MODUL PRAKTIKUM MESIN-MESIN FLUIDAfluidlaboratory.ub.ac.id/wp-content/uploads/2020/... · Energi...
Transcript of MODUL PRAKTIKUM MESIN-MESIN FLUIDAfluidlaboratory.ub.ac.id/wp-content/uploads/2020/... · Energi...
MODUL PRAKTIKUM
MESIN-MESIN FLUIDA
Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Fakultas Teknik
Jurusan Teknik Mesin
2019/2020
PETUNJUK PENGUJIAN
TURBIN AIR FRANCIS
Praktikum Mesin Konversi Energi
Laboratorium Mesin-Mesin Fluida
BAB I
PENGUJIAN TURBIN AIR FRANCIS
1.1 Pendahuluan
Seiring dengan perkembang teknologi yang semakin maju, banyak diciptakan
peralatan–peralatan yang inovatif serta tepat guna. Dalam bidang teknik mesin terutama
pada konsentrasi konversi energi diperlukan pengetahuan tentang bagaimana menghasilkan
suatu sumber energi yang nantinya akan berguna untuk masyarakat luas. Diantaranya
adalah pemanfaatan aliran air yang dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik.
Dan alat tersebut dapat berupa instalasi turbin khususnya turbin air. Turbin air
memanfaatkan aliran air untuk menggerakkan poros yang biasanya dihubungkan dengan
generator sehingga dapat menghasilkan energi listrik.
Turbin air francis merupakan jenis turbin yang paling sering digunakan karena turbin
air francis dapat beroperasi pada head dan aliran sedang serta perkembangannya dalam
dekade terakhir telah memberikan dampak yang besar dalam pengembangan aplikasi-
aplikasi baru. Dengan dilaksanakannya praktikum turbin air francis ini diharapkan
mahasiswa akan memiliki pengetahuan tentang mesin konversi energi yang dalam hal ini
adalah turbin air.
1.2 Tujuan Pengujian
1. Praktikan mampu memahami hubungan antara putaran poros turbin terhadap daya
keluaran atau Brake Horse Power (BHP).
2. Praktikan mampu memahami hubungan antara putaran poros turbin terhadap daya
masukan atau Water Horse Power (BHP).
3. Praktikan mampu memahami hubungan antara putaran poros turbin terhadap efisiensi
turbin.
4. Praktikan mampu memahami pengaruh besaran Head Drop (HD) terhadap daya
keluaran (BHP), daya masukan (WHP), dan efisiensi turbin.
5 . Praktikan mampu memahami pengaruh besar bukaan Guide Vane (GV) terhadap daya
keluaran (BHP), daya masukan (WHP), dan efisiensi turbin.
1.3 Teori
1.3.1 Pengertian Turbin Air
Turbin Air adalah suatu mesin konversi energi yang berfungsi untuk mengonversikan
energi tekanan (Head Tekanan) yang dimiliki oleh air ke bentuk energi mekanik berupa
putaran poros turbin. Pada umumnya turbin air pada aplikasi nyatanya digunakan untuk
menggerakan generator dan menghasilkan arus listrik akibat energi mekanik yang dihasilkan
oleh turbin.
1.3.2 Klasifikasi Turbin Air
1. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah salah satu jenis turbin air yang mampu menciptakan energi
mekanik dari adanya impuls atau perubahan momentum dari air. Energi Potensial (Head
elevasi) atau energi Tekanan (Head tekanan) yang dimiliki oleh air akan masuk ke dalam
Nozzle yang terpasang pada instalasi Turbin Impuls untuk kemudian diubah seluruh energi
tersebut menjadi energi kinetik (Head kecepatan). Kemudian air yang telah memiliki energi
kinetik yang tinggi tersebut akan menumbuk sudu runner dari turbin impuls ini dan
menciptakan perubahan momentum atau biasa disebut impuls. Impuls yang tercipta oleh air
ini akan menggerakan poros turbin impuls dan akan didapatkan energi mekanik.
2. Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah energi tekanan yang dimiliki
oleh air menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar poros turbin. Energi
potensial atau energi tekanan yang dimiliki oleh air akan masuk ke dalam guide vane untuk
sebagian diubah menjadi bentuk energi kinetik kemudian setelah melalui guide vane air akan
menumbuk runner dari turbin reaksi. Kemudian energi tekanan dan kinetik dari air akan
dikonversikan menjadi energi mekanik untuk memutar poros turbin.
