RAKA TARUMA PM101910101001KELAS B

Penggerak Mula (Prime Mover): Sesuatu yang dapat mula-mula menggerakkan hal lain.

Contoh:Manusia dengan kaki dan

tangan.Turbin airMesin kalordll.

Combustion ( Konvensional )

1. ICE

2. ECE Non Combustion ( non konvensional )

1. Energi Surya

2. Energi Angin

3. Hidropower

4. Energi Gelombang Laut; dsb

Adalah mesin dimana bahan bakar terpisah dengan

fluida kerja sehingga Pembakaran terjadi diluar mesin, contoh : mesin uap

Adalah Mesin yg memanfaatkan energi dari gas panas hasil pembakaran, dimana proses pembakaran berlangsung dalam mesin itu sendiri sehingga gas pembakaran sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.

MPD sering disebut sebagai motor bakar.

Contoh : Motor Bensin, Motor Diesel, Turbin Gas Siklus Terbuka, Motor Bakar Torak

Dasar klasifikasi Sistem pembakaran / penyalaan

* Motor Bensin* Motor Diesel

Prinsip kerja* Motor 4 L* Motor 2 L

Motor Bensin :

Motor Diesel :

Pada motor bensin, bensin dibakar untuk memperoleh energi termal. motor  bensin disebut motor penyalaan busi (spark ignition engine) karena penyalaan bahan bakar diakibatkan oleh percikan bunga api listrik dari busi

Motor diesel disebut dengan motor penyalaan kompresi (compression ignition engine) karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam ruang bakar.

Motor 4 Langkah

Motor 2 Langkah

Mesin dua tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston

Motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran bahan bakar memerlukan 4 (empat) langkah gerakan piston dan 2 (dua) kali putaran poros engkol.

SIKLUS MOTOR BAKAR TORAK

Siklus Ideal

Diagram P-V pada siklus Otto

Diagram P-V pada siklus diesel

Siklus aktual motor Diesel 4 langkah

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis

PROSES SIKLUS0-1 : Pemasukan BB pd P konstan1-2 : Kompresi Isentropis2-3 : Pemasukan kalor pd V konstan3-4 : Ekspansi Isentropis4-1 : Pembuangan kalor pd V konstan1-0 : Pembuangan gas buang pd P konstan

Motor Bensin 2 L

MOTOR EMPAT LANGKAH (FOUR STROKE)

gerakan dari TMA ke TMB atau sebaliknya. terjadi dalam dua putaran poros engkol (crankshaft).

1. Langkah Isap

2. Langkah Kompresi

3. Langkah Kerja

4. Langkah Buang

Motor Diesel (CIE)

Motor diesel adalah motor yang menggunakan bahan bakar solar, pada sistem pembakarannya motor diesel tidak menggunakan listrik.

Berdasarkan prinsip kerja :

1.Motor Diesel 2 langkah

Suatu motor Pembakaran dalam jenis torak dimana untuk menghasilkan kerja memerlukan dua langkah torak atau satu putaran poros engkol.

2. Motor Diesel 4 langkah

Prinsip kerja motor diesel 4 tak sama persis dengan motor bensin 4 tak, perbedaannya hanya pada proses pembakarannya. Motor bensin bahan bakarnya dibakar melalui percikan busi sedangkan motor diesel bahan bakarnya terbakar sendiri akibat panas dan tekanan yang tinggi

Prata-rata

A B

CD

VL

Lratarata

ratarata

VxPsiklusperKerja

toraklangkahvolume

siklus-perkerjaP

Perbandingan kompresi : r = Vmax/Vmin

r = VBDC/VTDC

Daya yang dihasilkan oleh Motor Bakar :

PSaxnxzxVxP

PSxaxnxzxVxPN

Lratarata

xxLratarata

000.450

75100601

dimana : Ｎ : daya motor (PS)

Prata^rata : tekanan efektif rata-rata (kg/cm2)

VL : volume langkah torak (cm3) z : jumlah silinder n : putaran poros engkol (rpm) a : jumlah siklus per-putaran

motor 2 langkah (a=1)

motor 4 langkah (a=1/2)

1 PS = 75 kg.m/detik

Antara effisiensi siklus udara (ideal) dan siklus sebenarnya terdapat hubungan tertentu yaitu pada effisiensi indikator.

