu pemkin lama wantuknya stabijukkan oleh s


uhu preheatining sebesar 19

ngan suhu prehasan material

pada serbugkatan kekernjutnya mengn permukaan masing-masin

,3 HV. Peningan langsung ukup signifikaasan ini disentase porositatinggi memilah.

ntara suhu prtan lapisan de

nis serbuk, bS memiliki keatan ikatan an

hasil coaring denganmenarik adalahk memiliki ke

onding strengttarik antar

permukaan yaNS pada suhusing adalah 6i. Sedangkan u80oC, 120oC

90,4 psi, 7.548

katan semakimbekuan materaktu pembekuilitas atom ysemakin keci

k Mesinversitas Pan

ng 80oC, 120o

93,7 HV, 230

heating dengan

uk Metco 4rasan hingga galami penu

pada suhu ng adalah 25gkatan kekeras

terjadi penuan sebesar 12ebabkan terjaas lapisan. Laliki kecender

reheating danengan materia

baik Metco 4ecenderungan

ntara material ating meng

n naiknya h pada suhu 1

ekuatan ikatan

th) ra material ang dibentuku 80oC, 120o

6.775,9 psi, 7untuk serbuk Mdan 160oC m8,2 psi, dan 9

in tinggi berrial serbuk. Aruan memungkyang baik. Hilnya cacat (d

ncasila

oC dan 0,7 HV

an

443NS suhu

urunan. 80oC,

1 HV, san ini urunan 2,70%. adinya apisan rungan

n al

443NS n yang

induk galami

suhu 120oC, n yang

induk k oleh oC dan 7.626,8 Metco

masing-9.005,5

rkaitan rtinya, kinkan

Hal ini defect)

Semi

pada lapisalapisan serb

Gambar 6

Semapermukaan kekuatan ikini disebabdengan berpore atau mpada lapisan450NS mem

3.3 Strukt

Dari prosentase suhu 120dibandingka160oC. Haperbedaan k

Gambar 7

Struk

permukaan terbentuknymemiliki pepermukaan.terbentuk paini memunglapisan perm

Hapermukaan serbuk Metc8 terlihat je

nar NasionJa

an batas antaruk pelapis.

Hubungan su

akin tinggmemiliki ke

atannya pada bkan prosentartambahnya s

microvoid ini dn coating. Sed

miliki kecende

tur mikro Gambar 7

dan diameter0oC cenderuan dengan koal ini yang kekerasan dan

Struktur mikrserbuk Metcopreheating ya(pembesaran

ktur mikro ymaterial pada

ya interface engaruh terha

Sedangkan ada spesimen gkinkan terjadmukaan. l berbeda hasil therm

co 450NS. Daelas bahwa in


ara material i

uhu preheating

gi kekerasaecenderungan

serbuk Metcoase cacat sesuhu prehetindapat menjadidangkan serbu

erungan sebali

7 dapat dir rata-rata poung lebih ondisi pada su

menyebabkan kekuatan ikat

kro lapisan pero 443NS padaang bervariasi

n 200x)

yang terbentua suhu 120oC defect. Caca

adap kekuatan porous cupada suhu 16

dinya penurun

terjadi pamal spray coa

ari Gambar 7nterfce defect

Mesin 201tober 2012

D30

induk dengan

g dengan

an lapisanmenurunkan

o 443NS. Halmakin tingging. Sehinggai retakan awaluk Metco NSiknya.

ilihat bahwaorositas pada

kecil jikauhu 80oC danan terjadinyatan atom.

rmukaan a suhu i

k antara duamenunjukkan

at seperti inin ikatan antarukup banyak60oC. Kondisinan kekerasan

ada lapisanating dengan

7 dan Gambarpada lapisan

n

n n l i a l

S

a a a n a

a n i r k i n

n n r n



batas relatif lebih baik jika dibandingkan dengan serbuk Metco 450NS.

Gambar 8 Struktur mikro lapisan permukaan

serbuk Metco 450NS pada suhu preheating yang bervariasi (pembesaran 200x)

4. KESIMPULAN

Temperatur preheating mempengaruhi karakteristik permukaan lapisan hasil proses thermal spray coating. Ada beberapa hal yang dapat disimpulkan dari riset ini, antara lain:

1. Semakin tinggi suhu preheating memiliki kecenderungan meningkatkan kekerasan dan kekuatan ikatan antar lapisan permukaan.

2. Pada suhu preheating di atas 160oC, kecenderungan serbuk Metco 450NS memiliki kekerasan dan kekuatan ikatan yang lebih baik jika dibandingkan dengan serbuk Metco 443NS.

DAFTAR PUSTAKA

[1] M.S. Morsi, S.A.A. El Gwad, M.A. Shoeib,

K.F. Ahmed, Effect of Air Plasma Sprays Parameters on Coating Performance in Zirconia-Based Thermal Barrier Coating, 2012, International Journal Electrochemical Science, Vol. 7 (2012), 2811-2831.

[2] A. Sarikaya, 2005, Effect of some parameters on microstructure and hardness of alumina coatings prepared by the air plasma spraying process, Surface & Coating Technology 190 (2005), 388-393.

[3] X.C. Zhang, B.S. Fu, F.Z. Xuan, S.T. Tu, H.D. Wang, Y.X. Fu, 2009, Porosity and effective mechanical properties of plasma-sprayed Ni-based alloy coatings, Applied Surface Science 255 (2009), 4362-4371.

[4] A. Bhatia, 1999, Thermal Spraying Technology and Applications, Continuing Education and Development, Inc., New York.

[5] Sulzer Metco, 2006, Thermal Spray Material Guide, Sulzer.



(K4-45-10)

UPAYA MENURUNKAN SHORT SHOOT PROSES INJECTION DI PT. XYZ DENGAN MENERAPAN SIX SIGMA

Lukman Arhami Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13320


Abstract

The aim of this research is (1) applies the methods of six sigma to reduce defect a short shoot at the injection; ( 2 ) give their input to the company regarding quality improvements. The value of sigma to the process of injection of 3.8 meanwhile the target of this research is reached the value of 4.5 sigma. Efforts being made among others: (1 ) to implement what has been gained on a table action planning for failure modes; (2) the duties of the implementation of this applied in each part associated in the company. The implementation of this should be monitored, improvement to prevent the same will not recur. Tools that can be used, is by using control chart and making mistake proofing (pokayoke). Keywords: six sigma, short shoot, process of injection. 1. PENDAHULUAN

PT. XYX Indonesia adalah perusahaan manufaktur yang bergerak di bidang produksi plastik untuk komponen otomotif. Konsumen utamanya : Yamaha Motor, Honda Motor dan Suzuki Motor. Era globalisasi berimplikasi terhadap Persaingan yang ketat yang menuntuk agar perusahaan mampu melakukan Peningkatan efisiensi kerja, proses kualitas yang handal dengan target zero claim dari customer.

Tujuan penelitian ini adalah: (1) Menerapkan metode Six Sigma untuk mengurangi short shoot pada bagian injection; (2) Memberi masukan kepada perusahaan mengenai perbaikan kualitas. 2. METODE PENELITIAN

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Laporan Masalah:

Tabel 1: Customer Claim

Part Name Qty NG Freq Claim

Jenis Claim

Cover Under 1 - 1x Burry tidak putus Leg Shield 1 80 pcs 1x Burry halus Cover (Silver) 29 pcs 1x Belang Fan 1 pcs 1x Tidak pasang collar Cover Under 1 - 2x Burry tidak putus Cover - 1x Check Sheet tidak

kirim Cover Under 1 - 3x Burry tidak putus Leg Shiled 1 8 pcs 4x Burry Air Filter Assy 3 pcs 1x Stopper patah Plug Oil Lever 96 pcs 1x Material cacat Cover 3 pcs 2x Paint NG Cover Handle 1 - 1x Dekok Cover Handle 1 - 1x Dekok Cover Under 1 3 pcs 4x Burry Leg Shiled 1 3 pcs 3x Gelombang Leg Shiled 1 1 pcs 4x Burry Cover (Silver) 20 pcs 3x Painting cacat Front Femder 6 pcs 1x Miring Cover (Silver) 12 pcs 1x Painting cacat Cover (Silver) 22 pcs 1x Painting cacat

Gambar 2: Pareto Jumlah Keluhan

Studi pustaka

Perumusan masalah

Mulai

Selesai

Kesimpulan dan saran

Studi lapangan

DEFINE ‐ Pengumpulan dan Pengambilan data ‐ Mengidentifikasi obyek penelitian

MEASURE

Menentukan CTQ pelanggan Pengukuran Baseline Kinerja Mengkonversikan nilai DPMO ke sigma level

IMPROVE

Usulan perbaikan pada

potential cause terhadap

defect

ANALYZE ‐ Mengidentifikasi akar masalah

Analisa

Tujuan penelitian



Sebelum melakukan pengukuran lebih lanjut, perlu diidentifikasi terlebih dahulu karekteristik cacat appearance Berdasar hasil pengamatan terhadap proses produksi di mesin injection, dapat diidentifikasi jenis-jenis cacat/defect yang sering dijumpai pada produk plastik yang merupakan cacat appearance, yaitu : (1) Silver ; (2) Short Shoot; (3) Tare’ (4) Weld Line; (5) Gores; (6) Berminyak; (7) Cembung; (8) Gate Flash; (9) Belang dan (10) Over cutting. Dalam penelitian ini dibatasi pada cacat Short Shoot.

Gambar 3: Contoh cacat Short Shoot

3.2 Analisa dan Pengolahan Data

Gambar 4: Fase Six Sigma

3.2.1 Define : CTQ

Gambar 4: CTQ

Tabel 2: Problem Statement Masalah Jumlah Jumlah

Kumulatif

% Frek % Frek Kumulatif

Short 5238 5238 61.33% 61.33%

Tare 713 5951 8.35% 69.68%

W.Line 566 6517 6.63% 76.31%

Gores 475 6992 5.56% 81.87%

Berminyak

438 7430 5.13% 87.00%

Cembung 318 7748 3.72% 90.73%

G.Flase 314 8062 3.68% 94.40%

Eelang 274 8336 3.21% 97.61%

O. Cutting 204 8540 2.39% 100.00%

Jumlah 8540

Pernyataan masalah (problem statement)

Berdasarkan diagram dan tabel tersebut tampak bahwa permasalahan yang berkaitan dengan appearance produk terutama short shoot menjadi masalah dominan di bagian injection, yaitu mencapai 61,33% dari total keseluruhan jumlah masalah. Dengan demikian pernyataan permasalahan untuk project charter ini adalah “Peningkatan kualitas produk plastik yang disebabkan oleh banyaknya cacat short shoot pada proses injection

P R O D U K Y A N G B E R K U A LIT A S

T IN G G I

P em asangan kom ponen yang lengkap

P em otongan bu rry yang sem purna supaya tidak terkena caca t

Penggunaan m ateria l recycle leb ih d iperhatikan kom posisinya

D ipe rlukan p rosedur yang je las aga r m a te ria l tidak m udah te rtukar

Kua litas m a teria l da ri p roses pencam puran m ate ria l dengan

m asterbatch

P e la tihan dan pengaw asan opera to r aga r tidak ada barang cacat

H and ling yang sem purna agar kond is i produk tidak rusak

P engem asan barang sesua i dengan jum lah dan standar yang d iten tukan

S e tting m esin yang d is tandarisas ikan

P roduk benar-benar terlindung saa t d ik ir im

C heck shee t pem eriksaan se la lu d ilam p irkan

Produk m em ilik i iden titas yang lengkap (label dan stam p)

M A TE R IA L

P R O S E S

P E N G IR IM A N

KE B U T U H A N P EN E N T U C TQ s

C ritica l T o Q ua lity T ree



3.2.2 : Pengukuran (Measure) Tabel 3: Data Defect Proses Injection

No. Nama Part Ukuran Sampel

Jumlah cacat short

shoot

1 5TL Cover Side 2 320 10

2 4US Cover 412 5

3 3CT Base Tail Light 345 7

4 29N Lid 279 3

5 5TP Cover Engine 355 0

6 KPH Bottom 366 3

7 5YP Leg Shield 298 4

8 STL Roller 301 6

9 4US Cover Under 421 8

10 3XA Leg Shield 322 5

11 61 J Armrest 401 3

12 051 Insulator Carb 356 2

13 3AY Cover 2 397 4

14 4ST Cover Grip 334 7

15 4US Case 335 9

16 STPCap 367 5

17 4ST Bottom Plate 314 3

18 STL Cover 1 327 11

19 4US Leg Shielct 356 0

20 5YP Insulator 332 6

21 4ST Rear Fender 317 9

22 3XA Froni Fender 412 10

23 5YP Bottom Plate 322 7

24 29N Cover 2 435 6

25 STL Cover Side 1 433 8

26 KPH Cover Front T

289 6

27 051 Cover 377 8

28 4ST Roller 411 4

29 5CT Bracket 266 2

30 4ST Cover 2 322 7

31 STL Cover Side 1 433 14

32 3XA Rear Fender 298 6

33 4US Lid 321 8

34 KPH Cap Case 422 2

35 KPH Case 290 10

36 3XA Rear Fender 353 0

37 STL Base Tail 278 4

33 4US Rear Fender 344 3

39 3XA Bottom Plate 273 4

40 4ST Cover 1 233 7

No. Nama Part Ukuran Sampel

Jumlah cacat short

shoot

41 SAY Cover Upper 278 4

42 3XA Roller 366 3

MEASURE : Nilai Sigma & Yield Proses

Total Produksi 1215805

Total Defect 14481

Defect Per Total Opportunity

14481/1215805 0.01191

Defect Per Million Oppurtinity

DPO * 1000000 11910.6

NILAI SIGMA (dilihat dari tabel) 3.8 <r

U C H A R T

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40

Sample Number

Sam

ple

Cou

nt

UCL

LCL

U

u

ISBN

MEA

The CoSigma

2

3

4

5

6

3.3 A3.3.1

3.3.2

Proses

Proses In

Metod

TerlaluMateria

Material tidastandar

Variasi kondisi mesin menyulitkan

setting

Kurang analispengalaman ope

Metode setting mesin

Kompostidak


N 978-602-

Tabel 4.Tabe

ASURE : Nila

ost of Quality Level Defect

Oppor

308,53(Nonco

66,807

6.210 (Iaverag

233

3.4 (W

nalyze Fishbone Dia

CFME DiaEffect

DPO

njection 0.01191 y

Material

e

u banyak al recycle

Press

K

ak

sa/erator

Terlalu banyak Material recycle

Tidak semuaproses mempunyaiprosedur standar

Material kurang panasisi mixing

sesuai

Suhu matertidak sesu

Tidak standar ya


el Perhitungan

i Sigma & Yi

t Per Million rtunities

7 ompefitiv

i )7

Industry ge)

World class)

agram

agram Caus

Yield

y = e-DPO Y = e -

Manus

Mesin

Lelah/sakit

Kerja malam

Tonase mesin tidak sesuai

Air tersumbat

Lubang air kotor

Aliran coolant pada mold tidak baik

sure clampingkurang

Kurang teliti dankonsentrasi

rialuai

adaang jelas

k Mesinversitas Pan

n Nilai Sigma

ield Proses

Cost of Quality

Not applicable

25 - 40% of sale

15 -25% of sales

5 -15% of sales

<1 of sales

se Failure

%

-OOH91 = 0.98816 9

Banyaknsilver dan pada prose

sia

Pendinginan kuransempurna

Air terlalu panas

Kebijakan perusahaanyang kurang baik

Tidak ada pelatihanyang terstrukturdan terencana

Aliran/flow of materialtidak lancar

Chiller tidak berfungsi dengan baik

Setting mesin

Kurang pelatihan

Kurang motivasi

ncasila

a

es

s

s

Mode

%Yield

98.81%

nya cacat short shoot es injection

ng

Semi

3.3.3 FMEA

3.3.4 Value ANALYZE

Dari Analysis (Fkegagalan y

Rank 1, RP Penkurang semterhambat asehingga prKapasitas pproses perawRank 2, RPN Setkalah pentindilakukan kperusahaan

nar NasionJa

A

e of FMEA

: FMEA

tabel FailFMEA) diha

yang memiliki

PN 294 ndinginan p

mpurna, akan ataupun udaraoduk cacat ak

produksi yangwatan ideal. N 288 tting mesin mngnya. Settinkarena ada t

yang ma


lure Modes asilkan bebei nilai resiko t

pada cetakanmembuat al

a akan terjebkan mungkin g tinggi mem

menjadi faktong mesin ini tiga jenis measing-masing

Mesin 201tober 2012

D35

and Effecterapa modusertinggi :

n/mold yangliran materialbak (air trap)sekali terjadi.

mbuat sulitnya

or yang tidakmenjadi sulit

erk mesin dimempunyai

t s

g l ) . a

k t i i



karakteristik yang berbeda. Selain itu faktor eksternal seperti suhu pada mold, suhu pada chiller dan material yang dipakai mempengaruhi unsur-unsur dalam setting mesin tadi. Rank 3, RPN RPN 252 Komposisi material yang tidak sesuai adalah salah satu penyebab cacat short shoot. Material yang terlalu panas dan komposisi material recycle yang terlalu banyak dicampur dengan material dasar membuat aliran material menjadi terhambat. 3.4 Improve 3.4.1 Action Planning For Failure Modes

Tabel 4.9 : (lanjutan) Action Planning for Failur Modes

Rank Failure Mode

Actionab

le Cause

Design Actmn/Poteaitial Solutions

Design Validation

5 Pendinginanpada mesin f curang

Kapasitas chiller dan jumlah mesin

Analisakapasitas chiller dan jomlah mesin

Data chillei dan kapasit

Penambahan chiller sesuai analisa

Laporan pembelian chiller

6 Operatotkutang pelatihan

Tidak ada pelatihan

Pembuat an mat eri pelatihan

Materipelatihan

Pembuatanjadwal pelatihan

Jadwal pelatihan

7 Kapasitas pfod

Tonase mesin tidak sesuai,

Analisa kapasitas ptoduksi

Data kapasitas produ

Pembuatanjadwal produksi sesuai

Jadwal produksi

3.4.2 Action Planning For Failure Modes

Solusi danTanggung jawab Irnpietnentasi

No. Solusi Potensial Tanggung Jawab

1. Analisa pemakaian efefctif mold setiap produksi

Staf PE

2. Dibuat jadwal yang terencana dan setiap cetakan/mold

Staf PE

3. Analisa setting mesin terbaik dari setiap mold

Staf PE

4. Dibuatjadwal yang terencana dan setiap cetakan/mold

Staf PC

5. Analisa komposisi material terbaik

Staf Material Control

6. Dibuat kotnposisi terbaik dari material recycle dan dibuat prosedur standar


7. Analisa suhu terbaik pada proses mixing


8. Dibuat komposisi terbaik dari mixing material dan dibuat prosedur standar


9. Analisa kapasitas chiller dan jumlah mesin

Staf PE

10- Penambahan chiller sesuai analisa

Staf PE

11 Pembuatan materi pelatihan StafHRD

12. Pembuatan jadwal pelatihan StafHRD

13 Analisa kapasitas produksi Staf Pro Control

14. Pembuatan jadwal produksi sesuai tonase mesin

Staf Prod

Control



4.5 Control :

Fase control atau tahap pengendalian adalah tahap yang bertujuan untuk terus mengevaluasi dan memonitor hasil-hasil dari tahapan sebelumnya atau hasil implementasi yang telah dilakukan pada fase improve. Tahap ini juga bertujuan untuk memastikan bahwa kondisi yang sudah diperbaiki dapat berlangsung terus menerus atau berkesinambungan, dan tidak berjalan dalam waktu yang singkat saja.

4.5.1. Control Chart Control chart dapat digunakan perusahaan untuk memonitor output proses produksi agar dapat dilakukan deteksi cepat atas variasi yang abnormal 4.5.2 Pembuatan Mistake proofing (pokayoke) Mistake proofing adalah salah satu teknik untuk membuatkan suatu kondisi yang akan mencegah kemungkinan terjadinya kesalahan 5. KESIMPULAN

1. Dari hasil penelitian ini, didapatkan nilai sigma untuk proses injection sebesar 3.8. Target dari penelitian ini adalah mencapai nilai 4.5 sigma.

2. Langkah-langkah yang dilakukan antara lain :(a) Melaksanakan apa yang telah didapatkan pada tabel Action Planning for Failure Modes; (b) Tugas-tugas pelaksanaan ini diaplikasikan di masing-masing bagian yang terkait di perusahaan.

3. Pendinginan pada cetakan/mold yang kurang sempurna, akan membuat aliran material terhambat ataupun udara akan terjebak (air trap) sehingga produk cacat akan mungkin sekali terjadi. Kapasitas produksi yang tinggi membuat sulitnya proses perawatan ideal.