1.3.2 Proses Konversi Energi Turbin Air Francis
Energi Tekanan yang dimiliki oleh air tercipta akibat adanya bantuan pompa sentrifugal
yang terdapat pada instalasi Turbin Air Francis. Kemudian air yang bertekanan tersebut akan
memasuki guide vane untuk sebagian diubah menjadi energi kinetik. Setelah melalui guide
vane, air akan memiliki energi tekanan dan kinetik dan selanjutnya menumbuk dan memutar
sudu runner dari turbin air francis. Putaran dari runner inilah yang akan kemudian memutar
poros dan tercipta energi mekanik.
1.4 Bagian-bagian dan Skema Instalasi Turbin Air Francis
Gambar 1.1 Skema Instalasi Turbin Francis
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida (2015)
a. Runner
Merupakan bagian turbin Francis yang dapat berputar, terdiri dari poros dan sudu gerak
turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik menjadi energi mekanik.
Gambar 2.7 Runner
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)
b. Casing
Merupakan saluran yang menyerupai rumah siput dengan bentuk penampang melintang
lingkaran. Berfungsi untuk menampung fluida sebelum melewati guide vane dan runner.
Gambar 2.8 Casing
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)
c. Guide Vane
Berfungsi sebagai pengarah aliran air dari katup pengatur kapasitas dari casing ke
runner dan berfungsi menaikkan kecepatan aliran air sebelum menuju runner.
Gambar 2.9 Guide vane
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)
d. Pipa Inlet
Merupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air yang akan masuk ke casing.
Gambar 2.10 Pipa inlet
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)
e. Draft Tube
Merupakan bagian yang berfungsi untuk meneruskan air dari turbin ke saluran
pembuangan dengan menggunakan tinggi jatuh air. Pengaplikasian draft tube juga dapat
mengurangi dampak kavitasi yaitu mengubah head kecepatan menjadi head statis.
Gambar 2.11 Draft Tube
Sumber Laboratorium Mesin-Mesin Fluida Universitas Brawijaya (2018)
1.5 Perhitungan Spesifik untuk Turbin Francis GH. 63P
Hasil pengukuran yang didapatkan dari percobaan :
Tekanan masuk turbin : ................. H1 [m]
Tekanan keluar turbin : ................. H2 [m]
Perbedaan tekanan pada orifice plate : ................. p1 [mmHg]
Ketinggian air pada V-notch : ................. p2 [mm]
Kecepatan putar turbin : ................. n [rpm]
Gaya pengereman : ................. F [N]
Catatan:
- kalibrasi pressure gauge dalam bar
1 bar = 10,336 mH2O
1.6 Rumus Yang Digunakan
1. Head drop turbin (H)
H = H2 – H1 [m]
Catatan: perhitungan ini tidak mengabaikan perbedaan statik head antara kedua
buah titik pengukuran.
2. Debit yang melalui orifice plate (Q) debit aliran air untuk turbin
Q = 3,521 . p [m3/jam]
Dimana: p tinggi kolom air raksa dalam satuan mmHg
3. Torsi (T)
T = F . L
Dimana: F = gaya pengereman [N]
L = panjang lengan gaya [m]
= 0,248 m
4. Brake Horse Power (BHP)
BHP = 2𝜋𝑛𝑇
60 [Watt]
Dimana : n = kecepatan putar turbin (rpm)
5. Water Horse Power (WHP)
WHP = 𝛾 . 𝑄 . 𝐻
3600 [Watt]
Dimana : 𝛾 = 𝜌 . 𝑔
6. Efisiensi (
𝐵𝐻𝑃
𝑊𝐻𝑃 𝑥 100%
1.7 Variabel yang Diamati
1.7.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel terikat, yang bisa
ditentukan sesuai dengan keperluan/yang diinginkan. Dalam praktikum ini yang variabel
bebasnya adalah kecepatan putaran.
1.7.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel yang hasilnya dipengaruhi oleh variabel bebas.
Dalam praktikum ini yang termasuk variabel terikat adalah tekanan manometer pada orifice
plate dan gaya pengereman.
1.7.3 Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel nilainya dijaga tetap pada harga tertentu agar tidak
mempengaruhi nilai variabel terikat selama proses pengambilan data. Dalam hal ini yang
termasuk variabel kontrol adalah bukaan guide vane dan head drop.