Effisiensi indikator diperoleh dari hasil pengukuran dan di definisikan sebagai :

siklus-perdimasukkanygenergi

sebenarnyasiklusperkerjai

i bensin ≈ 0,5 – 0,75 i volume konstan

i diesel ≈ 0,75 – 0,85 i tekanan terbatas

≈ 0,65 – 0, 80 i tekanan konstan

dimana

i bensin ≈ 0,25 – 0,45

i diesel ≈ 0,40 – 0,55

Jika Pi rata-rata diketahui, maka daya indikator dapat dihitung sebagai

PSxaxnxzxVxPN Lratarataii 000.4501

Dalam siklus aktual kalor input tidak dimasukkan dari luar, melainkan diperoleh dari hasil pembakaran di dalam silinder. Jumlah energi bahan bakar (Qm) tersebut adalah

PxQxfxG

PSxQxfxG

PSxQxGQ

atau

jamkcalQxfxGQxGQ

c

o

a

xc

o

a

xc

o

fm

c

o

ac

o

fm

6321

753600427

753600427

/

udarabakarbahananperbandingGGf

kgkcalbakarbahankalornilaiQ

jamkgdigunakanyangudarajumlahG

jamkgdigunakanyangbakarbahanjumlahG

o

a

o

f

c

o

a

o

f

/

)/(

/

/

Dengan efisiensi termal indikator (i) dapat dinyatakan sebagai

54273

427753600

.

632..

x

c

o

f

Lrataratai

c

o

f

ix

c

o

f

ii

xQG

axnxzxVxP

QG

Nx

QG

N

Misalkan dari pengukuran diagram indikator sebuah motor bakar torak diketahui Pi rata-rata = 7,5 kg/cm2. Apabila VL = 900 cm3 , z = 6, n = 2000 rpm, motor 2 langkah (a=1), jumlah bahan bakar yang terpakai Gf = 25,29 kg/jam dan Qc = 10000 kcal/kg.

maka

%4545,0

1801200069005,7

427753600

000.1029,25180

000.4501

xxi

i

x

dan

PSxxxxxN

PSxaxnxzxVxPN Lratarataii 000.4501

DAYA MOTORDaya Motor :N = P rata-rata x VL x z x n x a (1/(60x100x75) [PS]

N = Daya motor [PS]P rata-rata = Tek. efektif rata-rata [kg/cm2]VL = Vol. langkah torak per silinder [cm3]

z = Jumlah silindern = Putaran poros engkol [RPM]a = Jumlah siklus per putaran [siklus/put]

1 utk 2 langkah 2 utk 4 langkah

1 PS = 75 kg m/sDaya motor satuan metris : PS 1 PS = 735,5 W

non metris : HP 1 HP = 746 W

DAYA EFEKTIF ( DAYA POROS (NE) )

Ne Daya yang berguna ( krn poros yang menggerakkan beban)

Ne Dibangkitkan oleh DAYA INDIKASI (Ni) yaitu daya gas hasil pembakaran yang menggerakkan torak

Ni = (Pi rata-rata x VL x z x n x a) / 450000 [PS]

Daya indikasi digunakan untuk :Mengatasi gesekan mekanik (gesekan antara torak-silinder, poros-bantalan)Menggerakkan aksesoris (pompa pelumas, pompa air pendingin, pompa bahan bakar, generator dsb)

Daya Efektif (Ne) = Daya Indikasi (Ni) – Daya yang digunakan menanggulasi kerugian mekanis (Nm)Ne = Ni – Nm [PS]

Nm = (Pm rata-rata x VL x z x n x a) / 450000 [PS]

Pe = Pi – Pm [kg/cm2]

DAYA EFEKTIF =Ne = (Pe rata-rata x VL x z x n x a) / 450000 [PS]

Beberapa Definisi Tentang Prestasi

Energi Bahan

Bakar

Daya Indikator

(Ni )

Daya Gesek (Ng )

Mengatasi Gesekan Mekanis

- Gesekan torak dg dinding silinder

- Gesekan antara poros dg bantalan Daya aksesoris (Na )

Menggerakkan Aksesoris

- pompa pelumas

- pompa air pendingin

- generator, dll Daya Poros/ Daya Efektif (Ne )

Menggerakkan Poros Daya Poros/Daya Efektif (Ne )

Ne = Ni – (Ng + Na )

PSnT

xTxn

Ne 2,71675

1

30

dan

T : momen putar (kg m)

n : putaran poros engkol per menit

Effisiensi mekanis

rataratai

rataratae

i

em P

P

N

N

Effisiensi termal efektif )( e

ime

cf

Lratarataee

cf

e

cf

ee

xx

QG

axnxzxVxP

xQG

Nxx

QG

N

.

