TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Skema Oraganic Rankine Cycle Pada penelitian ini sistem Organic Rankine Cycle secara umum dibutuhkan sebuah alat uji sistem ORC yang terdiri dari pompa, boiler, turbin dan condenser. Namun, pada alat uji yang digunakan ini dibuat dengan menambah bagian seperti plate heat exchanger, plate heat exchanger, booster pump, referigrant accumulator, referigrant receiver, heater dan thermostat. Data diperoleh dengan menggunakan data akuisisi (NI-DAQ).
Gambar 3.1 Skema Siklus Rankine Organik Sumber : Mesin Konversi Energi, edisi revisi, Ir. Astu Pudjanarsa,MT dan Prof. Ir.Djati Nursuhud, MSME)
Universitas Mercu Buana
21
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Berikut adalah komponen-komponen alat uji siklus rankine organik yang digunakan: 3.1.1 Motor listrik
Gambar 3.2 Motor Listrik Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau bisa disebut motor listrik ini memiliki peran yang penting didalam sistem siklus rankine organik. Pompa ini berfungsi untuk menggerakan atau memutar memutarkan pompa power steering dengan menggunakan pully dan belt sebagai penghubung. Berikut ini adalah data yang terdapat pada Motor listrik : Daya motor listrik : 1 PK Sumber listrik
: 1 Phase
Volt/Hz
: 220 volt/ 50 Hz
Universitas Mercu Buana
22
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.2 Booster Pump
Gambar 3.3 Booster pump
Gambar 3.3 Booster Pump Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Booster pump atau biasa disebut dengan pompa pendorong, berfungsi hanya untuk untuk mendorong fluida kerja didalam melakukan sirkulasi untuk sebuah sistem. Berikut ini adalah data dari booster pump : Merk
: Wasser
Jenis pompa
: Axial
Tegangan/Hz : 220/50 Daya
: 60W
Kapasitas
: 30 lpm
Universitas Mercu Buana
23
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.3 Plate Heat Exchanger
Gambar 3.4 Plate heat exchanger Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Plate heat axchanger berfungsi sebagai alat penukar kalor pada sistem siklus rankine organik digunakan 2 buah plate heat exchanger dimana satu buah berfungsi sebagai evaporator dan yang satu lagi berfungsi sebagai condenser. Berikut data dari plate heat exchanger:
Tipe
: plate dan coil
Material
: tembaga
Universitas Mercu Buana
24
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.4 Filter Dryer
Gambar 3.5 Filter Dryer Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Filter dryer adalah alat yang berfungsi untuk menyaring partikelpertikel kecil seperti serpihan logam, plastic, dan debu serta benda asing yang dapat membahayakan plate heat exchanger. Selain itu alat ini juga bermanfaat untuk menangkap uap air yang dapat menghambat proses perpindahan kalor di plate heat exchanger, filter dryer ditempatkan setelah pompa magnet.
Universitas Mercu Buana
25
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.5 Shut-Off Valve
Gambar 3.6 Shut-Off Valve Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Shut-off valve adalah komponen yang dgunakan sebagai kran buka tutup aliran referigrant, aliran masuk ke receiver dan aliran air panas heat storage tank. Shut-off valve pada sistem ini digunakan untuk memasukan referigrant dan air.
3.1.6 Referigrant Accumulator
Gambar 3.7 Referigrant Accumulator Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Universitas Mercu Buana
26
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Referigrant accumulator berfungsi untuk memisahkan antara fase cair dan gas. Pemakaian referigrant accumulator berguna untuk memastikan bahwa fluida yang masuk sebelum turbin adalah fase gas.
3.1.7 Liquid Receiver Liquid receiver memiliki fungsi sebagai pemisah antara fase gas dan cair setelah proses kondensasi pada plate heat exchanger. Liquid receiver berguna untuk memastikan bahwa fluida kerja sebelum pompa steam adalah fase cair.
Gambar 3.8 Liquid receiver Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
3.1.8 Heater Heater berfungsi untuk memanaskan air dengan temparatur tertentu menggunakan thermostat. Pada sistem siklus rankine organik
Universitas Mercu Buana
27
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
heater memiliki peran yang cukup penting sebagai sumber panas yang didapat.
Gambar 3.9 Heater Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
3.1.9 Turbin Turbin berfungsi untuk memutarkan alternator agar dapat menghasilkan energi listrik. Pada alat uji yang digunakan fungsi kerja turbin diaplikasikan dengan menggunakan turbocharger yang funsinya agar kita mengetahui kecepatan poros yang didapat sehingga dapat menggerakan alternator.
Universitas Mercu Buana
28
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Gambar 3.10 Turbocharger Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
3.1.10 Pressure Transmitter Pressure transmitter berfungsi untuk mengukur tekanan dan dapat langsung terlihat hasil pengukurannya melalui data akuisisi yang disambungkan ke computer, dipasang pada titik yang dibutuhkan dalam pengambilan data. Berikut data pressure transmitter yang digunakan :
Gambar 3.11 Pressure Transmitter Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Universitas Mercu Buana
29
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.11 Automatic Voltage Regulator Alat ini berfungsi untuk mengatur tegangan. Dalam sistem rankine organik alat ini berfunsi untuk mengatur tegangan dari motor listrik. Berikut ini data dari automatic voltage regulator : Merk
: OKI
Model
: AVR-500
Input
:50/60 Hz
Output
: 110/220V
Kapasitas
: 500VA
Gambar 3.12 Automatic voltage regulator Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Universitas Mercu Buana
30
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.12 Heat Storage Tank Heat storage tank berfungsi sebagai penampung air panas dengan temperatur yang ditentukan menggunakan thermostat. Air panas yang didalam heat storage tank melakukan sistem sirkulasi agar terjadi perpindahan kalor pada plate heat exchanger.
Gambar 3.13 Heat storage tank Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
3.1.13 Alat Pendingin Alat pendingin ini adalah suatu rangkaian-rangkaian yang mampu bekerja untuk menghasilkan suhu atau temperatur dingin pada air dalam bak. Alat ini pun bisa disetting berapa suhu atau temperatur yang di inginkan
Universitas Mercu Buana
31
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Gambar 3.14 Alat Pendingin Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
3.1.14 Thermocouple
Gambar 3.15 Thermocouple Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Thermocouple berfungsi untuk mengukur temperature dalam pipa. Pada sistem ini kami menggunakan 4 titik pengukuran temperatur.
Universitas Mercu Buana
32
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.15 Pompa Power Steering
Gambar 3.16 Pompa Power Steering Sumber : Proses perakitan tanggal 11 Desember2013
Pompa memiliki peran yang penting didalam sistem siklus rankine organik. Pompa ini berfungsi untuk meningkatkan tekanan dan temperatur dengan memompakan fluida kerja refrigeran. Berikut ini data dari Pompa Power Steering Merek
: Toyota Kijang Grand
Jenis Pompa : Sentrifugal Fluida Kerja : R-22 Lubrican
: Syntetic
Max Pressure : 11 bar
Universitas Mercu Buana
33
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.16 Sight Glass
Gambar 3.17 Sight Glass Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Sight glass adalah lubang kaca untuk memeriksa dan mengetahui aliran refrigerant didala pipa dalam bentuk uap atau cair
3.1.17 Silenoid Valve
Gambar 3.18 Silenoid Valve Sumber : Proses perakitan tanggal 11 Desember2013
Universitas Mercu Buana
34
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Silenoid valve atau katup solenoid dapat dipergunakan untuk menyekat aliran refrieran pada saat system sedang tidak bekerja,karena system solenoid valve bekerja menggunakan listrik. Dalam sistem ini silenoid valve dipasang menuju dan sesudah turbo charger untuk membuka aliran uap
3.1.18 Data Akuisisi (NI-DAQ)
Gambar 3.19 Data Akuisisi (NI-DAQ) Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
Alat ini berfungsi untuk mengukur parameter temperatur dan tekanan yang ada pada sistem dengan berbasis komputer, dimana hasil pengukuran ditampilkan melalui layar monitor komputer. Untuk pengukuran tekanan pada DAQ ini menggunakan signal dari arus sedangkan pengukuran temperatur dengan menggunakan signal tegangan.
Universitas Mercu Buana
35
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.1.19 Termostat Alat ini berfungsi untuk mengatur temperatur pada air panas di dalam Heat Storage Tank.
Gambar 3.20 Termostat Sumber : Proses perakitan tanggal 9 Juli 2013
3.2 Tes Kebocoran Setelah semua komponen terpasang dengan baik (beserta alat ukur), kemudian terlebih dahulu dilakukan tes kebocoran dengan tujuan agar pada saat dijalankan sistem berjalan dengan baik tanpa menggangu kinerja sistem. Adapun cara untuk tes kebocoran adalah sebaagi berikut : 1. pastikan semua keadaan dalam keadaan off (tidak ada listrik yang mengalir). 2. sistem diisi dengn nitrogen shingga sistem memiliki tekanan ± 10 bar. 3. Kebocoran terjadi apabila tekanannya menjadi turun dan dapat dilihat melalui NI (DAQ) pada monitor komputer atau pressure gauge.
Universitas Mercu Buana
36
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
4. Pada pipa di tes dengan menggunakan busa sabun untuk mengetahui adanya kebocoran atau tidak. 5. Tandai setiap tempat jika ada yang terjadi kebocoran untuk segera diperbaiki.
3.3 Pengujian Alat Uji Adapun prosedur pengujian adalah sebagai berikut : a. Bak boiller dan kondensor diisi dengan air. b. Menyalakan semua kelistrikan c. Mengaktifakan NI (DAQ) untuk membaca parameter-parameter yang ingin diukur d. Nyalakan heater dan alat pendingin Dengan Suhu 50 oC dan 20 oC e. kemudian pompa dihidupkan untuk mengalirkan air kedalam plat heat exchanger. f. Tunggu sampai 15 menit untuk melakukan running pada plat heat exchanger dingin dan panas g.
Masukan refrigeran R134a melalui reciever dengan tekanan 3 sampai 4 Bar
3.4 Pengambilan Data Setelah dilakukan pengujian dan pengisian refrigeran, maka langkah selanjutnya yaitu pengambilan data. Adapun prosedur pengambilan data adalah sebagai berikut : a. Data yang pertama yaitu menguji dengan suhu 10
o
C dengan
mensetting alat pendingin
Universitas Mercu Buana
37
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
b. Kemudian data dicatat. Data yang dicatat meliputi tekanan dan temperatur. Ada 4 (empat) titik yang harus dicatat meliputi tekanan input output dan temperatur input output pada kondensor. Sedangkan yang menjadi data yaitu temperatur input dan output dari kondensor serta temperatur lingkungan c. Proses diatas diulang untuk pengambilan data dan dilakukan sebanyak 3 (tiga) kali d. Dan pengambilan data pada alat pendingin dengan suhu 10 oC, 15 oC dan 20 oC
Universitas Mercu Buana
38
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
3.4 Diagram Alir
Mulai
Studi Pustaka
Pengumpulan Data: • Diskusi • Data komponen alat • Data Kondensor / PHE (Plat HeatExcanger) Perbaikan
Pengujian :
1. Proses pengujian laju aliran volume 2. Proses pengujian laju aliran massa air 3. Proses pengujian temperatur air keluar
Analisa Kesalahan
Analaisis Data
tidak ya
Data Hasil Kesalahan
Hasil Analisis Data
Kesimpulan
Selesai
Universitas Mercu Buana
39