1.8 Spesifikasi Peralatan yang digunakan
a. Pompa air tipe sentrifugal dengan motor listrik AC sebagai penggerak dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Model : C 160 MAH
Serial Number : BS 29821
Output : 11 kW
Revolution / Minute : 2900 rpm
Voltage : 380 volt
Arus : 234 Ampere
Frekuensi : 50 Hz
Rating : MCR
Phase : 3
Inc.Cluse : F
b. Pipa penyalur air yang menghubungkan pompa dan turbin lengkap dengan orifice plat
beserta pengukur tekanannya dan stop valve.
c. Brake torque force spring balanceatau neraca pegas.
d. Bak penampung air dan v-notch dan pengukur tinggi permukaan
e. Pipa penyalur air yang menghubungkan bak penampung dengan pompa
Hand digital tachometer,digunakan untuk mengukur putaran poros turbin
1.9 Perangkat Percobaan
Instalasi pengujian turbin air tipe Francis yang digunakan adalah sebuah perangkat
yang kompak, karena dengan dimensinya yang relatif kecil dan dapat dipakai untuk
beberapa tujuan percobaan
Juga dengan adanya beberapa bagian dari draft tube turbine yang terbuat dari material
transparan sehingga praktikan dapat mengamati secara langsung aliran air yang ada, di
mana hal ini tidak mungkin dilihat pada instalasi turbin air biasa.
Adapun perangkat tersebut terdiri dari :
1. Pompa air mampu mampat tipe sentrifugal dan motor listrik sebagai penggeraknya.
2. Pipa penyalur air yang menghubungkan pompa dan turbin, lengkap dengan orifice
plate beserta pengukur tekanannya dan stop valve.
3. Turbin air tipe Francis beserta pengukur tekanannya yaitu pada bagian : Turbine
inlet, Turbine discharge, beberapa titik pada runner serta pada guide vane.
4. Brake torque force spring balance beserta neraca pegas.
5. Bak penampung air yang dilengkapi dengan v-notch dan pengukur tinggi
permukaan.
6. Pipa penyalur air yang menghubungkan bak penampung dengan pompa.
7. Hand digital tachometer untuk mengukur putaran poros turbin.
8. Tachometer untuk mengukur putaran poros pada turbin.
1.10 Langkah Percobaan
1. Pastikan semua instrumen pengukuran menunjukkan posisi 0 (nol), dan katup
discharge dalam keadaan tertutup penuh
2. Atur bukaan guide vane sesuai dengan yang dikehendaki.
3. Hidupkan motor listrik penggerak pompa, kemudian buka katup discharge secara
perlahan-lahan sampai pada head drop yang dikehendaki.
4. Pada head drop yang dikehendaki, catat besarnya putaran poros sebagai putaran
maksimumnya, kemudian catat data dari semua instrumen pengukuran sebagai data
pertama.
5. Kurangi putaran poros sebesar 10% dari putaran maksimumnya dengan cara menambah
beban pengereman. Ambil data-data yang diperlukan antara lain:
Beda ketinggian kolom Hg pada orificemeter.
Gaya pengereman (F)
6. Ulangi langkah no. 5 sampai poros berhenti.
7. Setelah semua pengambilan data selesai dilakukan, atur kembali beban pengereman
seperti kondisi awal.
8. Tutup katup discharge dan matikan motor listrik penggerak pompa.
9. Percobaan selesai.
PETUNJUK PENGUJIAN
POMPA SENTRIFUGAL
Praktikum Mesin Konversi Energi
Laboratorium Mesin-Mesin Fluida
BAB II
PENGUJIAN POMPA SENTRIFUGAL
2.1 Pendahuluan
Pompa adalah jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida
melalui pipa dari suatu tempat ketempat lain. Spesifikasi pompa dinyatakan dengan
jumlah fluida yang dapat dialirkan per satuan waktu dan tinggi energi angkat. Dalam
menjalankan fungsinya tersebut, pompa mengubah energi gerak poros untuk
menggerakkan sudu-sudu menjadi energi gerak kemudian menghasilkan fluida
bertekanan.
Pada umumnya pompa digunakan untuk menaikkan fluida ke sebuah reservoir,
irigasi, pengisi ketel, dan sebagainya. Sedang dalam pelaksanaan operasinya pompa
dapat bekerja dengan instalasi secara tunggal, seri, dan paralel. Yang kesemuanya
tergantung pada kebutuhan serta peralatan yang ada.
Dalam perencanaan instalasi pompa, harus diketahui karakteristik pompa yang
akan digunakan untuk mendapatkan sistem yang optimum. Untuk itu mahasiswa teknik
mesin perlu malaksanakan praktikum yaitu untuk mendapatkan pengalaman pengujian
karakteristik pompa.
2.2 Tujuan Pengujian
Adapun tujuan praktikum adalah untuk mendapatkan kurva karakterisistik dari
pengoperasian pompa tunggal, seri dan pararel yang diujikan sifat beberapa antara:
a. Hubungan antara Kapasitas (Q) terhadap Head (H)
b. Hubungan antara Kapasitas (Q) terhadap Efisiensi.
c. Hubungan antara Kapasitas (Q) terhadap Daya Poros keluaran dan Daya Air masukan.
