LAPORAN PRAKTIKUM PRAKTIKUM PRESTASI MESIN KOMPRESOR ASISTEN : ANGGY ASTILLA KELOMPOK: 5 ANGGOTA 1. M. SATRIO UTOMO 0806330283 2. MIKHAIL 0806330320 3. M. AGUNG SANTOSO 0806330333 4. M. F. ROZI 0806330346 5. M. HABIB A. 0806454853 6. M. INDIONO 0806330352 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN PRAKTIKUM
PRAKTIKUM PRESTASI MESIN
KOMPRESOR
ASISTEN : ANGGY ASTILLA
KELOMPOK: 5
ANGGOTA
1. M. SATRIO UTOMO 0806330283
2. MIKHAIL 0806330320
3. M. AGUNG SANTOSO 0806330333
4. M. F. ROZI 0806330346
5. M. HABIB A. 0806454853
6. M. INDIONO 0806330352
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK, 2011
2
DAFTAR ISI
BAB I. TUJUAN PENGUJIAN
BAB II. DASAR TEORI
BAB III. PENGOLAHAN DATA PERCOBAAN
BAB IV. ANALISA
BAB V. PENUTUP
LAMPIRAN
3
BAB I. TUJUAN PENGUJIAN
Pengujian terhadap sebuah Reciprocating Air Compressor (RAC)
dimaksudkan untuk membantu memberi pelajaran kepada praktikan untuk dapat
mendalami teori-teori termodinamika. Pengujian ini bertujuan untuk menyelidiki
sifat-sifat dari kompresor udara bertingkat ganda atau lebih.
BAB II. DASAR TEORI
Kompresor udara bertingkat ganda terdiri dari GT102 (tingkat pertama)
dan GT102/2 (tingkat kedua) yang masing-masingnya terpasang pada sebuah lori
yang terpisah.
Tingkat pertama dapat digunakan secara terpisah atau tersendiri tanpa
tingkat kedua, sedangkan bila diinginkan sebuah kompresor bertingkat ganda,
maka dengan pipa udara (hose) tingkat pertama dapat dihubungkan pada tingkat
kedua secara tepat sehingga akan terbentuk sebuah kompresor bertingkat ganda
lengkap dengan sistem intercooling.
Tingkat Pertama (GT102)
Tingkat pertama ini memiliki dua silinder dengan sistem pendinginan
udara. Digerakkan oleh DC Dynamometer Motor yang kecepatannya dapat diatur
untuk meneruskan putaran motor kepada kompresor V-belt dengan perbandingan
kecepatan 3,57:1.
Kecepatan kompresor dapat diukur dengan tachometer listrik dan dapat
juga dibaca langsung pada panel instrumen. Suatu pegas pengimbang dipasang
untuk mengukur besar momen torsi motor, sedang daya listrik dapat diukur
dengan instrumen yang terpasang pada kontrol kabinet. Sebuah orifice dipasang
untuk mengukur jumlah aliran massa dari kompresor.
Temperatur dapat diukur pada setiap titik yang dikehendaki dalam siklus
dengan menggunakan multipoint temperature dan thermocouple. Temperatur wet
4
bulb dan dry bulb digunakan untuk mengukur kelembaban udara sebelum dan
sesudah kompresi.
Tingkat Kedua (GT102/2)
Tingkat kedua ini juga digerakkan oleh sebuah DC Dynamometer Motor
yang kecepatannya dapat diatur seperti pada tingkat pertama. Putaran motor
diteruskan kepada kompresor dengan menggunakan V-belt dengan perbandingan
kecepatan 3,57:1.
Tingkat kedua ini memiliki 2 silinder yang mempunyai ukuran yang lebih
kecil dibandingkan dengan silinder tingkat pertama. Di sini tidak dibutuhkan
receiver. Pemakaian daya tekanan dan temperatur pada setiap titik dalam siklus
diukur dengan peralatan yang sama dengan peralatan pada tingkat pertama.
Pada tingat kedua ini dipasang sebuah intercooler dengan pendingin air.
Udara bertekanan dari tingkat pertama dilewatkan melalui intercooler sebelum
memasuki tingkat kedua atau dapat langsung memakai tingkat kedua tanpa harus
melewati intercooler. Sebuah instrumen dipasang untuk mengukur flowrate dari
air pendingin serta temperatur masuk dan keluar udara dan air.
Sebagai alat tambahan pada tiap tingkat dipasang penunjuk tekanan
Maihak Indicator yang berguna untuk pembuatan diagram P-V. Alat ini dipasang
di kepala silinder dari setiap kompresor dan digerakkan oleh suatu mekanisme
yang dihubungkan pada bagian crankcase.
