proceeding SEMINAR NASIONAL TEKNIK MESIN 2012 PENGHEMATAN PENGGUNAAN ENERGI BAHAN BAKAR FOSIL SERTA PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF DI INDONESIA

proceeding

SEMINAR NASIONAL TEKNIK MESIN 2012 PENGHEMATAN PENGGUNAAN ENERGI BAHAN BAKAR FOSIL SERTA PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF DI INDONESIA

Jakarta, 24 Oktober 2012

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PANCASILA Jl. Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan

SEMINAR NASIONAL TEKNIK MESIN 2012 PENGHEMATAN PENGGUNAAN ENERGI BAHAN BAKAR FOSIL SERTA PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF DI INDONESIA

Proceeding Jakarta, 24 Oktober 2012

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PANCASILA Jl. Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan i

DIPUBLIKASIKAN OLEH: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila

Dengan mengirimkan makalah kepada kami, makan seluruh penulis dalam prosiding ini kami anggap sudah memberikan pernyataan mengenai orisinalitas karya mereka serta mengijinkan penerbitannya dalam prosiding ini. Penerbit dan Panitia SEMNAS TM 2012 tidak bertanggung jawab terhadap kebenaran, kesalahan, dan keakuratan isi, serta akibat yang diakibatkan oleh penggunaan sebagian atau seluruh materi makalah dalam prosiding ini. Pengutipan, pengambilan, penggunaan, atau penerbitan kembali sebagian atau seluruh materi makalah dalam prosiding ini hanya dapat dilakukan atas ijin penulis yang bersangkutan. Penerbit dan Panitia SEMNAS TM 2012 tidak bertanggung jawab secara hukum atas akibat yang mungkin dihasilkan

Copyright © by Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Pancasila 2012

ii

Seminar Nasional Teknik Mesin 201 Jakarta, 24 Oktober 2012

KATA SAMBUTAN KETUA PANITIA PELAKSANA Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh dan salam sejahtera bagi kita semua Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena hanya atasberkat, rahmat dan karunia-Nya-lah seminar SEMNAS TM 2012 ini kembali dapat terselenggara pada hari ini, 24 Oktober 2012, di Gedung Fakultas Teknik Universitas Pancasila yang sangat kita cintai ini. SEMNAS TM 2012, yang merupakan kependekan dari Seminar Nasional Teknik Mesin 2012, adalah seminar tahunan, yang diharapkan dapat menjadi wahana pertukaran informasi hasil penelitian/karya ilmiah dari para mahasiswa dan akademisi di tingkat perguruan tinggi khususnya, serta para ilmuwan dan kalangan profesional dari seluruh Indonesia. Seminar ini diharapkan juga dapat menjadi forum diskusi ilmiah antar disiplin ilmu yang tercakup dalam berbagai bidang keilmuan, khususnya ilmu teknik, serta ilmuilmu lain yang terkait. Seluruh panitia SEMNAS TM 2012 telah berupaya keras untuk melakukan tugasnya dengan baik. Hal ini terlihat dari banyaknya artikel ilmiah yang telah kami terima. Setelah melalui proses penilaian yang cukup ketat oleh tim reviewer kami yang berasal dari perguruann tinggi dan lembaga penelitian di Indonesia, hanya sekitar 90% dari keseluruhan paper yang akhirnya dinilai layak untuk disajikan dalam serangkaian sesi presentasi yang diadakan selama seminar berlangsung, serta selanjutnya akan didokumentasikan dan diterbitkan dalam Proceeding SEMNAS TM 2012. Terima kasih yang setulus-tulusnya kami sampaikan kepada seluruh anggota tim pengarah dan reviewer, yang telah membantu terjaminnya kualitas artikel-artikel yang disajikan dalam seminar ini. Sebagai Ketua Panitia SEMNAS TM 2012, saya sampaikan penghargaan yang setinggitingginya atas antusias serta kerja keras yang telah ditunjukkan oleh seluruh anggota panitia, serta berbagai pihak yang telah terlibat secara langsung atau pun tidak langsung demi suksesnya seminar ini. Akhir kata, saya ucapkan terima kasih dan selamat datang kepada semua peneliti, dosen, mahasiswa, pihak industri, serta seluruh peserta SEMNAS TM 2012 ini. Kami akui bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penyelenggaraan acara ini, namun begitu kami selalu berharap adanya saran yang membangun untuk perbaikan di masa mendatang. Wassalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Ketua Panitia Pelaksana SEMNAS TM 2012,

Dr. Ir. Yohannes Dewanto, MT

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila

iii


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL KATA SAMBUTAN KETUA PELAKSANA SUSUNAN PANITIA DAFTAR ISI UCAPAN TERIMA KASIH

i iii iv v ix

A. KELOMPOK ENERGI TERBARUKAN 1. ENERGI LISTRIK TENAGA OMBAK GERAK VERTIKAL DENGAN “TAPERED CHANNEL” (K1-4-01)

A1

Soebyakto, M. Fajar Nurwildani, M. Agus Shidiq, Drajat Samyono

2. STUDI POTENSI ENERGI ANGIN (WIND ENERGY) DI CIREBON UNTUK TURBIN ANGIN (WIND TURBINE) KAPASITAS 900 W – 1000 W KEPERLUAN DAERAH NELAYAN DESA GEBANG KABUPATEN CIREBON (K1-7-02)

A8

W.Djoko Yudisworo dan Junial Heri

3. ANALISIS PRESTASI KETEL UAP DENGAN PENGUNAAN SUMBER PANAS ULANG GAS BUANG MOTOR BAKAR TORAK YANG MENGUNAKAN BAHAN BAKAR GAS ALAM. (K1-5-03)

A11

Bambang Hermani

4. DESAIN ALAT PENANGKAP GAS METHAN BAHAN SAMPAH ORGANIK DI PASAR (K1-9-04)

A16

Sugeng Suprijadi

5. GENERASI LISTRIK DARI ENERGI PEMBANGKIT TENAGA PANAS BUMI DI JAWA BARAT INDONESIA (K1-10-05)

A21

Agus Siswanto

6. STUDI AWAL KULTUR MIKROALGA Scenedesmus sp DENGAN MENGGUNAKAN WARNA PENCAHAYAAN BERSUMBER DARI LED SEBAGAI UPAYA PENYEDIA BAHAN BAKU BIODIESEL: SEBUAH RANCANGAN PENELITIAN (K1-32-06)

A26

Amalia Rizky Eka Putri, Agung Sedayu dan Satwiko Sidopekso

7. STUDI KARAKTERISTIK MODUL SURYA SISTEM 48 VOLT PADA DC HOUSE (K1-37-07)

A31

Riyan M. Satwiko S. dan Hadi N

8. STUDI UJI COBA WIND TURBINE MENGGUNAKAN ADJUSTABLE SPEED DRIVE SEDERHANA (K1-39-08)

A36

Kristin Natalia, Satwiko S. dan Hadi N

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

v


9. STUDI RANCANG BANGUN PORTABLE NANO HYDRO SEBAGAI ALTERNATIF SUMBER PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK (K1-43-10)

A40

Al Amin, Satwiko S dan Taufik

10. PERANCANGAN TURBIN ANGIN SAVONIUS KAPASITAS 110 W (K1-49-10)

A44

Eka Maulana dan Adri Huda

11. PENGUKURAN KANDUNGAN ENERGI PANAS PADA PANAS BUMI (K1-53-10)

A48

Nafsan Upara

B. KELOMPOK REKAYASA ENERGI 1. ANALISIS PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK PADA ELECTRIC ARC FURNACE DENGAN SISTEM WASTE HEAT RECOVERY (K2-6-01)

B1

Ade Nadjuri

2. ANALISA PENGARUH PENGGUNAAN DUA BUSI PADA KINERJA MESIN VESPA SCOOTER (K2-11-02)

B6

Imron rosyadi, Yusvardi Yusuf dan Heru Sulton

3. PEMANFAATAN GAS BUANG YANG MASUK KEDALAM EKONOMISER SEBAGAI PENINGKATAN KINERJA KETEL UAP PIPA AIR (K2-12-03)

B12

Wasiran

LISTRIK

B19

5. RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HYBRID (PANEL SURYA DAN WIND TURBINE) UNTUK SUPPLY DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS) (K2-15-10)

B23

4. RANCANG BANGUN PEMBANGKIT TENAGA MIKROHIDRO BERBASIS PEDESAAN (K2-14-09) Ibrahim Sb

Muhamad Soleh dan Safrizal

6. SIMULASI KURVA POLARISASI PEMFC TERHADAP PENGARUH PERUBAHAN PARAMETER TEKANAN, TEMPERATUR, DAN KELEMBABAN (K2-23-11)

B28

Anton Dwi Kusuma

7. STUDI PARAMETER DESAIN DAN OPERASI SIKLUS RANKINE ORGANIK SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI TERBUANG (K2-25-12)

B35

Darwin Rio Budi Syaka, Syarifuddin Ahmad dan Nugroho Gama Yoga


vi


8. THE ANALYSIS OF SOLARDEX FUEL HEATING AGAINST PERFORMANCE OF STATIONARY CYCLE DIESEL ENGINE (K2-26-13)

B40

Nugrah Rekto Prabowo

9. PENINGKATAN PERFORMANCE ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE MENGGUNAKAN INSERT UNTUK MENGURANGI KONSUMSI BAHAN BAKAR SISTEM PEMBANGKIT TENAGA (K2-27-14)

B45

Chandrasa Soekardi

10. OPTIMALISASI DESIGN ALAT ECONOMIZER SEBUAH HRSG INSTALASI PEMBANGKIT TENAGA GAS-UAP UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI ENERGI (K2-28-15)

B51

Chandrasa Soekardi

11. DESAIN ALAT APLIKATIF PEMANFAATAN LIMBAH PLASTIK POLIETILEN SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF MESIN BENSIN (K2-31-17)

B55

Ahmad Kholil, Eko Arif Syaefudin dan Fani Anggriawan

12. KARAKTERISTIK POLA ALIRAN NANOFLUIDA Al2O3-Water DI SUSUNAN SUB BULUH SEGI EMPAT (K2-41-18)

B61

Anwar Ilmar Ramadhan, As Natio Lasman dan Anggoro Septilarso

13. ANALISA KEMAMPUAN POMPA EMERGENCY SEAL BFP SEBAGAI ALTERNATIF PENGISI AIR MAIN DRUM UNIT 5 PLTU XY (K2-42-19)

B65

Yusvardi Yusuf, Slamet Wiyono dan Andi Rahman

14. ANALISA HASIL REAKSI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR YANG MENGGUNAKAN OKSIDATOR UDARA DAN MENGGUNAKAN GAS OKSIGEN (K2-48-21)

B72

Setiyono, I Gede Eka Lesmana dan Rini Prasetyani

15. MENINGKATKAN NILAI OKTAN BAHAN BAKAR DENGAN MENCAMPURKAN GAS HYDROGEN, DALAM RANGKA PENGHEMATAN BAHAN BAKAR DAN MENINGKATAKAN MUTU GAS BUANG (K2-51-22)

B77

Setiyono, I Gede Eka Lesmana dan Rini Prasetyani

16. PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO SKALA LABORATORIUM (K2-52-23)

B85

Rudi Hermawan, Eko Prasetyo, dan Ainil Syafitri

C. KELOMPOK DAMPAK LINGKUNGAN 1. ANALISIS KINERJA MESIN PENDINGIN COLD STORAGE DENGAN MENGGUNAKAN HIDROKARBON MUSICOOL 134 (K3-24-06)

C1

Ismail dan Widodo


vii


D. KELOMPOK MANUFAKTUR 1. OPTIMASI KERJA POMPA HIDRAM (K4-8-01)

D1

Mastur

2. PENGARUH SUHU AUSTEMPER PADA DUCTILE IRON TERHADAP STUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS (K4-29-03)

D8

Triyono dan Himawan HS

3. PERANCANGAN & ANALISA STYROFOAM PADA PROSES PENGEPAKAN TELEVISI (K4-33-04)

D13

Eko Prasetyo, Febryan Maulana dan Hasan Hariri

4. PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP STRUKTUR MAKRO DAN CACAT LAS BAJA KONTRUKSI BJ.44 PADA PROSES PENGELASAN SMAW MENGGUNAKAN KAMPUH SINGLE V DENGAN ELEKTRODA E6013 (K4-36-07)

D18

Imam Basori

5. OPTIMASI DESAIN MOULD PADA TIN BALL CASTING MACHINE UNTUK SKALA INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH (K4-40-08)

D22

Eddy Djatmiko, Titiek Ediyanto dan Agri Suwandi

6. STUDI KOMPARASI SERBUK NICKEL CHROMIUM ALUMINUM METCO 443NS DAN NICKEL ALUMINUM METCO 450NS TERHADAP SIFAT MEKANIS PERMUKAAN PADA PROSES THERMAL SPRAYING (K4-44-09)

D27

Sunardi, Ipick Setiawan dan Saepuloh

7. UPAYA MENURUNKAN SHORT SHOOT PROSES INJECTION DI PT. XYZ DENGAN MENERAPAN SIX SIGMA (K4-45-10)

D32

Lukman Arhami

8. PENGUKURAN KINERJA PERUSAHAAN DENGAN METODE SUPPLY CHAIN (SUPPLY CHAIN OPERATION REFERENCES) (STUDI KASUS DI PT X Y Z) (K4-47-11)

D38

Tri Bambang AK

9. ANALISIS DESAIN PENINGKATAN GAYA DORONG PADA MOTOR ROKET RX-220 (K4-50-12)

D42

Pirnadi

10. PERANCANGAN TUNGKU CRUCYBLE UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM, TIMAH DAN KUNINGAN (K4-53-13) Hendri Sukma, Ismail dan Ramon Trisno


D49

viii

A KELOMPOK ENERGI TERBARUKAN


(K1-4-01)

ENERGI LISTRIK TENAGA OMBAK GERAK VERTIKAL DENGAN “TAPERED CHANNEL” Soebyakto, M. Fajar Nurwildani, M. Agus Shidiq, Drajat Samyono Universitas Pancasakti, FakultasTeknik, Tegal 52121 E-mail: [email protected]

Abstrak Energi ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial. Gelombang yang diamati dalam penelitian ini adalah gelombang yang mendekati pantai di perairan dangkal. Yang dimaksud perairan dangkal adalah perbandingan kedalaman laut dengan panjang gelombang laut lebih kecil dari pada seperduapuluh ( h  1 ).  20 Alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) ditempatkan di dekat pemecah ombak. Data ombak yang diperoleh yakni frekuensi ombak rata-rata, f = 10,2 rpm, kecepatan ombak rata-rata, v = 15 cm/s, amplitudo ombak rata-rata, R = 13,8 cm, periode ombak rata-rata, T = 6,2 detik dan daya ombak rata-rata, P = 15,4 Watt. Data-data ini dapat menggerakkan alat PLTO yang dibuat, akan tetapi karena periode waktu datang ombak ke ombak berikutnya terlalu lama. Hal ini menyebabkan alat PLTO tidak berfungsi dengan baik. Secara mekanik dapat berputar tetapi putaran akan berhenti disebabkan terlalu lama menunggu ombak yang datang berikutnya. Untuk mengatasi ini digunakakan sistem penyaluran ombak dengan “Tapered Channel”. Alat PLTO akan berfungsi dengan baik, apabila ketinggian dan periode ombak cukup baik untuk memutar dinamo,energi listrik dapat dihasilkan. Kata kunci: Tenaga ombak, PLTO, energi listrik.

Abstract Energi wave can be in the form of kinetic energy and potential energy. Waves observed in this study is the wave approaching the shore in shallow water. Its meaning, wave of shallow water is the ratio of the depth of shallow sea with a wavelength smaller than the twentieth (

h





1 ). Wave power tool placed near the 20

breakwater. Data obtained, the average wave frequency, f = 10.2 rpm, the average wave velocity, v = 15 cm/s, the average wave amplitude, R = 13.8 cm, the average wave period, T = 6.2 sec and the average wave power, P = 15.4 Watt. These data can move the Wave power tool made, but because the time period to the next wave came the waves for too long. This causes the Wave power tool not functioning properly. It is mechanically able to rotate but the rotation will stop due to too long to wait for the next wave came. To overcome this system is used waves with "Tapered Channel". Wave power tool will function properly, if the height and period of wave is good enough to rotate the dynamo, electrical energy can be obtained. Keywords: Energy waves, wave power tool, electrical energy. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sudah banyak pemikiran untuk mempelajari kemungkinan pemanfaatan energi yang tersimpan dalam ombak laut. Berdasarkan hasil pengamatan yang ada, deretan ombak (gelombang) yang terdapat di sekitar pantai, mempunyai daya ombak yang dapat dikonversikan ke daya listrik. Energi ombak dapat berupa energi kinetik dan energi potensial. Bila gelombang mencapai suatu pantai, maka massa air laut akan menghempas atau memukul ke pantai atau daratan. Gelombang di permukaan laut adalah hasil dari intraksi antara massa air laut dengan massa udara di atasnya. Gelombang laut


yang dominan adalah yang terjadi karena tiupan angin. Gerakan naik turunnya air laut di laut lepas dan gerakan air laut memukul ke pantai dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Secara gerakan air laut yang naik turun itu dipakai untuk menggerakkan suatu tuas naik turun, atau untuk menggerakkan suatu pompa, atau untuk menekan kolom udara untuk menggerakkan baling-baling. Prinsipnya adalah mengkonversi gerak mekanik menjadi energi listrik. 1.2 Tujuan 1. Untuk mendapatkan energi listrik dari tenaga ombak.

A1


2.

3.

Untuk mendapatkan besaran energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik) dan energi yang terjadi karena ketinggian ombak (energi potensial). Untuk memperoleh sistem mekanik, alat konversi energi ombak ke energi listrik.

2. METODE PENELITIAN 2.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian untuk mendapatkan alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) dilaksanakan di Slawi, Kabupaten Tegal. Waktu penelitian pembuatan alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) pada siang hari antara jam 09.00 – 12.00 WIB dan sore hari jam 15.00 – 16.30, dimulai sejak bulan Januari 2012 sampai Juni 2012. Penelitian untuk mendapatkan data ombak pantai laut Kota Tegal pada bulan Juni – Juli 2010 dan pada hari Jum’at, 13 Juli 2012, jam 14.25 – 15.30. 2.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Ombak Pembangkit listrik tenaga ombak metode gerak harmonik. Prinsip metode ini dengan memanfaatkan gerak osilasi benda yang mempunyai massa jenis beban lebih kecil dibandingkan massa jenis air laut atau massa jenis beban sama dengan massa jenis air laut, diletakkan pada puncak ombak. Osilasi ombak akan menggerakkan lengan momen naik-turun dan dilanjutkan menggerakkan dinamo, penghasil listrik. 2.3 Teknik Pengumpulan Data Data penelitian ombak diperoleh dengan cara pengukuran langsung di Pantai Alam Indah Kota Tegal, di sekitar pemecah gelombang. Data didapat secara bertahap, meliputi tinggi ombak, banyaknya ombak untuk selang waktu tertentu.

Merubah satuan Hertz (Hz) menjadi Rotation Per Menitues (RPM) : 1 detik = menit 60 rpm Menentukan kecepatan ombak pada satu titik, kita sebut kecepatan vertikal : 2 v = kecepatan ombak (m/s) f = frekuensi ombak (Hz) H = ketinggian ombak (m) = ketinggian puncak gelombang = ketinggian lembah gelombang

f 

n t

 n = f.t

y = m.x  y = n ; m = f;

x=t

Gambar 1 Sebaran data pada regresi linear koefisien korelasi diperoleh dari persamaan

r

( x  x )( y  y ) ( x  x ) 2 ( y  y ) 2

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Pembuatan Alat Ukur Parameter Ombak

2.4 Pengolahan Data Pengambilan sample data dari banyak data atau beberapa data parameter yang diperoleh dari perairan laut, diolah menggunakan metode regresi linier untuk mendapatkan satu data contoh (sample) ombak. Dengan menggunakan persamaan : n = banyaknya ombak t = lamanya ombak mengenai tiang pancang (s) = frekuensi ombak (Hz)


Gambar 2 Alat ukur ketinggian ombak yang dihubungkan dengan alat konversi energi ombak ke energi mekanik.

A2

Seminar Nasion al Teknik Mesin M 201 Jaakarta, 24 Okttober 2012

Tabel 1 Data kode alaat ukur No

Nama Alat

Kode

1

B Beban P Pelampung K Kawat P Penunjuk U Ukuran L Lengan P Pengungkit 1 M Meteran K Katrol L Lengan P Pengungkit 2 R Roda Gigi 1 R Roda Gigi 2 R Roda gigi 3 P Penyeimbang B Beban K Kriwil D Dinamo

B

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

M (kg) 1,7

3.2 Prototyp pe Ombak

D (m)

R (m)

0,18 0,32 0,05

0,9 0,16 0,03

Pembanggkit

Listrik

Tenaga

L (m)

P L1 M K L2 R1 R2 R3 D

A konversi tenaga ombak k ke Gambar 3 Alat energi listrik 0,64

0,09

Cara kkerja alat: (1) O Ombak datangg menaikkan beban pelamppung B B, kawat penuunjuk ukuran P ikut naik, sskala ppada meteran dapat terbacaa. (2) O Ombak datangg naik turun, beban pelamppung B dan kawat penunjuk uk kuran P ikut naik tturun. Data diambil d pada saat s pelampunng B nnaik berapa nilai skalany ya dan pada saat ppelampung B turun berap pa nilai skalaanya. S Selisih nilai skala s pada saat naik dan tu turun bbeban pelamppung B, meru upakan ketingggian oombak (H). (3) O Ombak datangg menaikkan beban pelamppung B dan penguungkit lengan n L1, karena ada ppenumpu kaatrol, pengun ngkit lengan L2 tturun, mengggerakkan roda r gigi R1, roda gigi krriwil ddilanjutkan mengerakkan m yyang dipasanng ditengan roda gigi R2 dan ttidak mengeraakkan roda gig gi dinamo R3.. (4) O Ombak daatang menu urunkan beeban ppelampung B dan pengun ngkit lengan L1, kkarena ada penumpu kaatrol, pengunngkit llengan L2 naiik, menggerak kkan roda gigii R1, ddilanjutkan mengerakkan m roda r gigi R2 dan rroda gigi dinaamo R3. (5) O Ombak datanng naik turu un menggerakkkan rroda gigi R1, karena ada roda gigi krriwil dditengah rodaa gigi R2, maka m putaran roda ggigi R2 seaarah mengeraakkan roda gigi ddinamo R3, daan menghasilk kan energi listtrik. (6) F Fungsi penyyeimbang beeban D addalah m meringankan putaran p roda gigi g 2.

S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Tabeel 2 Data kodee alat prototyp pe No 1 3 5 6 7 8 9 10 11

Nam ma Alat Beban Pelamp pu ng Lengan Pengung kit 1 Katrol Lengan Pengung kit 2 Roda Gigi 1 Roda Gigi 2 Roda gigi g 3 Penyeiim bang Beban Dinam mo

Kode M

M ((kg) 2,2

D (m) 0,38

R (m)

L (m)

0,19

L1

0,84

K L2

0,93

R1

0,18

0,9

R2

0,32

0,16

R3

0,05

0,025

D

0,64

Cara kerja alaat: (1) Ombak datang menaik ikkan beban pelampung p p leengan L1, karena ada B dan pengungkit penumpu u katrol, peengungkit leengan L2 turun, menggerakkaan roda gigi g R1, kan mengerakkkan roda gigi kriwil dilanjutk yang dip pasang ditenggan roda gig gi R2 dan tidak meengerakkan rooda gigi dinam mo R3. beban (2) Ombak datang menurunkan pelampu ung B dan ppengungkit leengan L1, karena ada penumppu katrol, pengungkit p lengan L2 L naik, mengggerakkan rod da gigi R1, dilanjutk kan mengerakkkan roda gig gi R2 dan roda gigi dinamo R3.

A3


(3) Ombak datang naik turun menggerakkan roda gigi R1, karena ada roda gigi kriwil ditengah roda gigi R2, maka putaran roda gigi R2 searah mengerakkan roda gigi dinamo R3, dan menghasilkan energi listrik. (4) Fungsi penyeimbang beban D adalah meringankan putaran roda gigi 2. 3.3 Pengukuran Parameter Ombak Untuk periran dangkal, perbandingan kedalaman dengan panjang gelombang laut,

h





1 ; maka 20

P  18 gH 2 v

Parameter ombak yang diperlukan dalam penelitian ini adalah h (kedalaman dimana ombak berada),  (panjang gelombang ombak), H ( beda tinggi ombak maksimum dan minimum atau dua amplitudo ombak), t ( lamanya ombak menjalar dari dua titik pengamatan), L (jarak titik pengamatan),  (massa jenis air laut) dan g (percepatan gravitasi permukaan air laut). 1) Pengukuran L, t dan h

Pengukuran parameter H (ketinggian ombak) dilakukan dengan cara mencatat tinggi maksimum gelombang datang dan tinggi minimum gelombang laut (ombak) pada tiang pancang B. Panjang gelombang laut ditentukan dengan mengukur jarak penjalaran gelombang dari titik tiang pancang B ke titik tiang pancang A serta menghitung banyaknya ombak (n) antara dua titik tiang pancang A dan B. L = n.



L n

L = jarak tempuh ombak dari B ke A (m) n = banyaknya ombak  = panjang gelombang ombak (m) 3) Pengukuran v Pengukuran laju ombak (v) ada dua jenis yaitu laju ombak secara vertikal dan laju ombak secara horizontal. Laju ombak secara vertikal dilakukan dengan mencatat banyaknya ombak pada selang waktu tertentu dan amplitudo ombaknya pada satu titik tiang pancang. Laju ombak secara horizontal dengan mengukur banyaknya ombak pada selang waktu tertentu dan amplitudonya pada dua titik tiang pancang. Untuk perairan dangkal, kecepatan gelombang dapat juga diperoleh dengan mengukur h (kedalaman perairan laut dimana gelombang menjalar). Kecepatan ombak dihitung dengan menggunakan persamaan : v =

gh , dimana g adalah

percepatan gravitasi bumi. Gambar 4 Lokasi pengukuran di pantai laut

h

1 dengan ketentuan   20 Ombak yang datang di tiang pancang B diamati sampai ke tiang pancang A, didapat data t (waktu tempuh ombak dari B ke A). Jarak L diukur dari tiang pancang A ke tiang pancang B. Kedalaman h, diukur dari dasar pantai ke permukaan laut. 2) Pengukuran H dan 

4) Pengukuran Energi Ombak dan Daya Ombak Energi (per satuan luas) dari gelombang sinusoidal tergantung pada kerapatan ρ, percepatan gravitasi g dan ketinggian gelombang H (yang sama dengan dua kali amplitudo, a): Untuk periran dangkal, perbandingan h (kedalaman) dengan  (panjang gelombang laut),

h





1 ; maka daya per meter dari muka 20

gelombang :

P  18 gH 2 v 3.4 Hasil Penelitian Ombak Hasil pengamatan penelitian ombak di pantai laut Kota Tegal pada hari Jum’at, 13 Juli 2012, jam 14:25 – 15:30, didapat :

Gambar 5 Pengukuran ketinggian ombak, H dan panjang gelombang .


A4


Tabel 3 Data frekuensi, ketinggian dan kecepatan ombak N o

Frekuensi Ombak n

t (detik )

f (Hz )

Ketinggian Ombak Hmak s

(cm)

Hmin (cm )

R (m) 0,1 3 0,1 3 0,1 7 0,1 0 0,1 4 0,1 6 0,1 4 0,1 5

1

6

25,0

0,24

55

30

2

5

32,9

0,15

54

29

3

8

32,6

0,25

62

28

0,17

49

29

0,16

58

30

0,13

64

32

0,13

65

38

0,14

70

40

0,17

Kecepatan rata-rata

1 4 60,0 0 1 5 75,0 2 1 6 108,0 4 1 7 121,0 6 1 8 127,0 8 Frekuensi ratarata

Nilai Kecermatan = 100% v (m/s )

Koefisien korelasi (r) Koefisien Korelasi Frekuensi Ombak  ( x  x )( y  y )  0,98 r  ( x  x ) 2 . ( y  y ) 2

0,19 0,12 0,26 0,10 0,14 0,13 0,11 0,13 0,15

Frekuensi ombak (f) = 0,17 Hz, artinya 0,17 x 60 = 10,2 rpm; banyaknya ombak 10 dalam satu menitnya. Kecepatan rata-rata = 0,15 m/s = 15 cm/s, artinya setelah jarak ombak 15 cm terhadap ombak berikutnya dalam satu detik, baru ada ombak lagi. 3.5 Frekuensi Ombak a) Grafik Frekuensi Ombak

f 

c)

n  n  f .t t



( )100% = 77,1% f

3.6 Ketinggian, Periode dan Kecepatan Ombak Ketinggian ombak maksimum (Hmaks) dikurangi ketinggian ombak minimum (Hmin) diperoleh amplitudo ombak (R). Jari-jari putaran ombak sama dengan amplitudo ombak. Kecepatan ombak pada satu titik tiang pancang, didapat

H maks  H min 2 v  2 . f .R R

T 

v

1 f

2 .R T

v .T 2 R = amplitudo ombak (m) f = frekuensi ombak (Hz) v = kecepatan ombak di satu titik tiang pancang (m/s) T = Periode ombak (detik) R 

Tabel 4 Amplitudo, periode, kecepatan ombak

Frekuensi Ombak

No

R (cm)

T (detik)

v (cm/s)

1

12,5

4,2

18,8

2

12,5

6,6

11,9

50,0

3

17,0

4,1

26,2

0,0

4

10,0

6,0

10,5

5

14,0

6,3

14,1

6

16,0

7,7

13,0

7

13,5

7,6

11,2

8

15,0

7,1

13,4

13,8

6,2

14,9

150,0 100,0 t

0

5

10

15

20

n Gambar 6 Grafik frekuensi ombak pantai laut tegal b) Deviasi Standar Frekuensi Ombak

 n 2     xi  x m      1 n 1    

0,5

 0,039


A5


Tabel 5 Daya ombak

Amplitudo Ombak

v (cm/s)

Ketinggian Ombak

30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0,0

10,0

20,0

R (cm)

Gambar 7 Grafik amplitudo ombak terhadap kecepatan ombak

Hmaks (cm)

Hmin (cm)

H(m)

v (m/s)

P (Watt)

55

30

0,25

0,19

14,8

54

29

0,25

0,12

9,4

62

28

0,34

0,26

38,1

49

29

0,20

0,10

5,3

58

30

0,28

0,14

13,9

64

32

0,32

0,13

16,8

65

38

0,27

0,11

10,3

70

40

0,30

0,13

15,1

0,28

0,15

15,4

Periode Ombak 30,0 40,0 v 20,0 (cm/s) 10,0

30,0

0,0 0,0

5,0

10,0

T (detik)

P 20,0 (Watt) 10,0 0,0 0,00

Gambar 8. Grafik kecepatan ombak terhadap periode ombak Deviasi Standar Kecepatan Ombak  n   x i  x m    1 n 1  

2 

Nilai Kecermatan = 100% - (

0,10

0,20

0,30

v (m/s) Gambar 9 Grafik daya ombak terhadap kecepatan ombak

0 ,5

  

 4 , 96

Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar. 3.8 Daya Mekanik yang dihasilkan alat

 v

)100% = 66,7

Koefisien Korelasi Kecepatan Ombak r 

 ( x  x )( y  y )  ( x  x ) . ( y  y ) 2

2

 0 ,85

3.7 Daya Ombak Daya per meter dari muka gelombang :

P  18 gH 2 v H = Hmaks – Hmin  = 1025 kg/m3 g = 9,81 m/s2


Gambar 10 Ombak sampai ke beban pelampung

A6


DAFTAR PUSTAKA

Gambar 11 Ombak belum sampai ke beban pelampung Dari data gambar 10, gambar 11, serta data tabel 5, periode ombak sampai ke beban pelampung cukup lama, sehingga daya mekanik yang dihasilkan alat untuk memutar dinamo lambat. Secara mekanik alat pembangkit listrik tenaga ombak mampu beroperasi dengan kondisi daya ombak, P = 15,4 Watt, kecepatan ombak, v = 0,15 m/s. Akan tetapi yang tidak mendukung alat pembangkit listrik tenaga ombak (PLTO) yang dibuat ini, yakni frekuensi ombak, f = 0,17 Hz yang setara dengan f = 10,2 rpm. Dinamo bisa berfungsi dengan baik bila jumlah rpm = 1000 – 1500 rpm (rotasi per menit/putaran per menit). Untuk itu pada alat PLTO perlu dilengkapi alat gear box atau alat mempertinggi nilai rpm dari 10,2 rpm menjadi 1000 rpm.

[1] Riyadi, A., 2010. Gelombang Laut Berpotensi Sebagai Energi Listrik. [14/03/2010 08:29]. [2] Rahmanta, 2010. Metode Konversi Gelombang Laut. Ocean Wave Energy. [21/11/2010 17:05]. [3] Rwahyuningrum, 2009. Energi Gelombang Laut, [04/02/2011 18:17]. [4] Gunawan, T., 2008. Pemanfaatan Energi Laut 1 : Ombak, Majari Magazine, [27/02/2010 15:55]. [5] Wikimedia, 2010. Analisis Regresi. Wikimedia Foundation, Inc.

4. KESIMPULAN 1) Energi listrik dapat diperoleh dari energi gelombang laut (energi ombak) dengan ketentuan daya dan frekuensi ombak mampu menggerakkan alat dan dinamo dengan rpm (rotasi per menit) yang mencukupi untuk mendapatkan listrik. 2) Secara teori energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial. Energi yang terjadi karena gerak ombak (energi kinetik) dan energi yang terjadi karena perbedaan ketinggian ombak (energy potensial), dapat digabung, menghasilkan energi mekanik. 3) Daya ombak semakin tinggi jika kecepatan ombak semakin besar. 4) Daya mekanik yang dihasilkan alat menjadi kecil, karena faktor beban apung yang kurang besar. 5) Frekuensi ombak yang dihasilkan pada saat pengambilan data, tidak mampu untuk mempercepat alat PLTO yang digunakan. 6) Untuk mengatasi frekuensi ombak ini, alat PLTO akan berfungsi dengan baik dengan menggunakan sistem saluran ombak yang meruncing (Tapered Channel).


A7


(K1-7-02)

STUDI POTENSI ENERGI ANGIN (WIND ENERGY) DI CIREBON UNTUK TURBIN ANGIN (WIND TURBINE ) KAPASITAS 900 W – 1000 W KEPERLUAN DAERAH NELAYAN DESA GEBANG KABUPATEN CIREBON W.Djoko Yudisworo, Junial Heri Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Mesin, Cirebon 45135

E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak Kebutuhan akan energi untuk kebutuhan rumah tangga di kawasan nelayan pantai pantura desa Gebang Kabupaten Cirebon sangat dibutuhkan.Penerimaan hasil tangkapan dari nelayan tentu tidak dapat di andalkan untuk membeli energy listrik PLN yang sangat mahal bagi Nelayan Pantai. Pemanfaatan energy angin untuk pembangkit listrik diharapkan akan membantu masyarakat Nelayan mengurangi cost anggaran rumah tangganya , Penelitian turbin angin yang dilakukan di Pantai Baro Gebang kabuapaten Cirebon bualan Juni – Desember 2011 di ketinggian 10 M dengan waktu 1700 jam di dapatkan kecepatan rata –rata angin 2,5 – 4.0 m/s . Hal ini dapat dimanfaatkan untuk Generator Listrik dengan output Daya sebesar 900 W -1000 W. Desain turbin angin dengan blade 3 buah dengan poros vertical type salvonius. Kata kunci: Turbin angin,kecepatan angin,output daya.

Abstract The need for domestic energy in the coastal fishing village of Gebang coast of Cirebon regency very dibutuhkan.Penerimaan catches from fishermen would not be in the count to purchase energy electricity is very expensive for Coastal Fishermen. Utilization of wind energy for electricity generation is expected to help the fishermen reduce their household budget cost, wind turbine study conducted in Côte Baro Gebang Cirebon district boasting June - July 2011 at the height of 10 M with a time of 1700 hours at an average speed get second wind, 5 - 4.0 m / s. It can be utilized for electricity generators with an output power of 9001000W. Wind turbine blade design with 3 pieces of the vertical shaft type salvonius. Keywords: wind turbine, wind speed, power output. 1. PENDAHULUAN Penelitian ini dimaksudkan sabagai kontribusi ke Masyarakat dengan pendekatan pengabdian Masyarakat melalui penelitian. Mengingat tingkat kehidupan ekonomi Nelayan yang tergantung pada hasil tangkapan yang tidak menentu, sisi lain sebagai penggerak ekonomi di kawasan tersebut,dengan adanya pasokan energy yang didapat dari angin diharapkan masyrakat dapat meningkatkan taraf kehidupan yang lebih baik dengan menggerakkan roda ekonominya. Angin adalah udara bergerak yang di akibatkan oleh rotasi bumi juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya .Angin bergerak dari tempat tinggi ke tekanan rendah ,kecepatan angin di penggaruhi oleh beberapa hal diantaranya letak tempat dimana kecepatan angin didekat katulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis katulistiwa.semakin tinggi tempat semakin tinggi angin bertiup .hal ini karena pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju aliran udara.dengan kecepatan angin 2.5 – 4.0 m/s kampung pantai Gebang kabupaten Cirebon yang merupan daerah nelayan punya potensi untuk di


kembangkan turbin angin type kecil untuk kebutuhan energy listrik rumah tangga seperti penerangan tempat pelelangan ikan dan energy listrik rumahan lainya, diharapkan akan menghasilkan daya output kisaran 900-1000 W. 2. METODE PENELITIAN Penelitian potensi energi angin yang dilakukan selama 1700 jam dari bulan Juni sampai Desember 2011 di Pelabuhan Baro Pantai Gebang Kabupaten Cirebon menggunakan metodologi penelitian langsung pengambilan data angin dengan menggunakan anemometer dan alat penghitung waktu yang kemudian di input ke data computer.Pengambilan data dilakukan secara acak (Random Sampling) dengan durasi waktu selama delapan jam. Potensi angin yang sering terjadi biasanya terjadi di bulan Juli sampai Desember. Sedangkan kecepatan poros diperoleh dari dari pengujian skala laboratorium di Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon dengan menggunakan Tachometer

A8


3. HASIL DAN PEMBAHASAN Energi angin merupakan energi alternatif yang mempunyai prospek bagus, karena sumber energi bersih dan terbarukan. Pada dasarnya angin terjadi karaena ada perbedaan suhu dan udara panas dan dingin di daerah khatulistuwa, udara menjadi panas mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih ringan. Udara menjadi dingin dan turun ke bawah, dengan demikian terjadi suatu perputaran udara berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis khatulistiwa. E=0.5V2………………………………(1) Dimana : E = Energi (Joule) m = massa uadara (kg) v = Kecepatan angin (m/s) Jika suatu balok udara yang mempunyai penampangan A m2 dan bergerak dengan kecepatan v m/s, maka jumlah massa yang melewati suatu tempat adalah : m=A.v.ϼ…………………………..….(2) dimana : A = Luas penampang (m2) V = Kecepatan angin (m/s) ϼ = kerapatan udara (kg/m3) Dengan menggabungkan ke dua persamaan di dapat daya yang dihasilkan energi angin (P) P=0.5.ϼ.A.V3…………………………(3) Dan kecepatan angin pada ujung kincir angin (TSR) adalah :    . Rotor / V   …………...(4) Torsi pada kincir angin dapat menggunakan persamaan : T  V 2 R 3 /  2 ….........................….(5) Kecepatan angin mempengaruhi putaran turbin. Kepatan pada poros turbin angin menggunakan parameter : SS  60  v /(  D ) rpm …………..(6) Desain diameter suatu rotor suatu kincir angin diperoleh melalui melalui perhitungan. Persamaan menghitung diameter rotor kicir angin yaitu :

Gaya-gaya angin yang bekerja pada sudu-sudu kincir pada dasarnya terdiri atas 3 komponen yaitu :  Gaya aksial a, yang mempunyai arah sama dengan arah angin  Gaya sentrifugal s, yang meningggalkan titik tengah  Gaya tangensial t, yang menghasilkan momen, bekerja tegak lurus pada radius dan yang merupakan gaya produktif

Gambar 1. Kincir angin dengan 3 sudu. Data angin yang di dapat dari hasil penelitian di pelabuhan baru Gebang Kabupaten Cirebon bulan Juni – Desember 2011 atau 1704 jam didapatkan flutuasi kecepatan angin 2,5 m/s pada ketinggian 10 m diatas permukaan dengan kecepatan angin 26 knot = 13.1 m/s. Tabel 2 Hasil Pengukuran kecepatan Angin di Cirebon

D  ( P ( 47  xRpm ) 3 ) 2 ….......…..(7) Penentuan jumlah sudut turbin angin dapat menggunakan persamaan : B  80 /  2 ………….............………..(8) Dalam bulletin 17 FAO internal working yang berjudul “Windmills for water lifting and the generator of electricity on the farm” yang ditulis oleh E.W. Golding, daya yang dihasilkan dari energy angin dirumuskan sebagai berikut :

P  k .F . A.E .v 3 ……..............……..(9) Biasanya daya angin dapat dihitung dengan persamaan : P  1 / 2  . A.V 3 …...................…….(10)


A9


Sehingga koefisien daya :

Cp 

21 ,98 x100 %  2 . 16 % 1015

Gambar 3 .Grafik Kecepatan Angin di Pelabuhan Baro Gebang Juni –Juli 2011 Desain kincir angin dengan kecepatan angin 13.06 m/s dengan diametr kincir angin 70 cm sehingga didapat Daya ( P ) a. Perhitungan Daya Kincir angin

Pa  1 / 2  . A .V

3

Pa = 0.5..1.2 .0.77 .15.43 W = 1015 W b. Perhitungan tip speed ratio

tsr 

2 rn 60 v

Dari data didaptkan putaran poros (n) sebesar 600 rpm pada kecepatan angin (v) 13,06 m/s, sedangkan jari-jari kincir (r) sebesar 0.35 m. Maka besarnya tip speed ratio : 2  rn tsr  60 v

tsr 

2  . 0 ,35 . 600  7 ,2 60 . 13

c. Perhitungan Koefisien daya (Cp)

Cp 

Pk x100 % Pa

Dimana Torsinya (T) = r.m.a r = 0.2 m m = 0.18 kg g = 9,81 m/s2 T = 0.2x0.18x9,81 = 0,35 N.m Daya kincir dihitung

P1  P1 

T . .n 30

0 ,35 . 3,14 . 600  21 ,98 Watt 30


Gambar 4 Hubungan antara putaran poros, torsi, daya, untuk diameter kincir 70 cm 4. KESIMPULAN Turbin angin prinsip kerjanya memutar poros yang selanjutnya akan diteruskan putarannya ke generator sehingga generator membangkitkan energi listrik yang dapat digunakan untuk keperluan tertentu. Misalnya kebutuhan rumah tangga yang jauh dari jangkauan listrik Negara (PLN). Desain turbin angin berkecepatan 2,5 – 4,06 m/s dengan kecepatan angin 26 knot dengan output daya keluaran 1000 W , dengan diameter blade sudu 70 cm, tcrnyata 7,2, Cp nya = 2,6 % dan torsi yang didapat 0,35 N.m. Fluktuasi kecepatan angin dapat berpengaruh daya yang dihasilkan oleh turbin angin sehingga diharapkan kecepatan angin yang konstan dapat mengahsikan output yang konstan juga. Dengan demikian energy listrik yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk skala kebutuhan energi rumah tangga dikawasan kampong nelayan di wilayah Pelabuhan Gebang Kabupaten Cirebon. DAFTAR PUSTAKA [1] Khurmi, RS., Gupta, J.K 1962. Text Book Of Machine Design. New Delhi. Eurasia Languages Publishing Hause Ltd. [2] Wiley, Easterm Limited. 1994. “ Weastermman Tables For The Metal Trade”, New Delhi. [3] Sularso, MSME.,Ir., Suga, Kiyokatsu. 2002. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT. Pratnya Paramita. [4] Purton, Tony, Sharpe, David Jenkins, Niek. Bossanyi. Ervins, Wind Energy Handbook, Willey: New York,2001. [5] http//en.wikipedia.org/wiki/windmill [6] http//id.wikipedia.org./wiki/kincir angin

A10


(K1-5-03)

ANALISIS PRESTASI KETEL UAP DENGAN PENGGUNAAN SUMBER PANAS ULANG GAS BUANG MOTOR BAKAR TORAK YANG MENGUNAKAN BAHAN BAKAR GAS ALAM Bambang Hermani Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Mesin, Cirebon 45135 E-mail: [email protected]

Abstract This study directed to the study of re-use of heat energy available in the flue gas has been removed from the cycle combustion piston engines, as a form of heat source flue gas boiler, with a performance analysis of boiler flue gas to the decline of the periodic load of generator set natural gas combustion piston engines at the utility indrustry. In this study several methods of tracking task analysis approach to the technical specifications of data collection, data operator flue gas boiler, and the method of tracing back over the whole calculation of the thermal parameters of the design so that the flue gas boiler can produce comparable data to calculate the thermal design and thermal design manufacturer as a form of correction of thermal design, and then do the processing of raw data record of performance parameters flue gas boiler. From this study were obtained parameter values achievement flue gas boiler at 3600 kW maximum load basis, as follows: QC = 363.60 kW ; QH = 570.22 kW ; mC = 0.76 kg/s ; mH = 0.25 kg/s ; BC = 2736 t/h ; U = 0.28 W/m2K ;Є = 25.52 % ; ηk = 63.76 % ; Σηksg = 10.10 % Keywords: The re-use of heat energy flue gas combustion engine piston, the flue gas boiler performance. 1. PENDAHULUAN Secara teoristis dinyatakan bahwa efesiensi suatu motor bakar rata – rata diperoleh sebesar 40 % maksimum dapat dicapai pada motor yang masih gress, sisanya terbuang percuma keluar sistim melalui gas buang dan air pendingin, serta panas radiasi ke lingkungan. Penelitian ini didorong untuk usaha menakar besarnya efesiensi suatu mesin konversi energi dari jenis motor bakar torak yang digunakan terus menerus untuk pembangkit listrik khusus, atau generator set enjin utiliti indrustri, baik motor bakar torak yang berbahan bakar gas atau minyak diesel. Rekayasa teknik dalam pemanfaatan energi potensial gas buang, rancangan, sistim konvertor pemanas udara, mesin pengering banyak diterapkan di indrustri, juga pada sistim ketel uap gas buang, panas digunakan ulanguntuk menguapkan air ketel menjadi uap untuk mesin proses pelumeran lactam polimer pada produksi PE chip menjadi benang poliester atau knur plastik. Tujuan dari penelitian ini adalah bagaimana cara pemanfaatan panas ulang gas buang dari siklus motor bakar torak, dimana kandungan potensial energi panas dengan temperatur rerata 500 – 600 oC, berpeluang digunakan ulang, serta dapat ditakar dengan parameter yang berlaku di indrustri. Uraian dalam penelitian ini akan dilakukan analisis berikut: 1. Rancang termal ketel uap gas buang (KUGB) 2. Analisis prestasi ketel uap gas buang


2. METODE PENELITIAN Titik utama dalam penelitian ini, adalah untuk penelitian sifat prestasi ketel uap gas buang pada Instalasi pembangkit energi listrik swadaya dengan pilihan unit motor bakar torak gas alam set generator (Natural Gas reciprocating Engine Generating Set), dalam penelitian ini dilakukan pendekatan metode Analisis uji prestasi ketel uap gas buang. Batasan dan ruang lingkup penelitian, Sebagai pemetaan penelitian dilakukan dengan analisis pengamatan data rekam teknik, dan data rekam harian operator; ketel uap gas buang jenis pembuluh api dan sebagai bentuk sumber daya panas diperoleh dari gas buang motor bakar torak set generator listrik dengan bahan bakar gas alam. 4. STUDI LITERATUR Skema 1, adalah sistim pemanfaatan ulang aliran panas gas buang motor bakar torak ke sistim ketel uap gas buang.

Gambar 1. Skema pembangkit Gabungan

A11


Dari hukum m pertama term modinamika uuntuk sistem m terbuka, di bawah keadaaan tunak, konndisi alirann tunak, dengaan diabaikan perubahan ennergi potensial dan kinetik, perubahan n entalpi dari ssalah satu aliran fluidda ditulis dalam d persam maan berikuut[6]hal:35-377: δQ =

di

(1)

adalah laju u aliran mass a, i Dimana Q adalah tinngkat adalahh entalpi spessifik, dan δQ perpinndahan panass ke fluida yaang bersangkkutan terkaiit dengan peruubahan negarra infinit desiimal. Integrrasi dari peersamaan (2 2.4) memberrikan persam maan: Q = m (i2 - i1)

(2)

Dimana i1 dan i2 mew wakili entalpi inlet dan ouutlet dari aliraan fluida. Peersamaan (2.2) dan berlaku bagi seemua prosess dari gambar 2.10.

Perbedaan su uhu ΔT Pernyaataan hukum m Newton tentang pendinginan bahwa lajuu perpindahaan panas berkaitan den ngan perbedaaan suhu sesaaat antara panas dan media dinngin, dalam m proses perpindahan bahang, peerbedaan su uhu akan berubah-ubah h baik dengaan posisi atau u waktu persamaan um mum perpindaahan bahang. ΔTAM=[((THi+THo)/2]––[(TCi+TCo)/2 2]

Kapasitas K Pan nas Spesifik G Gas Buang Entalpi gas adalahh produk daari massa, Cpmean dan perbedaan p suhhu. Jadi, jika memiliki Cp untuk duaa temperatur yang dipertim mbangkan, maka Cp rata-rata gass buang dapat diperoleh dari persamaaan sebagai berrikut [3]: Cp2T2-Cp1T1 Entalpi=Cp pmean(T2-T1)=C Cp(mean)=

(10)

Luas penampang pembuluhh: A = π di L NT

Dicatat bahhwa δQ adalah negatif uuntuk dahan panas yyang fluidaa panas. Jikaa ada perpind diabaiikan antara penukar p dan sekitarnya s (prroses adiabaatik) integral Persamaan (3). untuk flluida panass dan dingin diiperoleh persaamaan berikutt ini: (3) (4)

Subsccript h dan c mengacu m padaa fluida panass dan dinginn, sedangkan angka 1 dan n 2 penunjukk ke kondiisi sisi masukk dan sisi keluar fluida. Jika cairann sekunder keeluar tidak ad da perubahan fasa dan m memiliki panaas jenis spersiifik (Cp) konnstan dengaan di = CpddT dan persam maan (3) dann (4) dapat ditulis menjadi persamaan ddaya perpinndahan-panas total : (5) (6)

NT =

∆

S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila

(12)

Untuk persam maan U adalahh: U=

∆

(13)

Kecepatan torrak rata-rata[11]hal272 : p = S.N / 30000

(14)

(m/s))

Kecepatan gas buang rata-rrata g= S.N / 30 0000.(D/d ) 2 (m/s)

(15)

Bilangan Rey ynolds (16)

Re= Korelasi Nuseelt-Graetz [6] hal :85. NuH = 1.953x

ISBN N 978-602-17026-0-4

(11)

Jumlah pembu uluh api:

daan suhu Gambar.3. Profil perbed

Q = ( m CP )h ( Th1 - Th2 ) Q = ( m CP )c ( Tc1 - Tc2 )

(8) (9)

Koefisien Perrpindahan Baahang seluru uh Koefissien perpindahhan bahang seluruh s U didasarkan ataas luas bagiann dalam dan bagian b luar pembuluh (tu ubes) dapat diisesuaikan deengan cara itu dan dituru unkanmelaluippersamaan peerpindahan bahang seluruh Q antaara dua fluiida dapat ditentukan dengan persama maan : Q=U A ΔT TAM

Q = mh ( ih2 - ih1 ) Q = mc ( iC2 - iC1 )

(7)

/

(17)

A12


Koefiisien Perpindaahan Bahang Konveksi K hi =

Tabel 2 Data uji prestassi rata-rata K U G B ( 18)

Penurrunan Tekanann Aliran Gas Buang B ΔPt = 4 f

+

Np

( 19)

Koefeesien factor geesekan ff=[1.58 ln Re – 3.28]

Daya (kW) 1000 2000 2800 3600

Volume V Air (kg/s) 0.00 0.32 0.57 0.76

SSuhu Air (0C) 89.17 89.17 89.17 89.17

Suhu S Uap (0C) 91.11 114.11 174.28 189.28

(220)

Asum msi laju alirann masa gas bu uang konstan dan fluidaa panas sebaggai fluida min nimum persam maan efektiivitas KUGB : Є=

(221)

Efesieensi termal ketel uaap gas buuang didefiinisikansebagaai perbandin ngan antara laju energi yang dibutuuhkan air dijaadikan uap jeenuh dengaan laju alirann energi pan nas yang terssedia dalam m gas buang :

Grafik.1. Prestasi ratta-rata volumee air

(222)

ηK = [QC.Є] / QH

Efisieensi termal siklus gaabungan seluuruh didefnnisikan sebaggai perbandin ngan antara laju energi yang dibutuuhkan air dijad dikan uap denngan daya rrata – rata pem mbangkit : (223)

Σηsspg = QC / P 5. HA ASIL DAN PEMBAHASA P AN

T Tabel 1. Data pembanding rancang termaal KUG GB Exhhaust Booiler A Q BKappasitas BBaakar NT Sheeell QH Uo Vg Re Nu-G Gr hi ΔPt ε ηk ηksg

Indrrustry Dessign

Rancang Terrmal

m Sistim Satuaan

356 m2 2342 2 kW W 3.492 2 t/h Gas Buang g Panas 604 600 Pcs OD 1908 ID 1420 mm m 1445 5 kW 7.624 4 W/m2K 1.3 m/s 74 40.72 2300 1.503 10.02 2 W/m2K 17.68 8 a 6.7 78 % 71 % 53 % 355 2335 3.5


2. Prestasi reraata suhu air & uap Grafik.2 Tabel 3 Laanjutan Daya kW 1000 2000 2800 3600

Tekanan Uap kPa 0.00 542 827 1103

Gas buang 0 C 151.67 310.72 464.72 561.11

Suhu S Crrobong 0 C 50 115 180 195

A13


Daya kW 1000 2000 2800 3600

Tabel 5. Data Preestasi Lanjutan n BC mH U kg/s t/h W/m W 2K 0.00 0.00 0.00 0.05 1.152 0.064 0.21 2.052 0.23 0.25 2.736 0.28

G Grafik.3. Prestasi rata-rata tekanan uap

Grafik.7. Prestasi kaapasitas ketel uap u Graffik.4. Prestasi rata-rata suhu u gas buang ddan suuhu cerobong Tabbel 4 Data presstasi rancang termal t KUGB Daaya W kW 10000 20000

QC kW 0.00

QH kW 0.00

mC kg/s 0.00

38.14

60.97

0.32

28000

231.84

372.50

0.57

36000

363.60

570.22

0.76

Grafik.8. Prestasi koeff PERPAN seluruh Daya kW 1000 2000 2800 3600

bel 6. Data preestasi lanjutan n Tab Є ηk Ση Σ ksg % % % 0.00 0.00 0.00 13.80 62.55 1.91 27.93 62.24 8.28 25.52 63.76 10.10

G Grafik.5. PER RPAN fluida panas/dingin p

Grafik.9 9. Prestasi Efeektivitas K U G B G Grafik.6. Presstasi masa gas buang & air


A14


Grafikk.10.PrestasiE Efesiensi termal KUGB & EfesienssiPembangkitS Siklus Gabunggan 6. KE ESIMPULAN N 1) Keuntungann penggunaaan KUGB yyang paling prinssip dibanding ketel uap denngan kepala pem mbakar, adaalah peningkkatan efisiensi sikklus, karena gas buang ppanas dimanfaatknn sebagai sum mber panas uulang sehingga tiddak memerlu ukan bahan bbakar sejenis. 2) Prestasi KU UGB sangat tergantung ppada potensi pannas gas buang g yang dihasiilkan motor bakarr torak gas alam set generrator yang dioperasikan. 3) Prestasi prooduksi uap KUGB K sebannding naik dengann kenaikan day ya keluaran m motor bakar torak,bbahan bakar gas g alam. 4) Pada, daya minimum 10 000 kW, Qh = 0, Qc = 0 , daaya maksimum m 3600 kW, Q Qh = 570.22 kW, Qc = 363.60 kW. 7. DA AFTAR SING GKATAN  AMTD = The arithma atic mean temperatuur difference  EGB = Exhaust ga as boiler  PERPAN = Perpindah han Bahang  KUGB = Ketel uap gaas buang  KSG = Kilang sikllus gabungan  Eff = Efesiensi AMBANG, IS STILAH, SA ATUAN 8. LA A = Luas biddang per pan seluruh s (m2) AT = Luas biddang perp pan buluh api (m m2) BC = Kapasitaas ketel uap ( t/h) t C Cp(mean) H = Kapasitas K panas spesifik rattaraata gas buang (kJ/kgK) C Cp(mean) C = Kapasitas K pan nas spesifik airr - uap u rata-rata (J/kgK) ddo = Diameteer luar pembulluh (m) ddi = Diameteer dalam pemb buluh (m) f = Faktor koefisien k gesek kan aliran h hi = Koef Koonveksi gas bu uang (W/m2K K) L = Panjang pembuluh api (m) g buang pan nas (kg/s) H = masa gas a ketel (kg/s)) C = Masa air NT = Jumlahh pembuluh ap pi Np = Jumlahh laluan fluidaa N NuH = Bilanggan Nuselt-Grraetz S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

ya pembangkitt (kW) P = Day Pr = Bilaangan Prandl perpindahan gas buang (kW)) QH = Qc = perpindahann panas air keetel (kW) Re = bilaangan Renoldss THi = suh hu gas buang ssisi masuk (0K) K THo = suh hu gas buang sisi keluar (0K) K TCi = suh hu air sisi massuk (0K) TCo = suh hu uap sisi kelluar (0K) U = Koef per pan selur uruh (W/m2K) K V = Keceepatan aliran ffluida (m/s) Vg = Keccepatan gas buuang ( m/s) ΔTAM = The T arith meann tempdifferen nce ( 0K) ΔPt = Pen nurunan tekannan gas buang g (Pa) Є = Efeektivitas KUG GB (%) ηK = Efiisiensi termal KUGB (%) Σηspg = Effisiensi termall siklus gabung gan (%) ρ = Massa jenis fluida (kg/m3) USTAKA DAFTAR PU [1] Advanceed engine tech chnology Hein nz. H The College of North W West London Willesden Centre London L UK. [2] Basic Heat H Transfer FFrank reith.W W.Z. Black H & row w plublishers N New York [3] CATEPIILAR 35000 Engine. Product Specifica ations Informaation Model Views and Specifica ation manual book. [4] Engineering fundam mental of thee internal combusttion engine. W Willard W Pulllkrabek. [5] Exhaust Gas Booiler, JARN NFORSEN Internatiional d.o.o B Biro Celje UL L. XIV.SI3000 Ceelje Slovenia. [6] Heat Exchanger, E seelection, rating, and, thermal design ,Saddik K, Hongttan L 2nd edition crc c press. [7] Internal Combustion Engine Fun ndamental. Heywood.Mc Graw Hill Plublishing P Jhon B.H Compan ny. USA. [8] Heat Tra ansfer John H H.L.IV.A. Third Edition Philogiston press [9] Kursus Pengunaan Tenaga Uap p, Spirax Sarco Limited,42Taagore Lane , upper Thomson Road,Singap apore2678. gi I (Ketel [10] Pesawatt-Pesawat Koonversi Energ Uap). Sy yamsul A.M. CV. Rajawalli Jakarta. [11] Steam, Air and Gass Power, William W H. Severns MS. [12] Terjema ahan Perpindaahan Kalor, JP P Holman, Air langga jakarta. [13] V. Gana apathy Indrusstrial boiler and Heat Recoveryy Steam Generators, Design, ABCO Calculation Aplicatio on and Indrustries Abilene, Texas USA A, gogleebook.co om.

A15


(K1-9-04)

DESAIN ALAT PENANGKAP GAS METHAN BAHAN SAMPAH ORGANIK DI PASAR Sugeng Suprijadi Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Elektro, Cirebon 45135 E-mail: [email protected]

Abstrak Tumpukan sampah diberbagai kota menjadikan masalah yang serius, maka perlu dipikirkan solusi cara penanganannya seperti mengolah sampah menjadi energy biogas yang berguna dan dapat dikerjakan dengan sangat mudah. Nilai tambah ini bukan hanya untuk memperlambat laju eksploitasi sumber daya alam, seperti lewat konsep Reuse, Recycle, and Recovery, namun juga pemanfaatan sampah dari produk proses pengolahan sampah itu sendiri. Untuk memanfaatkan sampah menjadi energi alternatif penggati minyak tanah perlu suatu alat untuk menangkap gas metan yang terkandung dalam sampah untuk dijadikan bio gas. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain alat penangkap gas methan pada sampah menjadi biogas yang mudah dirakit, murah dan berkinerja baik yang terbuat dari plastic polyethilene untuk sekala kecil. Penelitian ini menghasilkan rancangan alat penangkap gas metan yang berbahan dasar plastik polyethilene dengan spesifikasi sebagai berikut: biodigester dengan volume total 100 L ,volume sampah : 0,085 m3, hasil tekanan gas methana pada pipa sepajang 5 meter : 25 Pa. Kata kunci : Desain, energi alternatif, biogas, gas methan.

Abstract Piles of garbage in several cities to make a serious problem, it is necessary to consider solutions such as how to handle process waste into useful energy and biogas can be done very easily.This added value not only to slow the rate of exploitation of natural resources, such as through the concept of Reuse, Recycle, and Recovery, but also the utilization of waste products from sewage treatment process it self. To utilize waste into alternative energy change kerosene need a tool to capture methane gas contained in the waste to be used as bio-gas. This study aimed to design a tentacle on the waste into methane biogas that is easy assembled, inexpensive and performs well polyethylene made of plastic for small scale. This research design produces methane gas tentacle-based plastics polyethylene with the following specifications: bio digester with 100 L total volume, waste volume: 0.085 m3, the methane gas pressure in the pipe long 5 meters: 25 Pa. Keywords: design, alternative energy, biogas, methane gas. 1. PENDAHULUN 1.1. Latar belakang Perkembangan teknologi yang memerlukan energy seperti bahan bakar gas bumi, minyak bumi, batu bara di Negara kita terus semakin meningkat membuatsumber-sumber energy akan menjadi masalah besar keberadaanya. Indonesia mempunyai potensi yang luar biasa mengenai sumber-sumber daya energi alternative antara lain sampah utamanya sampah pasar yang tiap hari bertambah banyak seiring dengan pertambahan penduduk dan kebutuhan pokok yang disiapkan dari pasar. Sampah pada dasarnya merupakan suatu bahan yang terbuang atau dibuang dari suatu sumber hasil aktivitas manusia maupun prosesproses alam yang tidak mempunyai nilai ekonomi, bahkan dapat mempunyai nilai ekonomi yang negatif karena dalampenanganannya baik untuk membuang atau membersihkannya memerlukan biaya yang cukup besar.


Ketahui bahwa sampah di pasar melimpah dengan sampah organik terbuang siasia, berdasarkan hal tersebut peneliti berfikir memanfaatkan sampah oraganik untuk dijadikan energy alternatif yang dapat kita kembangkan sebagai pengganti bahan bakar fosil yaitu bahan-bahan organik yang mana dapat diperbaharui dan sampah organik yang jumlahnya dari waktu ke waktu semakin bertambah.Sebagai contoh sampah organik di sini yaitu berupa sekam, sampah pasar,sarung jagung, batok kelapa, serbuk gergaji kayu dan masih banyaklagi sampah organik lainnya. Teknologi yang bisa mengolah dan memanfaatkan sampah sangatlahdiperlukan. Menerapkan proses 3R: reduce, reuse, and recycle padasampah segar tidak saja menghasilkan produk berharga, namun jugamenyelesaikan masalah sampah dan memberikan peluangpendapatan bagi mereka yang mau mengelolanya. Banyak manfaatyang

A16


telah diambil dari sampah men njadi bahan bbakar gas, terobosanini memecahkaan dua massalah sekaliigus yakni me-nanggu ulangipencem maran lingkuungan dari limbahsam mpah sekalligus membbantumengatasi keterbatassan bahan bbakar fosil. Ada dua macam m pemaanfaatan sam mpah organnik yaitudigunnakan untuk pupuk organikk dan sumbeer energi. Saampah organik k dapat dijaddikan pupukk dengan cara peng gomposan yyang dapatm menyuburkann tanah.Jumlaah sampah yyang dikom mposkan umuumnyaterdiri dari 30% baahan karboonis atau samppah bio degrradable.Semenntara untukk sumber ennergi, sampah h organik ddapat dijadiikan duamacaam sumber energi yaitu bio ethanool dan gas meetana. Proses pembbuatan gas meetana dari sam mpah organnik ada duaprroses, yaitu proses p fermenntasi dan pproses gasifikkasi. Prosesfeermentasi denngan cara m membusukkann sampah orgaanik kemudiannmenyulinng gas metana m di mana rataa-rata menghhasilkan 60% % gasmetana dan 40% C CO2. Sedanngkan untuk proses p gasifikaasi adalahkonvversi bahann bakar padat menjadi gaas melalui prroses pembakarandengann pembatasan n ogsigen yyang menghhasilkan gas yang dibakarr seperti CH4, H2, CO. Oleh kareena itu san ngat diperluukan untukkmelakukan mendesain m alat penangkapann gas methaan yang dihassilkan dari saampah organiik di pasar secara sederhhana, murah daan mudah . Tujuan penelittian 1.2. T Tujuan darri penelitian yang dilakuukan yaitu: a) U Untuk mendaapatkan desaiin dan konstrruksi aalat produkssi gas metan na dari sam mpah oorganik dengaan cara fermen ntasi sampah b) M Memasysrakaatkan desain sederhana daalam m mengelola saampah yang melimpah m dippasar ddengan harga murah. 2. M METODE PENELITIAN Metode pennelitian yang digunakan d meetode rekayasa (suatu keegiatan rancang bangun) yyang tidak rutin, sehinggga di dalamn nya terdapat kkontribussi baru, baik dalam bentuk k proses mauupun produuk/prototype. Desain (Peran ncangan) 2.1. D Konsep desaain yang meru upakan solusi dari masallah perancanngan yang harusdipecahhkan, beruppa gambar teknnik yang sederhana, tetapi ttelah memuuatsemua funngsi yang diperlukan.Fu d ungsi yang perlu ditam mbah atau diperbaiki dari desainnadalah penngembangan prototype. Hal pentinng yang menjadi tambahan n dalam penellitian iniadaalah mudah dioperasikaan, aman bagi kesehhatan, ergonnomis, ram mah lingkunngan danmuudah perawatannya S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Peranccangan m meliputi rancangan r fungsi fungsional untuk m menentukan darikomponen n utama alat penangkap gaas methan untuk dan ran ncangan struktural menentukanbentuk dan tatta letak dari komponen k utama.Secara keseluruhann desain diisesuaikan dengan kondisi-kondisi: a. Tempeeratur Gas methan m dapat ddiproduksi pad da 3 phase range temperratur sesuai dengan bakteri hadir dalam proses. Bakteri psyhhrophilic 0-7oC, bakteri mesoplilie paada temperatuure 13–40oC sedangkan s thermophilic pada tempeerature 55–600C.(Fry). Seperti halny ya proses bioologi tingkat produksi methan berrlipat untukk tiap peeningkatan temperatur seebesar 10–15 0C . Jumlah total dari gas yang dip produksi padda jumlah baahan yang tetap mening gkat seiring dengan men ningkatnya temperature.

Gambar 1. Teemperatur tinggkat produksii gas pada 15°C dan 35°C C b. Faktorr Unsur Hara Bakterri Anaerobik membutuhkaan nutrisi sebagai sum mber energyy yang meengandung nitrogen, fosffor, magnessium, sodium,, mangan, kalsium dan kobalt. k Level nutrisi harus sekurangkurangnya lebih dari konssentrasi optim mum yang dibutuhkan oleh o bakteri metanogenik k, karena apabila terjad di kekurangan an nutrisi meenghambat bagi pertumbuhan bakteeri.Penambahaan nutrisi dengan bahan yang sedeerhana sepertti glukosa menambah peertumbuhan diidalam digesteer. c. Tekanaan Udara Jika su uatu gas atauu udara ditem mpatkan di suatu bejana tertutup makka pada dinding bejana akan bekarja suatu gaya. G Gaya yang timb bul adalah disebut persatuan luas dindiing yang tekanan.Dalam m teori fisi sika gas terrdiri dari molekul-moleekul yang beergerak teruss menerus secara sembaarang. Karenaa gerakan in ni dinding bejana yang g ditempati gas akan mendapat tumbukan terus-menerus pula darii banyak molekul. Tumbukan ini yang dirasaakan oleh dinding sebag gai tekanan.

A17


2.2. Rancangan Fungsional Terdapat dua tipe alat penangkap gas methan yaitu tipe batch dan tipe kontinyu.Pada tipe batch bahan organik ditempatkan di tangki tertutup dan diproses secara anaerobik selama 1–3 bulan tergantung pada jumlah bahan yang dimasukkan.Isi daridigester biasanya dihangatkan dan dipertahankan temperaturnya.Selain itu kadangkaladiaduk untuk melepaskan gelembunggelembung gas dari sludge. Tipe digester ini tidakmembutuhkan banyak perhatian selama proses. Meskipun demikian hampir semua bahanorganik tetap akan diproses. Efisiensi maksimal dari proses hanya dapat diharapkan biladigester diisi dengan hati-hati.

bisa berbahaya jika dinyalakan.Sistem batch dapat menghasilkan biogas selama beberapa bulan. Kebanyakan mikro-organisme aktivitas terjadi di dekat permukaan bubur sehingga secara berkala dilakukan pengadukan bubur dengan memiringkan drum ini akan meningkatkan efektivitas dari digester. Setelah digester tidak lagi memproduksi gas dapat dikosongkan dan diisi ulang dengan bubur segar. Bekas bubur dapat digunakan sebagai pupuk dan sejumlah kecil sisa bubur dapat ditambahkan ke bubur segar untuk membantu memulai lebih cepat proses pembuatan gas-methan berikutnya. Setelah mengisi, ingat untuk membersihkan sistem sampai tidak ada lagi bahaya memiliki oksigen di dalam campuran gas.

2.3. Pembuatan dan Gambar Teknik Tahap ini adalah membuat gambar desain atau gambar teknik dari Reaktor danistalasinya yang dirancang dengan sangat sederhana seperti pada Gambar 2 . Pengukur tekanan murbaud P stop kran ke komponen Inner tube ( ban dalam mobil ) Drum plastic

Gambar 2. Model Skema Reaktor Digester drum 2.4. Desain Reaktor Batch Digester Drum Bioreaktor batch dasar dapat dibuat dari drum plastic ukuran sedang100 liter (27 galon) yang banyak dijual yang memiliki tutup yang dimodifikasi dengan menggunakan paking yang dikencangkan dengan mur baut 8 mm sebanyak 8 buah yang mudah untuk dibuka-tutup untuk isi ulang bubur sampah. Drum dalam kondisi yang baik dan mampu untuk menutup tanpa kebocoran. Tutup dilubangi untuk outlet gas dengan pipa pvc 0.5 inchi dan memasang alat pengukur tekanan gas, pada outlet pipa setelah stop-kran dibuat dua cabang dan cabang tersebut untuk dihubungkan ke ban dalam mobil (gas line to innr tube) dan cabang yang satunya dihubungkan ke peralatan/komponen pemanfaatan gasbio. Ketika drum gasbio mulai memproduksi biogas, gas harus dibebaskan untuk sekitar minggu pertama sebelum mencoba untuk menyalakan kompor pastikan bahwa tidak ada udara yang tersisa dalam instalasi. Hal ini sangat penting karena oksigen dicampur dengan metana


Gambar 3.Fisik Reaktor Batch Digester drum 3. ANALISA PERENCANAAN DIGESTER. 3.1. Analisa Volume Sampah Pengisian drum digester dengan sampah yang sudah dipotong-potong dan ditumbuk atau bubur sampah dimasukan hingga penuh sampai 100 liter. Namun setelah 3 hari permukaan sampah tersebut turun hingga setengah dari tinggi drum pencerna. Maka volume sampah dapat dihitung : Vsampah= L alas x t = ( π x r2 ) x t = 3,14 x 202 x 78 = 97.968 Cm3 V sampah = 98 m3 Keterangan: t = tinggi permukaan sampah r = rata-rata jari-jari drum V= volume sampah. Volume drum 100 m3 sehingga ada toleransi udara 100 – 98 = 12 liter udara.

A18


3.2 Kapasitas Gas Methana Dari data didapat dari Dhieta Sancoko, 2007 didapatkan bahwa Volume sampah 100.000 m3 didapatkan kapasitas gas methan (CN4) sebesar 16 m3/jam atau setara dengan 0,00167 m3/s (DR Enri Damanhuri, 1997), Maka dengan rumus: V1 .Q2 = V2 . Q1 100.000m3 x Q2 = 0,098m3 x 0,00167 m3/S Q2 = 1,6366 x 10-9m3/S Keterangan: V1 = volume sampah pembanding Q1 = Kapasitas gas pembanding V2 =volume sampah diketahui Q2 = kapasitas gas yang dicari. 3.3 Perhitungan Aliran Gas Methana Berat jenis methan (γ) dapat dicari menggunakan rumus: γ = ρ x g …… ( Reuhen M Olson) …….1) Jika ρ methan = 0,668 kg/m3 (Robert L Daugherty, 544) maka : γ = 0,668kg/m3 x 9,8 m/S2 γ = 6,546 N/m2 Gaya yang bekerja pada pipa penangkap gas methan adalah: F = γ x h x A …….( Reuben M Olson: 56) Keterangan: F = Gaya pada pipa γ = berat jenis fluida (N/m2) h = ketinggian (m) A = Luas penampang (m2) Pada perancangan pipa penangkap gasmethan menggunakan pipa PVC berdiameter 0,008 m, luas penampang pipa dengan diameter 0,008 m adalah : A = π/4 x d2 A = 3,14 / 4 x 0,0082 A = 5,024 x 10-5 Jadi gaya yang terjadi adalah : F =6,546 N/m3 x 5 m x 5,024.10-5 m2 F =1,6443552 x 10-3 N Tekanan yang terjadi pada pipa penangkap gas methane adalah : P = F/A = 1,6443552 . 10-3/5,024 . 10-5 = 32,722 N/m2 P = 32,722 Pa. Dengan factor koreksi adanya hambatan pada pipa saluran losses sebesar 80 %, tekanan yang terjadi di ujung saluran menjadi:


P = 80% x 32,722 = 25,76 Pa. Karena 1 atm = 105 Pa, tekanan yang didapat adalah 25,76 Pa < 1 atm., maka dapat dicari kecepatan aliran gas methana dengan menggunakan rumus: V = Q/A = 1,6366 x 10-9 /5,024 x 10-5 = 3,2575 x 10-5m/s 3.4 Biaya Pembuatan Bahan-bahan yang digunakan dalam membuat Reaktor Batch Digester drum sangat banyak di pasaran : Table 1 Rincian dan biaya pembuatan Harga No Nama material Jml Harga satuan 1 Drum 1 bh 150.000 150.000 plastic/blong 2 Packing/ siel 1 set 25.000 25.000 3 Murbaut 8 mm 8 bh 3.000 24.000 4 Stop kran 1 bh 12.500 12.500 5 Ban dalam 1 bh 15.000 15.000 mobil bekas 6 Preasure meter 1 bh 12.500 12.500 7 Selang D=8mm 6m 5.000 30.000 8 sambungan 3 bh 10.000 30.000 selang Jumlah 299.000 Biaya pembuatan Reaktor Digester Drum sebesar Rp 299.000,- (Dua ratus sebilanpuluhsembilan ribu rupiah), untuk investasi awal pembuatan alat . Selanjutnya sampah yang didapat dari pasar umumnya gratis . 3. KESIMPULAN Dari hasil perencanaan diperoleh Desain Alat Penangkap Gas Methan menggunakan drum plastic adalah: a. Desain Penangkap gas methan dari perhitungan cukup mampu menahan tekanan yang dihasilkan sampah yang menjadi bahan gas methan. b. Volume drum pencerna 100 liter untuk penampungan skala kecil . c. Sebagai penampungan dan keamanan ban dapat digunakan sebagai indicator gas. d. Harga pembuatan yang relatip murah .

A19


DAFTAR PUSTAKA [1] Cecep Dani Sucipto, 2012 Teknik Pengolahan Daur Ulang Sampah, [2] Fry, L. J., 1973, Methane Digesters for Fuel Gas and Fertilizer, The NewAlchemy Institute, Massachusetts, 8th Printing. [3] Goodfellow–Material Information, 2000, Polyethylene–Low Density, LDPE. http:// www.goodfellow.com/csp/active/gfMaterialI nfo.csp.MATID=ET31&result=13,Oktober 2003. [4] Culp W Archie. “Prinsip –prinsip Koversi Energi,” Erlangga Jakarta, 1985 [5] Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan Widodo B.U. Ir.ME.“Teknik pembakaranDasar dan Bahan Bakar,” ITS, Surabaya, 1990. [6] Mikheyev M, “ Fundamental of Heat Transfer, “ Peace, Moscow [7] Durban David, Norman A. Fleck, “Singular Plastic Fied in steady Penetration ofrigid Con”, Journal of engineering material and technology. [8] Anonymous., 1983, Sifat Papan Partikel Datar, Standart Industri Indonesia SII.079783, Departemen Perindustrian, Jakarta. [9] Hutasoit, G.F. dan Prihastuti, 1996, Orientasi Penelitian Pembuatan PapanPartikel, Berita P3GI, Pusat Penelitian Perkebunan Indonesia (P3I), Pasuruan. [10] Smith, W.F., 1986, Principle of Materials Science and Engineering, Mc Graw HillInc.


A20


(K1-10-05)

GENERASI LISTRIK DARI ENERGI PEMBANGKIT TENAGA PANAS BUMI DI JAWA BARAT INDONESIA Agus Siswanto Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Elektro, Cirebon 45135

Abstract The use ofelectrical energy is ameasure of departure progress in industry developments through out the countries of theworld, especially in Indonesia. Powerplant has been and is being built afossilfired power plants with expensive production costs, it is necessary for power generation is environmentally friendly andare cheap to produce, from the natural potential of the development owned Geothermal Power Plant (GPP) is one solution to meet the needs of New Renewable Energy (NRE). It can be developed from the research that developed the geothermal potential in Indonesia reaches 40% of total energy needs of the world's reserves. This study, proposed the generation of electricity from geothermal. Keywords: Electricity generation, geothermal, GPP, NRE. 1. PENDAHULUAN Fenomena energy di era modern saat ini menjadi problematika sosial, krisis energy yang terjadi secara mendunia yang berbahan bakar fossil, meliputi minyak bumi, gas alam serta energy listrik. Kebutuhan energy listrik di Indonesia makin berkembang seiring peningkatan jumlah penduduk dan pola kehidupan masyarakat. Pertumbuhan ekonomi mencapai lebih dari 5% merupakan pendorong akan peningkatan konsumsi energy. Energy listrik merupakan kebutuhan primer dalam dunia industry dan masyarakat sekarang. Ketersediaannya sangat berpengaruh pada laju pertumbuhan ekonomi dan kemajuan teknologi. Foktor penting dalam energy listrik meliputi, ketersediaan tenaga listrik yang mencukupi, aman, andal dan harga yang terjangkau. Indonesia merupakan Negara yang memiliki banyak ke puluan dan terdapat banyak potensi alam, meliputi: air, panas matahari, batu bara, nuklir, dan panas bumi. Indonesia menempati urutan keempat dunia, bahkan dari segi temperatur yang tinggi, merupakan kedua terbesar. Sebagian besar energi panas bumi yang telah dimanfaatkan di seluruh dunia merupakan energi yang diekstrak dari sitem hidrotermal, karena pemanfaatan dari hot-igneous system dan conduction-dominated system memerlukan teknologi ekstraksi yang tinggi. Sistem hidrotermal erat kaitannya dengan sistem vulkanisme dan pembentukan gunung api pada zona batas lempeng yang aktif yang terdapat aliran panas (heat flow) yang tinggi. Indonesia terletak di pertemuan tiga lempeng aktif yang memungkinkan panas bumi dari kedalaman ditransfer ke permukaan melalui sistem rekahan. Posisi strategis ini menempatkankan Indonesia sebagai Negara paling kaya dengan energi panas bumi system hidrotermal yang tersebar di


sepanjang busur vulkanik. Sehingga sebagian besar sumber panas bumi di Indonesia tergolong mempunyai entalpi tinggi. Pulau yang memiliki kepadatan penduduk serta industry terbesar berada di pulau jawa, saat ini kapasitas listrik yang tertanggun lebih dari 70% secara Nasional, dalam hal ini diperlukan juga jumlah kapasitas yang bersar suplai energinya. Dipulau Jawa, memiliki potensi panas bumi terbesar secara nasional, khususnya jawa barat bila ditinjau dari munculnya panas bumi di permukaan per satuan luas, untuk itu kebutuhan energy masa depan. Pengembangan generasi listrik menggunakan energy baru terbarukan dijawa Barat dapat menjadi solusi kekurangan energy yang menjadi problematika social diera modern. 2. TEORI PENUNJANG Panas bumi panas yang bersumber dari perut bumi, energy panas bumi bersumber dari panas tersebut. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB) merupakan pembabgkit yang bersih dari pulusi dan ramah lingkungan. Dalam pengembangan energy panas bumi sebagai berikut: 2.1.

Energi Panas Bumi Energi Panas bumi yang sebagian besar berupa air panas atau kombinasi uap dan air panas (hot water dominate) dengan temperature 360O F (182OC) dapat digunakan dalam flash plants untuk menghasilkan energy listrik. Fluida disemprotkan kedalam suatu tangki yang mempunyai tekanan jauh lebih rendah dibanding daripada tekanan fluida tersebut. Hal ini menyebabkan jumlah fluida tersebut dengan cepat menguap atau flash. Uap fluida ini kemudian

A21


memuutar turbin yaang terkopel dengan d generrator, sisa fluida tersennut (air) daapat diinjekssikan kebum mi. Pembangkitt Listrik Ten naga Panas B Bumi mengggunakan uapp dari sumb ber panas bbumi sebaggai sumber energi e primernya. Sedanggkan energi panas bumii mempunyai beberapa maacam jenis, sesuai denngan kondisi geologi daaerah tersebbut. Energi paanas bumi terriri dari 3 maacam yaitu: 1) Energi Panass Bumi Uap Basah 2) Energi Panass Bumi Air Paanas 3) Energi Panass Bumi Batuan n Panas

separator iniilah yang keemudian diaalirkan ke turbin.

2.2. Proses Kelisttrikan Panas Bumi B Proses keelistrikan Sebagian S bbesar pembangkit listrikk menggunaakan uap. Uap dipakai untuk meemutar turbin n yang kemuudian mengaktifkan gennerator untu uk menghasiilkan listrikk. Banyak pembangkit listrik m masih menggunakan bahan bakarr fosil uuntuk mendidihkan air guna men nghasilkan uap. Pembangkit Listrikk Tenaga Panaas bumi (PLT TPB) pada prinsipnya saama seperti Peembangkit Liistrik Tenagga Uap (PLTU U), hanya sajaa pada PLTU,, uap dibuatt di permuukaan meng ggunakan booiler, sedanngkan pada PL LTPB uap berasal dari reserrvoir panass bumi. Pembbangkit yang digunakan uuntuk merubbah panas bum mi menjadi ten naga listrik seecara umum m mempunyaii komponen yang y sama denngan powerr plant lain yaang bukan berrbasis panas bbumi, yaitu terdiri darri generator, turbin sebbagai pengggerak generaator, heat ex xchanger, chiiller, pomppa, dan sebbagainya. Ad da tiga maacam teknologi pembanggkit listrik tenaga panas bbumi yaitu dry steam, flash f steam, dan d binary cyycle. Pada G Gambar 1, meenunjukkan:

System m temperaturee aliran tekan nan tinggi ditunjukkan pada Gambaar 3. Pada system ini n pendinginann air. Fluida sekunder menggunakan menguap pada temperatuur lebih ren ndah dari temperatur tittik didih air paada tekanan yang y sama. Fluida sekunder mengalir ke turbin daan setelah n dikondeensasikan dimanfaatkan sebelum dipanaskan kembali k olehh fluida pan nas bumi. Siklus tertutu up fluida pannas bumi tidaak diambil masanya, tetapi hanya panasnya saja yang diekstraksi oleh fluida keedua, sementara fluida panas bumi diinjeksikaan kembali kedalam reservoir.

Gambar 2. Tekanan steaam dan air ke turbin

nggi Gambaar 3. Temperattur tekanan tin Diagraam alir kawa wasan system pemanas Reykjvik yan ng dirumuskaan oleh Gudm muns son pada tahun 19 988.

Gambar 1. Proses P pemisaahan fluida Fluida pannas yang kelluar dari keepala sumurr sebagai campuran fluida f dua fasa meruppakan campuuran dari (fassa uap dan ffasa cair) hal tersebuut terlebih dahulu d dilakuukan prosess pemisahann pada flluida. Hal ini dimunngkinkan denngan melew watkan fluidaa ke dalam m separator, sehingga s fasaa uap terpisahhkan dari ffasa cairnya. Fraksi F uap yan ng dihasilkan dari


Gambar 4. Diiagram alir sysstem pemanass (From Gu udmunds son, 1988)

A22


2.3. Biaya Pembangkitan Panas Bumi Biaya pembangkitan total tanpa biaya eksternal merupakan penjumlahan dari biaya modal, biaya bahan bakar, biaya operasional dan perawatan, serta biaya lingkungan. Biaya pembangkitan = Biaya Modal+biaya Bahan bakar + Biaya O&M Sedangkan listriknya:

untuk

harga

jual

energi

Harga jual = Biaya pembangkitan+biaya transmisi+ Prosen keuntungan+prosen pajak. 2.3.1 Biaya modal (capital cost) Dalam pengoperasian biaya modal pertahun merupakan biaya nvestasi pembangunan pembangkit tenaga listrik yang dipengaruhi oleh faktor suku bunga dengan faktor penyusutan peralatan yang dimiliki pembangkit:



. .

2.3.2 Biaya bahan bakar (fuel cost) Operasional biaya yang hanya dikeluarkan system apabila pusat pembangkit dioperasikan untuk membangkitkan tenaga listrik. Biaya operasi ini merupakan biaya pembelian uap panas bumi dan minyak pelumas 2.3.3 Biaya operasional dan pemeliharaan Biaya ini harus tetap dikeluarkan meskipun peralatan-peralatan di pusat pembangkit tidak sedang beroperasi. Biaya O&M ini merupakan biaya untuk perawatan pusat pembangkit, dan juga biaya tenaga kerja yang mengoperasikan dan merawat pusat pembangkit. 2.3.4 Biaya Lingkungan Yang dimaksud biaya lingkungan dalam pembangunan PLTP adalah biaya pemeliharaan lingkungan. Seperti alat pengurangan emisi, pengolahan limbah oli, menjaga kuantitas dan kualitas air tanah. 2.3.5. Biaya Modal Biaya modal pertahun adalah biaya investasi pembangunan pembangkit tenaga listrik yang dipengaruhi oleh faktor suku bunga dengan factor penyusutan. 3. KONDISI SISTEM JAWA BARAT

KELISTRIKAN

Tabel Eksisting wilayah kerja pertambangan panas bumi yang telah beroperasi:


Tabel 1. Potensi geothermal di Jawa Barat No Lokasi 1 Gunung Salak 2 Wayang Windu 3 Kamo jang 4 Drajat

Propinsi Jawa Barat Jawa Barat Jawa Barat Jawa Barat

Pengembangan Kapasitas PGE-CGS 375 (MW) PGE-SE

110 (MW)

PGE

200 (MW)

PGE-CGS

250 (MW)

Keterangan: PGE (Pertamina Geothermal Energy) CGS (Chevron Geothermal Salak) CGI (Chevron Geothermal Indonesia) SE (Star Energy)

3.3. Suplay Tenaga Listrik Salah satu permasalahan ketenagalistrikan di Jawa Barat yaitu meningkatnya kebutuhan listrik oleh masyarakat sehingga diperlukan peramalan beban di suatu regional. Peramalan atau perkiraan beban beban merupakan masalah yang sangat menentukan bagi perusahaan listrik baik segi-segi manajerial maupun bagi operasional. Untuk dapat membuat perkiraan beban beban sebaik mungkin perlu beban sistem tenaga listrik yang sudah terjadi di masa lalu. Perkiraan beban jangka panjang adalah untuk jangka waktu lebih dari satu tahun. Dalam perkiraan beban jangka panjang masalah-masalah makro ekonomi yang merupakan masalah ekstern perusahaan listrik merupakan faktor utama yang menentukan arah perkiraan beban. Perhitungan perkiraan beban dilakukan dengan menggunakan data yang berasal yang dari wilayah kelistrikan Jawa Barat. Data yang dipakai merupakan data dalam kurun waktu 10 tahunan mulai tahun 19972007 dengan hasil perhitungan merupakan perkiraan beban untuk jangka panjang sampai 2020. 3.4. Penggunaan Energi Listrik Konsumsi energi listrik di Propinsi Jawa Barat menunjukkan pemakaian yang terus meningkat tiap tahunnya. Hal ini disebabkan jumlah penduduk yang cenderung meningkat setiap tahun, semakin berkembangnya sektor industri dan semakin meningkat kemajuan daerah di propinsi Jawa Barat. Sektor industri merupakan sektor yang paling banyak membutuhkan energi diikuti dengan sektor komersil (bisnis), penerangan jalan, serta gedung pemerintah. Hal ini terjadi karena di Jawa Barat merupakan sentral wilayah yang terdapat sektor industri, dan bisnis terbesar, yang merupakan wilayah perkembangan peradaban yang maju, dan berbatasan dengan Ibu Kota Negara, yang merupakan pusat perekonomian nasional.

A23


Gaambar 5. Poten nsi migas dann panas bumi vs v pengemban ngan wilayah JJawa Barat 4. AN NALISIS PE EMBANGUNA AN PLTP Wilayah-willayah yang y ddapat dikem mbangkan pem mbangunan PL LTP di jawa bbarat sangaat berpotensi, dari beberapaa wilayah terssebut dapat di kelampokkkan sebagai beerikut: Potensi wilayaah Drajat Jaba ar 4.1. P Wilayah draajat memiliki empat kecam matan yang memiliki poteensi yang dap pat dikembanggkan sebaggai pembangnnan pembang gkit panas bbumi antaraa lain meliputii: 1. Kec. Kertasaari(Bandung) 22. Kec. Pacet(B Bandung) 3. Kec. Pasirw wangi(Garut) 44. Kec. Sukareesmi(Garut) 4.2. P Potensi Wilayaah Kamojang g Jabar Area potenssi wilayah kaamojang meliiputi beberapa kecamataan yang terdaapat potensi ppanas bumi,, hal tersebut merupakan potensi p yang baik untukk pengembanngan kapasitaas pembanguunan energyy terbarukann yang ram mah lingkunngan, bebrappa kecamatann tersebut meliiputi: 1. Kec. Ibun (B Bandung) 22. Kec. Paseh (Bandung) ( 3. Kec. Leles (Garut) ( 44. Kec. Samaraang (Garut) 4.3. P Potensi Wilayyah Wayang Windu W Luas wilayaah Jawa Baraat yang mem miliki potensi panas bumii ini meliputi lima l kecamataan: 1. Kec. Kertaasari(Bandung g) 22. Kec. Panggalengan(Band dung) S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

3. 4. 5.

Kec.. Talegong(Gaarut) Kec.. Bungbulang((Garut) Kec.. Cisewu(Garuut)

5. KESIMPULAN Potenssi Energy pannas bumi di Indonesia cukup besar, dan merupakaan sumber en nergy yang terbarukan (tidak mudahh habis) serrta bersih lingkungan, berbeda ddengan energ gy yang bersumber dari energy fosssil yang semak kin habis. Dari data yang telah dik kumpulkan Indonesia terlletak dibagaiaan mata rantaai gununggunung berap pi yang masih aktif, jelas mempunyai m kapasitas eneergy panas bbumi yang teerbesar di dunia. Besarr potensi eneergy panas bumi b (27 GWe) yang dimiliki untuuk pembangk kit tenaga listrik merrupakan ddalam pem mbangunan pembangkit teenaga listrik kkhususnya bagi daerahdaerah yang memiliki m potennsi energy. Berdasaarkan pembbahasan yan ng telah dilakukan daapat diambil beberapa keesimpukan sebagai beriku ut: 1) Pada tah hun 2008 Perttumbuhan eneergi listrik Jawa Baarat sebesar 5,22% per tahun dan Ratio 8 Elektrifikasi 65,37 % dan beban puncak di Propinsii Jawa Barat at rata-rata mengalami m difisit energi, selaain itu beerdasarkan peramalaan untuk taahun-tahun mendatang m juga meengalami difissit energi, maka m perlu segera di d bangun peembangkit baaru karena semakin n bertambahnnya konsumsi energi Propinsii Jawa Barat.

A24


2) Harga jual (BPP) dari energi listrik di Propinsi Jawa Barat yang diasumsikan isolated dan tanpa subsidi dari pemerintah setelah di bangunnya PLTP Subang 150 MW adalah sebesar Rp.1.125,36,3) Kendala-kendala yang memyebabkan pengembangan panas bumi berjalan lambat dan akhirnya membawa konsekunsi biaya tinggi. DAFTAR PUSTAKA [1] Claudiu Costea, Analysis of Thermal Efficiency in Geothermal Power Station Using A Simulink Model, Department of Electrical Drives and Automation, University of Oradea, pp. 84-87. [2] ……………, Pengembangan Panas Bumi Di Jawa Barat: Kontribusi dan Harapan Daerah, Disampaikan pada Acara Seminar Nasional Panas Bumi, 3 April 2006. [3] Andi Joko Nugroho, Optimization of Electrical Power Production from High Temperature Geothermal Fields with respect to Silica Scaling Problems, Faculty of Mechanical Engineering, Industrial Engineering and Computer Science University of Iceland, 2011 [4] Hanaa M. Farghally, Faten H. Fahmy, and Mohamed A. H.EL-Sayed, Neural Network Controller for a geothermal Space Heating System, The Online Journal on Electronics and Electrical Engineering (OJEEE). [5] Adam Zoet, the basics and applications of geothermal energy, dovetail partners. Inc., a trusted source of environmental information. [6] Alyssa Kagel, Diana Bates, & Karl Gawell , A Guide to Geothermal Energy and the Environment, Geothermal Energy Association 209 Pennsylvania Avenue SE, Washington, D.C. 20003, April 2007. [7] Valentin Trillat-Berdal, Bernard Souyri, Gilbert Achard, Coupling of geothermal heat pumps with thermal solar collectors, elsevire , 26 September 2006 [8] Goldstein, B., Bendall, B., Long, A. and Budd, A., Converting Geothermal Plays To Projects In Australia – A National Review, Proceedings, Thirty-Sixth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, January 31 - February 2, 2011.


A25


(K1-32-06)

STUDI AWAL KULTUR MIKROALGA Scenedesmus sp DENGAN MENGGUNAKAN WARNA PENCAHAYAAN BERSUMBER DARI LED SEBAGAI UPAYA PENYEDIA BAHAN BAKU BIODIESEL: SEBUAH RANCANGAN PENELITIAN Amalia Rizky Eka Putri1, Agung Sedayu1, Satwiko Sidopekso2 1

Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Biologi FMIPA, Jakarta 13220 Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Fisika FMIPA, Jakarta 13220 E-mail: [email protected]

2

Abstrak Pengembangan biofuel sebagai energi altenatif telah dilakukan guna mengatasi permasalahan ketersediaan bahan bakar fosil. Mikroalga menjadi salah satu sumber bahan bakar nabati potensial yang perlu dilakukan eksplorasi lebih dalam. Produksi bahan baku mikroalga dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan faktorfaktor lingkungan yang diperlukan alga dalam kultur. Specturm warna cahaya dari LED dapat digunakan untuk meningkatkan produktivitas sel Scenedesmus sp. Sebuah rancangan penelitian dibuat sebagai simulasi untuk mengetahui pengaruh perbedaan warna pencahayaan LED terhadap produktivitas sel pada kultur Scenedesmus sp. Kata kunci: Bahan bakar nabati, kultur mikroalga, warna pencahayaan LED.

Abstract Biofuel Development, biodiesel as alternative energy has been done to overcome the problem of availability of fossil fuels. Microalgae to be one of the potential sources of biofuels need to be explored in depth. By using the color of the LED light sources on cultured microalgae, it is possible to increase the productivity of microalgae cells through the process of photosynthesis. In simulation of this culture can be seen that the difference in color of led lighting affect microalgae culture. Keywords: Biofuels, microalgae culture, color LED lighting. 1. PENDAHULUAN Peningkatan penggunaan bahan bakar minyak menjadi permasalahan global baik dalam aspek ekonomi maupun lingkungan hidup. Angka kebutuhan akan bahan bakar minyak meningkat setiap tahunnya seiring dengan pertumbuhan industri dan transportasi, namun berbanding terbalik dengan ketersediaan bahan bakar yang semakin menipis akibat penggunaan secara terus menerus dan dalam kuantitas yang cukup besar. Hal ini setidaknya akan berujung pada kerugian dalam dua sektor. Dalam sektor ekonomi, kelangkaan bahan bakar minyak menyebabkan meningkatnya harga minyak dunia, yang akan berimbas dengan peningkatan harga produk lainnya. Dalam sektor lingkungan, penggunaan bahan bakar minyak secara besar akan menimbulkan polusi secara besar pula. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) menyatakan bahwa tingkat CO2 atmosfer telah mencapai angka lebih dari 450 ppm CO2-e (e=ekuivalen kontribusi seluruh gas rumahkaca), dimana nilai ini sudah memasuki batas “berbahaya”, lebih cepat 10 tahun dari waktu yang diperkirakan sebelumnya. Meskipun


upaya untuk mereduksi CO2 telah dilakukan, IPCC menyimpulkan bahwa total reduksi CO2 hingga 50-85% baru akan tercapai pada tahun 2050. Kondisi ini menjadi teguran global yang mewajibkan pengembangan berbagai sumber energi yang dapat diperbahatui (renewable energy) (Schenk, 2008). Berbagai negara telah memfokuskan diri dalam mengekplorasi alam dalam upaya pengembangan Bahan Bakar Nabati (BBN) atau biofuel, yang terdiri atas biodiesel, bioetanol, biometan dan biohidrogen. Mikroalga Scenedesmus sp. adalah salah satu spesies alga hijau fotosintetis berkoloni yang dapat dimanfaatkan dalam pembuatan biodiesel. Kandungan lemak (fatty acid) Scenedesmus sp. mencapai 16-40% (Triantoro, 2008). Untuk menyediakan bahan baku biodiesel dalam jumlah yang cukup banyak dan berkesinambungan, teknik kultur murni Scenedesmus sp perlu dilakukan dengan tepat untuk menghasilkan biomassa yang dapat memenuhi produksi biodiesel dunia. Cahaya merupakan faktor lingkungan yang penting bagi kehidupan mikroalga. Baik di

A26


laboraatorium mauppun pada skala pengembanngan komerrsial, peran cahaya mattahari diganttikan dengaan penggunaaan cahaya laampu fluoresscent (neonn atau TL). Peenggunaan lam mpu TL mem miliki beberapa kelemahaan seperti sebaagian besar ennergi yang terpakai dapaat terbuang daalam bentuk ppanas dan m membutuhkan daya listrik yang y cukup beesar. Dibanndingkan lam mpu TL, lam mpu LED llebih efisienn dalam peemakaian eneergi. Selain itu, spektrrum cahaya yang dikeluaarkan LED ddapat disesuuaikan dengann panjang caahaya yang ddapat diseraap oleh alga saaja sehingga lebih efisien uuntuk meninngkatkan laju fotosintesis allga. Dalam pennelitian ini, ratio specttrum cahayya merah:biruu LED menjaadi variabel yyang digunnakan untuk mendapatkan m laju pertumbuuhan dan bbiomassa Scennedesmus sp tertinggi. Denngan dibuattnya simulasii sederhana menggunakan m rratio LED yang tepat maka m dapat diketahui d renntang maksiimum spectruum cahaya yang paling bannyak diabsoorbsi Scenedeesmus sp unttuk meningkaatkan produuktivitas sel. Adapun tuju uan penulisann ini adalahh menambahh informasi mengenai teeknik budiddaya mikroalga, khususnya Scenedesmuss sp., yang dapat dilakukkan di Indonesia sebagai uppaya penyeediaan sumberr energi terbarrukan. 2. M METODE PEN NELITIAN 2.1. P Prosedur Pen nelitian Percobaan disusun d berdaasarkan rancanngan acak lengkap (RA AL). Kultur Scenedesmuss sp murnii didapatkan dengan cara pengencerann 106 dan kkemudian dipiindahkan padaa labu erlenm meyer 250 ml untuk tahap peng gamatan, denngan kepaddatan awal yang samaa. Pupuk yyang digunnakan adalah pupuk p formulaasi Walne. Sisstem pencaahayaan yangg bersumber dari LED ttelah didesaain dalam sebbuah rangkaiaan PCB berisi 100 lampuu LED merahh (640 nm) daan biru (450 nnm). Lamppu dipasang pada bagian n atas rangkkaian kulturr mikroalga. Area A kultur per p variabel di diberi sekat pembatas berupa karton putih uuntuk mempperluas persebbaran cahaya LED L (gambar 1).

Gam mbar 1. Desainn RAL kultur Scenedesmus sp dengann perbedaan ratio R:B LED D S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Pengamatan dilakukan seelama 10 hari untuk mengetahui kepadatan sel tertinggii dengan perlakuan ratiio lampu LED D red:blue 100 0:0, 75:25, 50:50, 25:75 5 dan 0:100 yang masin ng-masing dilakukan den ngan pengulanngan tiga kali. Adapun proses penellitian yang aakan dilakuk kan dapat dilihat pada gambar 2.

Gam mbar 2 . Alur kkerja penelitian n Parameter yang diamati adaalah laju dan bioomassa, pertumbuhan Peengukuran pertumbuhan sel mikroallga dilakukan n dengan mengukur OD (Optical ddensity) padaa panjang gelombang 68 80 nm (Lee ett al. 1998). Peengukuran OD dilakukan n setiap hari seelama 10 hari. Penguk kuran biomaassa kering dilakukan pada hari ke 10, Pengukuuran dilakukaan dengan mengambil 100ml kulttur dan diisentrifuge 6000rpm selama 10 menit. Kemudian diikeringkan dalam oven 80oC selam m 24 jam (Gunawan, 2012). 2.2. Alat dan Bahan Berikut ini i merupakann alat yang dibutuhkan d untuk mempeeroleh data aadalah labu erlenmeyer 250 ml, mikrroskop, lampuu LED, peralaatan gelas kimia, akuariu um, pompa aeerasi, selang, pipa p gelas, timbangan digital, d infrarred thermom meter, pH meter, Hand d refractomeeter, spectroffotometer, sentrifuge, oven, autooklav. Bahaan yang dibutuhkan ad dalah mikroallga Scenedesm mus sp, air dengan saliniitas (± 16ppt)), dan formullasi pupuk walne (Ardi, 2010). 2

A27


3. HA ASIL DAN PEMBAHASA P AN 3.1. M Mikroalga sebbagai generassi kedua biofu fuel Pada generaasi pertama, biofuel b dihasiilkan dari bberbagai jeniss tanaman tin ngkat tinggi yyang mengandung minyaak seperti lobaak, kedelai, buunga matahhari, palem dan d sebagainy ya. Namun, ppada kenyaataannya upayya ini kurang g berjalan efeektif, disebaabkan persainngan penggun naan lahan uuntuk produuksi biofuel daan untuk menccukupi perseddiaan pangaan bagi masyaarakat. Mikroalga menjadi satu u-satunya sum mber bahann baku yangg paling efissien dan muudah diprodduksi dalam jumlah bessar untuk diiolah menjaadi biodiesel.. Kelebihan utama mikrooalga diantaaranya: (1) effisien dalam mengubah ennergi foton,, sehingga menghasilkan m biomassa yyang besar.. (2) dapat dii panen sepan njang tahun uuntuk menghhasilkan minyyaknya, (3) daapat tumbuh ppada air lim mbah yang mengandung m garam, sehinngga menguurangi pemaakaian air bersih, b (4) ddapat menguurangi CO2 yang dilepaskan dari baahan bakar minyak buumi, (5) men nghasilkan baahan bakar nabati yanng tidak berracun dan ddapat didegrradasikan (Schenk, 2008). Baik tanam man maupun mikroalga m maampu menguubah energii matahari menjadi ennergi kimiaawi melalui proses foto osintesis. Ennergi kimiaawi yang dihaasilkan disimp pan dalam beentuk molekkul-molekul seperti lignin, selulosa, patii dan minyaak (gambar 3)).

3.2. Peran cahaya c dalam m meningkatkan laju pertumb buhan Sceneddesmus sp Beberaapa faktor liingkungan yaang perlu diperhatikan dalam melakkukan kultur mikroalga diantaranya adalah cahhaya, nutrien, suhu, kandungan CO C 2, salinitaas, pH dan sirkulasi. Perubahan pada sebaagian fakto or akan mempengaruh hi pertumbuhaan dan kandu ungan dari mikroalga. Ketersediaan dan bbesar intensitas cahaya menjadi paraameter pentin ing dalam melakukan m kultur mikroalga fotosinteetik. Intensitaas cahaya berpengaruh terhadap laaju fotosintesis. Pada rentang inten nsitas rendah ah, pertumbu uhan alga sangat minim m. Sebaliknya pada rentang intensitas tinggi, fotosintesis meninngkat hingga mencapai titik optimum m yang dapat dicapai. Jika intensitas cahaya meleb bihi batas opttimum, laju fo otosintesis juga j tidak ak kan berlangsuung optimal dan d dapat menyebabkan n foto oksidaasi, rusaknyaa reseptor cahaya pada alga a (Alabi, 20009). Fotosin ntesis terdirii dari reaksi terang (penyerapan foton) f dan reaaksi gelap (asiimilasi C). Pada saat reaksi teranng, alga fo otosintetik melakukan penyerapan p footon (partikeel cahaya) dan mengubaahnya menjaddi ATP dan NADPH. Laju fotosinttesis tergantun ung pada laju u absorbsi foton. Foton yang y berguna untuk fotosin ntesis pada rentang 400 nm n – 700 nm m. Foton ditan ngkap oleh klorofil dan n digunakann untuk melepaskan m elektron. Percob baan yang ddilakukan olleh T.W. Englemann membuktikan m pperan spectru um cahaya terhadap fo otosintesis yyang diujikan pada mikroalga Spirogyra. Mikrroalga diteran ngi dengan spectrum cah haya rentangg warna ung gu hingga merah. Untuk k melihat lajuu fotosintesiss tercepat, Englemann menggunakan m bakteri aero obik. Dari hasil pengamatan didapati bakteri aerob bik banyak terkumpul pada daerah yanng mengandun ng banyak oksigen akib bat tingginya aktivitas fo otosintesis. Daerah ini meliputi m bagiaan alga yang diterangi spectrum cahaaya biru dan m merah (gambaar 4).

G Gambar 3. Pem mbentukan seenyawa organiik melalui fotosinteesis Mikroalga Scenedesmus sp. adalah ssalah S satu spesies gangggang hijau uniseluler yyang berkooloni. Sel-selnnya mempuny yai kloroplas yyang berwaarna hijau, mengandung g klorofil-a dan kloroffil-b, serta karotenoid. Pada klorooplas terdappat pirenoid, hasil asimilaasi berupa teppung dan m minyak. Kanduungan lemak (fatty acid) seetiap sel Sccenedesmus spp. mencapai 16-40%.


Gambar 4. Peercobaan T.W.. Englemann pada p alga Spyyrogira yang dditerangi specctrum cah haya berbeda.

A28


Spectrum warna w merah (600-700nm) dan biru ((400-500nm) lebih banyak k diabsorpsi oleh mikrooalga. Pada rentang spectrrum warna hhijaukuninng, warna dilew watkan tanpa digunakan daalam fotosiintesis (gambaar 4).

dipakai dalam m jumlah yangg sangat sedik kit (Biksa, 2010).

2.3. R Ratio spectrum m warna red::blue LED daalam kkultur Scenedeesmus sp. Light Emittting Diode (L LED) merupaakan suatu semikondukktor sambun ngan anoda dan katoda yang dapaat memancarrkan cahaya jika diberii energi listrikk. LED mulai banyak b digunaakan sebaggai lampu hem mat energi, karrena efektif daalam menggunakan eneergi listrik untuk melepaaskan sejum mlah besar fotoon. Gambar 6. Spektrum S warrna cahaya yan ng dapat diserap d klorofiil a, klorofil b dan karotenoid. k untuk difokuskan Penelittian ini mengetahui raatio red : bluee LED yang paaling tepat untuk meningkatkan produktivittas sel Scenedesmus sp. Dalam hal ini belum m banyak kajian ilmiah h yang membbahas spectru um cahaya yang optimal untuk kultur m mikroalga. Tiiap spesies mikroalga meemerlukan inddikator lingkun ngan yang bisa berbeda satu s dengan sppesies lainnyaa. Gambar 5. Komponen K Laampu LED Light emittiing diode (L LED) telah cuukup lama digunakan sebagai s sumb ber cahaya ppada indooor cultivation. LED membeerikan keuntunngan dibandingkan lam mpu fluoresceent yang um mum digunnakan dalam kultur jaringan. Bebeerapa kelebiihan lampu LE ED yaitu: a. L LED efektif dalam men nggunaan ennergi liistrik, sehinggga tidak ban nyak energi yyang teerbuang dalam m bentuk panaas. b. P Pemakaian dayya dan arus yaang kecil c. L Life span yaang lebih paanjang, 40.0000 – 660.000 jam. d. D Dapat meminiimalisir specttrum warna yyang tiidak diperlukaan bagi tumbu uhan ataupun alga seehingga hanyya difokuskan n pada specttrum w warna yang daapat diabsorpssi tumbuhan. ((Ali, 22011). Penggunaann lampu LED D ditujukan uuntuk menguurangi pemaakaian energi listrik yyang berlebbih dengan meelihat kondisi penurunan ennergi listrikk saat ini. Spectrum S cah haya yang aakan digunnakan adalah merah m dan biru u. Jika diibaraatkan sebaggai makronuttrien dan mikronutrien m ppada pupukk, spectrum merah m dan biru b sama sepperti makroonutrien yangg diperlukan alga. a Sama haalnya dengaan spectrum cahaya hijau u hingga oraange yang seperti mikrronutrien. Mikronutrien ssama pentinngnya dengaan makronutrrien, hanya saja


4. KESIMPULAN 1) Scen nedesmus sp merupakan salah s satu mikrroalga dengann potensi besar untuk dimaanfaatkan dalam pembuatan p biodiesel. 2) Lam mpu LED dapaat dimanfaatkaan sebagai sumb ber cahaya daalam kultur mikroalga, m deng gan berbagaai kelebihaan yang lampu dimilikinya diibandingkan fluorrescent. 3) Ratio o spectrum w warna cahaya dari LED dapaat disesuaikann untuk men ningkatkan prod duktivitas sel SScenedesmus sp. s DAFTAR PU USTAKA [1] Erik Bik ksa, 2010, N Next Generatiion LEDs Part 1: The Diode SStrike Back, Maximum Yield: In ndoor Gardenning, ed Febru uari 2010, 74. [2] Gunawaan, 2012, R Respon Perrtumbuhan Mikroalg ga (Tetraselm mis Sp.) Padaa Berbagai Intensitaas Cahaya, Jo Journal of bio oscientiae, Vol. 9, 55-59 5 [3] Peer M. M Scenk ett all, 2008, Second Generatiion Biofueels: High--efficiency Microalg gae for B Biodiesel Production, Journal of Bioenergy Research, Vo ol.1, 20-43 [4] Abayom mi O. Alabbi, 2009, Microalgae M Technologies & Prrocesses for Biofuels/ Bioenerg gy Productionn in British Columbia, C

A29


[5]

[6]

[7]

[8]

Final Report submitted to The British Columbia Innovation Council. Ardi, 2010, Pertumbuhan Mikroalga (Spirulina platensis) dengan Memanfaatkan Limbah Tahu cair Sebagai Pupuk Alternatif Dalam Kultur Semi Massal, Tugas Akhir Jurusan Manajemen Agribisnis Politeknik Negeri Jember. Triantoro, Koko, 2008, Alga Mikro Scenedesmus Sp. Sebagai Salah Satu Alternatif Bahan Baku Biodiesel di Indonesia, Yogyakarta Lincoln Taiz and E. Zeiger, Principles of Spectrophotometry, available at www.5e.plantphys.net/article.php?ch=7&id =66, di akses 3 September 2012 Muhammad Ali, 2011, Lampu LED untuk Masa Depan yang Lebih Baik, diunduh dari www.muhal.wordpress.com/2011/04/03/lam pu-led-untuk-masa-depan-yang-lebih-baik/, diakses 23 Agustus 2012.


A30


(K1-37-07)

STUDI KARAKTERISTIK MODUL SURYA SISTEM 48 VOLT PADA DC HOUSE Riyan M. Satwiko S. Hadi N. Universitas Negeri Jakarta, Fisika,, Jakarta 13220

Abstrak Energi listrik dibutuhkan oleh manusia untuk melakukan aktivitas sehari-hari sehingga menjadikan energy listrik sebagai salah satu komponen penunjang kehidupan manusia. . Pada penelitian ini modul surya 48 Volt digunakan dalam proyek DC House. DC House merupakan sistem hybrid dengan menggabungkan beberapa sumber energi terbarukan menghasilkan arus searah sebagai sumber energinya. Pada penelitian ini dijelaskan mengenai metode yang dilakukan serta karakteristik dari modul surya dan juga alat-alat serta langkah-langkah dilakukan. Kata kunci : Modul surya 48 Volt, sistem hybrid, DC House.

Abstract The electrical energy required by humans to perform daily activities that makes electrical energy as one component of supporting human's life. In this study the solar modules was used in the project 48 Volt DC House. DC House is a hybrid system combining several sources of renewable energy to generate direct current as an energy source. This paper describe the using method , the characteristics of solar modules, and the tools and also the procedure. Key Word : Solar module 48 Volt, hybrid system, DC House.

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan oleh manusia untuk melakukan aktivitas sehari-hari sehingga menjadikan energi listrik sebagai salah satu komponen penunjang kehidupan manusia. Tak hanya didaerah perkotaan, namun wilayah pedesaan pun sangat membutuhkan listrik, karena selain dapat menunjang aktivitas dalam kehidupan, energi listrik juga dapat meningkatkan produktivitas dari usaha yang dikerjakan. Seperti dalam proses produksi alat-alat permesinan serta dalam pembuatan komponen elektronika tak dapat terlepas dari mesin-mesin yang menggunakan energi listrik. Perangkatperangkat seperti televisi, komputer, handphone banyak digunakan dalam kehidupan eahari-hari pun tak terlepas dari penggunaan energi listrik. Banyak cara dilakukan untuk memenuhi kebutuhan listrik mulai dari penggunaan energienergi fosil yang dikonversikan menjadi energi listrik hingga saat ini mulai dikembangkan sumber-sumber lain penghasil energi listrik, seperti tenaga air, angin, panas bumi dll. Sumber-sumber energi berasal dari fosil lambat laun akan habis dan terbatas menyebabkan energi dari fosil cukuplah mahal. Selain itu penggunaann energi dari fosil berdampak negatif terhadap kelestarian lingkungan. Penggunaan sumber-sumber energi alternatif lain seperti energi listrik diperoleh dari pemanfaatan tenaga air, khususnya di pulau Jawa


terutama diwilayah Jakarta pun akan terbatas, dikarenakan sumber air yang memungkinkan untuk menghasilkan energi listrik pun sangat terbatas. Berbeda dengan energi yang dikeluarkan oleh matahari yang tak akan terbatas jumlahnya. Energi dikeluarkan oleh matahari ke bumi adalah 20.000 kali dari energi diperlukan di seluruh dunia. Ditambah dengan potensi Indonesia sebagai negara memiliki iklim tropis dan berada pada garis khatulistiwa maka intsensitas sinar matahari yang didapat juga lebih besar dibanding negara lain[1]. Energi matahari atau energi surya merupakan salah satu energi ramah lingkungan sehingga dapat dikatagorikan sebagi energi masa depan. Penggunaanya tidaklah mebawa dampak yang buruk terhadap lingkungan. Begitu juga dalam pemanfaatan energi angin,Indonesia merupakan negara kepulauan dengan garis pantai terpanjang didunia sehingga memiliki potensi angin baik[2]. Upaya dalam pemanfaatan energi matahari dan angin adalah dengan mengembangkan suatu sistem gabungan (hybrid) antara energi sel surya dan energi angin[3]. Hybrid sistem ini merupakan sistem konversi dengan mengubah energi matahari dan angin menjadi energi listrik[4]. Energi matahari hanya dapat dimanfaatkan pada pagi hingga sore hari sedangkan pada malam harinya bisa memanfaatkan energi angin diubah menjadi energi listrik[5]. Energi matahari dapat dilihat dari sel atau modul surya diukur dengan melihat daya keluaran

A31


dihasilkan dari sel surya tersebut. Kerja sel surya sendiri dipengaruhi oleh beberapa hal seperti bahan pembuatnya,resistansi bahan,temperatur dan tingkat radiasi sinar matahari[6]. Dari kurva arus-tegangan (I-V) dapat diketahui parameter keluaran sel surya seperti arus hubungan singkat (Isc),tegangan terbuka (Voc),arus maksimum, dan tegangan maksimum serta daya maksimum. Untuk medapatkan karakteristik I-V sel surya dapat digunakan sun simulator (simulasi sinar matahari) dengan menggunakan lampu halogen[7].Beberapa sel surya telah diketahui karakteristiknya, disusun dan dihubungkan satu dengan lainnya sehingga mendapatkan output sesuai sistem yang akan kita gunakan pada penelitian kali ini saya memakai sistem 48 volt. Rumah DC ialah suatu rumah dimana semua perangkat elektroniknya menggunakan prinsip arus searah (DC-Direct Current). Listrik Rumah DC dibangkitkan dari beberapa sumber dan disimpan dalam sebuah baterai dan selanjutnya dipakai untuk mengoperasikan peralatan elektronik. Keuntungan menggunakan sistem DC terutama untuk distribusi lokal membawa kita pada gagasan mendirikan rumah DC di daerah pedesaan. Daerah ini tidak memiliki gedung-gedung tinggi untuk memblokir cahaya matahari dan aliran angin, sehingga energi dapat dipanen sepenuhnya. Juga, desa-desa dekat sungai juga dapat mengambil keuntungan dari tenaga air sebagai sumber lain. Sumber DC berbasis PV panel, hidro-turbin dan turbin angin dapat dipasang di setiap rumah. Untuk memperluas jaringan, setiap rumah juga dapat terhubung secara paralel melalui bus DC tunggal lebih besar. Cara ini juga bisa dilakukan ketika ada permintaan supply listrik tinggi dalam satu rumah, jadi daya tambahan dapat dengan mudah dipenuhi dari tetangga pada DC bus yang sama. Dengan DC bus, sumber DC lainnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber input daya[8]. Untuk mengumpulkan energi dari sumbersumber menggunakan DC, DC-DC converter diperlukan untuk mengubah tenaga langsung dari sumber energi terbarukan dengan tegangan untuk DC bus serta beban DC individu seperti lampu dan komputer. Pada akhirnya, dengan memiliki sistem DC rumah handal dan efisien, ketergantungan kita pada jaringan listrik PLN bisa dihilangkan dan pada akhirnya rumah DC dapat menyediakan listrik bagi masyarakat di pedesaan dan daerah terpencil untuk meningkatkan kualitas hidup mereka.


Gambar 1. Block Diagram DC House 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian kali ini adalah untuk mengetahui karakteristik dari modul surya yang akan digunakan untuk membuat sistem modul surya 48 Volt yang akan digunakan pada rumaah dc (dc house). Lalu dapat membuat sistem dan teknik yang seefisien mungkin untuk penggunaan dalam sistem dc house. 2. METODE PENELITIAN Metode penelitian dalam penelitian ini adalah studi literatur dan eksperimen. Dasar-dasar teori digunakan dalam pengukuran karakteristik IV dan perancangan serta pengukuran daya keluaran sel surya. Metode eksperimen, yaitu dengan mengukur karakteristik I-V modul surya menggunakan lampu halogen sebagai simulasi matahari (sun simulator) dalam ruang reflektor. Pengukuran arus dan tegangan keluaran dari modul surya dengan cara membuat rangkaian pengukuran arus dan tegangan. Hasilnya akan ditampilkan dalam kurva I-V. Kemudian membuat rancangan pada modul surya dengan menyusun secara seri atau paralel dan mengukur daya keluaran modul surya yang telah disusun. Hal yang sudah dilakukan adalah mengkarakterisasi terlebih dahulu modul surya yang akan digunakan. Lalu membuat grafik hubungan antara I-V.

Gambar 2 Modul surya yang digunakan

A32


Gambar 3. Diagram aruus sel surya (F F. M. Gonzales, Loongatt. 2005)[[2]

Gambar 2. Suun simulator yang y digunakaan Haal yang akan n dilakukan selanjutnya s addalah memaasang modul surya s yang tellah dikarakterrisasi dan dirancang agar mengh hasilkan sum mber teganggan 48 Vollt. Lalu seteelah itu kem mbali mengambil data arrus (I) dan teg gangan (V) uuntuk kemudian dibuat grafik g hubungan antara I--V . Setelaah itu dapat diilihat daya yan ng dihasilkan oleh moduul tersebut. 2.1 Innstrumentasi Penelitian P 1. Modul surrya 22. Sun simulator 3. Amperemeter 44. Voltmeterr 5. Kabel pennghubung 2.2 Prrosedur Penellitian 1. Melakukann karakterisasi arus dan tegangan menggunakan n sun simulatoor 22. Menyusunn modul suryaa dengan susuunan seri atau paralel p 3. Melakukann pengukuran daya keluuaran sel surya 44. Menganalisa hasil peng gukuran 5. Menarik kesimpulan k ASIL DAN PE EMBAHASA AN 3. HA 3.1. K Karakteristik Arus dan Tegangan T Mo Modul S Surya S Sel surya dappat dimodelkaan sebagai sum mber arus yyang diparaleelkan dengan dioda. Ketikaa sel surya tidak terkenna cahaya, sel surya berfuungsi sebaggai dioda dan menghasilkan m n arus ID atau arus dioda dalam konddisi gelap. Ketika ada cahhaya yang mengenai sel surya, maka m sel ssurya menghhasilkan arus IL.


Penguk kuran karakteeristik dilakukan dengan tujuan untuk k mengetahui ui beberapa parameter keluarannya seperti tegang ngan rangkaiaan terbuka (Voc), arus hubungan singkat (Issc), arus maksimum (IImax), teganggan maksimum m (Vmax) dan daya maksimum (Pmax). Pada saat pengambilan data mengguunakan sun simulator, s sun simulato or (simulasi matahari) merupakan m perangkat yaang memanfaaatkan lampu u sebagai pencahayaan menggantikkan simar matahari. Lampu untuk k sun simulaator ini adalah lampu xenon arc,llampu metaal halide arc,lampu halogen,dan lampu LED. Dalam peneelitian ini modul surya diletakkan ddi dalam ruan ng cermin tertutup dan cahaya c lampuu halogen seb besar 4000 Watt diarahk kan hingga mengenai permukaan p dilakukan modul su urya. Penngukuran menggunakan n multimeterr dan resistor box dirangkai den ngan modul surya, disusu un seperti pada gambaar 3.2 untuk uk mendapattkan data perubahan aru us dan teganggan modul su urya, nilai beban hambaatan pada ressistor box diu ubah-ubah dan ditampilk kan dalam kurv rva karakteristtik.

Gambar 4. Rangkaian uuntuk mengu ukur arus tegangan m modul sury ya pada karakteristik modul surya[[6]

A33


Saat nilai hambatan h besaar, tegangan yyang dihasiilkan berupa tegangan raangkaian terbbuka (Voc)) dan menghassilkan arus sam ma dengan nool.

Gambar 7. Kurva K karakterristik I-V Mod dul Surya

Gam mbar 5. Kurvva karakteristik k I-V pada sell suryaa Dengan semakin s meenurunnya nilai hambatan beban, maka m tegangaan akan menu nurun dan aarus akan menningkat sehing gga menghasiilkan arus hhubungan sinngkat (Isc). Dengan D demikkian, nilai parameter keluaran k mod dul surya ddapat diketaahui dari kurvva karakteristik k yang dihasillkan. Berikuut adalah kurva k karakteeristik dari hhasil penguukuran mengggunakan lamp pu halogen 44000 watt.

Gambbar 6. Kurvaa karakteristik I-V 4000 wattt Kurva diatas menunjukkaan grafik antaara IV, sum mbu x menyaatakan arus(I) sedangkan suumbu y mennyatakan tegaangan (V). Voc V yang diddapat adalahh sebesar 199,89V dan Isc sebesar 2,333V. Spesiffikasi yang diikeluarkan oleeh pabrikan addalah sebaggai berikut :


Penggu unaan teganngan dari sel s surya bergantung dari d bahan yyang digunakan. Jika menggunakan n bahan silikoon,maka tegaangan dari setiap sel su urya bekisar 0,5V. Tegan ngan yang dihasilkan daari sel surya bbergantung daari radiasi cahaya matah hari, sedangka kan untuk aru us dari sel surya bergan ntung dari lluminasi(kuatt cahaya) matahari. Fak ktor-faktor yanng mempengaaruhi kerja sel surya adalah :  Bahan pembuat sel ssurya  Resistaansi beban  Intensiitas cahaya maatahari  Suhu sel s surya  Bayangan 4. KESIMPU ULAN Berdassarkan hasil dan pembah hasan dari pengukuran karakterisasi k arus tegangaan modul surya menggunakan sun simulator, maka dapat diambil kesim mpulan sebagaai berikut : 1) Modull surya yaang akan digunakan d memiliki Voc sebbesar 19,89V V dan Isc sebesaar 2,33V 2) Perbed daan yang terrdapat antara kurva I-V mengg gunakan sunn simulator dengan spesifiikasi dari pabbrikannya disebabkan d oleh resistansi beban men nggunakan u sel surya resistor box kurangg presisi, suhu yang panas, p serta intensitas caahaya dan luminaasi yang kuranng. 3) Kita bisa b menyusuun modul surrya untuk sistem 48V mengguunakan 3 mo odul surya dengan n disusun secaara seri.

A34


DAFTAR PUSTAKA [1] Sudradjat,Adjat.2007. Sistem-sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Jakarta : BPPT Press. [2] Dewi, Regina. 2012. Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Sistem Pembangkit Listrik Hybrid di FMIPA UNJ. Jakarta: Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta. [3] Kathirvel, C; Porkumaran, K. 2010. Analysis and Design of Hybrid Wind-Diesel System with Energy Storage for Rural Application. IPEC Conference Proceedings , pp.250-255. [4] F. M. Gonzales, Longatt. 2005. Model of Photovoltaic Module in MatlabTM. 2do Congreso Iberoamericano de Estudiantes de Ingenieria Electrica, Electronica Y Computacion. [5] Hansen, Anca D dkk. 2000. Model for a Stand-Alone PV System. Roskilde: Riso National Laboratory. [6] Wibowo, Arymukti. 2011. Studi Rancang Bangun Sun Simulator Untuk Pengukuran Karakteristik Sel Surya Polycrystalline Si Tipe Sx 50 U. Jakarta: Universitas Negeri Jakarta. [7] Putri, Dwi Rahma. 2012. Uji Karakteristik Dan Pemanfaatan Sel Surya Pada Sistem Hybrid Di FMIPA UNJ. Jakarta : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta. [8] Chaides, Jesicca E.2011.DC House Modeling and System Design.Electrical Engineering Department, California Polytechnic State University: California


A35


(K1-39-08)

STUDI UJI COBA WIND TURBINE MENGGUNAKAN ADJUSTABLE SPEED DRIVE SEDERHANA Kristin Natalia, Satwiko S, Hadi N Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Fisika, Jakarta 13220 E-mail: [email protected]

Abstrak Pengembangan energi angin, dibutuhkan pengukur besar energi dihasil dari wind turbine untuk mendapatkan kecepatan angin yang diperlukan serta daya keluaran. Penggunaan Adjustable Speed Drive (ASD) dapat mengatur seberapa besar kecepatan putaran dari rotor turbin sehingga diperolehkarakteristik dari wind turbin yang akan digunakan antara lain arus dan tegangan sehingga dapat diketahui maksimal perolehan energi dari suatu wind turbine dapat dilakukan dengan lebih mudah dan akurat. Kata kunci: Wind turbine, daya keluaran, adjustable speed drive.

Abstract Development of Wind energy is regulated by speed of Air pressure of velocity of wind. For that wind speed needs to be adjusted through speed drive (ASD) by regulating speed of Air and subsequently speed of rotation of Turbine Rotor. To obtain optimum voltage from Turbine Characteristics of the wind turbine that will be used. By adjusting turbine through wind pressure and speed maximum energy can be obtained. with turbine production of Current Electricity will be easy and to get through ASD by controlling and managing it. As it will regulate velocity of turbine Rotor to generate electricity. Keywords: Wind turbine, output power adjustable speed drive. 1. PENDAHULUAN Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar matahari. Karena bergerak angin memiliki energi kinetik. Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer ke dalam bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik dengan menggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). [1] Indonesia memiliki garis pantai yang panjang sekitar 96 km, hal ini menyebabkan Indonesia memiliki potensi angin yang besar sepanjang tahun. Kecepatan angin dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya letak tempat dimana kecepatan angin di dekat khatulistiwa lebih cepat dari yang jauh dari garis khatulistiwa. Semakin tinggi tempat, semakin kencang pula angin yang bertiup, hal ini disebabkan oleh pengaruh gaya gesekan yang menghambat laju udara. [2] Di permukaan bumi, gunung, pohon, dan topografi yang tidak rata lainnya memberikan gaya gesekan yang besar. Semakin tinggi suatu tempat, gaya gesekan ini semakin kecil.


Untuk udara yang bergerak terlalu dekat dengan permukaan tanah, kecepatan angin yang diperoleh akan kecil sehingga daya yang dihasilkan sangat sedikit. Semakin tinggi akan semakin baik. Pada keadaan ideal, untuk memperoleh kecepatan angin di kisaran 5-7 m/s, umumnya diperlukan ketinggian 5-12 m. Pada saat di atas akan terkena gaya dorong yang lebih besar daripada pada saat di bawah. Hal ini perlu diperhatikan pada saat mendesain kekuatan baling-baling dan tiang (menara) khususnya pada turbin angin yang besar. Jika kecepatan angin di baling-baling atas dan bawah berbeda secara signifikan, maka yang perlu diperhitungkan selanjutnya adalah pada kecepatan angin berapa turbin angin dapat menghasilkan daya optimal. Dengan kondisi yang mendukung maka tidak heran Indonesia sangat cocok dalam pemanfaatan energi angin yang sedang marak diperbincangkan. Energi angin merupakan energi terbarukan yang sangat fleksibel serta dapat dilakukan dimana-mana, baik daerah landai maupun dataran tinggi, bahkan dapat diterapkan di laut. Pemafaatan sumber energi angin di Indonesia masih sangat langka, hal tersebut dikarenakan teknologi atau pengetahuan yang

A36


belum m populer, arrah angin di daerah Indonnesia mudahh berubah-ubaah. Perkembanggan ilmu peengetahuan yyang sangaat pesat ini telah mengh hasilkan berbbagai macam m penelitiann dibidang mekanika m fluuida. Salah satu usaha manusia m dalaam hal ini addalah dengaan kajian seecara intensif dalam biddang mekannika fluida, diantaranya d dengan d mendeesain suatu konsrtuksi yaang dapat meengontrol periilaku fluidaa. Hal ini dimaksudkan agar diperroleh efisiennsi kerja yang y maksim mal dan ddapat meredduksi beberappa masalah yang y ditimbuulkan oleh aaliran. Adjustable speed drive (ASD) merupaakan peranggkat untuk mengatur m bessarnya keceppatan dalam m pengaruhnyaa dengan besaar parameter liistrik yang diukur. Peengetahuan tentang t besaarnya keceppatan putarann dari roto or turbin aangin membbantu peneliti untuk mendeesain turbin aangin sehinggga daya keluaran yang diinginkan llebih maksiimum. Sama halnya deng gan prinsip ggerak melinngkar berubahh beraturan beesarnya keceppatan yang dihasilkan oleh motor ak kan sama denngan keceppatan gerak daari rotor turbin n dengan diam meter belt yang sama. Sistem m alatnya menggunakan m sebaggai penghubunng. Dengan battuan triac beesarnya teganngan dapat ditingkatkkan hingg ga maksim mum. Penniingkatan tegaangan pada motor m Ac, m maka putaraan dari generrator menjadii lebih cepat dan dapat membantu dalam d pengku uruan karaterristik dari tuurbin angin. Triac atau dik kenal denngan nama Bidirectionall Triode Thyristor, T ddapat mengalirkan arus listrik ke keedua arah keetika ditriggger (dihiduppkan). Triac dapat ditriigger dengaan memberikkan tegangan positif atauupun negatiif pada elektrroda gerbang.. Sekali ditriggger, kompponen ini akann terus mengh hantar hingga arus yang mengalir lebih rend dah dari arus gengggamnya, misaalnya pada ak khir paruh siiklus dari aarus bolak-baliik. Operasi triaac sangat mirrip dengan S SCR. Perbeedaannya adallah apabila SCR S dihubunggkan ke ddalam rangkkaian ac, tegangan t ouutput disearrahkan menjaadi arus searah h sedangkan triac diranccang untuk menghantark kan pada keedua tengahhan dari benntuk gelombaang output. O Oleh karena itu, output dari triac ad dalah arus boolakbalik, bukan aruss searah. Triiac dibuat uuntuk menyediakan carra agar ko ontrol daya ac ditinggkatkan. Tujuan darii penelitian ini adalah uuntuk mengetahui karakkteristik turbiin angin denngan menggunakan Adjuustable speed drive sebagaii alat untukk mengetes rottor dari turbin n angin. Param meter yang akan diukur adalah kecep patan putaran dari rotor, besar nya dayya keluaran, dan d juga arus yyang dihasiilkan. S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

2. METODE E PENELITIIAN 2.1 Alat dan d bahan yanng digunakan n Berikut adalaah alat dan baahan yang digunk kan untuk mennunjang penellitian: 1. Motor beraruus AC. 2. Motor turbiin angin yaang akan diukur. 3. Belt 4. Potensiometeer 5. Adjustable sppeed drive 6. Microcontroller 2.2 Dessain Alat Adjustable speedd drive

Gambar 1. Desaain motor AC untuk mem mutar motor tu urbin denggan belt

Dessain alat uuntuk micro ocontroler pad da motor AC Gambar 22. Desain Senssor

Gambar 3. Apllikasi triac unttuk meru rubah arus

A37


Gambbar 4. Skema Sistem Konveersi Energi A Angin (SKEA A)

2. Memb buat dudukann tetap untu uk kedua motor, baik itu mootor AC maup pun motor untuk turbin anngin, sehingga tidak memun ngkinkan terjaadinya pergesseran pada saat melakukan penggukuran. 3. Melak kukan kalibraasi terhadap semua alat ukur yang digunakan an. 4. Memu ulai pengukurran secara tepat, hingga diperoleh data efisieensi kerja turbin sesuai dengan n lieratur yangg ada. 5. Pemilihan data sekkunder yang memenuhi m syarat. 6. Memb berikan analissis hasil kerjaa dan juga menariik kesimpulann. 7. Publik kasi jurnal tinggkat nasional.

Gambar 5. Skkema Aliran Daya D SKEA 2.3 M Metode Pengukkuran Adjustable speed drive di d program uuntuk mengendalikan tegangan keluaraan dari motor AC. Rangee penaikan teggangan dimulai dari nol hinngga maksiimum. Namunn, tipe karakteeristik motor yyang digunnakan hanya dapat dimulai dari teganngan 50%. Sebagai bahhan untuk an nalisa pengukkuran dimullai dari nol. Setelah itu data d tersebut aakan dikum mpulkan oleh microcontrole m er.

Gambar 6. Karateritik K winnd turbin tipe Horisontal H

Gambar 5. Ajustable A speed d drive AC

3. KE EGIATAN AWAL A YANG G DILAKUK KAN 3.1 H Hal yang telah dilakukan 1. Membaca dan mengum mpulkan literratur yang terkait dengan cara mennguji karakteristikk dari turbin n angin sebbagai sumber refreensi. 2. Menyediakaan motor berrarus AC denngan daya min 350 3 watt, seebagai alat uuntuk memutar rottor dari turbin n angin. 3. Merancang struktur miccrocontroler uuntuk mengatur besarnya b keceepatan putar dari sebuah motor AC, sehingga ddapat diperoleh keeluaran daya yang y maksimuum. 3.2 Reencana kegiattan selanjutnyya 1. Melakukan pengujian microcontrroler dengan teknnik sederhana.


Gambar 7. Modulasi geloombang dengaan ASD 4. RINGKA ASAN Konveersi energi m mekanik menjaadi energi listrik memaang dibutuhkkan untuk memenuhi m kebetuhan listrik yang semakin meningkat. m Kondisi ang gin di Inddonesia sekaarang ini memungkinkaan turbin angin deng gan tipe horizontal un ntuk menjadii alat untuk konversi energi. Karaakteristik dari ri setiap turb bin angin dibutuhkan sebagai pertim mbangan dalaam desain setiap turbin n angin. Pennggunaan AS SD dalam proses karaktteristik dinilaai lebih mudaah karena kecepatan dari motor turbbin angin dap pat di atur hingga maksimal sehinggaa parameter listrik lebih mudah teruku ur. Prinsip geerak melingkaar dengan hubungan rod da setali menj njadi prinsip dari d ASD. Nilai N kecepatan linear daari kedua mo otor yang

A38


dihubungkan dalam sebuah belt, akan sama besar. Kecepatan angular dapat di atur sesuai dengan jari-jari roda yang digunakan sehingga daya yang dihasilkan pun akan diperoleh maksimal. Sesuai dengan sistem konversi energi maka pemenuhan dari kebutuhan lisrtik dapat dengan mudah dimaksimalkan dengan pemanfaatan ASD dalam pengkarakteritikan turbin angin. DAFTAR PUSTAKA [1] Desire Le Gourieres, 1982. Wind Power Plants, Theory and Design, Pergamon Press. [2] Dewi, Regina. 2012. Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Sistem Pembangkit Listrik Hybrid di FMIPA UNJ. Jakarta: Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta. [3] Andika, Markus N., dkk. 2007. Kincir Angin Sumbu Horisontal Bersudu Banyak. Yogyakarta: Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. [4] Freris, 1990. Wind Energy Conversion System, Prentice Hall, UK. [5] R. Alur, T.A. Henzinger, G. Laﬀerriere, and G.J. Pappas. Discrete abstractions of hybrid [6] Sasongko, P. 2005. Peranan Konversi Energi dalam penyediaan energi Nasional, Seminar Penghematan Listrik dan Pemanfaatan Energi Alternatif yang terbarukan, Yogyakarta, Systems. Proceedings of the IEEE, 88(7):971– 984, July 2000 [7] Tony Burton, et. Al. 2001. Wind Energy Hand Book, John Wiley dan Sons.


A39


(K1-43-10)

STUDI RANCANG BANGUN PORTABLE NANO HYDRO SEBAGAI ALTERNATIF SUMBER PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK 1,2

Al Amin1, SatwikoS2, Taufik3

Universitas Negeri Jakarta, Fisika, Jakarta,13220,Indonesia California Polytechnic State University, San Luis Obispo,CA 93047 E-mail: [email protected], [email protected], [email protected] 3

Abstrak Portable Nano Hydro sebagai alternative sumber pembangkit energi listrik tenaga air, bersifat moveable dan portable, menggunakan aliran sungai kecil dapat menghasilkan energy listrik sehingga tidak memerlukan head dan bendungan. Dengan menggunakan tipe cross flow turbin dirancang sebagai pembangkit pada aliran permukaan, serta digunakan pada saluran pembuangan air. Kata kunci: Portable nano hydro, pembangkit listrik tenaga air, cross flow.

Abstract The Portable Nano Hydro alternatively hydro power, have quality moveable and portable, use the small current water to produce electricity, not required head or barrage. By use of cross flow turbine type designed as power plant at water flow, along with use at water banishment pipe. Keywords: Portable nano hydro, hydro power, cross flow. 1. PENDAHULUAN Energi terbarukan adalah energi yang dihasilkan dari sumber alami seperti matahari, angin, dan air. Sumber akan selalu tersedia dan ramah lingkungan. Sumber energi terbarukan umumnya digunakan untuk dikonversi menjadi energi listrik. Penggunaan energi terbarukan berfungsi untuk menanggulangi ketergantungan akan energi fosil. Salah satu energi terbarukan adalah air. Energi listrik tenaga air adalah sumber energi ramah lingkungan dimana penggunaannya telah dimanfaatkan sejak berabad-abad lalu. Umumnya pembangkit energi listrik tenaga air adalah sistem pembangkit dengan memanfaatkan energi mekanik (energi kinetik dan energi potensial) pada air untuk diubah menjadi energi listrik. Indonesia memiliki potensi tenaga air sampai sebesar 62.2 GW termasuk 458 MW potensi mikro hidro bagi masyarakat pedesaan dan terpencil. Pada umumnya energi listrik tenaga air membutuhkan bendungan untuk mendapatkan head dan debit yang besar konstan. Kekurangan dari tenaga air ini adalah bendungan sangat mahal untuk dibangun, dan memerlukan lahan luas sehingga berpotensi merusak ekosistem dan kualitas air. Untuk dapat mengatasi kekurangan dari energi listrik tenaga air tersebut perlu dibuat sebuah pembangkit listrik tenaga air bersifat moveable, tidak memerlukan bendungan dan head, dapat memanfaatkan debit air kecil dan


berubah-ubah dari aliran sungai atau irigasi, mudah dalam pengoperasian dan biaya investasinya kecil. Pembangkit energi listrik tersebut diberi nama portable nano hydro. Dalam aplikasi portable nano hydro diperlukan jenis turbin air efisien sehingga mampu menghasilkan energi listrik optimal dengan keadaan arus air relatif kecil. Penelitian mengenai jenis turbin efisien untuk aplikasi portable nano hydro sendiri belum banyak dilakukan. Beberapa jenis turbin air sudah kita kenal sebelumnya seperti kaplan, francis, cross flow, dan pelton hanya terbatas kedalam aplikasi turbin yang digunakan pada sistem mikro hidro. Beberapa contoh studi kasus contohnya didaerah barat daya negara Kamerun, turbin cross flow digunakan dalam sistem pico hydro yang berfungsi untuk memperluas akses masyarakat untuk medapatkan suplai listrik. Berdasarkan latar belakang permasalahan tersebut, maka penelitian yang akan dilakukan bertujuan untuk merancang dan membuat portable nano hydro dengan menggunakan jenis turbin cross flow dari tujuan penelitian tersebut diharapkan akan diketahui bagaimana desain dan karakteristik serta output dari penggunaan turbin cross flow dalam portable nano hydro. 2. METODE PENELITIAN 2.1 Tujuan Khusus Tujuan khusus pada penelitian ini adalah mengetahui output tegangan dan arus pada

A40


portabble nano hyddro dengan menggunakan m tipe turbinn cross flow paada tiap waktu u. an 2.2 Teempat dan Waaktu penelitia Penelitian akan a dilakukan n di laboratorrium Solar dan Mekanikk Fakultas Mattematika dan IIlmu Pengeetahuan Alam Universitas Negeri N Jakartaa. Metode Penelittian 2.3 M Metode yanng digunakan dalam penellitian ini adalah peneelitian dan pengembanngan. Penelitian dilakukkan untuk meengetahui kinnerja dari jenis turbinn cross flow w dalam al aliran permuukaan, dimanna akan diliihat output arus (ampeere) dan tegaangan (volt) yang dihasillkan. Turbinn cross flow yang y merupak kan tipe dari tuurbin mikroo hidro kemuddian akan dikeembangkan daalam aplikaasi portable naano hydro P 2.4 Taahap-Tahap Penelitian A A. Pengump pulan Bahan Pustaka. Taahap ini adalahh tahap diman na mengumpuulkan segala infformasi meng genai construcction manual untuk u pembuaatan turbin ccross flow. B B. Perancan ngan Desain Portable N Nano Hydro. Tahap ini adalah taahap mendesainn tipe turb bin cross fflow, menentukaan dimensi dari d turbin ccross flow, meenentukan baahan yang aakan digunakann, dan mendeesain sistem dari portable nano n hydro. han. C C. Pengump pulan Alat dan Bah Pengumpuulan alat dan bahan mulai dari alat dan bahan peembuatan turrbin, generator yang dipeerlukan, bearring, casing turbin serta alat uuntuk pengambillan data. D D. Pembuataan Portablee Nano Hyydro. Membuat turbin cro oss flow seesuai dengan deesain, merangkai turbin denngan generator dan meletaakannya didaalam casing yanng akan digun nakan. Pada taahap ini akan dipastikan baahwa turbin siap untuk diuji cobakan. E E. Pemilihan n Daerah Aliran Sungai. P Pada tahap ini akan ditentuk kan dimana tuurbin akan diujji coba, alirran sungai yyang mempunyai debit yan ng cukup uuntuk memutarkkan turbin akaan menjadi pillihan untuk menndapatkan dataa. F F. Pengambilan Data. Seetelah menentuukan sungai yaang mempun nyai debit uuntuk data memutarkkan turbin, pengambilan p menggunaakan dilakukan dengan multimeteer untuk meengukur keluuaran arus (amppere) dan tegaangannnya (vvolt). Akan dicatat d pula waktu aawal pengambillan data. Pengambilan data S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

akan n dilakukan beberapa kaali dalam bebeerapa jam ddengan rentan ng waktu terten ntu. G. Peng golahan Datta. Data akaan diolah dalam m bentuk graafik. Dan ak kan dilihat dayaa yang dihasilkkan. H. Kesiimpulan dan Saran. Setellah semua tahap pan dilakukkan hasilny ya akan disim mpulkan. Keku kurangan yang g ada akan ditam mpilkan dalam m bentuk saran n.

Gambar G 1. Alur ur Penelitian Tabeel 1. Parameteer yang Diuku ur Teegangan Waktu Arus (am mpere) (Jam:Menit) (Volt) (

2.5 Desain Tu urbin Cross F Flow A. Perhittungan P Panjang Diameter Penam mpang Turbiin dan Panja ang Sudu (Bladee). panjang diameter Perhitungan turbin dan panjanng sudu turb bin tidak ngan pipa terlepaas dari pemillihan sambun PVC sebagai hhousing darii turbin. Pemilihan sambunggan pipa adaalah untuk mengh hadirkan sifatt portable dari disain pembaangkit listrik nnano hydro.

A41

M 201 Seminar Nasion al Teknik Mesin Jaakarta, 24 Okttober 2012

Gambaar 2. Skema Uk kuran Turbin Dari gambar 3 diaatas , dapat diilihat turbin akaan diletakan didalam pipa berukuran 4 inch, den ngan memisaalkan membuat linngkaran dalam m dengan ukkuran 9 cm, dann kemudian membuat tuurbin (dimisalkan dengan bangun b perssegi) didalamnya,, maka kita dapat d menentuukan ukuran untuuk panjang su udu dan diam meter penampang turbin. Deng gan menggunaakan teorema matematika m sederhana s m maka panjang sudu turbin dan diam meter penampang turbin (x) did dapat sebesar 6.36 cm atau kuraang lebih sebeesar 2.5 inch. B.. Dimensi Turrbin Denggan mengetahui ukkuran diameter tuurbin, kita bisa b menentuukan ukuran darii letak sudu pada p penamppang. Jari-jari pennampang turbiin (A) 3.175 cm , maka B= =A* 0.736= =2.33cm, C C=A* 0.66=2.095 cm, D=A*0 0.326=1.033 cm, sudut yang terbentuk ku urang lebih 7740 . perhitungan ini penting untuk u menentuukan ukuran dari lebar sudu turrbin.

Gambar 3. 3 Dimensi pen nampang turbbin C.. Disain Penaampan Turbin n Padaa penampang g turbin aakan diletakan 200 sudu. Dengaan demikian bbesar sudut untukk ukuran su udu sebesar 180. Penampang akan dibuat dari d bahan plaastik HDPE.

D. Sudu Turbin T kan dibuat Sudu turbin aakan dibuat ak dari baahan pipa pvcc dengan ukurran ¾ inch (1.905 cm), karenaa ukuran ini mendekati m n dari sebbenarnya 2.0 066 cm. ukuran Penggu unaan ukurann pipa pvc ini akan mempeermudah kitta untuk menentukan ukuran n sudu yang paas.

Gam mbar 5. Sudu turbin dari piipa pvc E. Gamb baran Awal Desain Turb bin Cross Flow Pertama-tama ma kita harus memotong m letak sudu pada ppenampang. Kemudian K membu uat sudu dari pipa sebanyaak 20 buah dan merangkainya. m Kemudian memasang m besi ditengah-tenga d an penampan ng turbin tersebu ut.

(a)

(b) Gambaar 6. (a) Pemaasangan sudu pada p penampanng, (b) Turbin n cross flow F. Desaiin Awal Poortable Nan no Hydro Denga an Turbin Crross Flow Pada desainn portable na ano hydro didalam berikut, turbin diletakan VC 4 inch, kemudian sambu ungan pipa PV dihubu ungkan dengan an sebuah gen nerator DC dengan n belt. Dengann desain ini diharapkan d akan menghadirkann sifat porttable dari penggu unaan turbin cross flow dan d untuk aplikassi nano hydroo akan berfung gsi dengan baik.

Gambbar 4. Penamp pang turbin S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

A42


DAFTAR PUSTAKA

(a) (b) Gambar 7. (a) Desain awal portable nano hydro tampak (b) Depan tampak samping 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari hasil studi, perancangan turbin dan desain portable nano hydro diatas diharapkan akan menjadi sumber alternatif energi listrik sederhana yang nantinya akan bisa diaplikasikan pada sistem rumah DC, dikarenakan generator pada sistem portable nano hydro akan dihubungkan dengan generator DC dengan tegangan maksimum sebesar 24 volt. Energi listrik yang dihasilkan dari portable nano hydro dapat pula digabungkan dengan sumber energi terbarukan yang lain, seperti energi listirk yang berasal dari solar cell, turbin angin, dan energi terbarukan yang lainnya. Dan pada akhirnya semua energi listrik dari sumber energi terbarukan tersebut akan menjadi satu sumber energi listrik yang nantinya dapat dipakai pada sistem rumah DC atau bisa disebut dengan sistem multiple output single output (MISO).

[1] Taufik, Muhamad. 2012. Studi pengembangan model fisika pembangkit listrik nano hidro. Prosiding seminar nasional penelitian, pendidikan dan penerapan MIPA, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta. [2] www. Boutiquepower.com.au. Walsh River Micro Hydro Turbine Construction Guide, Page 5, Ver 1.1. MAR 2010 [3] Desha, S. Hargroves, S. Smith, M. Stasinopoulos, P 2008, Sustainability Education For High School: Year 10-12 Subject Supplements. Module 2: ElecricityInnovative Technologies towards Sustainable Development. The Natural Edge Project (TNEP). Australia [4] Singh, Dilip.2009. Micro Hydro Power Resource Assessment Hanbook. Asian and Pacific Centre for Transfer Of Technology of the United Station (APCTT)-Economic and Sosial Commission for Asia and the Pacific (ECAP). [5] Breslin, W.R. Small Michell (Banki) Turbine: A Construction Manual. Volunteer s in Technical Assistance, 3706 Rhode Island Avenue, Mt. Rainier, Maryland 20822.USA [6] Tim contained energy Indonesia. Buku panduan energi yang terbarukan. Program nasional pemberdayaan masyarakat (PNPM) mandiri. Kementrian dalam Negeri.

4. KESIMPULAN Akan dibuat pembangkit listrik tenaga air yang bersifat portable, moveable, tidak memerlukan head dan bekerja pada aliran air kecil dan berubah-ubah. Pembangkit tersebut akan menggunakan jenis turbin air cross flow. Turbin cross flow yang akan dibuat mempunyai 20 sudu yang terbuat dari pipa PVC ¾ inch, panjang ukuran sudu adalah 2.5 inch. Sedangkan penampang turbin akan dibuat dari material plastik HDPE dengan diameter 2.5 inch. Turbin akan diletakan dalam sambungan pipa PVC yang mempunyai ukuran diameter 4 inch. Pembangkit listrik ini akan diuji coba di daerah aliran sungai, dengan memanfaatkan langsung energi dari aliran sungai yang bersifat massive, kemudian akan diukur berapa arus (Ampere) dan tegangan (volt) dari keluaran generator.


A43


(K1-49-10)

PERANCANGAN TURBIN ANGIN SAVONIUS KAPASITAS 110 W Eka Maulana, Adri Huda Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak Kebutuhan akan energi listrik dalam skala besar terus mengalami peningkatan yang cukup signifikan dari tahun ke tahun, terutama pada daerah perkotaan. Di Indonesia, mayoritas unit-unit pembangkit listrik menggunakan sumber energi fosil. Mengingat cadangan sumber energi fosil yang terus berkurang serta tingkat konsumsi yang terus meningkat, sangat diharapkan adanya sumber energi alternatif salah satunya yaitu angin. Arah aliran angin pada daerah perkotaan cenderung berubah-ubah, untuk itu diperkukan suatu desain turbin angin yang mampu menyerap energi angin dari berbagai arah. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dikembangkan suatu sistem pembangkit energi terbarukan, energi angin sangat kompeten untuk dijadikan tenaga alternatif selain sumber energi fosil. Perancangan sudu turbin yang tepat untuk kebutuhan energi sebesar 110 W dengan kecepatan angin berkisar antara 2,5 s/d 5 m/s. Pada daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin rata-rata kurang dari 5 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin yang cocok untuk keperluan ini antara lain American Tipe Multi blade, Cretan Sail dan Savonius. Dalam tugas akhir ini diambil tipe Savonius dengan kapasitas 110 W. Kata kunci: Turbin angin savonius, savonius rotor, turbin angin poros vertikal.

Abstract Requirement for large-scale electrical energy continues to increase significantly from year to year, especially in urban areas. In Indonesia, the majority of power plant units of fossil energy sources. Given that fossil fuel reserves dwindling and ever-increasing levels of consumption, it is expected that the alternative energy sources one of which is wind. Direction of wind flow in urban areas tend to be fickle, for it diperkukan a wind turbine design that can absorb wind energy from all directions. To overcome these problems need to develop a renewable energy generation systems, wind energy is very competent to serve as an alternative energy source other than fossil fuels. The design of turbine blades for precise energy requirements of 110 W with winds ranging between 2.5 s / d 5 m / s. In areas with low wind energy potential, the average wind speed is less than 5 m / s, more suitable for the development of wind turbine mechanical purposes. Types of turbines are suitable for this purpose include the American Type Multi blade, Cretan Sail and savonius. In this thesis taken savonius type with a capacity of 110 W. Keywords: Wind turbine savonius, savonius rotor, vertical axis wind turbine.

1. PENDAHULUAN Peningkatan kebutuhan energi sejalan dengan pertumbuhan penduduk yang pesat serta adanya keterbatasan sumber daya energi fosil yang tersedia mengakibatkan perlunya dikembangkan teknologi pemanfaatan sumber energi terbarukan yang salah satunya adalah energi angin. Untuk keperluan tersebut maka diperlukan instalasi turbin angin sebagai piranti untuk mengkonversi energi angin menjadi listrik. Akan tetapi pemanfaatan energi angin guna pembangkit listrik atau yang sering disebut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) di Indonesia menghadapi beberapa kendala, terutama disebabkan oleh rendahnya kecepatan angin rata-rata yang hanya berkisar antara 1 – 6 m/s. Di sisi lain turbin angin yang tersedia di pasaran sejauh ini disesuaikan dengan kondisi asal negara pembuatnya, dimana kecepatan angin rata-ratanya cukup tinggi (diatas 8 m/s). Oleh karena itu guna pemanfaatan energi angin di Indonesia yang lebih maksimal perlu dilakukan


pengembangan perancangan turbin angin yang mampu beroperasi pada kecepatan angin rendah. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dikembangkan suatu sistem pembangkit energi terbarukan, energi angin sangat kompeten untuk dijadikan tenaga alternatif selain sumber energi fosil. Pada daerah-daerah dengan potensi energi angin rendah, yaitu kecepatan angin ratarata kurang dari 5 m/s, lebih cocok untuk dikembangkan turbin angin keperluan mekanikal. Jenis turbin yang cocok untuk keperluan ini antara lain American Tipe Multi blade, Cretan Sail dan Savonius. Dari segi ekonomi, sumber energi angin mampu megurangi penggunaan bahan bakar minyak/fosil serta menciptakan lapangan pekerjaan. Di bidang lingkungan hidup, sangat ideal karena tidak menghasilkan polusi. Dan setiap megawatt dari energi kincir angin, mengurangi emisi 0,8 - 0,9 ton gas rumah kaca yang dihasilkan BBM (Bahan bakar minyak) dan Batubara per tahun.

A44


Menghemat biaya penanggulangan polusi terhadap lingkungan, karena tidak merusak lingkungan. Energi angin ini merupakan salah satu energi masa depan karena termasuk energi terbarukan dan tidak akan habis digunakan serta dapat mengurangi pemanasan global. Tujuan yang diharapkan dari perancangan ini adalah : 1. Merancang turbin angin Savonius yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga listrik sesuai dengan karakteristik angin yang ada di Indonesia. 2. Merancang turbin angin Savonius untuk menghasilkan output 110 W 2. METODE PERANCANGAN Dalam perancangan turbin angin Savonius ini, penulis mengumpulkan terlebih dahulu datadata pendukung yang diperlukan dengan metode sebagai berikut : a. Penelitian Lapangan Penulis melakukan peninjauan kapasitas angin rata-rata di indonesia, tipe turbin yang sesuai, serta kapasitas turbin yang akan digunakan. b. Penelitian Kepustakaan Perancangan turbin angin Savonius ini, penulis melakukan studi literatur dari materi-materi pustaka yang ada.

(V = 3 m/s) diperoleh dimensi-dimensi utama sebagai berikut: Jumlah sudu-sudu :3 Diameter rotor : 400 mm Diameter sudu-sudu : 250 mm Tinggi rotor : 600 mm Offset e : 100 mm Jumlah tingkat :1 Massa jns. udara kering : 1.1656 kg/ Cp (koefisien daya) : 0.59 3.2. Struktur fungsi Produk mempunyai dua aspek, yaitu (1) bentuk fisik produk dan (2) fungsi produk. Bentuk lain komponen dapat diuraikan menjadi beberapa komponen, sedangkan komponen-komponen itu sendiri (beberapa atau semuanya) dapat diuraikan lagi menjadi beberapa sub komponen atau elemen dan seterusnya. Jadi secara fisik ada sistem fungsi. Elemen-elemen sistem komponen dapat mempunyai korespondensi satu-satu dengan komponen-komponen sistem fungsi, atau dapat pula mempunyai korespondensi yang lain lagi. Konsep produk adalah bentuk fisik produk, meskipun masih dalam bentuk skets atau gambar skema. Konsep produk dapat dinyatakan dengan skets, atau dapat pula dinyatakan dengan keterangan yang merupakan abstraksi dari produk yang akan dirancang. Pada masa lalu konsep produk langsung dinyatakan dengan skets, tanpa melalui penyusunan struktur fungsi produk terlebih dahulu. Fungsi produk berbentuk abstrak, sedangkan konsep produk mempunyai bentuk fisik. Fungsi adalah perilaku (behaviour) sebuah produk yang diperlukan untuk memenuhi syaratsyarat teknis. Fungsi menyatakan atau menggambarkan apa yang dilakukan produk, sedangkan bentuk (konsep) produk menggambarkan bagaimana produk melaksanakan fungsi tersebut. Dengan kata lain, bentuk mengikuti fungsi tersebut. Struktur fungsi disusun dari syarat-syarat (spesifikasi) teknis hasil fase pertama proses perancangan. Adapun struktur fungsi dapat dilihat dari diagram berikut ini :

Gambar 1. Diagram alir perancangan 3. PERANCANGAN TURBIN ANGIN SAVONIUS 3.1. Dimensi-Dimensi Utama Berdasarkan uraian di atas, maka untuk mendapatkan daya teoretis sebesar 110 Watt pada


Gambar 2. Diagram sub-fungsi keseluruhan

A45


3.3. F Fungsi Solusi Untuk mem mecahkan permasalahan daalam suatu perancangann, kita dapat menggunaakan metodde yang sistemati. Untuk menentuukan karaktteristik dari suatu prod duk yang aakan diranccang, maka dilakukan pengkombinaasian prinsiip solusi Dalam prooses ini peerancangan yyang menggunakan metoode kombinasi solusi massalah diperooleh dengan melakukan m peemilihan minnimal satu prinsip soluusi untuk setiap sub funngsi. Pemillihan kombbinasi yang sesuai ppada perancangan sisteematik lingku up permasalaahan harus dibuat luuas yang tujuannya t uuntuk mempperoleh kemunngkinan solussi yang sebannyakbanyaaknya. Setiap kemungkinan n harus diperriksa melaluui prosedur yang y tepat daan cermat, kaarena sairing solusi terbaik muncul m settelah pengkkombinasian yang bernilaai dengan soolusi yang bbernilai tinggii, yaitu: 1. K Kesesuaian teerhadap fungsii keseluruhan 2. T Terpenuhinyaa tuntutan yan ng tertulis daalam ddaftar spesifikkasi atau 3. K Kebaikan dalam d hal prestasi kkemudahan peerakitan 4. K Keandalan biaaya 5. S Segi keamanaan dan kenyam manan 6. K Kemungkinann untuk peng gembangan llebih llanjut

Dari kombinasi prinsip solu usi yang terdapat pad da table diat atas dihasilkaan varian sebagai beriku ut : Varian 1 : 1-1, 2-2, 3-2, 44-2, 5-1, 6-1 Varian 2 : 1-2, 2-1, 3-1, 44-2, 5-2, 6-1 Varian 3 : 1-3, 2-1, 3-1, 44-1, 5-2, 6-3

Tabbel 1. Kombinnasi prinsip so olusi sub funggsi

Gambar 3. Desain D turbin aangin savoniu us terpilih 3.4. Konsep Skoring S Langkah-llangkah Conccept Scoring ad dalah :

Gambar 4. Flow charrt konsep skorring S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

A46


Taabel 2. Konsepp skoring untu uk turbin angiin

Savonius. Karena tippe ini memiliiki bentuk sudu blade turbin vertikal yang dapat menangk kap angin dari ri segala arah 2. Hasil peerancangan turrbin angin ini diperoleh dimensi turbin sebagaai berikut : D = 1,4 4 m dan h = 2,8 m, dengaan analisa mekanik k yang dilakukkan maka . Ou utput yang dapat dihasilkan dari turbin dengaan dimensi seperti diatas d adalah 1110 W 3. Turbin angin a Savoniuus ini dapat diterapkan d untuk aplikasi rum mah tangga.. Karena kapasitas yang dihaasilkan sesuaai dengan kebutuhan peralatan rumah tangg ga. Untuk kebutuhan kapasitas yyang lebih beesar, maka dapat menambahkan jjumlah turbin n Savonius sesuai keebutuhan. USTAKA DAFTAR PU

Tabel 3. Skkala nilai konsep skoring

Dari rumus dibawah ini dapat ditentuukan variann yang sesuai untuk di buat:

[1] Beer, Ferdinand. F ( 1981). Mech hanics of materiall. New York: M Mc Graw Hilll. [2] Deutschman, Aron. D. (1975). Machine design theory and practice. Neew York: Macmilllan Publising C CO, inc [3] Sularso dan Suga, Kyyokatsu. (199 97). Dasar perencan naan elemen mesin. Jakaarta : PT. Pradnya Paramita. [4] Mott, Ro obert L. (20044). Machine elements in mechaniical design. N New Jersey : Pearson. [5] Culp, A. A W. Jr., 1984, Prinssip-prinsip Konverssi Energi, Peneerbit Erlanggaa, Jakarta. [6] Ronald Nehemia Maarulitua Sinaaga, 2009, Optimallisasi ekstraaksi energ gi angin kecepata an rendah ddi Indonesia a dengan aplikasi konverter booost, 27 April 2012 2 [7] Mohameed Hassan Ahhmed Moham med, 1974, Design Optimization of Savonius and Wells Turbiness, Kairo : Ottoo Von Guerick ko

Vaarian I = WRJJ = 4,58/(5 x 7) 7 = 0, 1309 Vaarian II = WR RJ = 4,22/(5 x 7) = 0,1206 Vaarian III = WR RJ = 3,82/(5 x 7) = 0, 1091 Maka untuuk perancang gan turbin aangin dipilihh varian ke-1 karena mem miliki rating paaling tinggii. Varian ke-1, karena meemiliki skor yyang palingg tinggi yaitu 0, 1309. 4. KE ESIMPULAN N Dari hasill perancang gan ini, ddapat disimppulkan sebagaai berikut : 1. P Perancangan sudu blade tu urbin angin yyang ssesuai dengann karakteristik k kecepatan aangin rrendah berkissar 2,7 s/d 6 m/s adalah tipe S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

A47


(K1-53-10)

PENGUKURAN KANDUNGAN ENERGI PANAS PADA PANAS BUMI Nafsan Upara Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

Abstrak Panas bumi merupakan salah satu dari energi terbarukan yang saat ini digalakan pemerintah sebagai energi yang digunakan untuk pembangkit Listrik Tenaga Panas Buni (PLTP). Sesuai dengan PerPres No. 5 tahun 2006 tentang Kebijakan Energi Nasional (KEN) kontribusi energi panas bumi dalam bauran energi nasional diharapkan mencapai 5 % pada tahun 2025 atau sekitar 9500 MW, ini berarti setiap tahun direncanakan adanya peningkatan pemanfaatan energi panas bumi rata-rata pertahunnya mencapai 435 MW. Untuk memenuhi target tersebut, pemerintah memperbanyak pelaksanaan survei dan eksplotasi panas bumi di seluruh wilayah hukum Indonesia. Tulisan ini disampaikan sebagai pengetahuan tentang pengukuran kandungan energy panas bumi pada panas bumi dengan cara MT-TDEM, peralatan yang digunakan serta hasil pengukurannya. Kata kunci: Energy panas bumi, survey MT-TDEM.

Abstract Geothermal is one of renewable energy which currently encouraged by the Government as the energy used to geothermal power plant (PLTP). In accordance with The Government Regulation No. 5 in 2006 about National energy policy (KEN) contribution of geothermal energy in the mix national energy is expected to reach 5% in 2025 or approximately 9500 MW, It means every year which is planned an increase in the utilization of geothermal energy on average achieve attributable 435 MW. In order to compliance the targets, the Government expanded the implementation of the survey and geothermal exploration in the entire territory of Indonesian law. This paper is submitted as knowledge about the heat measurement of geothermal energy by way of MT-TDEM, the equipment used and the measurement result. Keywords: Geothermal energy, MT-TDEM survey. 1. PENDAHULUAN Panas bumi merupakan sumber daya energi baru terbarukan yang ramah lingkungan (clean energy) dibandingkan dengan sumber energi fosil. Potensi energi panas bumi yang dimiliki Indonesia mencapai 27 GWe, dengan potensi panas bumi yang besar ini menempatkan posisi Indonesia sangat strategis sebagai Negara paling kaya dengan energy panas bumi nomor empat didunia. Untuk mengetahui besarnya energi panas yang dikandung pada suatu daerah panas bumi maka dibutuhkan penyelidikan yang dikenal dengan nama survey. Ada tiga jenis penyelidikan panas bumi yaitu survei geologi,geokimia dan geofisika dengan maksud untuk mengidentifikasi karasteristik geologi berupa urutan dan sebaran batuan, struktur geologi, alterasi dan perangkap panas, serta untuk mengetahui tipe, sistim, parameter, konfigutasi dan struktur bawah permukaan, sehingga akan diketahui luas daerah prospek, daerah dis-charge dan re-charge, model panas bumi, potensi cadangan panas bumi “terduga” dan temperatur fluida bawah


permukaan. Salah satu teknik survei geofisika adalah menggunakan pengukuran Magnetotellurik (MT) dan Time domain electromagnetism (TDEM). Tujuan dari pegukuran MT-TDEM adalah untuk mengetahui potensi panas yang dikandung,batas daerah yang berprospek panas bumi, , maupun luas daerah dengan memanfaat informasi data tahanan jenis bawah permukaan (subsurface). Selain itu juga menambah data permukaan (subsurface) untuk mengkaji dan mengevaluasi G & G secara lebih detail 2. TEORI DASAR Metode Magnetotellurik (MT) mode pasif, yakni menggunakan sumber gelombang elektromagnetik yang terjadi secara alamiah. Pada tahun 1950, Tikhonov dan Cagniard (1953) menemukan bahwa jika variasi medan listrik dan medan magnet diukur secara bersamaan, maka perbandingan kompleks (impedansi) dapat digunakan untuk mendeskripsikan penetrasi medan elektromagnet (EM) ke dalam bumi. Pada awalnya, metode MT digunakan hanya untuk riset akademik.

A48


Mulai tahun 1980-an, metode MT sukses digunakan untuk pemetaan reservoir geothermal, dan selanjutnya metode MT mulai biasa digunakan untuk aplikasi geothermal. Perkembangan berikutnya MT digunakan untuk aplikasi eksplorasi hidrokarbon. Metode Time domain electromagnetism (TDEM) adalah mode aktif yang memanfaatkan penginjeksian arus yang akan menimbulkan medan listrik (E) dan medan magnet (H), untuk memetakan struktur tahanan jenis bawah permukaan bumi. 2.1. Persamaan Maxwell Dalam menurunkan persamaan yang mendeskripsikan perambatan gelombang EM yang dipakai dalam metode MT, digunakan beberapa asumsi penyederhanaan:  Persamaan Maxwell berlaku  Bumi tidak membangkitkan gelombang EM. Bumi hanya mendisipasikan dan menyerapgelombang EM.  Hukum ohm berlaku.  Medan dianggap konservatif (berlaku hokum kekekalan energy) dan jauh dari sumber.  Medan yang dibangkitkan dianggap seragam(uniform), terpolarisasibidang, dan merambat dalam arah vertikal.  Medan listrik dianggap quasi-static. Arus pergeseran diabaikan, hanya memperhitungkan arus konduksi.  Permitivitas dan permeabilitas dianggap konstan.  Persamaan difrensial parsial fundamental yang menggambarkan perambatan medan  Listrik adalah empat persamaan Maxwell sebagai berikut :

  .B  0 .E 

E xH  E   t B xE   t

(1) (2) (3) (4)

Dimana, E : medan listrik (V/m) H : medan magnet B : kuat medan magnet (W/m2) ρ : rapat muatan (C/m3) σ : konduktivitas (S/m) ε : konstanta elektrik (F/m) Dengan asumsi hokum ohm berlaku dan medium dianggap linier isotropis (J = σE dan B = μH), persamaan 1.3 dapat ditulis:


xB  J  

E t

Dimana, J : rapat arus m : permeabilitas magnet

(5) (A/m2) (H/m)

Biasanya, digunakan nilai ruang hampa εo = 8.85x10-11H/m, dan μo = 4πx10-7 H/m. Persamaan 1.4 dan digabungkan sehingga diperoleh :

 2 E  

E  2E   2 t  t

(6)

Bagian pertama ruas kanan berhubungan dengan arus konduksi sedang bagian kedua berhubungan dengan arus pergeseran. Bumi dianggap sebagai medium konduktif, sedang arus pergeseran diabaikan. Sehingga persamaan yang menggambarkan perambatan gelombang EM di bumi adalah persamaan difusi, bukan persamaan gelombang. Sama seperti persamaan difusi yang menggambarkan hantaran panas, persamaan difusi gelombang EM inipun mengenal konsep skin depth, yakni kedalaman dimana amplitude gelombang berkurang lebih menjadi sepertiga amplitude awal. Untuk medium 1D homogeny, diperoleh

  0 .5

T

(7)

Dimana, δ : skin depth (km) ρ : resistivitas batuan (Ω.m) T : periode gelombang (detik) Makin besar periode gelombang, makin jauh penetrasi kedalamannya. Inilah konsep yang digunakan dalam metode MT. 2.2. Konsep Impedansi Data medan listrik dan medan magnet dalam metode MT tidak digunakan secara terpisah. Keduanya digunakan untuk memperoleh besaran yang disebut impedansi. Ompedansi merupakan perbandingan antara medan listrik dan medan magnet. Hubungan antara medan listrik, medan magnet dan impedansi adalah: E–Z=H Dimana, E : medan listrik Z : impedansi H : medan magnet

(8)

Karena E dan H dalah vector (tensor rank1), maka Z secara umum adalah tensor rank-2. Untuk metode MT, komponen horizontal, sebab

A49


gelombang EM danggap merambat vertical. Jika pointing vector mengarah vertical, maka vector E dan B akan berada pada bidang horizontal tegak lurus pointing vector. Sehingga, hubungan di atas dapat dinyatakan lebih eksplisit menggunakan persamaan matriks:

 E x   Zxx Zxy   Hx  E       y   Zyx Zyy   Hy 

(9)

Dengan matriks impedansi Z berukuran 2x2. Bentuk matriks impedansi tersebut bergantung pada dimensionalitas medium. Untuk medium 3-D, matriks impedansi memiliki 4 komponen yang independen dengan bentuk matriks seperti di persamaan 9 diatas. Untuk medium 2-D, secara umum matriks impendansi memiliki 3 komponen independen dengan bentuk sebagai berikut :

Zxy Z  Zyx - Z   

 xy  (10)

Namun, untuk medium 2-D, jika pengukuran dilakukan menggunakan koordinat yang sejajar atau tegak lurus strike, hanya terdapat 2 komponen independen dengan bentuk matriks impedansi

Zxy 0  Zyx 0   

(11)

Untuk medium 1D, hanya terdapat 1 komponen independen.

0 Z Z 0   

(12)

2.3. Magnetotellurik 2 Dimensi Seperti dijelaskan sebelumnya, secara umum untuk kasus medium 2D, dari data sinyal medan listrik dan medan magnet yang direkam, diperoleh matriks impendensi dengan 3 komponen independen. Untuk menyederhanakan komputasi, sedapat mungkin pengukuran dilakukan dengan memilih koordinat yang sejajar atau tegak lurus strike sehingga hanya ada 2 komponen impedensi yang independen. Kenyataannya, dalam survey kita tidak mengetahui ke mana arah strike yang sebenarnya. Jika kita percaya bahwa medium bawah tanah hamper dapat dimodelkan dengan model 2 dimensi, pengukuran dapat dilakukan dengan arah koordinat manapun yang dipilih.


Baru setelah data terkumpul dan nilai impedansi dihitung, matriks impedansi tersebut dapat diputar (dirotasikan) secara numerik, sehingga seolah pengukuran dilakukan dengan menggunakan Koordinat yang sejajar atau tegak lurus arah strike. Inilah yang disebut dekomposisi tensor impedans.Dimulai dari persamaan 9. Di sini, setiap komponen Z tidak bergantung terhadap frekuensi (Z bukan fungsi frekwensi). Hubungan di atas tidak mengikutsertakan efek noise. Dalam kasus 1D, Zxx, dan Zyy, nilainya nol, dan Zxy = Zyx. Sehingga persamaannya tereduksi menjadi Ex = ZxyHy dan Ey = ZxyHx = -ZyxHx. Untuk kasus 2D, keadaannya lebih kompleks. Namun, jika Zxx = Zyy =0 (pengukuran dilakukan dengan arah tegak lurus atau sejajar strike), hanya ada dua komponen impedansi yang independen, yakni Zxy dan Zyx. Dari kedua komponen impedansi tersebut, didefinisikan resistivitas semu dan fase.

1

 o

Zxy

2

 xy  arg( Z xy )  yx 

1

 o

Z yx

 y x  arg( Z yx )

(13) 2

(14)

Jika terpilih koordinat-x sejajar strike, dan Ǿxy dan Ǿxy disebut resistivitas semu dan fase TE, sedangkan Ǿyx dan Ǿyx disebut resistivitas semu dan fase TM. Diskusi diatas berlaku jika salah satu sumbu koordinat sejajar atau tegak lurus strike. Metode MT 2-dimensi berdasarkan pada konsep ini, dan memisahkan medan yang terukur menjadi mode TM dan mode TE. Maka, salah satu pekerjaan dalam perosesan data adalah menentukan strike geolektrik dan memutar data ke koordinat tersebut. Salah satu metode dalam penentuan strike geoelektrik adalah dekomposisi tensor. Metode ini menggunakan matriks rotasi R yang bergantung pada parameter θ untuk memutar matriks impedansi Z sehingga komponen off diagonalnya kecil dan komponen dialognya besar. Bentuk matriks rotasi R adalah

R=

(15)

Matriks Z’ hasil rotasi matriks impedansi Z adalah: Z’ = RZR² (16) Sudut rotasi θ divariasikan hingga matriks Z’ memiliki komponen diagonal yang besar dan komponen off-diagonal yang kecil. Beberapa

A50


metode dapat digunakan, contohnya metode Swift, menggunakan criteria memaksimumkan nilai |Zxy|2 + |Zyx|2. Sebenarnya, dari data riil mungkin tampak bahwa matriks impedansi yang diperoleh memiliki 4 komponen independen akibat data yang tercampur noise. Hal ini menyulitkan perkiraan nilai impedansi bahwa permukaan dari data yang tercampur noise. Noise ini mungkin sifatnya buatan (seperti pipa logam bawah tanah, jaringan listrik PLN, dsb) ataupun noise yang sifatnya alam (seperti badai magnetic). Objek lokal pun dapat menyebabkan efek anisotropi. Karena itu, diperlukan metode prosesing yang robust. 2.4. Potensi Kandungan Energi Panas Estimasi potensi kandungan terduga panas bumi dihitung dengan formula berdasarkan Standarisasi Potensi Panas Bumi Indonesia (DGSM, 1999), adalah: Q = 0,11585 x A x ( TRes – T cut off)

(16)

di mana: Q : Potensi energi panas bumi terduga (Mwe). 0,1158 : nilai konstanta A : Luas daerah potensi (km2). TRes : Suhu bawah permukaan (o C). Tcut off : Suhu cut off dalam oC Potensi kandungan terduga panas bumi dapat dihitung jika telah dilakukan survey pengukuran geologi, geokimia dan geofisika. Data-data survey dan pengukuran yang diperoleh dianalisa dan dengan menggunakan persamaan 1.16 dapat diestimasi kandungan terduga panas bumi. Salah satu data yang dibutuhkan adalah data geofisika yang dapat dilakukan dengan metode MT-TDEM sedangkan gelogi dan geokimia tidak dibahas dalam paper ini. 3. PERALATAN UKUR MT-TDEM Peralatan ukur : a. MT adalah MT-5 dengan kelengkapan,  Sinkronisasi Satelit, 24 bit records  5 Channel : Medan Magnet Hx, Hy & Hz dan  Medan Listrik Ex & Ey  Frekuensi range 0.001 Hz – 400 Hz (MT)  Standalone dan Far remote (Reduce noise)  Sinkronisasi hingga ± 1 ms dengan satelit GPS  Coil sensor (tipe MTC-50) :  Frequensi range 0.0001 Hz-1000 Hz  Panjang 1.5 m  Electrodes sensor (tipe PE4, PbCl2) :


 Non polarizing electrode  Ramah Lingkungan  Magnetic Cable (tipe SCL-20) :  3 roll/unit (@ 20 m)  Electrode Cable (tipe CX-75) :  4 roll/unit MT (@ 75m) b. TDEM  Receiver V8 Multifungsi (Phoenix) :  Sinkronisasi Satelit, 24 bit records  Dilengkapi Antena komunikasi  Freq setting 2.5 Hz dan 25 Hz  Screen Display curve data TDEM  Coil sensor (Geonix) :  Frequensi range 0.0001 Hz-1000 Hz  Diameter 1.25 m  Batery Power :  40 Ah, 12 – 12.9 volt  suplay energi untuk record data selama ~ 16jam  Batery Pack (Tipe BP 24/72, Phoenix) :  Output tegangan 24 volt hingga 72 volt  Pemilhan sumber tegangan dengan “dongle”  Kabel Loop (Tipe AWG-12) :  4 roll @ 200 m  Tahan hingga 96 Volt (~10-20 Ampere arus injeksi)  Transmitter Arus (Tipe T4, Phoenix) :  Sinkronisasi Satelit, 24 bit records  Display Arus Digital  RXU-TM (Phoenix) :  Sinkronisasi Satelit, 24 bits records  Dilengkapi Antena Komunikasi 4. LOKASI DAERAH PENGUKURAN DAN KEGIATAN OPERASI Penentuan daerah pengukuran harus diketahui terlebih dahulu sebelum pengukuran dilakukan. Suatu contoh pengukuran dilakukan didaerah Lahendong dan Tomposa, Propinsi Sulawesi Utara dengan koordinat WGS84 zone 51N, X=687580- 706134 Timur, Y = 124262 – 142844 Utara seperti diperlihatkan pada gambar 1:

A51


Kegiatan operasi dillapangan uuntuk melakkukan penngukuran setelah s daaerah penguukuran ditentuukan yaitu : - Instalasi perralatan TM daan TDEM - Intalasi Coill - Kalibrasi peeralatan

Ak kusisi data MT-TDEM dengan beberapa titik t pengamaatan yang telah h disetujui oleh sem mua pihak. T Titik pengem matan ini dilakukan untuk menggetahui poten nsi panas yang dikan ndung, batas ddaerah yang berprospek b panas bum mi, , maupun un luas daeraah dengan memanfaaat informasi data tahan nan jenis bawah perrmukaan (subssurface). c. Proses Da ata Pro oses data hasiil pengukuran n MT dan TDEM dilakukan d pproses terhad dap data tersebut dengan alur seb bagaimana diperlihatk kan pada Gam mbar 3.diagram m alir Tab bel 1 Nilai kooordinat titik MT M

a. Instalasi I unit MT M

b. Insstalasi unit TD DEM Gambar 2 Penempatan Peralatan P 5. PE ENGKURAN N DAN PROS SES DATA a. Toopografi MT Pengukuuran posisi di lapanngan meenggunakan hand h held GPS berakurasi lima meeter, kompas dengan aku urasi 1o dan, pita ukkur 100 m. Daata pengukuran n (x,y,z) dari GPS dittabulasi (lihatt Tabel. 1). b. Peengukuran MT M S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

T-TDEM Gambar 3 Diagram Alir pproses data MT Data lapangan yyang diperoleh h dari MT merupakan n data time series, data ini hasil pengukuraan 5 komponeen yaitu :

A52


1. Medann Listrik Ex 2. Medann Listrik Ey 3. Medann Magnet Hx 4. Medann Magnet Hy 5. Medann Magnet Hz Selanjjutnya data teersebut dicek k dengan softw ware Sync TSV. Tahap Pemrosesan Data Time Seeries dengaan software SSMT 20 000 menjadi D Data formaat MTH & MT TL. P Pada tahap Pengeditan P Data, edit dataa ini dilakuukan denggan softwaree MT Edditor, selanjjutnya data akhir a berupa Data EDI File (form mat standar SE EG).

Gambarr 4. Contoh daata MT Dalam prosses data MT,, sering dijum mpai masallah efek statti, masalah statik dataa ini diseleesaikan oleh TDEM. T Didataa TDEM ini kkurva tahanaan jenis hasiil pemrosesan n data MT yyang terkorreksi oleh data TDEM M. Kurva yyang dihasiilkan oleh datta TDEM dilaakukan pemoddelan dengaan penampangg inversi.

6. HASIL PENGKURAN N DAN PROS SES DATA Hasil pengukuran terakhir merupakan m pemodelan inverse i sebaggaimana con ntoh hasil diperlihatkan pada gambarr 5. Dapat meenunjukan peta resistivitas daerah suurvei/ penguk kuran dan dapat penampang resistasinya ya dimana mengambarkaan trend dari penyebaran resistivitas r panas dibawah permukaan bumi. Suatu contoh hasil ppengukuran dan d survey terpadu (geologi, geokimiaa, dan geofisiika) panas bumi dilakukan di daerrah Hu’u, Kabupaten K Dompu, Provinsi Nusateenggara Baraat (Herry Sundhoro, dkk) diperoleh ddata sbb: - Luas daerah ppotensial beerdasarkan penguk kuran peta tahanan jen nis semu (resistiivitas) adalah A = 1000 m2 2 - Kedalaaman reservoiir panas/termaal = 1 km. - Suhu bawah b permukkaan , TRes,y yaitu 180o C berd dasarkan perhhitungan geoteermometer air paanas SiO2 “cconductive cooling” c . sedang gkan, - : Suhu u cut off dalam m, Tcut off, yaitu y 120o C un ntuk reservoaar berentalpi sedang (interm mediate entalpphy). Sehing gga jika dihiitung potensii adangan terduga di daeerah Hu’u adaalah: Q = 0.11585 x 10 x (180-120) Mw we = 69 9 MWe (60-700 MWe).

i MT 2D D Gambar 5. Pemodelan/ppengukuran Taahanan Jenis inverse


A53


DAFTAR PUSTAKA [1] Bemmelen, van R.W., 1949; The Geology of Indonesia. Vol. I A.732 p. Government Printing Office. The Hague. Netherlands. [2] Fournier, R.O., 1981. Application of Water Geochemistry Geothermal Exploration and Reservoir Engineering,“Geothermal System: Principles and Case Histories”. John Willey & Sons. New York. [3] Giggenbach, W.F., 1988. Geothermal Solute Equilibria Deviation of Na-K-Mg – Ca GeoIndicators. Geochemica Acta 52. pp. 2749 – 2765. [4] Herry S, Bakrun, Bangbang S, dkk, Survei panas bumi terpadu (geologi, geokimia, dan geofisika) daerah Hu’u, Kabupaten Dompu, Provinsi Nusatenggara Barat, Kolokium Hasil Lapangan – DIM , 2005 [5] Keller, George V., Fischknecht F.C., 1966, Electrical Methods in Geophysical prospecting, Pergamon Press, New york [6] Mahon K., Ellis, A.J., 1977. Chemistry and Geothermal System. Academic Press Inc. Orlando.Telford and Sheriff, 1990, Applied Geophysics, Cambridge University.


A54

B KELOMPOK REKAYASA ENERGI


(K2-6-01)

ANALISIS PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK PADA ELECTRIC ARC FURNACE DENGAN SISTEM WASTE HEAT RECOVERY Ade Nadjuri Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320 E-mail: [email protected]

Abstrak Analisis penghematan energi listik pada electric arc furnace dengan sistem waste heat recovery dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar nilai penghematan energi listrik yang didapatkan dengan memanfaatkan energi gas buang (flue gas). Penelitian ini diawali dengan melakukan pengumpulan data diantaranya pengukuran kelistrikan dan penggunaan carbon sebagai energi input, jumlah scrap yang diumpankan kedalam tungku, jumlah slag, properties gas buang yang dihasilkan serta waktu peleburan scrap dalam satu kali proses heating. Komposisi scrap dan temperatur operasi ditentukan untuk mendapatkan spesifikasi scrap yang akan digunakan sebagai data analisis. Analisis diawali dengan perhitungan balance energi untuk mendeteksi jumlah energi panas yang terkandung dalam gas buang pada setiap satu kali proses heating. Energi panas gas buang tersebut selanjutnya akan digunakan untuk menghitung banyaknya penghematan energi lisrik yang akan didapatkan jika dimanfaatkan sebagai pemanas mula scrap. Dan berdasarkan hasil analisa pada electric arc furnace kapasitas 25 Ton diketahui bahwa terdapat 2,961 kWh energi panas yang terkandung dalam gas buang pada setiap satu kali proses heating dan apabila dimanfaatkan sebagai pemanas mula scrap maka dapat mereduksi konsumsi energi listrik sebesar 10 s/d 15 %. Kata kunci: gas buang, energi panas, reduksi energi listrik.