2.3 Prinsip Kerja
Pompa adalah salah satu jenis mesin fluida yang berfungsi untuk memindahkan fluida
melalui pipa dari suatu tempat ketempat lain. Cara fluida dapat berpindah adalah dengan
menciptakan beda tekanan. Fluida dapat mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.
Oleh sebab itu agar fluida dapat masuk ke dalam pompa, tekanan di sisi inlet harus lebih
rendah daripada tekanan atmosfer (tekanan vakum). Tekanan vakum ini diciptakan oleh
cepatnya putaran impeler dengan sudu yang dibuat sedemikian rupa agar air dapat masuk ke
dalam pompa.
Kemudian di dalam pompa, air diberikan gaya sentrifugal oleh putaran impeler
kemudian masuk ke sisi output dengan luasan pipa yang semakin melebar (volute). Dengan
demikian air mendapatkan tambahan energi tekanan ketika keluar dari pompa.
Proses konversi energi yang terjadi didalam pompa ialah dari energi listrik yang
diberikan akan dirubah menjadi energi mekanik oleh sebuah motor listrik AC. Energi
mekanik yang dihasilkan oleh motor listrik ini kemudian digunakan untuk memutar poros
yang tersambung ke impeler di dalam casing pompa. Putaran impeler akan menciptakan
tekanan vakum pada sisi inlet sehingga fluida dapat masuk kedalam pompa. Kemudian di
dalam pompa, fluida diberikan gaya oleh putaran impeler dan akan masuk ke pipa outlet
yang memiliki luas penampang yang membesar (volute) sehingga fluida yang keluar dari
pompa akan memiliki tekanan yang tinggi.
2.4 Klasifikasi Pompa
1. Positive Displacement Pump
Pompa jenis ini bekerja dengan cara membuat perubahan volume ruang kerja akibat
gerak translasi piston atau sudu sehingga dapat meningkatkan tekanan fluida didalamnya.
Pompa yang termasuk kedalam jenis ini ialah pompa torak, pompa rotary, gear pump, dll.
2. Dynamic Pump
Pompa jenis ini bekerja dengan adanya transfer gaya dari putaran impeler ke fluida
didalamnya, serta dibantu pula oleh sisi outlet yang memilki luasan pipa yang membesar
(volute). Sehingga pada sisi outlet fluida yang keluar mengalami peningkatan energi tekanan.
2.5 Rumus Perhitungan
2.5.1 Pompa Tunggal
1. Head (H)
𝐻 = 𝑃𝑑− 𝑃𝑠
𝛾 (m) .............................................................................................................. (2-25)
Keterangan:
𝑃𝑑 : Tekanan buang (N/m2)
𝑃𝑠 : Tekanan buang (N/m2)
: berat jenis air = water . g (N)
2. Kapasitas (Q)
.................................................................................................. (2-26)
Keterangan:
h = beda ketinggian fluida pada manometer (mmHg)
)/(1000
189,0 3smhQ
3. Putaran (n)
Satuan : rpm
4. Torsi (T)
........................................................................................................................ (2-27)
Keterangan:
F = Gaya / beban (N)
L = Panjang lengan momen = 0,179 m
5. Daya (W)
Daya Poros (W1) :
.................................................................................................. (2-28)
Keterangan:
k = konstanta brake = 53,35
n = putaran (rpm)
Daya Air (W2) :
𝑊2 = (𝑃𝑑 − 𝑃𝑠). 𝑄 (Watt) ........................................................................................... (2-29)
6. Efisiensi ( )
............................................................................................................. (2-30)
2.5.2 Pompa Seri
1. Head
Berdasarkan persamaan (2-25):
𝐻1 = 𝑃𝑑1 − 𝑃𝑠1
𝛾
𝐻2 = 𝑃𝑑2 − 𝑃𝑠2
𝛾
2. Kapasitas (Q)
Berdasarkan persamaan (2-26):
)/(1000
189,0 3smhQ
3. Torsi (T)
Berdasarkan persamaan (2-27):
).(11 mNLFT
).(22 mNLFT
LFT
)(1 Wattk
nFW
%1001
2 W
W
)(21 mHHHTotal
21 TTTTotal
4. Daya (W)
