Tugas Ringkasan Thermal.docx

RINGKASAN MODUL PRAKTIKUM “LABORATORIUM MESIN THERMAL” Kepala Laboratorium : Ir. Zainuddin, MT.

Disusun Oleh : RABIN SIRAIT NIM. 16202096 Group 88

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI MEDAN 2019

1. ALAT PENUKAR KALOR TEST (APK) 1.1 Pengertian Alat Penukar Kalor Alat penukar kalor atau Heat Exchanger adalah alat yang digunakan untuk menukar atau mengubah temperatur fluida atau mengubah phasa fluida dengan cara mempertukarkan kalornya dengan fluida lain. Arti dari mempertukarkan disini adalah memberikan atau mengambil kalor. Pemahaman teknologi Heat Exchanger membutuhkan pengetahuan dalam bidang Termodinamika, Mekanika Fluida, Heat Tranfer, Ilmu Material dan Ilmu Proses Produksi. Heat Exchanger umumnya merupakan peralatan dimana dua jenis fluida yang temperaturnya dialirkan kedalamnya dan saling bertukar kalor melaui bidang-bidang perpindahan panas atau dengan cara kontak langsung (bercampur). Bedang perpindahan panas ini umumnaya berupa dinding pipa-pipa atau siripsirip yang dipasangkan pada pipa(fin). Sesuai dengan namanya, maka alat penukar kalor (heat exchanger) berfungsi mempertukarkan suhu antara dua fluida dengan melewati dua bidang batas. Bidang batas pada alat penukar kalor ini berupa pipa yang terbuat dari berbagai jenis logam sesuai dengan penggunaan dari alat tersebut. Pada percobaan ini akan dilakukan pengamatan unjuk kerja alat penukar kalor pipa ganda (double pipe heat exchanger) yang terdiri dari dua pipa konsentris. Pipa yang berada di luar dikenal sebagai annulus (shell), sedangkan bagian dalam dikenal sebagai pipa (tube). 1.2 Jenis Aliran Heat Exchanger Adapun jenis aliran heat exchanger, di antaranya : -

Counter current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir berlawanan.

-

Co current, yaitu jenis heat exchanger di mana aliran bahan dengan aliran energi (fluida pemanas) mengalir searah.

-

Cross flow, yaitu terjadi ketika salah satu aliran fluida tegak lurus terhadap cairan kedua, yaitu, satu aliran fluida melalui tabung dan cairan kedua melewati sekitar saluran di sudut 90 °. Biasanya ditemukan pada kondisi

perubahan cairan 2 fasa. Contohnya adalah sistem uap kondensor, di mana uap keluar turbin memasuki sisi shell kondensor, dan air dingin yang mengalir di tabung menyerap panas dari uap, kondensasi itu ke dalam air.

1.3 Proses Perpindahan Panas APK merupakan suatu peralatan dimana terjadinya perpindahan panas dari suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi kepada fluida lain yang temperaturnya lebih rendah. Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung atau tidak. 

APK yang langsung, ialah dimana fluida yang panas akan bercampur langsung dengan fluida yang dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau ruangan tertentu.



APK yang tidak langsung, ialah dimana fluida panas tidak berhubungan langsung (indirect contact) dengan fluida dingin, jadi perpindahan panasnya itu mempunyai media perantara seperti pipa, pelat atau peralatan jenis lainnya.

2. COLD STROGE 2.1 Pengertian Cold Storage Proses pendinginan merupakan proses yang populer untuk penyimpanan produk-produk pertanian. Dengan menurunkan suhu suatu produk, aktivitas enzim dan mikroba yang ada akan berkurang, sehingga penurunan mutu atau kerusakan dapat dihambat. Pada buah-buahan atau sayur-sayuran, pengendalian proses pendinginan merupakan faktor kritis karena dapat menyebabkan chilling injury bila dibawah suhu tertentu. Bangunan cold storage adalah sebuah bangunan yang difungsikan untuk menyimpan bahan-bahan mentah agar tidak mengalami proses pembusukan sampai pada waktunya akan dikirim ke konsumen, dimana pencegahan kebusukan dilakukan dengan metode pendinginan. Cold storage dapat diilustrasikan sebagai sebuah bangunan besar yang fungsinya seperti lemari pendingin. Bangunan dengan temperatur rendah ini hanya dapat difungsikan dengan baik jika kita

memastikan ruangan tertutup rapat dalam artian udara tidak dapat keluar masuk dan memakai alat pendingin