Setiap motor dilengkapi dengan panel kontrol yang berisi variable
transformer dan rectifier serta dilengkapi pula dengan alat pengatur putaran.
Kontrol unit kabinet hanya dapat dihubungkan dengan arus listrik satu fase pada
tegangan 220-240 Volt frekuensi 50-60 Hertz. Pemakaian daya maksimum pada
setiap tingkat tidak akan melebihi 2,2 kW.
5
Data Teori
Instrumen yang digunakan sebagai berikut:
Tingkat Pertama (GT.102)
Motor
a. Spring balance untuk menghitung momen
b. Voltmeter
c. Amperemeter
Tekanan udara
a. Bourdon gauge untuk menghitung delivery pressure
b. Manometer untuk menghitung inlet pressure
Massa udara yang mengalir
a. Sharp edged orifice
b. Dua manometer untuk orifice differential dan down steam pressure
Temperatur
Thermocouple dengan multipoint indicator yang berfungsi sebagai
penghitung:
a. Temperatur dari udara yang akan masuk ke dalam kompresor
b. Temperatur dari udara yang keluar
c. Temperatur udara yang masuk ke dalam orifice
Kelembaban (Humidity)
Termometer wet bulb dan dry bulb untuk inlet dan delivery
6
Tingkat Kedua (GT.102/2)
Motor
a. Spring balance untuk menghitung momen
b. Voltmeter
c. Amperemeter
Kompresor
Electrical Tachometer
Tekanan udara
Bourdon gauge untuk menghitung delivery pressure
Intercooler
Rotameter untuk water flow
Temperatur
Termometer dengan multipoint indicator yang berfungsi sebagai
penghitung:
a. Temperatur dari udara yang masuk intercooler
b. Temperatur dari udara yang keluar intercooler
c. Temperatur udara yang masuk ke kompresor
d. Temperatur udara yang keluar dari kompresor
e. Temperatur air yang masuk ke intercooler
f. Temperatur air yang keluar dari intercooler
7
Data Teknik
Tingkat Pertama (GT102)
Number of cylinder : 2
Bore : 66,7 mm
Stroke : 63,5 mm
Swept volume : 374 l/min. pada putaran 850 rpm
Compressor speed range : 425 – 850 rpm
Max. delivery pressure : 10,3 bar
Drive belt ratio : 3,57:1
Motor power : 2,2 kW
Free air delivery : 262 l/min.
Air receiver volume : 107 liter
Tingkat Kedua (GT102/2)
Number of cylinder : 2
Bore : 50,8 mm
Stroke : 50,8 mm
Swept volume : 156 l/min. pada putaran 850 rpm
Compressor speed range : 425 – 850 rpm
Max. delivery pressure : 10,3 bar
Drive belt ratio : 3,57:1
Motor power : 2,2 kW
8
Motor speed range : 0 – 3000 rpm
Free air delivery : 106 l/min.
Intercooler water flow: 200 l/jam
Gabungan Tingkat Pertama dan Kedua (Tingkat Ganda)
Dimension: Length: 1450 mm
Width: 610
Height: 1780 mm
Electrical supply: 220-240 Volt, 50-60 Hz
Single phase 2,2 kW for cash stage
Weight: GT102/2: 182 kg
Dalam operasinya reciprocating air compressor (RAC) ataupun sebuah
kompresor mengisap sejumlah udara dengan volume tertentu masuk ke dalam
silinder. Udara yang diisap ini di dalam silinder ditekan secara politropis sehingga
mengakibatkan suatu kenaikan tekanan dan temperatur. Dara tekanan ini mengalir
melalui spring loaded out disc valve ke discharge system:
Udara akan keluar secara kontinu sampai piston mencapai titik mati bawah
(TMB), sejumlah udara berikutnya akan terhisap melalui spring loaded disc valve
dan proses akan berulang kembali. Dari diagram P-V yang ideal untuk kompresor
satu tingkat dibawah ini dapat dilihat siklus yang dijalani oleh udara tersebut.
9
Teori Umum Dari Kompresi
Gambar 1
Keterangan gambar: a b = langkah kompresi
B c = langah buang
Vc = Volume sisa
Vs = Va – Vc = volume lengkap
V = Va – Vd = volume isi
Dari suatu siklus kompressor, proses penekanan dan pengembangan tidak
mengikuti proses adiabatis ataupun isothermal, ini berarti index politropis untuk
proses penekanan dan pengembangan (n) terletak diantara 1.0 dan 1.4 dimana PVn
= konstan. Kerja politropis Vpj = yang ditunjukan oleh luas diagram P-V adalah:
persamaan tersebut dapat juga ditulis:
Diagram dibawah ini memperlihatkan sebuah bentuk dari diagram P-V
yang sebenarnya yang berbeda dengan diagram P-V yang ideal, yang mana seperti
terlihat pada gambar terlihat titik-titik ujung mempunyai bentuk yang membulat.