Daya Poros (W1) :
Berdasarkan persamaan (2-28):
)(
)(
)(
2,11,1,1
222,1
111,1
WattWWW
Wattk
nFW
Wattk
nFW
Total
Daya Air (W2) :
Berdasarkan persamaan (2-29):
)(
)()(
)()(
2,21,2,2
222,2
111,2
WattWWW
WattQPPW
WattQPPW
Total
sd
sd
5. Efisiensi ( ) :
Berdasarkan persamaan (2-30):
%100,1
,2
Total
Total
W
W
2.5.3 Pompa Paralel
1. Head
Berdasarkan persamaan (2-25):
)(111 m
PPH
sd
)(222 m
PPH sd
2. Kapasitas (Q)
Berdasarkan persamaan (2-26):
)/(1000
189,0 3smhQ
3. Torsi (T)
Berdasarkan persamaan (2-27):
).(11 mNLFT
).(22 mNLFT
21 TTTTotal
)(2
21 mHH
HTotal
4. Daya (W)
Daya Poros (W1) :
Berdasarkan persamaan (2-28):
)(
)(
)(
2,11,1,1
222,1
111,1
WattWWW
Wattk
nFW
Wattk
nFW
Total
Daya Air (W2) :
Berdasarkan persamaan (2-29):
o Jika n sama
W2,1 = (Pd1 – Ps1).2
Q (Watt)
W2,2 = (Pd2 – Ps2). 2
Q(Watt)
W2,total = W2,1 + W2,1 (Watt)
o Jika n berbeda
W2,1 = (Pd1 – Ps1). Q1 (Watt)
W2,2 = (Pd2 – Ps2). Q2 (Watt)
W2,total = W2,1 + W2,1 (Watt)
5. Efisiensi ( )
Berdasarkan persamaan (2-30):
%100,1
,2
Total
Total
W
W
2.6 Variabel yang Diamati
2.6.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel yang dapat ditentukan sendiri dan tidak dipengaruhi
variabel lain. Dalam percobaan pompa sentrifugal ini, variabel bebas yang diamati adalah
besarnya kecepatan putaran poros dan putaran katup.
2.6.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel yang nilainya dipengaruhi variabel bebas. Variabel
terikat dalam percobaan pompa sentrifugal ini antara lain:
a. Besarnya head pompa yang ditentukan dari perbedaan tekanan isap dan tekanan
buang.
b. Besarnya daya air dan daya poros dari pompa.
c. Besarnya kapasitas pompa yang ditentukan oleh beda ketinggian fluida pada
manometer.
d. Besarnya torsi dari pompa.
2.6.3 Variabel Terkontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga
variabel bebas dan variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang diteliti. Variabel
kontrol dalam percobaan pompa sentrifugal ini adalah besarnya kecepatan putaran motor
yang dijaga konstan.
2.7 Spesifikasi Peralatan yang Digunakan
Dalam pengujian pompa sentrifugal ini, digunakan perangkat pompa sentrifugal
dengan spesifikasi sebagai berikut :
Equipment : Two Stage Centrifugal Pump
Serial No. : TE 83/5806
Date : 8 March 1982
Suplied to : Karl Klub KG (for Indonesia)
Electrical Supply : 220 Volt, 1 Phase, 50 Hz
Tabel 2.1
Spesifikasi Pompa Sentrifugal
1st Stage 2nd Stage
Driving motor type Neco Shunt Neco Shunt
Serial no. C 166415.C C 166415.B
Speed Variable 0 to 3000
rev/min
Variable 0 to 3000
rev/min
Power 0,75 KW (1 HP) 0,75 KW (1 HP)
Electrical control
type
Neco electrical 2AF
ISO
Neco electrical 2AF
ISO
Pump type Stuart no 25/2 Stuart no 25/2
Max head 13 m 13 m
Max flow 130 L/minute 130 L/minute
Power Constant : 35,53
min/revNewtonWatts
Tachometer : Compand Type M 48, No. 62637
Venturi
Calibration : hv 2,0
Diameters D = 37,5 mm dan d = 22,2 mm
Note : Electrical Warning Labels Fitted
Literature : Winning Diagram 41109
2.8 Perangkat Percobaan
Instalasi pengujian ini terdiri dari 2 pompa sentifugal, yaitu pompa I (PI) dan pompa
II (PII) yang masing-masing digerakkan oleh sebuah sebuah motor listik (M) yang
dihubungkan dengan neraca pegas. Sebuah panel pengaturan putaran dan alat ukur
manometer raksa dan manometer jenis bourdon melengkapi sistem uji ini. Jaringan pipa
dilengkapi dengan 2 katup isap yaitu katup pompa I (A) & katup isap pompa II (B), sebuah
katup pengatur aliran tunggal, seri, atau paralel (C), sebuah katup pengatur pengeluaran
(D), serta sebuah venturi (V).