(refrigeration) untuk menjaga temperatur tetap

rendah dengan mengeluarkan udara dingin. 2.2 Bagian Bagian Cool Storage -

Kompresor Kompresor mengubah uap refrigeran yang masuk pada suhu dantekanan

rendah menjadi uap bertekanan tinggi. Penambahan tekanan uap refrigeran dengan kompresor ini dimaksud agar refrigeran dapatmengembun pada temperatur yang relatif tinggi. Kompresor juga mengubah suhu refrigeran menjadi lebih tinggi akibat proses yang bersifatisentropik. Refrigerant gas bertekanan rendah dikompresikan menjadirefrigerant gas bertekanan tinggi dengan bantuan daya dari luar sistem(input power). -

Kondenser Kondenser berfungsi untuk mengembunkan ataumengkondensasikan

refrigeran bertekanan tinggi dari kompresor.Pemipaan yang menghubungkan antara kompresor dengan kondenserdikenal dengan saluran buang(discharge line) . Dengan demikian, pada kondenser terjadi perubahan fasa uap ke cair ini selalu disertai denganpenbuangan kalor ke lingkungan. Refrigerant gas bertekanan tinggidirubah menjadi refrigerant cair dengan tekanan tetap tinggi dengan caramembuang kalor ke lingkungan sekitarnya. -

Ekspansi Bentuk katup ekspansi yang paling sederhana adalah pipa kapilerpanjang.

Alat ekspansi dapat berupa pipa kapiler, katup ekspansitermostatik (TXV, thermostatik expansion valve), katup ekspansi automatik, maupun katup ekspansi manual. Komponen ini berfungsimemberikan satu cairan refrigeran dalam tekanan rendah ke Evaporatorsesuai dengan kebutuhan. Pada alat ekspansi terjadi penurunan tekananrefrigeran akibat adanya penyempitan aliran. Pada prinsipnya, katup ekspansi adalah alat yang dapatmengendalikan aliran refrigeran ke evaporator baik secara manual ataupunotomatik. Refrigerant cair bertekanan tinggi diturunkan tekanannya dengan bentuk refrigerant menjadi

cairan yang bercampur dengan sedikitgas. (Gelembung gas terjadi karena adanya penurunan tekanan). -

Evaporator Evaporator adalah komponen yang digunakan untuk mengambilkalor dari

suatu ruangan atau suatu benda yang bersentuhan dengannya.Pada evaporator terjadi pendidihan (boiling) atau penguapan (evaporation), atau perubahan fasarefrigran dari cair menjadi uap.Refrigeran pada umumnya memiliki titik didih yang rendah. Dengandemikian, refrigeran mampu menyerap kalor pada temperatur yang sangatrendah. Refrigerant cair dirubah menjadi gas/uap dengan cara menyerapkalor dari ruang yang dikondisikan. Refrigerant gas/uap kemudian dihisapoleh Kompresor dan disirkulasikan kembali. 2.2 Langkah Kerja Cool Storage

Gambar Siklus Kerja Pendinginan Cool Storage -

Kompresor: Refrigerant gas bertekanan rendah dikompresikan menjadirefrigerant gas bertekanan tinggi dengan bantuan daya dari luar

-

sistem(input power). Kondenser: Refrigerant gas bertekanan tinggi dirubah menjadi refrigerantcair dengan tekanan tetap tinggi dengan cara membuang kalor kelingkungan sekitarnya.

-

Ekspansi: Refrigerant cair bertekanan tinggi diturunkan tekanannyadengan bentuk refrigerant menjadi cairan yang bercampur dengan sedikitgas.

-

(Gelembung gas terjadi karena adanya penurunan tekanan). Evaporator: Refrigerant cair dirubah menjadi gas/uap dengan

-

caramenyerap kalor dari ruang yang dikondisikan. Refrigerant gas/uap kemudian dihisap oleh Kompresor dan di sirkulasi kan kembali

3. FREEZER TEST 3.1 Definisi Mesin Pendingin Refrigerasi (pendinginan) adalah suatu sistem yang mengambil panas dari suatu benda atau ruangan yang bersuhu lebih rendah dari lingkungan alamiahnya. Mesin pendingin juga merupakan mesin konversi energi yang dipakai untuk memindahkan kalor dari reservoir panas bertemperatur tinggi menuju reservoir panas bertemperatur lebih tinggi dengan menambahkan kerja dari luar. Secara jelasnya mesin pendingin merupakan peralatan yang digunakan dalam proses pendinginan suatu materi (fluida) sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang diinginkan, dengan jalan menyerap kalor dari materi (fluida) yang akan dikondisikan, atau dengan kata lain menyerap panas (kalor) dari suatu reservoir dingin dan diberikan ke reservoir panas. 3.2 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Saat ini mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan di dunia adalah dari jenis siklus kompresi uap. Mesin refrigerasi kompresi uap terdiri atas empat komponen utama, yakni kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Kondensor dan evaporator sesungguhnya merupakan penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi mempertukarkan kalor diantara dua fluida, yakni antara refrigerant dengan fluida luar (bisa berupa air ataupun udara).