10
Gambar 2
Kerja yang ditunjukkan:
dengan: Ap = luas penampang piston
Ls = langkah
N = putaran
Atau dapat juga ditulis
W1 = Pm Ap Ls N
Diagram ini memperlihatkan sebuah diagram P-V yang ideal dari sebuah
kompressor bertingkat ganda. Disini penekanan berlangsung dalam dua tingkat,
yang mana akan ada suatu tekanan perantara (P1) yang terletak diantara P1 dan P2.
Dalam hal ini dianggap tidak tekanan yang hilang diantara tingkat tersebut.
11
Gambar 3
Suatu yang tidak boleh dilupakan dalam pembahasan kompressor adalah
mengenai efesiensi, yang mana efesiensi volumetris praktis sebuah kompressor.
Efisiensi volumetris adalah perbandingan antara besarnya massa udara yang
dikeluarkan sebenarnya dengan harga maksimum secara teoritis .
Efisiensi volumetris dapat didefinisikan sebagai berikut:
Karena Vs = Va, maka persamaan tersebut dapat juga ditulis sebagai berikut:
Karena:
Karena:
12
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa apabila tekanan "naik" akan
menyebabkan efisiensi volumetris “turun”. Oleh karena itu ntuk mendapatkan
nilai perbandingan efesiensi volumetris yang tinggi pada umumnya digunakan
kompressor tingkat ganda atau lebih. Hal ini akan lebih menyempurnakan jumlah
udara yang diberikan pada suatu nilai perbandingan dan dapat mengurangi jumlah
daya yang dibutuhkan untuk mencapai nilai perbandingan tertentu.
Aspek-Aspek Teori Tambahan
Berikut ini diberikan suatu ringkasan yang ada hubungannya dengan teori
Psikrometris dan juga suatu analisa thermodinamis dari sebuah intercooler.
Spesifikasi Humidity (Moisure Content)
Udara dalam keadaan tekanan normal terdiri dari sejumlah uap air.
Kandungan uap air tersebut banyaknya tergantung pada keadaan atmosfir. Dan
dalam suatu proses penekanan serta kemudian dianjurkan daengan perbandingan
pada keadan normal, maka perbandingan campuran itu dapat berubah. Spesifik
Humidity adalah:
dimana: Va dan Vv adalah mempunyai spesifik volume.
Bila dianggap uap air mempunyai sifat sebagai gas sempurna, kemudian
dengan hukum Dalton dari "Partai Pressure" diketahui:
Pv = mv . Rv . Tv dan Pa . V = ma . Ra . Ta
Untuk Ta = Tv, maka:
dimana: Ra = gas konstan untuk udara kering = 0,2871 KJ/kg.K
Rv = gas konstan untuk uap air = 0,14615 KJ/kg.K
13
Bila uap air dalam keadaan jenuh, Pv hanya merupakan fungsi naik, maka
persentase kandungan uap air menjadi kurang, pengurangan didapat dari
pengembunan.
Relative Humidity (Q)
Dengan menggunakan sistem thermometer tabung kering dan tabung
basah pengurangan relative dari temperatur tabung basah terhadap tabung kering
bisa didapatkan. Dan dari tabel yang diberikan nilai relative Humidity dapat
ditemukan.
Pembahasan Intercooler
Intercooler adalah tabung perpindahan panas, dimana temperatur udara
yang keluar dari tingkat pertama didinginkan sampai mencapai harga terendah.
Panas yang diambil oleh air:
Q’w = mw . Qpw (T26-T24)
Panas yang diberikan oleh udara:
Q’a = ma . Qpa (T23-T24)
Karena thermocouple yang digunakan untuk mendapatkan harga-harga
dari T23 -T24 dipasang dekat intercooler, maka akibatnya terdapat kehilangan panas
yang sangat kecil dan tidak dapat dihitung. Secara umum:
Q'a = Q'w + Losses
Sehingga efisiensi thermal adalah:
Dalam hal ini sangat sulit untuk menghitung jumlah panas yang
sebenarnya diberikan oleh udara, disebabkan oleh losses yang tidak dihitung.
14
Maka disini yang lebih pendting untuk diketahui dari sebuah heat exchanger
adalah "thermal ratio" yang didefinisikan sebagai berikut:
Berdasarkan data-data yang didapat dari pengujian dapat dilakukan analisa
terhadap kompressor yang telah diuji tersebut dengan menggunakan rumus-rumus
berikut ini.