5427

3

632427

753600

Memperhitungkan Besarnya Kerugian

Pemakaian Bahan Bakar Spesifik

)(

)(

/

/

PSjamkg

e

fe

PSjamkg

i

fi

efektifspesifikbakarbahanpemakaianN

GB

indikatorspesifikbakarbahanpemakaianN

GB

Prestasi pada daerah operasiKonsumsi bahan bakar Kebisingan Emisi polutanHargaKehandalan (reliability), ketahanan (durability), dan keterawatan

(maintenability), serta pengaruhnya pada ketersediaan (availability)

biaya operasi

Dimana: = laju aliran bahan bakarLHV (Lower Heating Value) = Nilai Kalor BawahHHV (Higher Heating Value) = Nilai Kalor Atas

LHV dan HHV diperoleh dengan alat Bom Calorimeter.LHV bensin 42697 kJ/kg, LHV solar 43057 kJ/kgLHV hidrokarbon: 42 - 44 MJ/kg

Micro Oval & Counter

Buret

Stopwatch

Pada turbin gas, pertama-tama udara diperoleh dari udara dan dikompresi dengan menggunakan kompresor udara. Udara kompresi kemudian disalurkan ke ruang bakar, dimana udara dipanaskan. Udara panas kemudian dialirkan ke sudu bergerak sehingga menimbulkan gerak putar pada runner. Selama proses ini udara berekspansi dan akhirnya dibuang ke atmosfir. Bagian utama dari daya yang dihasilkan turbin digunakan oleh kompresor.Daya sisanya dimanfaatkan untuk kerja eksternal.

Perbandingan Antara Turbin Gas Dengan Turbin Uap

Turbin Gas Siklus Tertutup

Turbin gas siklus tertutup terdiri dari sebuah kompresor, ruang pemanas(heating chamber), turbin gas yang menggerakkan generator dan kompresor,dan ruang pendingin (cooling chamber).

Proses 1-2 memperlihatkan pemanasan udara di dalam ruang pemanas padatekanan konstan. Proses 2-3 memperlihatkan ekspansi isentropik udara di dalam turbin. Proses 3-4 memperlihatkan pendinginan udara pada tekanan konstan diruang pendingin. Terakhir, proses 4-1 memperlihatkan kompresi isentropik udara di kompresor.

SIKLUS BRAYTON AKTUAL KARENA BANYAK PENYIMPANGAN DALAM OPERASI TURBIN GAS

BEBERAPA PENGARUH YANG HARUS DIPERTIMBANGKAN :

Inefisiensi kompresi dan ekspansi yang menyebabkan garis isentropik berbelok kekanan.

Kerugian tekanan selama penambahan dan pembuangan panas yang menyebabkan garis tekanan konstan menurun

Variasi panas jenis Variabel laju aliran massa : aliran pendingin

mesin, dll Inefisiensi pembakaran Beban aksesori mesin

MODIFIKASI SIKLUS BRAYTON

Untuk menaikkan Efisiensi aktualnya dengan menaikkan T3 Dengan beberapa modifikasi :

Regenerasi atau regenerative Pendinginan antara atau intercooling Pemanasan ulang atau reheat Gabungan ketiganya yaitu regenerative,

intercooling dan reheat

INTERCOOLING

Daya yang dihasilkan turbin sebagian besar digunakan oleh kompresor. Daya ini bisa diturunkan dengan mengkompresi udara secara dua tingkat dan menggunakan intercooler diantara kedua tingkat tersebut. Pengaturan secara skematik untuk intercooler diperlihatkan oleh gambar

Pertama-tama udara dikompresi di kompresor pertama, yang disebut “kompresor tekanan rendah” (LP kompresor). Karena kompresi ini, tekanan dan temperatur udara meningkat. Sekarang udara diteruskan ke intercooler (pendingin antara) yang akan menurunkan temperatur udara kompresi ketemperatur awal, tetapi tekanan tetap konstan. Setelah itu, udara kompresi sekali lagi dikompresi di kompresor kedua yang disebut sebagai “kompresor tekanan tinggi” (HP kompresor). Sekarang udara kompresi diteruskan ke ruang pemanas dan kemudian keturbin. Akhirnya udara didinginkan di ruang pendingin dan kembali di kompresi ke kompresor tekanan rendah.