3.3 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap

Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke lingkungan yang bersuhu tinggi. Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan panasnya. Siklus

refrigerasi

Proses 1 – 2

ditunjukkan

dalam

tahapan-tahapan

berikut:

Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas, dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas. Proses 2 – 3 Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi dipindahkan ke refrigeran. Proses 3 – 4 Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian awal proses refrigerasi (Proses 3-3a) menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini dikembalikan menjadi bentuk cairan (Proses 3a3b). Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa dan penerima cairan (Proses 3b - 4), sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah ketika cairan ini menuju alat ekspansi. Proses 4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju Kondenser harus mampu membuang panas gabungan

yang

masuk

evaporator

dan

kondenser.

Dengan kata lain: (Proses 1 - 2) + (Proses 2 - 3) harus sama dengan (Proses 3 - 4). Melalui alat ekspansi tidak terdapat panas yang hilang maupun yang diperoleh.

4. MOTOR BAKAR BENSIN 4.1 Definisi Motor Bakar Bensin Motor bakar merupakan suatu mesin konversi energi yang merubah energi kalor menjadi energi mekanik. Dengan adanya energi kalor sebagai suatu penghasil tenaga maka sudah semestinya mesin tersebut memerlukan bahan bakar dan sistem pembakaran yang digunakan sebagai sumber kalor. Motor bakar yang menggunakan bahan bakar bensin disebut dengan motor bensin.

Motor bensin memperoleh tenaga dari hasil pembakaran bahan bakar dan udara menghasilkan daya. Pada sepeda motor sebagian besar masih menggunakan karburator yaitu alat untuk mencampur antara bahan bakar bensin dan udara supaya menjadi gas pada motor bensin disebut karburator. Proses pembakaran akan terjadi bila ada bahan bakar, ada oksigen, dan adanya suhu yang tinggi. Suhu yang tinggi tersebut harus mencapai titik bakar bahan bakar, walaupun suhu tinggi tetapi bila titik bakar tidak tercapai, maka tidak akan terjadi pembakaran. Pada motor bensin, suhu yang tinggi ditimbulkan oleh udara dan bahan bakar yang ditekan dalam silinder kemudian titik bakar dicapai dengan memercikkan bunga api listrik. 4.2 Prinsip Dasar Motor Bensin 1. Langkah Hisap Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan bensin ke dalam silinder. Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar. 2. Langkah Kompresi Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), campuran bensin yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, saat ini percikan api dari busi terjadi sebingga akan mudah terbakar. Poros engkol berputar satu kali ketika torak mencapai TMA. 3. Langkah Usaha Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenga untuk menngerakkan kendaraan. Sesaat torak mencapai TMA pada saaat langkah kompresi,busi atau meberi loncatan api pada campuran yang telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin.

4. Langkah Buang Dalam langkah ini, gas yang terbakar, akan dibuang dalam siinder. Katup buang terbuka dan torak bergarak dari TMA ke TMB, mendorong gas bekas keluar dari silinder. Ketika torak mencapai TMA, kan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah. 5. MOTOR BAKAR DIESEL 5.1 Sejarah Motor Bakar Diesel Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lbiodiesel). Mesin ini kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering. 5.2 Pengertian Motor Bakar Diesel Motor diesel adalah suatu motor bakar yang pada langkah pertama menghisap udara murni dari saringan udara sedangkan pemasukan bahan bakar dilakukan pada akhir langkah kompresi yang segera terbakar kerena tekanan udara pada akhir langkah kompresi yang mempunyai tekanan tinggidan menghasilkan suhu yang mampu menyalakan bahan bakar. Proses pembakaran akan terjadi bila ada bahan bakar, ada oksigen, dan adanya suhu yang tinggi. Suhu yang tinggi tersebut harus mencapai titik bakar bahan bakar, walaupun suhu tinggi tetapi bila titik bakar tidak tercapai, maka tidak akan terjadi pembakaran. Pada motor diesel suhu yang tinggi diakibatkan karena

adanya udara yang dimampatkan dalam silinder sehingga titik bakar dapat dicapai dengan pemampatan udara ini. 5.3 Prinsip Kerja Motor Diesel Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin Diesel terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur nyala. Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak/. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft).Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto).