TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
BAB IV PERCOBAAN , ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN
Proses analisa alat uji pada sistem organic rankine cycle ini menggunakan data Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties dan perhitungan berdasarkan rumus teori sebagai pendukung dalam melakukan analisa untuk mengetehui nilai laju aliran volume, laju aliran massa air dan temperatur air keluar dari Plat Heat Exchanger dingin (kondensor).
4.1 Proses pembuatan alat uji Proses ini dilakukan yaitu dengan menyiapkan seluruh perlengkapan komponen yang digunakan sistem organic rankine cycle. Ada pun komponen – komponen sistem organic rankine ini terdiri dari pompa steam, plate heat exchanger, liquid receiver, refrigerant accumulator,filter dryer, automatic voltage regulator, water tank, heater, thermocouple, pressure transmitter dan alat pendukung lainnya. Pemasangan komponen-komponen terssebut dilakukan dengan beberapa tahap : Universitas Mercu Buana
40
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
1. Tahap : menyiapkan kebutuhan pipa yang digunakan, serta napple dan nut yang berfungsi sebagai penghubung antara pipa-pipa dengan komponen yang lain. 2. Tahap : melakukan penyambungan pipa sebagai penghubung antar komponen yaitu dengan menggunkan napple dan nut serta melakukan proses pengelasan yang menggunakan las asetilin pada komponenkomponen yang tidak bisa dihubungkan dengan napple dan nut. 3. Tahap : melakukan pengecekan kembali tiap sambungan pada komponen.
4.2 Proses percobaan alat uji
Gambar 4.1 Skema ORC pada alat uji. Sumber :Proses perakitan alat tanggal 23 Juli 2013
Proses percobaan alat uji ini dilakukan beberapa kali dengan menggunakan nitrogen yang dimasukan kedalam rangkaian dengan pressure 10 bar selama 24
Universitas Mercu Buana
41
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
jam. Percobaan alat uji ini dilakukan dengan beberapa tahap, dan ditemukan beberapa kendala yaitu : Tabel 4.1 Percobaan 1 No
Permasalahan
Bagian
Tindakan dan Perbaikan
1
Kebocoran
Nut Napple
2
Kebocoran
Sambungan Pompa steam
Penambahan seal tape dan pengeleman dengan menggunakan lem dexton
3
Kebocoran
Sambungan Pressure transmitter dan Thermocouple
Pada pressure transmitter dilakukan penguncian dengan look tight dan penambahan seal tape, sedangkan pada thermocouple dilakukan dengan penjepitan pipa 1/8 inch dengan tank khusus dan pengeleman dengan menggunakan lem dexton.
4
Kebocoran
Pipa plate heat exchanger
Dilakukan pengelasan pada bagian pipa yang bocor dengan menggunakan pengelasan yaitu dengan las asitelin.
dan
Penguncian dengan menggunakan seal tape dan lock tight.
Sumber : Proses percobaan alat tanggal 23 Juli 2013
Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui tingkat kebocoran pada sistem maupun masing-masing komponen dengan tekana 10 bar. hasil percobaan dapat dilihat dalam tabel percobaan tahap 1. Setelah proses
pengecekan maupun
perbaikan selesai, kemudian dilakukan kembali percobaan ke dua. Percobaan kedua ini menggunakan Refrigerant R22 yang bertujuan untuk mengetahui kebocoran kinerja pada pompa. Namun, didalam percobaan alat uji terdapat beberapa masalah. Tabel 4.2 Percobaan 2 No 1
Permasalahan
Bagian
Komponen tidak bekerja /menaikkan Pompa tekanan fluida kerja
Tindakan dan Perbaikan Menjaga suhu fluida kerja agar tetap cair.
Sumber : Proses percobaan alat tanggal 29 Juli 2013
Universitas Mercu Buana
42
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Permasalahan diatas terjadi akibat pompa steam tersebut tidak dapat berfungsi. Hal ini terjadi karena fluida kerja yang digunakan sudah mengalami perubahan fase. Sehingga pompa tidak dapat menghisap dan mendorong fluida kerja dari liquid receiver.
4.3 Pengujian Alat Uji Selanjutnya sebelum pengisian refrigeran dilakukan, maka dapat dilakukan proes pengujian terlebih dahulu. 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
4.4 Pengisian refrigeran Sebelum alat uji digunakan terlebih dahulu diisi refrigeran. Tahapan pengisian refrigeran yaitu :
Universitas Mercu Buana
43
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
a. Memvakumkan sistem, untuk menghilangkan udara yang terdapat dalam sistem dilakukan dengan menggunakan pompa vakum. Proses vakum memerlukan waktu antara 10 s/d 15 menit, dengan tekanan mencapai -30 Psi. Setelah sudah mencapai 10 s/d 15 menit pompa vakum dimatikan dan reciver di tutup. b. Pengisian refrigeran, yang dilakukan yaitu dengan cara membuka sedikit refrigerant dan cable charging manifold dipasang kan ke reciver lalu reciver dibuka.
4.5 Prosedur 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 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 kondensor dengan suhu 10 oC, 15 oC dan 20 oC
Universitas Mercu Buana
44
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
4.6 Pengambilan data pada kondensor Pengukuran ini dilakukan di Laboraturium Teknik Pendingin, Perpindahan Kalor, Mekanika Fluida dan Thermodinamika
Fakultas Teknik Universitas
Indonesia. Pengukuran dilakukan menggunakan alat ukur thermokopel pada tanggal 27 Desember 2013. Data hasil pengujian pada kondensor dapat dilihat pada tabel sebagai berikut : 4.3 Tabel Data Kondensor Temperatur
Presserr
Density
Entalpy
Entropy
kg/m3
kj/kg
kj/kg.k
o
C
In
Out
40,5
8,5
In
Out
In
Out
In
Out
In
Out
0,944 9,678 3,7528 1268,7 438,01 221,62 1,9504 1,0400
diketahui entalpy (h 2 ) sebesar 438,01 kJ/kg dengan kualitas refrigeran Superheated dan entalpy (h 3 ) sebesar 221,62 Kj/kg dengan kualitas Subcooled.
4.7 Laju Aliran pada Kondensor Untuk menghitung laju aliran pada kondensor adalah sebagai berikut:
Q kond = m ref
= 0,111 kg/s
h2
= 438,01 kJ/kg
h3
= 221,62 kJ/kg
Universitas Mercu Buana
45
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Sehingga: Q kond = 24,01929
Kj/s
Untuk mensirkulasi air dalam kondensor digunakan pompa. Laju aliran masa air dengan temperatur 10 oC dan temperatur lingkungan 30 oC adalah :
\
Maka laju aliran volume yaitu :
Dan Temperatur Air Keluar dari Kondensor Yaitu :
Dimana : T wi
= 10 oC
Q kond = 24,01929 Kj/s m air = 0,2877 kg/s Cp
= 4,174 Kj/kg oC
Sehingga : T wo = 30,00 oC
Universitas Mercu Buana
46
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Tabel 4.4 Temperatur Laju Aliran Volume, Masa dan Temperatur Air Keluar No.
1 2 3
Temperatur
Laju aliran
Laju aliran
Temperatur air
T wi (oC)
volume
Q kond
masa air
keluar dari
V air (m3/s)
(kJ/s)
m air (kg/s)
kondensor T wo (oC)
10
0,000289
24,01929
0,2877
30.00
15
0,000396
24,01929
0,3836
30.00
20
0,000577
24,01929
0,5754
30.00
Grafik dari laju aliran volume, laju aliran massa air dan temperatur keluar kondensor adalah sebagai berikut :
Laju aliran volume pada kondensor dengan suhu 10 oC 15oC dan 20oC dapat dilihat pada grafik 4.1.
Grafik 4.1. Laju aliran volume
Universitas Mercu Buana
47
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Laju aliran masa air pada kondensor dengan suhu 10 oC 15oC dan 20oC dapat dilihat pada grafik 4.2.
Grafik 4.2. Laju aliran masa
Pada laju aliran volume dan laju aliran massa pada air mempunyai hampir kesamaan pada grafik hanya angka dan satuan yang berbeda, dikarenakan berapapun massa dan volumenya akan memiliki kesamaan Temperatur air keluar dari kondensor dengan suhu 10 oC 15oC dan 20oC dapat dilihat pada grafik 4.3.
Universitas Mercu Buana
48
TUGAS AKHIR
Program Studi Teknik Mesin
Grafik 4.3. Temperatur air keluar dari kondensor Dalam grafik ini pada suhu 10 oC 15oC dan 20oC temperatur keluar kondensor mengalami kesamaan temperatur yaitu sebesar 30oC . Jadi pada uap yang berasal dari boiler dan berubah menjadi cair dan dengan kualitas Subcooled.
Universitas Mercu Buana
49