Gambar 2.1 Instalasi Pompa
Sumber: Laboratorium Mesin-Mesin Fluida
2.9 Langkah Percobaan
1. Periksa semua kedudukan alat ukur pada posisi yang benar.
2. Pastikan tangki terisi air.
3. Pastikan dinamometer dalam keadaan setimbang.
4. Katup A dibuka, katup B tertutup (pengujian pompa tunggal).
5. Pompa I dihidupkan.
6. Besar putaran diatur dengan penyetelan n (putaran). Jaga putaran tetap konstan.
7. Dalam keadaan katup buang tertutup catat semua data pada alat ukur.
Data yang dicatat adalah :
a. Pompa tungggal
- Tekanan masuk (Ps)
- Tekanan buang (Pd)
- Beda ketinggian kolom Hg pada venturimeter (h)
- Gaya pembebanan (F)
b. Pompa seri
- Tekanan masuk (Ps) pompa 1 dan 2
- Tekanaan buang (Pd) pompa 1 dan 2
- Beda ketinggian kolom Hg pada venturimeter (h)
- Gaya pembebanan (F) pompa 1 dan
2 c. Pompa pararel
- Tekanan masuk (Ps) pompa 1 dan 2
- Tekanaan buang (Pd) pompa 1 dan 2
- Beda ketinggian kolom Hg pada venturimeter (h)
- Gaya pembebanan (F) pompa 1 dan 2
8. Ulangi langkah 7 dengan memutar katup buang 180o,untuk tiap pengambilan data.
Lakukan hingga terbuka penuh.
9. Untuk mengakhiri pengujian putar perlahan pengatur kecepatan putar pompa agar
kecepatan melambat. Katup buang ditutup kembali. Matikan mesin.
10. Pada pengujian pompa seri katup C diubah kedudukannya 1800 dan pompa II
dihidupkan. Langkah 7-8 diulangi lagi.
11. Pada pengujian pompa paralel katup C diubah kedudukannya 1800 (seperti
kedudukan awal), katup B dibuka dan pompa II dihidupkan. Langkah 7-8 diulangi
lagi.
12. Percobaan selesai
PETUNJUK PENGUJIAN
KOMPRESOR TORAK
Praktikum Mesin Konversi Energi
Laboratorium Mesin-Mesin Fluida
BAB III
PENGUJIAN KOMPRESOR TORAK
3.1 Pendahuluan
Kompresor adalah suatu peralatan teknik yang penting untuk dipelajari karena
kompresor merupakan salah satu peralatan yang paling banyak digunakan di perindustrian,
selain itu perkembangan teknologi kompresor semakin mengalami kemajuan dan kemajuan
ini banyak melibatkan banyak pihak, salah satunya adalah mahasiswa. Sehingga
diharapkan dengan dilakuannya praktikum kompresor, mahasiswa nantinya juga semakin
ikut andil dalam kemajuan kompresor karena pentingnya kompresor di perindustrian. Dan
juga terdapat banyak faktor yang mempengaruhi teknologi kompresor karena terdapat
beberapa variabel yang mempengaruhi proses, diantaranya yaitu: laju aliran masukan
fluida, tekanan, dan temperatur. Semua variabel tersebut memiliki sistem pengendalian
masing-masing yang terintegarasi menjadi suatu sistem pengendalian kompresor agar
mendapatkan hasil kompresi yang sempurna.
Diantara sekian banyak kompresor, kompresor yang paling banyak digunakan adalah
kompresor torak karena kompresor adalah kompresor yang mempunyai daerah operasi
dengan tekanan yang paling tinggi. Selain itu, perawatan dan penggunaan kompresor
torak lebih sederhana diantara kompresor yang lainnya.
3.2 Tujuan Pengujian
Mengetahui karakteristik kompresor torak secara umum, dalam pengertian mencari grafik
hubungan antara:
a. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice terhadap tekanan buang kompresor
(discharge pressure).
b. Kapasitas aliran udara pada sisi isap terhadap tekanan buang kompresor (discharge
pressure).
c. Daya adiabatik tarhadap tekanan buang kompresor (discharge pressure).
d. Efisiensi adiabatik terhadap tekanan buang kompresor (discharge pressure).
e. Efisiensi volumetrik terhadap tekanan buang kompresor (discharge pressure).
3.3 Klasifikasi Kompresor
1. Positive Displacement Compressor
Merupakan salah satu jenis kompresor yang mampu meningkatkan tekanan udara dengan
cara mengubahnya dari energi mekanik poros (crankshaft) ke dalam gerakan translasi piston
sehingga mengakibatkan adanya perubahan volume ruang kerja. Contoh dari kompresor jenis
ini ialah kompresor torak dan kompresor sekrup.
2. Dynamic Compressor
Merupakan salah satu jenis kompresor yang mampu meningkatkan tekanan udara dengan
adanya transfer gaya oleh sudu berputar atau impeller serta dibantu dengan bentuk casing
dengan luasan pipa yang membesar (volute). Contoh dari kompresor jenis ini ialah kompresor
aksial dan kompresor sentrifugal.
3.4 Prinsip Kerja
Energi listrik yang diberikan akan dirubah oleh sebuah motor listrik AC menjadi energi
mekanik berupa putaran poros yang tersambung ke crankshaft. Crankshaft sendiri berfungsi
untuk mengubah gerakan putar dari poros menjadi gerak translasi piston sehingga terjadi
perubahan volume ruang kerja di dalam silinder kompresor. Perubahan volume ruang kerja
ini dapat meningkatkan tekanan udara didalamnya. Sehingga pada sisi buang, udara yang
keluar sudah memiliki energi tekan yang tinggi.
3.5 Rumus Perhitungan
𝑇 = 273 + 𝑡𝑠(𝐾)................................................................................................................ (2-21)
𝑅 =8314.34
28.97(
𝐽
𝑘𝑔.𝐾)
.......................................................................................... (2-22)
𝑃𝑠=𝑃𝑏𝑎𝑟 . 13,6. (𝑚𝐻2𝑂) ....................................................................................................... (2-23)
𝑃 = 𝜌𝑎𝑖𝑟 . 𝑔. 𝑃𝑠(𝑘𝑔. 𝑚−2) .................................................................................................... (2-24)
𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =𝑃
𝑅.𝑇(
𝑘𝑔
𝑚3) ............................................................................................................... (2-25)
.......................................................................... (2-26)
Dimana :
T = temperatur ruangan (K)
)./()()8,997,28(
)34,8314(Kkgkgm
)
3.(.
1
..1
mkgudarak
P
airhgSGP k
saluran
ts = temperatur ruangan (oC)
R = konstanta gas universal
ρudara = rapat massa udara pada sisi isap (kg.m-3)
ρsaluran = rapat massa udara pada saluran (kg.m-3)
SG = spesific gravity
𝑆𝐺 =𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
𝜌𝑎𝑖𝑟 ........................................................................................................................ (2-27)
X = kelembaban relatif (%)
Pbar = tekanan barometer (mmHg)
Ps = tekanan atmosfer pada sisi isap (mH2O)
P = tekanan atmosfer (kg.m-2)
g = percepatan gravitasi (m.s-2)
hair = beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice (mH2O)
k = konstanta adiabatik = 1,4
1. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice
)(60)}(2{(12/1
menitkghgAW airairsaluran ................................ (2-28)
Dimana :
W = kapasitas aliran massa udara [kg/menit]
= koefisien kerugian pada sisi buang (coeffisient of discharge) = 0,613852
= faktor koreksi adanya ekspansi udara=0,999
A = luas penampang saluran pipa [m2]; d=0,0175 m
g = percepatan gravitasi bumi=9,81 [m/2
s ]
airh = beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice [ OmH 2]
air = rapat massa air [kg3
m ]
saluran = rapat massa udara pada sisi isap [kg3
m ]
2. Debit aliran udara pada sisi isap
]/[ 3 menitmW
Qudara
s
.............................................................................................. (2-29)
Dimana :
sQ = debit aliran udara pada sisi isap
W = kapasitas aliran massa udara [kg/menit]
udara = massa jenis udara [kg/3
m ]
3. Daya udara adiabatik teoritis
Pd = Pdgage x 104 + 1,033 x 104 [kg m-2] .............................................................................. (2-30)
161201
/1 kk
ds
adP
PQP
k
kL [kW] ................................................................. (2-31)
Dimana :
Lad = daya udara adiabatik teoritis [kW]
Pd = tekanan absolut udara pada sisi buang kompresor [kg m-2abs]
Pdgage = tekanan udara pada sisi buang kompresor [kg cm-2]
4. Efisiensi adiabatik
Ls = Nm x m [kW] ............................................................................................................ (2-32)
s
adad
L
L ........................................................................................................................ (2-33)
Dimana :
Ls = daya input kompresor [kW]
Nm = daya input motor penggerak [kW]
m = efisiensi motor penggerak
5. Efisiensi volumetrik
Qth = Vc x Nc [m3/min] ....................................................................................................... (2-34)
cccc nLDV ...4
2 [m3] .................................................................................................... (2-35)
th
sv
Q
Q ........................................................................................................................... (2-36)
Dimana :
Qth = kapasitas teoritis kompresor [m3/min]
Vc = volume langkah piston [m3]
Dc = diameter silinder = 0,065 [m]
Lc = langkah piston = 0,065 [m]
nc = jumlah silinder = 2
Nc = putaran kompresor [rpm]
3.6 Variabel yang Diamati
3.6.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel atau faktor yang dibuat bebas dan bervariasi. Dalam
praktikum kali ini variabel bebas adalah tekanan buang kompressor.