4. Setting mesin menjadi faktor yang tidak kalah pentingnya. Setting mesin ini menjadi sulit dilakukan karena ada tiga jenis merk mesin di perusahaan yang masing-masing mempunyai karakteristik yang berbeda. Selain itu faktor eksternal seperti suhu pada mold, suhu pada chiller dan material yang dipakai mempengaruhi unsur-unsur dalam setting mesin tadi.

5. Komposisi material yang tidak sesuai adalah salah satu penyebab short shoot. Material yang terlalu panas dan komposisi material recycle yang terlalu banyak dicampur dengan material dasar membuat aliran material menjadi terhambat.

6. Pelaksanaan improvement ini harus dimonitor, agar kejadian yang sama tidak terulang kembali. Tools yang dapat digunakan, adalah dengan menggunakan control chart dan pembuatan mistake proofing (pokayoke)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Gaspersz, Vincent, Pedoman Implementasi

Program Six Sigma, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2002

[2] Harry, Mikel and Ricard Schroeder, Six Sigma: The Breakthrough Management Strategy Revolutionizing The World Top Corporation, Random House, 2000

[3] Tunggal, Amin Widjaja, SIX SIGMA Gambaran Umum - Penerapan Proses – Metode-metode yang Digunakan untuk Perbaikan, Harvarindo, 2002



(K4-47-11)

PENGUKURAN KINERJA PERUSAHAAN DENGAN METODE SUPPLY CHAIN (SUPPLY CHAIN OPERATION REFERENCES)

(STUDI KASUS DI PT X Y Z) Tri Bambang AK

Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13320 E-mail: [email protected]

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur kinerja perusahaan, khususnya dibidang distribusi parts. Hasil penelitian kiinerja perusahaan PT X Y Z dapat diukur melalui parameter yang disebut Key Performance Indicator yang didalamnya terdiri dari Moving Turn Over, Adjusted Turn Over, Overall Availability dan Stock Availability. Adapun fungsi moving tun over untuk menghitung pergerakan parts dalam dua belas bulan, adjusted turn over untuk mengendalikan proses moving turn over yang terjadi agar tetap sesuai dengan sasaran target yang dicapai, overall availability merupakan perhitungan ketersediaan parts secara keseluruhan dan stock availability adalah jumlah ketersediaan parts yang dihitung berdasarkan item yang dipenuhi. Penilaian dari ke empat indikator dengan menggunakan skala konversi atau prosentase dengan kriteria yaitu nilai 1 (sangat kurang), 2 (kurang), 3 (cukup), 4 (baik) dan nilai 5 (sangat baik). Dari ke empat indikator performansi Supply Chain perusahaan terdapat satu indikator yang mempunyai nilai skor yang tinggi dan tiga indikator lainnya mempunyai skor yang rendah, yang terdiri dari Adjusted Turn Over (1.36) perbaikan yang perlu dilakukan adalah lebih teliti dalam melakukan perencanaan distribusi dan peramalan permintaan produk yang mengacu pada bulan-bulan sebelumya dengan metode yang sesuai dengan perusahaan dan Overall Availability (68.2) perbaikan yang perlu dilakukan adalah sebaiknya perusahaan menyediakan jumlah transportasi yang memadai guna mencegah kekurangan stock (stocked out).

Kata kunci: Turn over, adjusted turn over, overall availability and stock availability

Abstract

The aim in this research to measure performance company, especially in distribution parts. The result of PT X Y Z is key performance can be measure through parameter called Key Performance Indicator who consist of Moving Turn Over, Adjusted Turn Over, Overall Availability and Stock Availability. The function of Moving Turn Over to calculate moving total parts in twelve months, Adjusted Turn Over is used to control the process of Moving Turn Over happened to remain in accordance with the target goal is reached, Overall Availability is a calculation of parts availability for the whole and Stock Availability is number of parts availability who calculated based on full item. Measurement from four indicators can be used conversion scale or procentage by concerning value 1 (worst), value 2 (less), value 3 (enough), value 4 (good) and value 5 (greatest). Those four indicators of performance Supply Chain is having one indicator who has highest value and three others indicator are having a low value, it’s consist of Adjusted Turn Over (1.36) necessary is forecasting by using forecast method of a goods demand in company and Overall Availability (68.2) necessary is should company able to provide tranportasion who filled.

Keywords: Turn over, adjusted turn over, overall availability and stock availability 1. PENDAHULUAN

Persaingan bisnis yang semakin ketat di era globalisasi ini menuntut perusahaan untuk menyusun kembali strategi dan taktik bisnisnya sehari-hari. Jika dilihat secara lebih mendalam, ternyata esensi dari persaingan terletak pada bagaimana sebuah perusahaan dapat mengimplementasikan proses penciptaan produk dan jasanya secara lebih murah, lebih baik, dan lebih cepat dibandingkan pesaing bisnisnya.

Usaha untuk menciptakan rangkaian proses tersebut bukanlah merupakan target semasa saja, melainkan sifatnya dinamis, dalam arti harus selalu diupayakan secara terus-menerus dan berkesinambungan. Sejauh perusahaan masih bisa terus berusaha memperbaiki kinerjanya, sejauh itu pulalah perusahaan dapat tetap bertahan dalam ketatnya kompetisi global. Tetapi sumber daya dan kompetensi yang dibutuhkan seringkali tidak dimiliki oleh perusahaan secara individu, sehingga



kerja sama atau kolaborasi dengan perusahaan lain dalam suatu persaingan bisnis sangat diperlukan untuk mendukung proses inovasi produk dan mencapai efisiensi serta efektivitas bisnis. Sebagai akibatnya, penciptaan nilai pelanggan dalam suatu jejaring bisnis menjadi isu penting dalam perkembangan kolaborasi antar perusahaan untuk memperbaiki daya saing perusahaan.

Berdasarkan fenomena yang terjadi di negara-negara maju terutama yang dialami oleh perusahaan-perusahaan multinasional. Salah satu contohnya adalah negara Jepang dan Korea Selatan. Ternyata kunci dari peningkatan kerja rangkaian proses tersebut terletak pada kemampuan perusahaan dalam bekerja sama dengan para mitra bisnisnya, yang dalam hal ini adalah mereka yang memberikan pasokan-pasokan kebutuhan perusahaan dalam berbagai bentuk. Pengintegrasian secara optimal antara proses-proses internal di dalam perusahaan dengan proses-proses para mitra bisnis tidak sekedar meningkatkan efisiensi, efektifitas dan kualitas internal semata, namun lebih jauh lagi menciptakan suatu keunggulan kompetitif (competitive advantage) tertentu bagi perusahaan terkait.

Disamping itu, perusahaan berlomba-lomba memenuhi kehendak para konsumen karena memang the name of game haruslah berorientasi pada pelanggan (customer). Dari segi harga misalnya, semua terus berlomba-lomba mencari caara untuk mendapatkan harga yang kompetitif. Untuk mengatasi hal ini dapat ditempuh strategi manajemen Supply Chain atau pun Supply Chain Optimization, yaitu memecah perbatasan-perbatasan antar perusahaan yang secara tradisional memisah-misahkan pelaku pengaadaan barang atau jasa, dan memecah-mecah pula daya kemampuannya untuk meningkatkan efisiensi. Oleh karena itu, tercipta dan berkembanglah suatu sistem atau konsep yang disebut konsep Supply Chain. Dengan sengaja istilah tersebut tidak diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia, karena memang dalam logistic atau pun purchasing management, istilah tersebut telah terkenal dalam bahasa inggrisnya. Kalau mau diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia, mungkin dapat digunakan istilah rantai pengadaan atau rantai penyediaan.

PT X Y Z sebagai salah satu industri manufaktur yang memproduksi alat-alat berat seperti dozer, motor grader dan skider dengan teknologi mutakhir terus berupaya untuk mewujudkan diri sebagai perusahaan manufaktur yang terdepan di dunia industri. Untuk mencapai itu maka dibutuhkan suatu metode yang dapat menciptakan alur informasi untuk mendistribusikan barang atau jasa tersebut. Menyadari pentingnya efesiensi dan efektifitas tersebut, maka PT X Y Z terus mengembangkan dan mencari sistem

manajemen guna mengendalikan produknya. Hal inilah yang mendorog penulis untuk mengadakan penelitian secara terperinci dan mencoba memperkenalkan metode Supply Chain yang nantinya dapat memberi masukan kepada perusahaan, mengenai mengumpulkan atau mencari, mengubah dan mendistribusikan barang dan jasa ke pelanggan terakhir. 2. METODOLOGI PENELITIAN 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Tahap Plan

Dari Stock Order Process, dapat diketahui bahwa yang menjadi pihak: supplier, manufacture, distribution hingga customers dalam tahapan ini adalah: Supplier : Catterpillar ADC (Asia

Distribution Centre) Manufacture: PT Trakindo Utama Distribution: PT Cipta Krida Bahari Customer : PT Chonoco Philips

3.2 Tahap Source 3.2.1 Hasil analisa yang peneliti lakukan terhadap

data dari Software Dealer Business System Life Cycle Parts Parameter 2012 bahwa secara otomatis sistema akan merecord

Studi pustaka

Perumusan masalah

Mulai

Studi lapangan

Tujuan penelitian

Studi Dokumentasi

Disain Sistem ScoR Tahap Plan

Tahap Source

Tahap Make Tahap Deliver Tahap Return

Selesai

Kesimpulan dan saran

Analisa



menjadi stock apabila dalam waktu 4 bulan telah ada 2 kali call dalam aktifitas level fast moving (parts yang lebih cepat terjual) dan memenuhi kriteria. Sedangkan apabila kurang dalam jangka waktu yang telah ditetapkan tersebut masih belum terdapat call, maka sistem tidak akan merecord secara otomatis dan berubah menjadi Nonstock.

3.2.2 Berdasarkan software Dealer Business System (DBS), waktu tunggu untuk kembali menjadi stock di sarankan oleh sistem adalah minimum 7 hari untuk kategori level parts yang paling sering kali cepat terjual. Sedangkan untuk parts yang paling lama terjual kepada customer, maka diberikan waktu tunggu untuk kembali mengisi stock selama 14 hari. Hal ini dikarenakan untuk mencegah penumpukan parts yang masih dalam proses pengiriman dan mengurangi biaya beban yang disebabkan penimbunan parts di warehouse.

3.3 Tahap Make

Dalam tahapan ini berfungsi untuk menentukan minimum atau maksimum berdasarkan lead time, call atau demand, harga dan fakto-faktor Economic Order Quantity (EOQ) digambarkan melalui parameter matrix.

3.3.1 Dari hasil ordering parameter matrix 2012, dapat diketahui bahwa prosentase per tahun demand batasan tertingginya adalah 8%. Minimum hari yang digunakan untuk mengisi kembali stock parts adalah 7 hari. Lead time maksimum yang diperlukan untuk pengiriman melalui matrix 1 (sea freight) adalah 35 hari (untuk mengantisipasi gangguan alam dan sebagainya). Sedangkan untuk lead time dengan menggunakan transportasi udara minimum adalah 17 hari.

3.32 Untuk mencapai efisiensi dan efektifitas bisnisnya dalam rangka memenuhi kebutuhan konsumen. PT X Y Z mempunyai forwarder, dalam hal ini anak perusahaan yang bergerak dibidang pendistribusian logistik, yaitu PT Cipta Krida Bahari. Sehingga memudahkan dalam proses pengiriman parts baik dari cabang ataupun Singapura.

3.4 Tahap Deliver 3.4.1 Hasil analisa serta pengamatan yang peneliti

lakukan selama proses pengiriman, baik pengiriman ke customer ataupun antar cabang harus disertai dengan surat kelengkapan, seperti dokumen surat jalan.

3.4.2Hambatan-hambatan selama proses pengiriman, seperti kesalahan serial parts

dokumen customer atau parts yang hendak dikirim mengalami berubah bentuk atau cacat.

3.5 Tahap Return

Prosedur yang harus dilakuan dalam pengembalian parts adalah:

a. Menempatkan setiap jenis parts ke dalam peti pengiriman yang berbeda kemudian berikan label pada sisi luar masing-masing peti.

b. Memastikan bahwa peti tepat pada posisi diatas palet sebelum dikemas.

c. Memberikan lapisan pelindung yang terbuat dari bahan kayu sebagai pembatas antara setiap lapisan parts.

4. KESIMPULAN

1. Dari hasil data penjualan parts selama tahun 2006, moving turn over diperoleh dari total penjualan parts dalam waktu 1 tahun dibagi dengan rata-rata parts selama 1 tahun adalah 4,63. Hal ini menunjukkan bahwa dalam kurun waktu satu tahun perusahaan telah memperoleh pengiriman parts secara langsung melalui ADC (Asia Distribution Centre) sebanyak 4 kali. Dalam hal ini peneliti menilai kurang efektif, dikarenakan perusahaan akan lebih banyak menghabiskan biaya untuk pengiriman secara langsung melalui antar negara.

2. Usulan perbaikan yang dapat diambil oleh perusahaan adalah sebaiknya perusahaan order parts secara langsung melalui ADC (Asia Distribution Centre), jika memang benar-benar perusahaan tidak mempunyai stock lagi (stocked out).

3. Berdasarkan daftar tabel penjualan parts 2006, Adjusted Turn Over merupakan parts yang direject selama 1 tahun dibagi dengan rata-rata parts yang diterima. Dapat diketahui bahwa hasil Adjusted Turn Over adalah 1,3. Hal ini berarti bahwa perusahaan masih perlu melakukan continous improvement guna mendapatkan perputaran value investasi yang tinggi.

4. Usulan perbaikannya adalah perusahaan dapat melakukan forecast (peramalan stock parts yang mengacu pada bulan-bulan sebelumnya).

5. Dalam menentukan Overall Availability total penjualan parts dengan menggunakan rumusan prosentase, yaitu jumlah item yang dipenuhi dibagi dengan keseluruhan proses. Prosentasi yang di dapat melalui tabel penjualan parts tahun 2006 yaitu 68,2%. Hal ini menunjukkan bahwa proses yang terdapat didalamnya masih kurang efisien dan efektif.



6. Usulan untuk dilakukan perbaikannya adalah sebaiknya perusahaan perlu lebih teliti dalam merencanakan penyaluran dan pengelolaan yang sudah sesuai dengan persaingan dalam kondisi pasar dan seharusnya perusahaan bisa melihat peluang guna mencapai targetnya. Salah satunya adalah membina kerja sama yang lebih lebih dengan para mitra bisnisnya

7. Menentukan nilai stock availability dengan menggunakan rumusan item yang dipenuhi dibagi dengan ketersediaan stock parts yang ada di warehouse. Total prosentase stock availability yang diperoleh adalah 89,6%. Hal ini menunjukkan bahwa perusahaan selalu menjaga ketersediaan stock di warehouse.

DAFTAR PUSTAKA

- Buku [1]. Anatan, Lina dan Lena Ellitan. Supply Chain

Management Teori dan Aplikasi. Bandung: PT Alfa Beta. 2008.

[2]. Arifin, Johar. Solusi Total Bisnis UKM Berbasis Komputer Dengan Micosoft Excel. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. 2011.

[3]. Bolstorff, Peter dan Robert Rosenbaum. Supply Chain Excellence. Jakarta: PT Gramedia Pustaka. 2002.

[4]. Husein, Umar. Konsep Metode Penelitian Untuk Skripsi dan Tesis Bisnis. Jakarta: PT Raja Grafindo. 2008.

[5]. Nugroho, Amien. “Busi”, Ensiklopedi Otomotif. Jakarta: Penerbit Gramedia Pustaka Umum, 2005

[6]. Indrajit, Richardus Eko dan Richardus Djokopranoto. Konsep Management Supply Chain. Jakarta: PT Grasindo. 2007.

[7]. Rangkuti, Freddy. Flexible Marketing. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. 2004.

[8]. Riduan. Belajar Mudah Penelitian untuk Guru dan Karyawan. Jakarta: PT Alfa Beta, 2009.

- Internet [1]. http://www.bimanusa.co.id/index.php?option=

com_k2&view=item&id=38:motor-grader. Diakses tanggal 10 September 2011.

[2]. http://id.wikipedia.org/wiki/Warehouse. Diakses tanggal 29 Maret 2012.

[3]. http://jaringnews.com/ekonomi/umum/5913/perusahaan-multinasional-mutlak-harus-patuhi-hukum-domestik. Diakses tanggal 29 Maret 2012.



(K4-50-12) ANALISIS DESAIN PENINGKATAN GAYA DORONG

PADA MOTOR ROKET RX-220 Pirnadi

Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 Bidang Struktur Mekanika LAPAN

Abstrak Makalah ini menganalisis hasil desain teknik dalam meningkatkan gaya dorong motor roket RX-220, yaitu roket satu tingkat dengan diameter tabung luar 220 (mm) dan panjang 3000 (mm) untuk keperluan penelitian regular. Pemikiran dasar untuk peningkatan gaya dorong motor roket, merupakan roket generasi yang didesain oleh LAPAN Tarogong, masih dalam pengembangan. Permasalahannya, adalah bagaimana teknik meningkatkan gaya dorong motor roket RX-220, agar diperoleh gaya dorong yang effektif. Gaya dorong motor roket paling tidak dipengaruhi oleh berbagai unsur sebagai perubah desain, seperti: Impuls spesifik (Isp) propelan dan tebal propelan (tp), luasan ruang pembakaran (Ap), ½ sudut kemiringan convergensi (Ѳ dan ½ sudut divergensi nosel (Ѳ . Maka dari ke-empat (4) unsur inilah diambil sebagai perubah desain dalam peningkatan gaya dorong motor roket RX-220, dilakukan dengan perhitungan numerik menggunakan ukuran model sama, menghasilkan gaya dorong yang lebih besar, lebih ringan dan sederhana. Disimpulkan, dengan persyaratan yang ditetapkan, yaitu dari ke-4 perubah di atas, maka peningkatan konfigurasi bentuk (Ap) dan karakteristik (Isp) propelan akan menghasilkan gaya dorong yang lebih optimal, bila dibanding dengan memperbesar diameter tabung roket yang berisiko semakin berat dan jangkauan yang berkurang.

Kata kunci: propelan, nosel, dan uji terbang.

Abstract

This paper analyzes the results of design techniques to improve thrust RX-220 rocket motor, the rocket one level with the outer tube diameter 220 (mm) and length 3000 (mm) for regular study. Thought basis for increased thrust rocket motor, is a generation of rockets designed by LAPAN Tarogong, still under development. The problems, are how to improve the technique of rocket motor thrust RX-220, in order to obtain an effective thrust. Thrust rocket motors least influenced by various elements of the change of the design, such as specific impulse (Isp) of propellant and propellant thickness (tp), an area of the combustion chamber (Ap), ½ convergensi tilt angle (Ѳk) and ½ nozzle divergence angle (Ѳd). So of the four (4) is taken as an element of change in the design of improved rocket motor thrust RX-220, performed numerical calculations using the same model size, resulting in a greater thrust, lighter and simpler. It was concluded, the requirements, that is, from the fourth modifiers above, the increase in configuration form (Ap) and characteristics (Isp) of propellant will produce a more optimal thrust, when compared with the rocket tube diameter increase the risk of severe and range reduced.

Keywords: propellant, nozzle, and flight test.

1. PENDAHULUAN LAPAN saat ini sedang meneliti dan

mendesain roket kecil bertenaga dorong besar. Karakteristik (Isp) dan tipe konfigurasi (Ap) propelan bahan bakar motor roket (padat / cair) yang cukup dominan untuk menghasilkan gaya dorong yang besar. Adapun tujuan makalah ini, adalah untuk menganalisis dan menentukan faktor yang cukup dominan dalam peningkatan gaya dorong yang dihasilkan oleh roket. Hal ini dilakukan untuk mendayagunakan roket dalam menghasilkan gaya dorong besar dan jarak jangkauannya jauh.

Dimensi dengan roket yang sama besar dapat menghasilkan gaya dorong yang lebih besar. Roket tetap ringan, sederhana, mudah dibuat dan

material ada di pasaran bebas. Dalam makalah ini, hanya akan dianalisis jenis propelan padat saja, dan seterusnya hanya akan disebut dengan propelan.

Struktur motor roket dipilih material ringan, tetapi memenuhi syarat, yaitu: kaku, mampu menahan beban dan temperatur yang ada. Propelan berbentuk blok silinder pejal atau berrongga yang berada di dalam ruang bakar motor roket yang dilengkapi dengan convegen-divergen nosel pada ujungnya, dapat lihat pada Gambar 1.1. Memang cukup sulit memperoleh material untuk motor roket dan noselnya, mengingat ruang bakar bertekanan cukup tinggi dan temperatur yang sangat tinggi.

Analisis di atas dan diterapkan pada desain peningkatan gaya dorong motor roket RX-220 ini,

ISBN

secaraoleh L

Gam

Roketuji stroket hampiroket (mm) tujuh

Gambmotor

kesemruangspesifini akletak propeconvehukumbesar karaktpanjanterliha

tebal=

seban(l_p^2

lurus

oleh p


N 978-602-

a general padLAPAN saat i

mbar 1.1 Tekni

Contoh skett terbaru RX-tatik tetapi be

belum dilakir 3000 (mm220 (mm), mmemakai prokomposit

bar 1.2 Sketr roket RX-22

Gaya doronmpurnaan peg bakar motorfik (Isp). Kebkan dipengaru

igniter (alatelan dengan lergen-divergenm sederhana d

gaya doronteristik dan dng (lp) sebagat bahwa:

Waktu pem= ((d_po- d_pi

Gaya donding dengan2).

Total impudengan panjan

Tekanan rpanjang prope


da roket generini.

ik pembakaran

tsa dapat dilih-220 ini baru elum berhasikukan. Panj

m) dengan diamaterial baja

opelan padat b

tsa dinding t20

ng roket akambakaran prr roket, yaitu berhasilan pemuhi oleh berbt penyala), kluasan ruang n nosel motordari karakterisng yang dihdimensinya, sagai volume r

mbakaran (tb)i)/2) propelan

orong roket n kwuadrat

uls spesifik prng pangkat tig

ruang bakar (Pelan (lp).

k Mesinversitas Pan

rasi terakhir d

n propelan (pa

hat pada Gambdilakukan du

l, dan uji dinjang tabung ameter luar t

campuran tebentuk grain b

tabung dan

an ditentukanropelan di besarannya i

mbakaran proagai hal, miskonfigurasi bbakar, dan b

r roketnya. Mstik propelan asilkan atas alah satunya aruang bakar

) sebanding ddalam (mm).

umumnya, panjang pro

ropelan, berbaga (l_p^3).

Pc) tidak terga

ncasila

diteliti

adat)

bar1.2. ua kali inamik

roket tabung ebal 4

bintang

nosel

n oleh dalam

impuls opelan salnya: bentuk bentuk enurut padat, dasar

adalah maka,

dengan

akan opelan,

anding

antung

Semi

Diadiameter da

Diaperubah teta

½ divergen norubah (divar

Masalah kdibahas, seImpuls spenosel juga tpersyaratan konvergen-dkekuatan mnosel dan persyaratan

Pembahasanpeningkatanpropelan padilakukan ddihasilkan odan studi lidi atas, terbeberapa bebiasa digunterefektif.

Gambar

2. LANDAProp

bahan bakmenghasilkadorong besharus ditahamenghasilkacriteria yapembakaranbakar, dalamlain:

1. Aliranarah a1.1b dtidak a

2. Arah paksial

nar NasionJa

ameter luar lam tabung, d

ameter dalamap, diameter lu

sudut konvosel, (Ѳ_d) beriabelkan).

komposisi mbab yang dibsifiknya saja.tidak dibahas,yang diperluk

divergen akanmaterial tabun

propelan diyang diberlak

n akan din gaya doronada nosel motdengan bantuoleh Bidang Piteratur. Dari rlihat pada Gentuk konfiguakan pada mo

r 1.3 Contoh t

ASAN TEORIelan (padat)

kar motor ran gas panas bar. Tekanan an oleh dindian kecepatan ng digunaka

n bahan bakam meningkatk

gas panas haaksial, lihat Gdan dalam tabada tekanan tupembakaran p

dan tidak ad


tabung rokdi diambil teta

m propelan, uar propelan.

vegen, (Ѳ_kentuk konfigu

material propibutuhkan han. Demikian p, dianggap telkan, hanya saj

an divariabelkng begitu juianggap telahkukan.

ifokuskan png gas hasil tor roket RXuan data-data

Propulsi LAPAdata-data yan

Gambar 1.3, yurasi grain potor roket dan

tipe-tipe grain

I ) merupakanroket, pembbertekanan tingas hasil pe

ing motor rokn aliran (aksiaan dalam a

kar motor rokkan gaya doro

anya satu (1) dGambar 1.1a bung motor rourun. propelan adalaada penurunan

Mesin 201tober 2012

D43

ket, do danap;

dpi sebagai

k); ½ suduturasi dirubah-

pelan, tidaknya besarnyapula materialah memenuhija besar sudutkan. Masalahuga, bersamah memenuhi

pada teknikpembakaran

X-220. Hal inia yang telahAN Tarogong,ng disebutkanyaitu: contoh

propelan yangn dipilih yang

n propelan

n salah satuakaran akannggi dan gayambakaran iniket dan noselal). Beberapaanalisis hasilket di ruang

ongnya, antara

dimensi, yaitudan Gambar

oket dianggap

ah radial ataun temperatur,

n

i

t -

k a l i t h a i

k n i h ,

n h g g

u n a i l a l g a

u r p

u ,



maka diperlukan liner untuk menahan temperatur dinding ruang bakar.

3. Perpindahan termal dengan perumusan standar dan data-data literatur untuk meminimalis material dinding tabung roket, tipis, murah, ringan tapi kekuatanya memenuhi syarat.

Dalam rangka, untuk meningkatkan gaya dorong gas hasil pembakaran propelan di ruang bakar motor roket RX-220 yang dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti: tingkatkan impuls spesifik propelan, perbesar luasan ruang bakar, panjangkan struktur propelan (volume pembakaran), dan konfigurasi bentuk nosel dengan berbagai dimensi diameternya. Konfigurasi bentuk convergen-divergen nosel motor roket RX-220 ini didasarkan pada pertimbangan mudah fabrikasinya, sederhana, ringan, dan kuat.

Dalam hal ini digunakan referensi hasil uji statik yang dilakukan oleh LAPAN Tarogong pada tanggal 15 Mei 2012 lembar ke-1 dengan nomor sheet: Grafik UjiStatik RX 2020-01 dan lembar ke-2 dengan nomor sheet: Grafik UjiSatik RX2020-02, pada lembar lampiran 1 dan 2. Dapat ditambahkan bahwa, di sini digunakan roket dengan diameter tabung luar 200 (mm) menghasilan gaya dorong rata-rata sebesar 1900 (kg) untuk lembar ke-1 dan sebesar 2200 (kg) untuk lembar ke-2. Sesuai dengan data-data yang digunakan, maka dapat diperoleh besar Isp dari propelan, yaitu: data lembar ke-1 adalah 205 (s) dan lembar ke-2 adalah 208 (s). Hasil-hasil uji statik ini, sebagai dasar untuk meningkatkan gaya dorong roket dengan cara lain, misalnya perbesar diameter tabung roket (tebal propelan) dan panjangnya. Sedangkan cara lain dilakukan untuk peningkatan, Isp propelan dengan berbagai komposisinya, di sini tidak dibahas. Meskipun faktor ini yang sangat dominan dalam meningkatkan hasil gaya dorong motor roket.

Menurut hipotesa bahwa kecepatan adalah nol (sangat kecil) dalam ruang bakar, maka perpindahan panas dianggap adiabatik. Referensi dari metode Euler’s adalah gaya dorong motor roket terbesar pada saat tekanan gas keluar nosel (Ps=Pa), maka berlaku persamaan, berikut:

Fa = q Ws (2.1)

Dimana: Fa : gaya dorong roket (aksial) q : debit massa gas terbakar Ws : kecepatan gas keluar nosel Ps : tekanan gas keluar nosel Pa : tekanan udara luar (atmosfir) Motor roket mencapai gaya dorong maksimum

pada ruang bakar (Pa = 0), setelah dilakukan penyederhanaan, maka diperoleh:

Fr = q Ws + Ps As (2.2)

Dimana:

Fr : gaya dorong total roket

As : luasan keluar nosel

Po : tekanan gas panas di throat

To : temperatur gas panas di throat

Gambar 2.1 Kontur nosel motor roket (1/2)

Perhitungan panas yang terbentuk sesuai dengan definisi dari referensi umumnya, digunakan kondisi: tekanan (1 bar), temperatur 0 (oK) atau 298,16 (oK) dengan komposisi H2, D2, F2, Cl2, N2, dalam kondisi gas dan C, Al, dalam kondisi padat. Catatan ke-1, bahwa reaksi pembakaran adalah lebih energetik daripada reaksi penguraian, maka energi yang tersedia lebih besar daripada beda panas pembentukan dan massa M dengan massa awal kecil. Ke-2, besaran energi riel yang ada dalam nosel yang dilakukan phenomena dari kluaran pada temperatur tinggi dari kebakaran.

Menurut parameter karakteristik motor roket, terdapat koefisien debit massa (q) pada suatu nosel dapat ditulis sebagai fungsi dari throat, berikut:

(2.3)

Dimana: Ac : luasan throat Wc : kecepatan aliran gas pada throat : massa volumik gas pada throat

Fungsi dari karakteristik gas di dalam ruang bakar berlaku perumusan, berikut:

(2.4)

Dimana: γ : perbandingan panas spesifik gas Po : tekanan dalam ruang bakar To : temperatur dalam ruang bakar

Maka koefisien debit, besarnya, adalah:

(2.5)

ISBN

Diman

RM C

adalahgas daprope

Kdimendoron

D

A

D

C

:

5

Mmeruproket melalusebag

Ca


N 978-602-

na: r : R/M R : konstantaM : massa m

Catatan: koefh hanya tergaan temperatur

elan. Persamaa

Koefisien motnsi didefinisikng roket yang

Dan

=

Atau

+

Dimana, data-d

dipilih dari

CF dipilih ant1,7; 1,8

10; 20; 50; 1

5000

Masalah imppakan perband

dengan debui nosel se

gai berikut:

=

=

atatan: Umum(Isp) riel =


a universaille olekuler dari g

fisien debit antung pada kr pembakaranan debit dapat

tor roket, suakian sebagai dihasilkan den

1

data dapat dip

: 1,10; 1,20; 1

tara: 1,0; 1,2;8; 1,9; 2,0; 2,1

100; 200; 500

uls spesifikdingan antara bit berat propecara umum

dalam (s)

=

mnya impuls 0,95

k Mesinversitas Pan

dari gas gas

gas keluar tkomposisi cam, yaitu karakt, ditulis beriku

(2.6)

atu koefisien pembanding

ngan Po Ac, be

(2.7)

) (2.8)

(2.9)

pilih, berikut:

1,25; 1,30; 1,4

; 1,3; 1,4; 1,51; 2,2; dan 2,3

0; 1000; 2000

k (Isp) progaya dorong

pelan yang dapat ditul

(2.10)

(2.11)

s spesifik di,

ncasila

throat, mpuran teristik ut:

tanpa g gaya erikut:

)

)

)

40

5; 1,6; 3

0; dan

opelan motor keluar liskan,

diambil

Semi

dan

3. PERHIUntuk

RX-220, puntuk dasartekanan terbakar, akanKonfigurasiuntuk mendiusahakan berhasil. Dedi atas, madan perhitpersyaratan

3.1. SimulaSimula

mengetahui besarnya: Friel, dan wagrafik uji stuji statik RX

Gambar 3

Gambar 3

nar NasionJa

n : 9,81

TUNGAN PEmenetapkan

erlu adanya r dalam desarbesar dan ten pengaruhi i bentuk roknghitung gay

memenuhi engan jalan maka akan dipeungan yang yang ditetapk

asi Uji Statik asi uji st

Isp propel

maks. dan Fav.,aktu lama pematik RX2020-

X2020-02, tan

.1 Grafik hasi

3.2 Grafik has


.

EMBAHASAdimensi nosebatasan yan

ain dan analisemperatur terkekuatan m

ket berdiametya dorong m

syarat, agarmerubah berberoleh hasil-h

disimpulkankan.

tatik dilakulan dengan , temperatur g

mbakaran, liha-01 dan Gambnggal 15 Mei 2

il uji statik 15

sil uji statik 15

Mesin 201tober 2012

D45

AN el motor roketng ditetapkansis, misalnya:rtinggi ruangaterial nosel.er luar tetapmotor roket,r misi roketbagai perubahhasil simulasin memenuhi

ukan untukmengetahui

gas buang, Isp

t Gambar 3.1,bar 3.2, grafik2012.

5 Mei 2012

5 Mei 2012

t n : g .

p , t h i i

k i

p ,

k



a. Perhitungan impuls spesifik teoritik dari data-data hasil pengujian ke-1, sebagai berikut: Gaya dorong rata-rata, Fav = 1900 (kg) Waktu pembakaran, tb = 8 (detik) Berat propelan, Wp = 74 (kg) Impuls spesifik teoritik,

Isp = =

= 205 (detik)

Menurut hasil pengujian, Isp riel = 213 (detik) Disimpulkan impuls spesifik Isp teoritik 0,95 Isp riel, ok.

b. Perhitungan impuls spesifik teoritik dari data-data hasil pengujian ke-2, sebagai berikut: Gaya dorong rata-rata, Fav = 2200 (kg) Waktu pembakaran, tb = 7 (detik) Berat propelan, Wp = 74 (kg) Impuls spesifik teoritik,

Isp = =

= 208 (detik)

Menurut hasil uji, Isp riel = 220 (s), Disimpulkan impuls spesifik Isp teoritik 0,95 Isp riel, ok. Dapat dicatat, dengan berat propelan yang

sama besar, Wp = 74 (kg) dan waktu penyalaan, tb beda dihasilkan gaya dorong yang berbeda. Jelas, bahwa besar impuls spesifik, Isp ke-2 pengujian tidak sama, dan komposisi propelan juga tidak sama. Memang Isp propelan cukup berperanan dalam meningkatkan gaya dorong roket, maka lebih menguntungkan bila dipertinggi Ispnya, yaitu dengan memperbaiki komposisinya. Sebab bila panjang/tebal propelan, atau diameter tabung diperbesar, ada tambahan berat struktur yang berbanding lurus.

Contoh: Data hasil simulasi uji statik, antara Isp dengan F motor roket yang telah dilakukan oleh Bidang Propulsi LAPAN Tarogong, dapat dilihat pada Tabel 3.1 diambil secara acak.

Tabel 3.1 Contoh data-data hubungan Isp dengan gaya dorong roket Hasil Uji Statik (2009-2012)

No. Data Tgl. Fmaks. Frata-2 (kgf) Wp (kg) t (detik) ISP (s) 1 03/02/2009 71.933 48.3583 0.505 15278 146.303 2 12/02/2009 64.833 1.5535 0.495 1.553 165.9 3 10/03/2009 46.875 29.1952 0.5595 2.838 148.09 4 12/04/2009 25.267 17.1498 0.588 2.3019 102.62 5 19/04/2009 35.051 24.6363 123.122 3.0455 123.122 6 08/05/2009 55.391 34.1205 0.61636 2.8668 158.6992 7 10/07/2012 0.13641 0.11889 0.6269 1.1250 213.3395 8 10/07/2012 0.12021 0.099581 0.6289 1.3750 217.7258 9 10/07/2012 0.13641 0.11889 0.6269 1.1250 213.3395

10 10/07/2012 0.12021 0.0999581 0.6289 1.3750 217.7258 11 10/07/2012 0.14135 0.11478 0.6305 1.2300 223.9321 12 10/07/2012 0.23417 0.18169 0.6170 0.7650 225.5338

Terlihat, bahwa memang hasil uji statik motor roket di Bidang Propulsi LAPAN Tarogong masih rendah dan perlu ditingkatkan lagi agar gaya dorongnya mendekati hasil Negara lain, yaitu sekitar Isp hingga tiga ratusan (300 an detik) lebih. Mengingat impuls spesifik ini pengaruhnya terhadap besarnya gaya dorong roket sangat dominan, bila dibandingkan dengan peningkatan dengan metode yang lain. Misalnya dengan memperbesar diameter tabung roket yang akan mengakibatkan tambahan berat yang signifikan terhadap propelan dengan impuls spesifik sama.

3.2. Optimalisasi Desain Performan roket optimal, kekuatan tabung

ruang bakar perlu mendapatkan perhatian khusus, sebab dengan luas throat diperkecil, meningkatkan gaya dorong, tekanan kerja naik maka kekuatan struktur tabung ruang bakar, bias pecah. Luasan throat nosel yang optimum perlu dilakukan simulasi dengan metode cobo-coba sampai

diperoleh thrust (F) dan tekanan kerja (P c ) tertentu,

diuraikan di atas.



Gambar 3.3 Contoh model tiga (3) propelan (seri)

dalam 1 tabung - nosel

Sementara itu, bentuk grain propelan yang dipilih adalah bintang-12 (star-12) dengan jari-jari luar grain = 220 (mm), tebal web = 12 (mm) dan panjang propelan = 3000 (mm), lihat Gambar 3.3.

Setelah dilakukan analisis dan perhitungan gaya dorong roker RX-220, dengan mengindentikan tabung yang relatif panjang dan diameter besar hingga 3000 (mm) sebaiknya disusun minimal (3) – (4) buah grain yang berbeda dan aliran api letak igniter, berikut:

a. Posisi 1, dekat dengan igniter susunan grain dengan bintang yang jumlahnya lebih banyak, agar mudah terbakar, ujung-ujung grainnya lebih runcing.

b. Posisi 2, agak jauh dengan igniter susunan grain hollow, sebab kondisi sudah panas akibat (a) sebelumnya, maka akan mudah terbakar.

c. Posisi 3, agar lebih efektif dibuat tipe grain hallow agak lebih besar untuk memberikan kesempatan gas buang posisi sebelumnya. Secara total akan dihasilkan gaya dorong lebih besar dengan gabungan ke-empat posisi penempatan propelan dalam seri.

d. Dengan mensubsitusikan harga-harga data perubah yang telah ditetapkan pada piranti lunak simulasi sistem propulsi dan telah dikembangkan sendiri oleh peneliti Bidang Propulsi-LAPAN, maka diperoleh contoh data hasil dan ditabelkan, sebagai hasil perhitungan optimalisasi untuk setiap titik di sepanjang jari-jari throat terhadap tekanan ruang bakar dan gaya dorong roket, yang dipengaruhi oleh luasan ruang bakarnya.

Untuk menganalisis peningkatan gaya dorong motor roket RX-220, data dan besaran-besaran perubah dan dimensi yang lain ditetapkan dulu agar lebih efektif, misalnya untuk roket RX-220, sebagai berikut: - Diameter luar tabung motor roket, do dibatasi

antara: 200 – 300 (mm) - Impuls spesifik propelan, Isp dibatasi antara: 150

– 350 (s) - Diameter dalam tabung motor roket, di dibatasi

antara: 190 – 290 (mm) - Diameter throat nosel, dt = 70 (mm) - ½ sudut convergensi nosel, Ѳ ) dibatasi antara:

28 – 45 (o), rata-rata diambil 36(o). - ½ sudut divergensi nosel, Ѳ ) dibatasi antara:

12 – 18 (o), rata-rata diambil 15(o).

4. KESIMPULAN Dari analisis yang dilakukan pada teknik

peningkatan gaya dorong motor roket RX-220, untuk ukuran fisik yang sama, dapat diambil beberapa kesimpulan, sebagai berikut:

1. Letak igniter berpengaruh pada kecepatan pembakaran dan berpengaruh terhadap gaya dorong yang akan dihasilkan. Sebaiknya letak igniter ini yang strategis atau dibuat agak panjang dengan banyak lubang api, agar seluruh panjang grain propelan cepat terbakar. Dengan percepat proses pembakaran propelan maka gaya dorong meningkat dengan tajam.

2. Konfigurasi susunan grain propelan didesain dengan baik, agar lebih efektif dengan minimal ada tiga (3) atau empat (4) tipe grain pada setiap panjang tabung roket dan dipilih tipe grain yang disesuaikan luasan ruang dan kondisi api pembakar, seperti terlihat pada Gambar 3.3. Gaya dorong motor roket meningkat sebab luas penampang grain ikut menentukan banyaknya gas hasil (total) dan cepatnya pembakaran sesuai posisi igniternya.

3. Penentuan propelan harus sangat selektif, mengingat monopropelan biasanya tidak stabil yang bersifat performannya menjadi sangat tinggi. Sedangkan O2-air dengan katalisator tersusun gas yang terbentuk dari O2 dan uap air dengan Isp di bawah 160 (s), untuk hidrosine dengan katalisator oxide metallic dengan decomposisi dan formation bintang-2 dari amoniak dan hydrogen, kondisi cair hidrozine tak ada masalah dengan Isp = 185 (s).

4. Ternyata, Isp propelan padat yang dihasilkan oleh LAPAN adalah masih sekitar 200 an (s), dari hasil uji statik selama tahun 2009 dan 2012, dapat dilihat pada Tabel 3.1. Hal ini terus diusahakan untuk menaikkan harga Isp propelan tersebut oleh Bidang Propulsi LAPAN dengan uji coba dan berbagai



campuran untuk mencapai Isp yang lebih tinggi. Atau besaran Isp ini dapat dihitung dari grafik hasil uji statik pada 15 Mei 2012, dengan mengambil gaya dorong rata-rata yang dihasilkan oleh motor roket. Sedangkan besar Isp yang diperoleh dari referensi relatif cukup tinggi, yaitu di atas tiga ratusan (detik).

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bidang Propulsi. LAPAN, “Laporan Bidang

Propulsi”. T. A. 2005, 2005. [2] J.W.Cornelise, “Rocket propulsion & Space

Flight Dynamics”, Publishing London, 1979. [3] Kraige L.G. “Engineering Mechanics (static)”

4nd Edition, John Willey & Sons, USA, 1987. [4] Marty, D.,“Conception Des Vehicules

Spatiaux”, Masson, Paris-New York, 1986. [5] S.M.Yahya.,“Fundamentals of Compressible

Flow With Aircraft & Rocket Propulsion”, SI-Unit, International Publisher, New Delhi- India, 2005.

[6] Sutton G.P.,”Rocket Propulsion Elements”, John Willey & Son Inc., New-York, 2001.



(K4-53-13)

PERANCANGAN TUNGKU CRUCYBLE UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM, TIMAH DAN KUNINGAN

Hendri Sukma, Ismail, Ramon Trisno Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila, Jakarta


Abstraks

Produksi komponen berbagai jenis peralatan mesin/mobil/motor yang terbuat dari bahan logam non-ferro, seperti aluminium, timah dan kuningan, di negara kita Indonesia masih sangat rendah dibandingkan dengan produksi yang dihasilkan oleh negara-negara lain seperti Taiwan, China, Korea dan Jepang. Hal ini salah satunya disebabkan oleh ketersediaan bahan baku dengan kualitas yang baik masih sangat terbatas. Disamping itu karena teknologi yang digunakan masih konvensional, maka penggunaan energi berupa bahan bakar pada proses peleburan belum efisien, sehingga biaya produksi secara keseluruhan masih sangat tinggi, sehingga harga produk menjadi tidak kompetitif. Dapur krus terdiri dari komponen utama berupa tabung kulit luar/tabung baja, bahan isolasi, baru api/castable, kowi/crucyble/krus, tutup tungku, penyangga/kaki dan alat bakar/burner. Dapur krus dibuat sebanyak 3 (tiga) buah untuk ketiga jenis material yang akan dilebur, yaitu aluminium, timah dan kuningan.Krus dibuat dari bahan SUS-316L dengan tebal 3 mm, yang dapat dapat menampung sekitar 20 kg logam. Dalam penelitian ini dibuat gambar rancangan tungku krus sesuai dengan kapasitas yang telah direncanakan menggunakan perangkat lunak Pro/Eng Versi 4.0.Tungku krus dibuat satu set, sedangkan krus dibuat 3 set untuk membuat coran padauan Pb-Sn, coran paduan aluminium- tembaga dan coran aluminium murni. Dari hasil analis, diperoleh hasil sebagai yaitu diameter tungku krus 550 mm, tinggi tungku krus 460 mm, tinggi knstruksi 1200 mm, bahan bakar LPG (isi 20 kg dua tabung ). Dapur krus dirancang dengan kapasitas produksi 20 kg/batch. (skala laboratorium), suction blower 0,5 kW, kapasitas 1,6 m3 per menit, alat bakar (burner) 1 setkapasitas 6,5 m3/jam LPG, temperatur kerja 10000C maximum, dan menggunakan termometer dengan range temperatur 0 – 12000C

Kata kunci: peleburan, logam non ferro, tungku crucyble, bahan bakar LPG.

Abstract

Various types of component manufacturing for car, motorcycle or machine tools from non-ferrous metals such as aluminium, tin and brass is still very low in our country compare with Taiwan, China, Korea and Japan. The use of conventional technology and low efficiency in using the fuel cause the limitations and expensive of row material. Crucible furnace consists of key components such as the outer tube / steel tube, insulation materials, new fire / castable, KOWI / crucyble / crucible, cover furnace, buffer / legs and burn tools / burner. Kitchen crucible made 3 (three) pieces for all three types of material to be melted : aluminum, tin and brass. Crucible made of SUS-316L with 3 mm thick, which can accommodate about 20 kg of metal. This research made crucible furnace design drawings in accordance with the planned capacity using the software Pro / Eng Version 4.0. Crucible furnace is a set, while the crucible made 3 sets to mixed Pb-Sn castings, aluminum alloy castings-pure copper and aluminum castings. Tthe results obtained are 550 mm diameter crucible furnace, crucible furnace height 460 mm, height 1200 mm , fuel LPG (20 kg contents of two tubes). Crucible furnace designed with a production capacity of 20 kg / batch. (laboratory scale), suction blower 0.5 kW, capacity of 1.6 m3 per minute, fuel equipment (burner) 1 setkapasitas LPG 6.5 m3/hr, maximum working temperature 1000oC, and use a thermometer with a temperature range of 0 – 1200oC.

Keywords: smelting, non-ferrous metal, crucyble furnaces, LPG fuel.

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Produk coran logam non-ferro, seperti aluminium, timah dan kuningan, di Indonesia sebagian besar diproduksi oleh industri Usaha Kecil Menengah (UKM) sehingga produksinya masih sangat rendah, karena mutunya kurang memadai,

sehingga kurang laku dipasaran. Produk UKM tersebut masih kalah bersaing dengan produk coran yang berasal dari Jepang, Korea, Taiwan maupun dari China. Hal ini disebabkan oleh : - Kurang memahami teknologi proses peleburan

yang baik



- Kurang memahami penggunaan energi bahan bakar yang efisien

- Kurang bisa membuat susunan paduan sesuai permintaan pasar

- Kurang mengetahui proses pengenda-lian produksi

- Kurang pengetahuan proses akhir (refinerry process)

Semua hal tersebut di atas akan mengurangi kualitas dan daya saing hasil produksi. Umumnya produk coran produksi lokal penampilannyya bagus, tapi masa kerjanya pendek. Penelitian ini dilakukan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar dan meningkatkan kualitas hasil peleburan logam non-ferro dalam usaha peningkatan mutu hasil coran logam paduan non-ferro dalam negeri sehingga memiliki daya saing yang tinggi.

Kendala dalam pengembangan industri peleburan atau pengecoran logam, khususnya logam non-ferro seperti aluminium, timah dan kuningan, di Indonesia adalah rendahnya mutu produk coran dan harga yang tidak kompetitif. Teknologi pengecoran logam yang digunakan oleh industri kecil menengah umumnya masih merupakan teknologi yang konvensional, sehingga sulit mampu menghasilkan produk coran dengan kualitas yang. Disamping itu karena penggunaan teknologi yang masih konvensional, maka penggunaan bahan bakar untuk proses peleburan masih belum efisien, sehingga biaya produksi menjadi tinggi dan harga produk menjadi tidak kompetitif.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan kualitas proses peleburan sehingga dapat dicapai efisiensi penggunaan bahan bakar pada proses peleburan logam non-ferro seperti aluminium, timah dan kuningan.

Kalau hasil penelitian ini dapat diimplementasikan, maka industri kecil menengah yang bergerak di bidang peleburan logam non-ferro akan mendapat keuntungan sebagai berikut: Penggunaan bahan bakar yang semakin efisien. Dengan penghematan penggunaan bahan bakar

ini maka biaya produksi akan dapat dikurangi sehingga harga jual produk akan semakin kompetitif.

Teknologi proses yang baru ini akan dapat meningkatkan kualitas hasil peleburan, sehingga dapat bersaing dengan produk impor.

2. METODA PENELITIAN

Metode yang digunakan dalam perancangan efisiensi bahan bakar pada proses peleburan bahan logam non-ferro seperti aluminium, timah dan kuningan ini adalah sebagai berikut :

1. Perencanaan Kebutuhan 2. Survey lapangan dan studi kepustakaan

3. Perancangan konsep 4. Perancangnan detail 5. Pembuatan model

2.1 Dapur Krus (Crucyble)

Dapur ini di Indonesia kurang populer dipakai. Digunakan untuk membuat logam non-fero yang ukurannya kecil.Cotohnya spare-part ukuran kecil dari coran logam aluminium, seperti spare-part sepeda motor.

Dapur ini banyak ditemukan di laboratorium logam, untuk membuat benda uji coran dari bahan paduan aluminium, tembaga, kuningan, timah dll.

Adapun parameter-parameter dalam perancangan tungku krus (crucyble) ini adaalh sebagai berikut:

a. Dapur krus terdiri dari komponen utama berupa tabung kulit luar/tabung baja, bahan isolasi, baru api/castable, kowi/crucyble/krus, tutup tungku, penyangga/kaki dan alat bakar/burner.

b. Dapur krus dibuat sebanyak 3 (tiga) buah untuk ketiga jenis material yang akan dilebur, yaitu aluminium, timah dan kuningan.

c. Krus dibuat dari bahan SUS-316L dengan tebal 3 mm, yang dapat dapat menampung sekitar 20 kg logam.

d. Membuat gambar rancangan tungku krus sesuai dengan kapasitas yang telah direncanakan menggunakan perangkat lunak Pro/Eng Versi 4.0.

Deskripsi Alat

Tungku peleburan logam yang dirancang secara skematis dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar skematik dapur dapat dilihat pada Gambar 1

Gambar 1. Gambar skematik dapur Krus Ukuran luar dapur sangat bervariasi, kapasitasnya dibuat atas dasar kebutuhan.Di laboratorium dibuat dari kapasitas 5 kg sampai 50 kg per proses. Ukuran Krus/kowi /cawan untuk mencairkan logam dibuat sesuai kebutuhan ukuran bahan yang akan dibuat.Bahan dari krus : graphite klas satu, dapat juga dari logam asalkan pada saat kerja, bahan ini tidak larut kedalam logam cair, karena akan mempengaruhi mut produksi.

ISBN

listrikmaupubagianterdapcastabini hakerja memp

2.2 A

BahanCO2 + Atau Bahan+CO2

Binovalue

stoichUdaradebit pada diberi5% d100%

3. HA3.1 S

Sakan d- K

p- Je

K- T

C- P


N 978-602-

Bahan bak (heat resisun gas. Susun luar terdappat, bahan ble (semen aparus disesuaik

dapur.Perbepengaruhi jeni

Analisa dan P

n bakar + uda+ H2O + SO2 +

n bakar + udar2+ H2O + SO2

rmal peme)

Debit bhiometric mea kenyang (riudara lebih bahan bakar

ikan pada saadari udara yan% stc.

Gambar 2

ASIL DAN PESpesifikasi tuSpesifikasi tundibuat adalah

Kapasitas prodproses. enis logam pa

Kadar hydrogeTemperatur keCu pada tempePaduan Pb – Sn


akar dapur dtant), bahan

unan badan dpat pelat bajaisolasi, batu

pi cor), krus/kan dengan keedaan tempeis bahan dan k

Perhitungan

API

ara Paba+ NO2 ( udara ke

API

ra Panas(+ NO2+NOx+ (ud

mbakaran

bahan bakaenghasilkan ich) diberikan5% dari udar100% stc. U

at jumlah debng dibutuhkan

. Binormal pe

EMBAHASAungku skala lngku yang akasebagai berik

duksi 20 kg

aduan : Al-CUen minimum. erja tungku eratur 8500C n pada tempe

k Mesinversitas Pan

apat menggubakar padat

dapur terdiri a, bagian dalau api (fire-bowi.Memilih butuhan temp

eratur kerja ketebalannya.

as (Q) + nitro

nyang/rich )

(Q) + nitrogen+SOx+H2+ Odara miskin/le

(stoi-chiom

ar pada panas mak

n pada saat jra yang dibut

Udara miskin bit udara dikun pada bahan

embakaran

AN aboratoriuman dirancang d

kut : logam padua

U, Pb-Sn, Al -m

: Paduan

eratur 4500C

ncasila

unakan t, cair dari :

amnya brick), bahan

peratur akan

ogen +

n O ean)

metric

100% ksimal. umlah tuhkan (lean)

kurangi bakar

m. dan

an per

murni.

n Al –

Semi

- Paduan- Jenis tu- Materia

krus 16- Tungku

tempera- Krus d

campur- Bahan b

Dalam

aluminium

3.2 KompBa

1. Kulit Lu

G

Bahan pelatBD = 7,7 Cv = 0,12 Volume pel

42,5 Berat pelat

2. Kowi/Kr Krus dibuatBD : 7,85 gCv : 0,124 Dibuat tigaakan di capengecoran Krus akan m

nar NasionJa

n Al – murni pungku : Krus al Krus SUS 6500C. u dirancang uatur 10000C ibuat 3 set, sran yang akan bakar gas LP

perhitungan

ponen Dapur gian-bagian d

Kulit luar/pBahan isolaBatu api / CKowi/crucyTutup tungPenyangga Alat bakar

ar Dapur Kr

Gambar 3. Ba

t baja/ pipa teb

kcal/kg.h.0C at baja

6,26,4 2 baja 24,0

rus

dari bahan Sgr/cm3 buah Krus u

irkan untuk plogam.

menampung 20


pada temperats ( crucyble ).

316-L. Titik

untuk kerja

sesuai dengann diproduksi. PG.

ini kita cair

Krus dapur Krus terpipa baja asi Castable yble/krus

gku a / kaki /burner

rus

adan dapur Kr

bal 3 mm;

025,2 2 8,17,741

SUS-316L ;

untuk 3 jenis praktikum m

0 kg cairan al

Mesin 201tober 2012

D51

tur 7000C

cair material

sampai pada

n jenis logam

rkan paduan

rdiri dari :

rus

14,3003, kg 86

paduan yangmata pelajaran

luminium.

l

a

m

n

kg 241,0

g n



BD. Aluminium : 2,7 gr/cm3

Volume Krus 3cm 4,82309,0

7,220000

Diameter krus = 20 cm ( diberikan ).

Tinggi Krus ( h ) cm 261014,3

4,82302

Bahan Krus dari SUS 316L : BD = 7,85 tebal 3 mm Berat Krus = [( 3,14x2x2,6)+(3.14x1x1)+3,14x(6,25-2,25)] x 7,85 x0,003 =0,7542 kg

Gambar 4. Tangki Krus

3. Semen Isolator BD sement isolator IC 900 : 0,9 Cv semen isolator : 0,11 kcal/kg.h.0C Volume isolator =

512,232

5,4

2

1,5 2,5 14,3

22

m3

Berat isolator : kg 17,8 = 0,9 23,512

Gambar 5. Semen Isolator

4. Castable C-14 BD castable C-14C : 2,35 Cv castable C-14C : 0.72 kcal/kg.h.0C Volume castable =

322

m 758,292

6,3

2

5,4 2,5 14,3

x

Berat castable = 29,758 x 2,3 = 68,5 kg

Gambar 6. Castable C-14

5. Tutup Tangki

Gambar 7. Tutup tungku Krus

Berat tutup

= kg 67,77,7003,02

5,614,3

2

Berat castable

= kg 6,1635,225,02

614,3

2

6. Kaki / Penyangga Tungku. Penyangga dibuat dari kanal U-70. Penyangga ini tidak mengambil panas dari bahan bakar

Gambar 8. Penyangga

7 Sonic Nozel. Sonic nozel untuk LPG. Tekanan atas (up-stream pressure) P1 = 2bar = 200 kPa



Kalori yang dikeluarkan = kCal 19,75116,1212,6

1006756,0 PCAQ Dimana : F = debit gas [m3/jam] A = luas penampang nozel [mm2] C = discharge koefisien =.0,9 P1 = tekanan atas (upstrem pressure) [kPa] Faktor koreksi = 0,79

mm 99,4872009,0006756,0

79,019,751

A

47,1214,3

99,487D mm

Kebutuhan udara tiup. Debit udara =

min/m 18,160

4214,112,6 3

8. Alat Bakar / Burner Prinsip alat bakar : pipa didalam pipa, debit gas LPG 146 liter/menit dengan debit udara tiup 1180 liter/menit. Angin tiup berasal dari blower sedangkan gas LPG berasal dari botol LPG, diset pada tekanan keluar ( out-let pressure ) 200 kPa .Panjang nyala LPG 30 cm.

Gambar 9.. Blower angin dan alat bakar/burner

4. KESIMPULAN

Adapun spesifikasi tungku yang dirancang agar dapat meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar pada proses peleburan material adalah sebagai berikut: 1. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan

efisiensi penggunaan bahan bakar pada proses peleburan logam non ferro

2. Efisiensi juga dapat ditingkatkan melalui penggunaan oksigen sebagai media pembakar yang sebelumnya menggunakan udara

3. Tungku krus dibuat satu set, sedangkan krus dibuat 3 set untuk membuat coran padauan Pb-Sn, coran paduan aluminium- tembaga dan coran aluminium murni. Yang diganti hanya tabung krus-nya saja.

4. Dari hasil perhitungan sesuai rumus yang kita gunakan , diperoleh ukuran dapur krus sebagai berikut : Diameter tungku krus : 550

mm Tinggi tungku krus : 460

mm Tinggi knstruksi : 1200 mm Bahan bakar : LPG ( isi 20 kg dua

tabung ) Kapasitas produksi : 20 kg/batch. ( skala

lab. ) Suction blower : 0,5 kW,kapasitas 1,6 m3

per menit. Alat bakar ( burner ) : 1 set, kapasitas 6,5

m3/jam LPG Temperatur kerja : 10000C maximum. Termometer : range 0 – 12000C Penggunakan : untuk produksi coran Al –

Cu, Pb – Sn, Aluminium murni.

DAFTAR PUSTAKA [1] Catalogue product specification,

PT.Indoporlent Refractories. [2] Perry’s Chemical Engineers Handbook,

Sixth Edition, 1984 [3] M.J.Djoko, Setyardjo, Ketel Uap, Pradnya

Paramita, 1987 [4] Moh.Taib, Sutan Sati, Buku Politeknik,

Mandar Maju, Bandung, 1999. [5] Akrivandin, B.L.Markov, Funch For

Metallurgy, Metallurgy, Moscow, 1967. [6] M.A.Kacenko, Heating Device For Metal

Industry, Mashgis-Machinebuilding, Moscow, 1962.

[7] American Society for Metal, Metals Handbook 8TH Edition Vol.5 Forging And Casting, American Society for Metal, 1970

[8] William Braker and Allen L. Mossman, Matheson Gas Data Book Sixth Edition, Division Searle Medical Products USA.Inc. 1980.

[9] American Society for Metal, Metals Handbook 9TH Edition Vol.2 Nonferrous Alloy And Pure Metals, American Society for Metal, 1988

[10] American Society for Metal, Metals Handbook 9TH Edition Vol.15 Casting, American Society for Metal, 1988.

[11] Moran, Michael J, Fundamental engineering Thermodynamics, fifth ed. SI unit, John Wiley& Sons Inc. 2006.


Program Studi Teknik Mesin ix Fakultas Teknik Universitas Pancasila

UCAPAN TERIMA KASIH

Kami sampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terima kasih atas

antusias serta kerjasamanya dalam mendukung kegiatan SEMNAS TM 2012 kepada:

1. Ir. Nafsan Upara, MT (PT. ELNUSA Tbk.)

2. Ir. Rudi Hermawan, MM, MT (CV. Deva Angkasa)

3. Rinto Hendroyuwono, ST (PT. Atar Jaya Solusi)

4. Ir. Bambang Sulaksono, MT (PT. Delima Tata)

5. Ir. Agus Riyanto, MM (PT. Solid Logistik)

6. Ir. Estu Prayogi, KKK (PT. Tokai Dharma Indonesia)

7. Dr. Ir. Jos Andi, MM (PT. Jos Anugerah Tjipta)

8. Ir. Deky Dwi Sartono (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

9. Fahmi Aiba, ST (PT. Aetra Air Jakarta)

10. Anando Hendra Setiawan, ST (PT. Antam)

11. Ir. Herman Priyatna (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

12. Ir. Mahendra Riyanto (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

13. Ir. Zainul Fati’in (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

14. Isradi Zainal, ST, MM, MT (PT. INSURIN)

15. Ir. Adi Rachmanto, MBA (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

16. Ir. Dudy Supriyadi (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

17. Ir. Kooshadianto (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

seminar nasional teknik mesin 2012 …perpus.upstegal.ac.id/files/e_book/artikel_109.pdf ·...

Documents