Proses intercooling udara pada dua tingkat kompresi diperlihatkan dengan diagram T-s pada gambar

Proses 1-2 menunjukkan pemanasan udara di ruang pemanas pada tekanankonstan. Proses 2-3 memperlihatkan ekspansi isentropik udara pada turbin.Proses 3-4 adalah pendinginan udara di ruang pendingin pada tekanan konstan.Proses 4-5 adalah kompresi udara di LP kompresor. Proses 5-6 adalahpendinginan udara pada intercooler pada tekanan konstan. Terakhir, proses 6-1adalah kompresi udara pada HP kompresor

REHEATING

Output turbin gas bisa ditingkatkan secara berarti dengan mengekspansikan udara panas dalam dua tingkat dengan reheater diantara dua tingkat.

Udara pertama-tama dikompresi dengan kompresor, dan diteruskan ke ruang pemanas, dan kemudian ke turbin pertama. Kemudian udara sekali lagi dilewatkan ke ruang pemanas yang lainnya dan kemudian dialirkan ke turbin kedua. Terakhir turbin didinginkan di ruang pendingin dan setelah itu diteruskan ke kompresor.

DIAGRAM T-S REHEAT

Proses 1-2 : pemanasan udara di ruang pemanas pertama pada tekanankonstan.Proses 2-3 : ekspansi isentropik udara pada turbin pertama.Proses 3-4 : pemanasan udara pada ruang pemanas kedua. Pada tekanankonstan.Proses 4-5 : ekspansi isentropik udara pada turbin kedua.Proses 5-6 : pendinginan udara pada intercooler pada tekanan konstan.Proses 6-1 : kompresi udara pada kompresor

TURBIN GAS REGENERATIFTemperature di pembuangan turbin pada sebuah turbin gas biasanya jauh lebih besar jika dari temperature lingkungan. Oleh karenanya, gas panas yang keluar dari pembuangan turbin memiliki potensial untuk digunakan yang akan hilang tak kembali jika gas tersebut langsung dibuang ke lingkungan. Salah satu cara untuk memanfaatkan potensi tersebut adalah dengan menggunakan alat penukar kalor yang dinamakan regenerator, di mana udara yang keluar dari kompresor akan melalui proses pra-pemanasan yang dibutuhkan untuk pembakaran

REGENERATIVE, INTERCOOLING, REHEAT

Pada proses ini ketiganya dilaksanakan bersama – sama yang juga disebut dengan proses ericsson.

Proses ini memodifikasi proses brayton dengan mengubah :

Proses adiabatik menjadi proses isotermal Kompresor bertingkat dengan intercoder Turbin bertingkat dengan reheat

KETEL UAPKetel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam

MOTOR PEMBAKARAN LUARAdalah jenis engine kalori dimana sering juga disebut pesawat dengan bahan bakar fosil untuk tenaga dengan penguapan melalui proses pembakaran diluar.

KLASIFIKASI KETEL UAP

A. Menurut jenisnya :1. Ketel pipa api

gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang.Sebagai pedoman, fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boiler dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya

KETEL PIPA API

2. Ketel pipa airair umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.

KETEL PIPA AIR

MENURUT KEGUNAAN

Ketel stasioner ( stasionary boiler ) atau ketel tetapyang termasuk stasioner adalah ketel-ketel yang didudukan pada suatu pondasi yang tetap, seperti ketel untuk pembangkitan tenaga, untuk industri dll

b, ketel mobil ( mobile boiler ), yang termasuk ketel mobil adalah ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah (mobil ), seperti boiler lokomotif, loko mobile dan ketel panjang serta lain yan sepertinya termasuk ketel kapal (marine boiler)

RANGKA BAKAR PADA KETEL UAP

1. Internal furnace (Rangka bakar didalam)dalam hai ini dapur berada (pembakaran terjadi )di bagian dalam ketel . kebanyakan ketel pipa api memakai system ini

2. Ketel dengan pembakaran di luar ( outernally fired steam boiler ) 

dalam hai ini dapur berada (pembakaran terjadi )di bagian dalam ketel . kebanyakan ketel pipa air memakai system ini