3.6.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel atau faktor yang muncul akibat adanya variabel bebas.
Dalam pengujian ini variable terikatnya adalah:
a. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice (W)
b. Debit aliran udara pada pipa isap (Qs)
c. Daya adiabatik (Lad)
d. Efisiensi adiabatik (ηv)
3.6.3 Variabel Terkontrol
Variabel terkontrol adalah variabel atau faktor lain yang ikut berpengaruh dibuat sama
pada setiap media percobaan terkendali seperti katup tabung.
3.7 Spesifikasi Peralatan yang digunakan
3.7.1 Kompresor Torak
AIR COMPRESSOR SET
MODEL : CPT-286A
WORK : NO. 36EC-0799
DATE : MAY,1987
POWER SUPPLY : AC 380V, 50Hz. 3-PHASE
TOKYO METER CO..LTD
TOKYO JAPAN
3.7.2 Motor Listrik Penggerak Kompresor
Merk = Fuji electric
Output = 2,2 Kw ; Poros 4
Hz = 50
Volt = 380
Amp = 4,7
Rpm = 1420
RATING CONT.
SER NO (N) 5482703Y234
Type = MRH 3107 M
Frame = 100L
Rule = JEC 37
INSUL E JPZZ
BRG D-END 6206ZZ
BRG N-END 6206ZZ
3.7.3 Tangki Udara
AIR TANK
DATE : JANUARY 1987
MAX. WORKING PRESS : 11 Kg/cm2
HYDRAULIC TEST PRESS : 17,3 Kg/cm2
CAPACITY : 200 LITERS
3.8 Instalasi Alat dan Bagian-bagiannya
Gambar 3.1 Instalasi Alat dan Bagian-bagiannya
Sumber: Buku Pedoman Praktikum Mesin-Mesin Fluida FT-UB (2019)
Peralatan yang digunakan:
1. Motor Listrik
2. Kompresor
3. Tangki Udara
4. Orifice
5. Alat-alat Ukur:
- Tegangan (Voltmeter)
- Daya Input (Wattmeter)
- Putaran (Tachometer)
- Suhu (Thermometer)
- Tekanan (Pressure Gauge)
- Kelembaban (Hygrometer)
3.9 Langkah Percobaan
a. Periksa air pada manometer (Differential Pressure gage) apakah permukaan di kedua sisi
manometer berada dipertengahan daerah pengukuran pipa U.
b. Hubungkan unit dengan jaringan listrik, sementara saklar wattmeter, tenaga kompresor
masih pada kondisi “OFF”.
c. Hidupkan unit dengan menekan saklar “ON” kemudian tekan tombol start kompresor.
d. Atur kapasitas aliran dengan “discharge valve control”
e. Tunggu untuk selang waktu tertentu sehingga dipastikan kondisi sudah steady, kemudian
lakukan pencatatan data kompresor pada kondisi tersebut, dimana data yang dicatat
meliputi :
Tekanan = ditunjukkan oleh Pressure Gauge Manometer
Suhu = ditunjukkan oleh terrmometer
Putaran = ditunjukkan oleh tachometer
f. Catat data yang berhubungan dengan motor listrik
Tegangan = ditunjukkan oleh voltmeter
Daya input = ditunjukkan oleh wattmeter
Putaran motor = diukur dengan tachometer
g. Catat kondisi udara dalam tangki dan yang melewati saluran buang setelah tangki udara.
Data meliputi :
Tekanan = ditunjukkan oleh “Pressure Gauge Manometer”.
Temperatur bola basah dan bola kering yang ditunjukkan oleh “wetbulb dan drybulb
thermometer”. Untuk mendapatkan harga kelembaban udara.
Tekanan( beda tekanan) udara sebelum dan sesudah orifice yang ditunjukkan oleh
manometer cairan “Deflection Manometer”.
h. Ubah kapasitas aliran udara hingga tekanan dalam tangki naik, selanjutnya lakukan e, f,
dan g.
i. Percobaan selesai.