Rumus-rumus Untuk Perhitungan
Analisa Massa Udara (kg/s)
Dimana: ∆p = Orifice Diferential Head (mmH2O)
P3 = Orifice plate down stream pressure (Bar abs)
= 9,8 . 10-5. P3 + P0
P3 = Penunjukan pada manometer (mmH2O)
P0 = Tekanan atmosfer (Pa abs)
T3 = T’3 + 273 (K)
Kompresi Ratio (γP)
Tingkat Pertama:
Tingkat Pertama:
Temperatur Ratio (γP)
Tingkat Pertama:
15
Tingkat Kedua:
Harga Index Politropis (n)
Bila: P1 .Vn1 = P2 . Vn
2 dan P1 + (T2/T1)n/n-1 .P2
Dengan cara menurunkan rumus diatas maka akan diperoleh harga n, yaitu:
Kerja politropis (Wp 1)
Dari persamaan (1):
Dimana: m’a = Aliran massa udara (kg/s)
R = Konstanta gas = 0.2871 (kj/kg/K)
T1 = Temperatur Udara masuk (K)
n = Index politropis
γ = Pressure Ratio
Efisiensi Volumetris
Dari persamaan (4) didapatkan:
Aliran Massa udara yang sebenarnya: m’a
Untuk kompresor tingkat pertama:
“Swept air mass flow” =
Untuk kompresor tingkat kedua:
16
“Swept air mass flow” =
Pada persamaan di atas besarnya temperatur dan tekanan adalah penting,
selama tingkat kedua mempunyai udara masuk dengan tekanan P21 dan
temperature T21.
Maka efisiensi volumetrik:
Untuk tingkat pertama:
Untuk tingkat kedua:
dengan menggambarkan diagram η vol – δp’ akan terlihat bahwa harga efisiesnsi
volumetrik akan menurun sebanding dengan pertambahan p’.
II.6.7. Kerja Isothermal (WIs)
Untuk tingkat pertama:
Wis = ma . RT11 .ln. γP1
Untuk tingkat kedua:
Wis = ma . RT21 .ln. γP2
II.6.8. Kerja Indicated (Wi)
Untuk tingkat pertama:
W1 = Pm1 . A1 . L1 . N1 . Z1
Untuk tingkat kedua:
W1 = Pm2 . A2 . L2 . N1 . Z1
Pm = Indicated steam pressure, dimana Pm = K. Ad/Xs
Dengan: K = Konstanta pegas =39.1 kpa/mm
Ad = Luas indicator diagram (mm2)
Xs = Jangka/stroke dari diagram indicator (mm)
17
Untuk kompresor tingkat pertama, bore x stroke = 66,7 mm x 63,4 mm, jumlah
silinder = 2. Untuk kompresor tingkat kedua, Bore X stroke = 50.8, jumlah
silinder =2.
Kerja Mekanis (Wmech)
Dimana:
K = Putaran Motor Listrik = 3,53 .N1 / 60 atau (3.53 x N2)
Tq = Momen puntir (N-m) = F . R
F = Menunjukan spring balance (N)
R = Broke arm radius = 160 mm = 0.160 m
Jadi: Wmech1 = 0.0591 . 10-3 . N1 . F1 (kw)
Wmech2 = 0.0591 . 10-3 . N2 . F2 (kw)
Input Daya Motor Listrik
Suplai daya listrik total = armature power + field power
=
Field power mempunyai nilai tetap, pada 20 volt DC dan arus 0.4 ampere.
Harga-harga Efisiensi
Efisiensi termal : ηis=
W is
Wi
Efisiensi isotermal overall : ηis .o=
W is
W mech
Efisiensi mekanis : ηmech=
W i
W mech
Analisa Psikometris
Dari tabel dapat dicari harga relative humidity pada bagian masuk Q1 dan
bagian Q3, berdasarkan selisih temperatur dry bulb dengan temperatur wet bulb
18
(TD - Tw) pada temperatur TD. Dan berdasarkan harga Q3, dari tabel tersebut juga
dapat dicari tekanan uap air jenuh (Pvsat) pada temperatur TD1.
Maka
Pv=Q . Pv sat
dan
W =0 ,622×PvPo−Pv
Dimana spesific humidity adalah:
m' vm' a
sehingga aliran rata-rata dari massa
uap air yang mengalir adalah: M V 1=W .m .
Dengan cara yang sama, dapat dicari harga dari aliran rata-rata massa uap
air (MV2). Dan dengan mengumpulkan air yang mengendap pada intercooler atau
pada receiver akan dapat diperiksa perbedaan antara MV1 dan m2.