BERDASARKAN JUMLAH LORONG (BOILER TUBE )

a. Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler ).pada single tube steam boiler, hanya terdapat 1 lorong saja, lorong api maupun lorong air. Cornish boiler adalah single fire tube boiler dan simple vertikal boiler adalah single water tube boiler.

b. Ketel dengan lorong ganda ( multi tube steam boiler )multi fire tube boiler misalnya ketel scotch dan multi water tube boiler misalnya ketel B dan W dll

BERDASARKAN PADA POROS TUTUP DRUM (SHELL)

a. Ketel tegak ( vertikal steam boiler ), seperti ketel cocharn, ketel clarkson dll

Ketel mendatar ( horizontal steam boiler ), seperti ketel cornish, lancashire, scotch dll.

BERDASARKAN BENTUK DAN LETAK PIPA

ketel dengan pipa lurus, bengkok dan berlekak-lekuk ( stright, bent and sinous tubeler heating surface )

BERDASARKAN PEREDARAN AIR KETEL

( WATER CIRCULATION )

a. Ketel dengan peredaran alam ( natural circulation steam boiler ) pada natural circulation boiler, peredaran air dalam ketel terjadi secara alami yaitu air yang ringan naik, sedangkan terjadilah aliran aliran conveksi alami. Umumnya ketel beroperasi secara aliran alami, seperti ketel lancashire, babcock & wilcox

b. Ketel dengan peredaran paksa ( forced circulation steam boiler )

pada ketel dengan aliran paksa, aliran peksa diperoleh dari  sebuah pompa centrifugal yang digerakkan dengan elektric motor misalnya la-mont boiler, benson boiler, loeffer boiler dan velcan boiler.

BERDASARKAN TEKANAN KERJANYA

a.tekanan kerja rendah     : ≤5 atmb.tekanan kerja sedang    : 5-40 atmc.tekanan kerja tinggi  : 40-80 atmd.tekanan kerja sangat tinggi  : >80 atm

BERDASARKAN KAPASITASNYA

a.kapasitas rendah   : ≤2500 kg/jamb.kapasitas sedang  : 2500-50000 kg/jamc.kapasitas tinggi   : >50000 kg/jam

BERDASARKAN PADA SUMBER PANASNYA (HEAT SOURCE )

a.ketel uap dengan bahan bakar alamib.ketel uap dengan bahan bakar buatanc.ketel uap dengan dapur listrikd.ketel uap dengan energi nuklir

CONTOH KETEL UAP YANG BANYAK DIGUNAKAN

Babcock & wilcox

Ketel tangki horisontal

Ketel locomobile

KARAKTERISTIK KETEL UAP

Tekanan kerja ketel uap dinyatakan dalam N/m², Bar atau kg/cm²

Luas permukaan pemanas total dari ketel dinyatakan dalam m²

Pemakaian bahan bakar tiap m² dari luas rangka bakar dinyatakan dalam kg/m² luas rangka bakar.

Produksi uap tiap m² dari luas pemanas dinyatakan dalam kg/m² luas pemanas.

Produksi uap tiap jamnya dinyatakan dalam kg/jam uap yang dihasilkan

KAPASITAS BOILER

B = Ms (h – hf )/1000 (KB/jam)B = kapasitas ketel , kilo Btu/jamMs = produksi uap , lb/jamH = enthalpi uap yang diketahui tekanan dan

suhu, Btu/lbHf = enthalpi fluida cair pada saat masuk

kedalam ketel, Btu/lb

BOILER HORSE POWER

Didasarkan pada kebutuhan mesin uap yang memanfaatkan 30 lb uap tiap daya kuda atau hp. Pada tekanan kerja 70 psi dan suhu 100 °F atau dapat dinyatakan dalam bentuk :

Penguapan 34,5 lb air/jam padasuhu 212 °F ( 33.475,35 Btu/jam) yang berarti konversi dari 34,5 lb air/jam dari air pada suhu 212 °F menjadi uap kering dengan tekanan atmosfir normal sebesar 14,7 psia. Tiap lb uap dihasilkan pada kondisi tersebut membutuhkan enthalpi penguapan pada tekanan atmosfir normal sebesar 970,3 Btu

BOILER HORSE POWER

Boiler Hp = Ms (H – Hf )/970,3 x 34,5