Abstract Analysis of electric energy savings in electric arc furnace by waste heat recovery system is intended to determine the value of electric energy savings derived by utilizing the flue gas energy (waste heat recovery). This study preceded by performing collecting data such as electrical measurements and carbon usage as an energy input, the amount of scrap is fed into the furnace, the slag produced, flue gas properties and the melting time of scrap generated in a single heating process. Scrap composition and operating temperature is determined to get the scrap specifications that will be used as data analysis. The analysis starts from calculated balance energy to detect the amount of heat energy contained in flue gas at every single heating process. That will be used to quantify the electric energy savings that would be obtained if it used as a preheating scrap. And based of the results of analysis the electric arc furnace capacity of 25 tons that can be conclude there is 2,961 kWh of heat energy contained in flue gas generated at every single heating process and if it used as a preheating scrap that can be reduce electric energy consumption until 10 to 15 %. Keywords: exhaust gas, theat energy, electric energy reduction. 1. PENDAHULUAN Pada proses peleburan baja dengan peralatan utama electric arc furnace konsumsi energi listrik peralatan ini menempati peringkat pertama dari distribusi konsumsi energi total industri [1]. Rata-rata konsumsi energi electric arc furnace kapasitas 21 Ton untuk sekali proses heating adalah sebesar 20 MWh dengan porsi energi listrik sebesar 60% s/d 65%, sisanya berasal dari energi kimia, sensible scrap serta busur pembakar itu sendiri sebesar ±35% s/d 40% [2]. Sedangkan dari sisi produk electric arc furnace selain menghasilkan energi terserap oleh scrap yang telah menjadi crude steel sebesar 53%


terdapat beberapa produk lainnya diantaranya energi yang terbawa oleh slag sebesar 10%, energi yang terbawa oleh pendinginan dinding refractory furnace sebesar 17% serta energi yang terbawa oleh gas buang sebesar 20% yang dalam hal ini dapat dikatakan losses [3]. Salah satu produk berupa gas buang tersebut adalah sebuah produk yang masih memiliki energi thermal yang cukup besar yang jika dimanfaatkan akan sangat berkontribusi sebagai energi sensible scrap pada saat sebelum proses peleburan [4]. Potensi penghematan energi (PPE) akan terjadi dengan melakukan recovery panas gas buang dari Electric Arc Furnace untuk pemanasan awal umpan scrap (scrap preheating).

B1


Pemanasan awal umpan scrap pada sistem Electric Arc Furnace umumnya dilakukan dengan memanfaatkan panas pembakaran yang terjadi didalam tungku [5].

Gambar 2. Skema pemanfaatan gas buang E.A.F

Gambar 1. Ilustrasi balance energi E.A.F Potensi penghematan energi (PPE) akan terjadi dengan melakukan recovery panas gas buang dari Electric Arc Furnace untuk pemanasan awal umpan scrap (scrap preheating). Pemanasan awal umpan scrap pada sistem Electric Arc Furnace umumnya dilakukan dengan memanfaatkan panas pembakaran yang terjadi didalam tungku [5]. Proses pemanasan scrap konvensional dapat dilakukan dengan cara mengalirkan gas panas ke charging bucket scrap melalui pipa yang dipasang pada aliran gas buang ke dalam sebuah hood di atas charging bucket. Skema proses pemanasan scrap konvensional ditunjukkan dalam Gambar 2 [6]. Umumnya gas keluar dari Electric Arc Furnace pada temperatur 1,200 oC, masuk ke bucket pada temperatur 815 oC, dan keluar lagi pada temperatur sekitar 200 oC. Kualitas pemanasan sangat bergantung pada perpindahan panas ke dalam scrap yang merupakan fungsi dari ukuran scrap dan lama pemanasan [7]. Hal ini menyebabkan Scrap dapat dipanaskan hingga temperatur 315-450 oC. Proses pemanasan dapat menghemat energi 40-60 kWh/ton, konsumsi elektroda 0,3-0,36 kg/mt, konsumsi refraktori 0,9-1,4 kg/mt, dan waktu antar tap 5-8 menit [8]. Makalah ini bertujuan untuk menganalisis besarnya penurunan konsumsi energi listrik Electric Arc Furnace jika memanfaatkan energi thermal yang terbawa oleh gas buang (waste heat).


2. METODE PENELITIAN Penelitian dimulai dengan menentukan kadar serta komposisi material yang akan dilebur berikut temperatur peleburan yang selanjutnya digunakan sebagai parameter tetap penelitian. Peralatan peleburan yang digunakan pada penelitian ini adalah Electric Arc Furnace yang digunakan berkapasitas 25 Ton Crude Steel, 3 Phase, Tegangan kerja 20 kV. Peleburan scrap sebanyak 21 Ton pada setting temperatur 1,680 o C dengan komposisi material seperti ditunjukkan oleh tabel dibawah ini. Tabel 1. Komposisi material peleburan.

B2


Proses peleburan dilakukan selama kurang lebih 70 Menit dan menghasilkan 20.37 Ton crude steel. Energi yang digunakan untuk melebur material tersebut diatas dapat diketahui secara teoritis melalui persamaan (1) berikut ini. (1) Dimana Q adalah kalor yang disimpan oleh material (kJ), m adalah jumlah massa material yang dilebur (kg), Cp adalah panas spesifik material (kJ/kg.⁰C), ΔT adalah beda temperatur material sebelum dan sesudah proses peleburan. Perhitungan konsumsi energi Electric Arc Furnace diawali dengan mendeteksi variable apasajakah yang menjadi energi input serta energi output dari proses peleburan yang ada. Secara umum, neraca energi di dalam suatu Electrical Arc Furnace ditunjukkan dalam Gambar 1. Meskipun pengoperasian unit peleburan berbeda-beda untuk suatu pabrik, secara umum energi listrik yang diberikan ke dalam EAF adalah sekitar 60-65%, sisanya 3540% diperoleh dari energi kimia. Hanya sekitar 53% dari total energi input yang terbawa oleh besi cair, sisanya hilang bersama aliran slag, gas buang, dan air pendingin. Umumnya terdapat 20% energi yang hilang terbawa oleh gas buang, atau sekitar 130 kWh/ton produk [9]. Energi listrik didapatkan melalui pengukuran langsung terhadap peralatan yang digunakan seperti diperlihatkan oleh Gambar 3 dan Gambar 4.

Chemical energi yang terjadi dapat diketahui dengan menghitung banyaknya carbon yang digunakan beserta reaksi kimia yang terjadi secara stociometrik melalui persamaan kimia berikut. 2Fe + O2  2 FeO

(2)

Sebagian oksida besi ini menjadi slag dan yang lainnya bereaksi dengan Si dan Mn menjadi: Si + 2FeO SiO2 + 2Fe

(3)

Mn + FeO  MnO + Fe

(4)

Reaksi-reaksi itu akan menyebabkan panas (exothermic) dan akan menaikkan temperature cairan. Oksida mangan dan oksida silicon ini akan menjadi slag pada saat proses akhir peleburan. Dan juga pada saat Si dan Mn hampir habis temperature menjadi sangat tinggi dan karbon mulai terbakar: C + FeO  Fe + CO

(5)

Scrap yang dilebur juga memiliki energi sensible yang berasal dari sisa panas material peleburan sebelumnya dan atau pemanasan tungku diawal langkah pemasakan, panas sensible ini merupakan fungsi dari masa csrap berikut kalor spesifiknya untuk mencapai perubahan suhu dimaksud. Energi sensible yang terkandung pada material dapat diketahui melalui persamaan berkut. (6) Dimana Qc adalah kalor sensible yang disimpan oleh material (kJ), mc adalah jumlah massa material yang dilebur (kg), Cpc adalah panas spesifik material (kJ/kg.⁰C), ΔTc adalah beda temperatur material sebelum dan sesudah masuk didalam tungku dan mencapai temperatur equilibrium. Energi yang terkandung didalam slag dapat diketahui melalui persamaan berikut ini.

Gambar 3. Proses pengukuran kelistrikan

Dimana Qs adalah kalor yang terkandung didalam slag (kJ), ms adalah jumlah massa slag yang dihasilkan (kg), hs adalah enthalpy slag (kJ/kg). Energi yang terbawa oleh dinding refraktori beserta air pendingin dapat diketahui melalui persamaan.

Gambar 4. Beberapa data yang didapatkan dari alat ukur listrik.


(7)

(8)

Dimana Qw adalah kalor yang dibawa oleh air pendinginan (kJ), mw adalah jumlah massa air yang digunakan (kg), Cpw adalah panas spesifik air (kJ/kg.⁰C), ΔTw adalah beda temperatur air

B3


sebeluum dan sesuddah masuk din nding Electric Arc Furnaace. Sedangkan energi yang terbawa olehh gas buangg dapat diketahhui melalui peersamaan beriikut. (7)) Dimana Qf adalah kalor yang terkanddung didalaam flue gas (kJ), mf adallah jumlah m massa flue yyang dihasilkaan (kg), hf adaalah enthalpy flue gas (kkJ/kg). Sedangkan untuk rugii-rugi kelistrrikan yang terjadi dikettahui hanya sebesar 8% dari energi listrik yaang digunakaan pada prroses pelebuuran. Adapun koonsumsi energ gi spesifik yyang terjaddi dalam prosses peleburan n dapat dikettahui melaluui persamaan berikut ini. . .

(8))

Dimana S.E.C adalah spesific ennergy consuumption (kWhh/Tcs), W adaalah jumlah ennergi listrikk yang digunnakan dalam proses pelebburan (kWhh), Tcs adalaah jumlah crude c steel yyang dihasiilkan (Ton). Data yang digunakan untuk u melakuukan peneliitian ini ditunjjukkan oleh taabel dibawah iini. Tabbel 2. Data yanng digunakan untuk penelittian.

Gambar 5. Balance B Energgi E.A.F sebellum memanfaatkan m n waste heat.

ASIL DAN PEMBAHASA P AN 3. HA Hasil perhhitungan yan ng dimulai dari pembuuatan balancee energi Elecctric Arc Furn rnace hinggga pemanfaaatan gas buang sebbagai pemannasan mula scrap s ditunjuk kkan oleh gam mbar dibaw wah ini.

Gambar 6. Balance Eneergi E.A.F seteelah memanfaattkan waste heaat. S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

B4


Hasil analisis pada gambar 6 menunjukkan bahwa energi yang terkandung pada gas buang yang dapat dimanfaatkan sebesar 1,209 kWh dan merupakan suatu jumlah energi thermal yang sangat besar yang dapat mengurangi konsumsi energi listrik jika dimanfaatkan sebagai energi sensible scrap melalui pemanas mula. Potensi penghematan energi dengan melakukan imrovement operasi (pemanfaatan panas buangan Off Gas dapat mencapai 12% ). Rata-rata persentase penghematan energi dapat mencapai 14% – 15% dari konsumsi energi eksisting. Secara lengkap, besaran penghematan energi dari Electric Arc Furnace dengan melakukan hal ini dapat dilihat pada Tabel berikut. Tabel 3. Potensi penghematan energi (case: Scrap preheating (after improvement).

Tabel 3. menunjukkan simulasi perhitungan penghematan energi yang dicapai serta simple payback periode yang terjadi jika pemanfaatan gas buang Electric Arc Furnace ini dilakukan. Terlihat investasi pemanasan scrap melalui pemanfaatan gas buang layak diimplementasikan karena mendapatkan simple payback periode hanya dalam 3.64 tahun. 4. KESIMPULAN Analisis penghematan energi listrik pada electric arc furnace dengan sistem waste heat recovery menghasilkan potensi penghematan energi listrik sebesar 68 kWh/Tcs, atau 12.7% dari konsumsi energi listrik sebelumnya. Rugirugi yang terbawa oleh flue gas sebesar 3,553.2 kWh untuk satu kali proses heating dapat


dikurangi melalui pemanfaatan untuk pemanas mula scrap menjadi 1,910.7 kWh. Potensi penghematan ini dicapai karena naiknya panas sensible material scrap pada sebelum proses peleburan sehingga membuat proses peleburan material untuk mencapai suhu peleburannya menjadi lebih singkat. Panas buang ini sangat layak untuk dijadikan pemanas mula scrap melalui sistem peralatan scrap preheating dininali dari nilai pengembalian investasi peralatan yang sangat rendah yaitu hanya dalam waktu 3.64 tahun. DAFTAR PUSTAKA [1] S.Sirait, D. Hermawan, 2009, Road Map of CO2 Emission Reduction for Industry Sector, Centre for Research and Development of Resource, Ministry of Industry, Jakarta. [2] Robert E. Eppich, 2004, Energy Use in Selected Metalcasting Facilities, U.S Departement of Energy, Industrial Technologies Program, Florida. [3] Ernst Worrel, Lynn Price, Zhou Nan, 2008, World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, U.S Departement of Energy, Florida. [4] Horia Andrei, Costin Cepisca, Sorin Grigorescu, 2006, Power Quality and Electrical Arc Furnaces, Valahia University of Targoviste, Polithecnica University of Bucharest, Romania. [5] Binary Kumar Ray, B. Sudhakara, 2008, Understanding Industrial Energy Use, General Arun KumarVaidya Marg, Indira Gandhi Institute of Development Research, Mumbai. [6] Hideyuki Tanaka, 2006, Overview and EE & C of Steel Industry in Japan, journal of Mechanical engineering, International Engineering Department The Energy Conservation Centre, Japan. [7] Ali Akbar Mutahedi, Saeid Amani, 2009, Using Oxygen Reaction as Electricity Saving in Electric Arc Furnace Steel Making, journal of Chemtech Research, Iranian Research Organization for Science and Technology, Tehran. [8] A.R.Shahani, S.A. Nodamanie, I.Salahenia, 2009, Parametric Study of Hot Rolling Process by the Finite Element Method, journal of Mechanical engineering, Transaction B , Vol.16, No. 2. [9] Thapani Umdhopol, 2007, Making of Metal, journal of Mechanical engineering, Transaction B, Vol.25, No. 4.

B5


(K2-11-02)

ANALISA PENGARUH PENGGUNAAN DUA BUSI PADA KINERJA MESIN VESPA SCOOTER Imron Rosyadi, Yusvardi Yusuf, Heru Sulton Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Fak. Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Cilegon-Banten 41353 E-mail: [email protected]

Abstrak Sistem pengapian merupakan salah satu yang memiliki peranan penting dalam proses penyalaan campuran bahan bakar dan udara. Dengan sistem pengapian yang semakin baik diharapkan pembakaran yang dihasilkan dalam ruang bakar akan lebih sempurna sehingga kemungkinan adanya campuran bahan bakar dan udara yang tidak terbakar akan semakin kecil. Kendaraan vespa scooter 2 TAK saat ini termasuk kendaraan kuno yang masih banyak digemari sehingga perlu diperhatikan perwatan dan kemungkinan modifikasi untuk peningkatan performa mesin. Modifikasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan menggunakan dua busi yang diharapkan agar bahan bakar dapat terbakar secara lebih sempurna. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan daya, torsi serta konsumsi bahan bakar antara mesin vespa dua langkah standar dengan menggunakan dua busi. Besar kenaikan daya setelah modifikasi pada mesin vespa dua busi yaitu sebesar 9,02 %. Sedangkan torsi yang dihasilkan naik sebesar 7,3 % dari kondisi standar. Konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin vespa dua busi mengalami penurunan sebesar 16,7 % dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Kata kunci : Busi, daya, torsi, konsumsi bahan bakar spesifik

Abstract Ignition control is one of the important thing at combustion system. If the ignition control system increasing , the combustion gases will be more perfectly, thus minimize the possible of unburned fuel air mixture. At present Vespa scooter with two stroke engine is the old motor cycles, but much more people still enjoy it because its unique and have a special artistic. So it is important to concern in maintain and possible to modified to get a higher performance. This research is modified the combustion system, especially in ignition control using 2 sparkplugs purpose to get more perfectly ignition. The aim of its research is to identify the increasing of the power stroke, torsion and fuel consumption before and after modified. The results, there is incresing in power stroke 9.02 % , the torsion increasing 7,3 %, and there is decreasing in specific fuel consumption until 16.7 % then before modified (2 strokes using one sparkplug). Keywords : Spark plug, power stroke, torsion and spesific fuel consumption 1. PENDAHULUAN Mesin yang digunakan sebagai penggerak Scooter Vespa termasuk jenis engine dua tak atau mesin dua langkah, artinya satu putaran poros engkol (crankshaft) diperoleh dari dua kali langkah torak (piston). Pada mesin dua langkah ini tidak dipergunakan mekanisme katup untuk pemasukan bahan bakar dan pembuangan gas sisa pembakaran, oleh karena itu konstruksinya menjadi lebih sederhana dan mudah perawatannya. Menurut Sejarah, Skuter dalam bahasa Italy adalah ” Lebah” hal ini terobsesi dari bentuk atau skuter yang menyerupai Tawon. Skuter yang terlahir dari negara Italy ini di produksi oleh Piaggio dan diberi merk Vespa. Besarnya kemampuan atau performa suatu mesin sangat ditentukan oleh ukuran CC dari mesin tersebut. Ukuran CC mesin untuk Scooter Vespa yang beredar di Indonesia berkisar antara 90 CC sampai dengan 200 CC. Vespa Scooter memiliki


desain yang unik, sehingga penggemar motor kuno banyak menjatuhkan pilihan pada jenis motor ini. Konstruksi mesin yang sederhana dengan tingkat perawatan mesin yang mudah serta sistem pendinginan mesin menggunakan udara yang diatur oleh ”rotor with fan” sehingga lebih stabil sesuai dengan tingkat kecepatan mesin merupakan alasan lain mengapa sampai saat ini motor Vespa Scooter masih banyak digemari. Sistem pengapian merupakan salah satu hal yang memiliki peranan penting dalam proses penyalaan campuran bahan bakar - udara. Dengan sistem pengapian yang semakin baik diharapkan pembakaran yang dihasilkan dalam ruang bakar akan semakin sempurna, sehingga kemungkinan adanya campuran bahan bakar dan udara yang tidak terbakar akan semakin kecil sehingga emisi gas buang yang berbahaya dapat ditekan serendah mungkin dan konsumsi bahan bakar diharapkan akan semakin irit. Dalam sistem pengapian pada

B6


motor bakar, busi memegang peranan penting untuk memberikan percikan bunga api guna membakar campuran bahan bakar dan udara yang telah dikompresikan di dalam ruang bakar. Diharapkan dengan modifikasi dan pengujian vespa menggunakan dua busi, proses pemanfaatan kalor dari bahan bakar menjadi lebih tinggi, karena proses pembakaran terjadi dua kali secara berurutan, hal ini bertujuan agar bahan bakar terbakar secara sempurna sehingga konsumsi bahan bakar menjadi irit. Pada penelitian ini penulis ingin mengetahui besar daya, torsi, dan konsumsi bahan bakar vespa sebelum dan sesudah modifikasi menjadi dua busi.

Sebelum dilakukan modifikasi mesin vespa diuji terlebih dahulu untuk mengetahui performa mesin pada kondisi standar (busi tunggal) yaitu berupa pengujian pemakaian bahan bakar premium pada jarak tempuh tertentu, pengukuran konsumsi bahan bakar mesin berdasarkan putaran mesin, serta pengujian daya dan torsi dengan menggunakan dynometer. Pada penambahan busi menjadi 2 buah, hal yang perlu diperhatikan adalah sistem pengapiannya karena dibutuhkan lagi satu sistem pengapian. Hal ini menuntut kebutuhan tegangan listrik yang lebih besar. Beberapa modifikasi dilakukan pada skema rangkaian kelistrikan vespa 2 busi untuk sistem pengapian seperti gambar 2. agar kebutuhan.

2. METODE PENELITIAN Jenis mesin yang akan diamati dan digunakan yaitu mesin vespa Sprint 150 tahun 1977 dua langkah.

Spesifikasi Kendaraan Tipe Mesin: Diameter x Langkah: Karburator: Busi: Volume silinder: Perbandingan kompresi: Sistem Starter: Sistem Pelumasan: Bahan Bakar: Kapasitas tangki: Daya maksimum: Sistem Pengapian:

2 Langkah 57.8 x 57.0 mm Dell’Orto SI 20/17D NGK BP 7 H 149.5 cc 7.0 : 1 Kick Starter Oli Bensin 7.7 Liter 6.93 bhp / 5.000 rpm AC

Gambar 1. Diagram alir metodologi penelitian


Gambar 2. Skema Rangkaian Kelistrikan Vespa Dua Busi Pada Sistem pengapian Prosedur yang digunakan dalam pengambilan data untuk konsumsi bahan bakar kendaraan vespa busi standar dan dua busi terhadap jarak tempuh yaitu dengan menggunakan botol yang diisi 1000ml bensin setelah terlebih dahulu tanki dikosongkan. Pengujian dilakukan pada kecepatan rata-rata < 60 km/jam. Pengujian juga dilakukan pada kondisi > 60 km/jam sehingga dapat diketahui kondisi kecepatan optimum agar konsumsi bahan bakar dapat lebih irit. Sedangkan Prosedur yang digunakan dalam pengambilan data untuk konsumsi bahan bakar pada putaran berubah terhadap waktu adalah dengan mengisi botol bahan bakar bensin premium sebanyak 50 ml. Untuk percobaan pertama ini pada putaran mesin 3750 rpm. Pada saat yang bersamaan mengaktifkan stopwatch agar diketahui waktu yang telah dicapai setelah bahan bakar habis. Pengujian dilakukan pengulangan untuk putaran mesin yang lain, yaitu : 4000, 4250, 4500, 4750, 5000, 5250 rpm. Pada pengujian performa mesin, sebelum pengujian tersebut dilakukan uji tekanan kompresi silinder untuk mengetahui daya tekanan kompresi yang ditimbulkan oleh piston didalam silinder, pada waktu piston bergerak dari TMB ke TMA

B7


untuk melaksanakan langkah kompresi, dimana pada motor dua langkah, langkah kompresi silinder terjadi pada langkah ke satu. tekanan kompresi didalam silinder dinyatakan normal pada motor 2 langkah = 7-11 kpa. Alat pengukur unjuk kerja dari motor yang digunakan adalah Dynamometer SD325, Roller Inertia : 2.422 , Correction Factor : SAE J1 349. Mesin dyno yang digunakan adalah jenis inertia dyno dimana cara kerjanya yaitu melawan gaya inertia dari diam sampai kecepatan maksimum. Untuk mengukur kecepatan putaran mesin (engine speed) digunakan tachometer analog merek Type-R yang dihubungkan ke koil busi . Setelah dilakukan pengujian pada kondisi standar, baru kemudian dilakukan modifikasi mesin dengan cara penambahan busi pada ruang silinder. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Pengukuran Bahan Bakar Hasil pengukuran jarak yang ditempuh pada tingkatan kondisi tertentu :

dapat

 Vespa Dua Busi Tabel 4. Hasil Pengukuran BB (50 ml Premium) Vespa Dua Busi Konsumsi bahan bakar Rpm (L/jam) 3750 0.490 4000 0.575 4250 0.625 4500 0.661 4750 0.672 5000 0.748 5250 0.888 3.2. Analisa Grafik Daya Fungsi Putaran Setelah dilakukan uji dynamometer untuk mencari daya dan torsi roda belakang pada kondisi standar mesin vespa busi standar dan mesin vespa dua busi pada putaran mesin secara continue, maka diperoleh data perbandingan dalam bentuk grafik sebagai berikut:

 Kondisi Vespa busi standar 1 liter = 24.5 km (kec < 60 km/jam) 1 liter = 20.8 km (kec > 60 km/jam)  Kondisi Vespa dua busi 1 liter = 28.8 km (kec < 60 km/jam) 1 liter = 26.1 km (kec > 60 km/jam) Hasil pengujian tersebut memperlihatkan bahwa kondisi optimum pengoperasian motor vespa optimum pada kecepatan > 60 km/jam. Sedangkan perbandingan konsumsi bahan bakar terhadap jarak tempuh antara busi standar dengan 2 busi terlihat bahwa untuk busi standar ternyata lebih irit dibandingkan sebelum dilakukan modiikasi. Data hasil pengukuran pemakaian bahan bakar (50 ml premium)  Vespa Busi Standar Tabel 3. Hasil Pengukuran BB (50 ml Premium) Vespa Busi Standar Rpm 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250

Konsumsi bahan bakar (L/jam) 0.501 0.645 0.747 0.766 0.886 0.957 0.969


Gambar 3. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan daya Berdasarkan pengamatan pada Gambar 2 dapat disimpulkan bahwa daya yang dihasilkan mesin vespa dua busi terdapat perbedaan yang signifikan terhadap daya kuda yang dihasilkan mesin vespa dua langkah. Pada pengujian mesin vespa busi standar daya kuda tertinggi didapat pada putaran mesin 4239 rpm yaitu sebesar 5.904 hp, sedangkan pada mesin vespa dua busi daya kuda tertinggi didapat pada putaran 4302 rpm yaitu sebesar 6.489 hp. Besar kenaikan daya setelah modifikasi pada mesin vespa dua busi yaitu sebesar 9.02 %. 3.3. Analisa Grafik Torsi Fungsi Putaran Pada gambar 4 dapat kita liahat adanya kenaikan torsi mulai dari putaran mesin rendah sampai dengan putaran 4250 rpm kemudian terjadi penurunan torsi sampai putaran tertinggi tetapi untuk keadaan mesin vespa dua busi secara keseluruhan terdapat peningkatan torsi dibandingkan dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin vespa busi standar. Torsi maksimum dua busi sebesar 7.92 Lb.ft pada putaran 4218 rpm,

B8


sedangkan vespa busi standar sebesar 7.38 Lb.ft pada putaran 4155 rpm.

3.5. Analisa Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Pada gambar 6, pemakaian bahan bakar spesifik diperoleh konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin vespa dua busi mengalami penurunan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 16.7 % dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar mesin vespa busi standar. Hal ini disebabkan karena mesin vespa dua langkah proses pemasukan dan pembuangan bahan bakar udara di atur oleh putaran kruk as, semakin tinggi putaran kruk as, bahan bakar yang masuk ke ruang bakar semakin terdesak keluar melalui lubang karter atau pembilasan, sehingga bahan bakar terbuang percuma tanpa menghasilkan tenaga.

Gambar 4. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan Torsi Kenaikan torsi maksimum pada vespa dua busi langkah sebanyak 7.3 % dari kondisi standar yakni mesin vespa busi standar. 3.4. Analisa Tekanan Efektif Rata-Rata Data tekanan efektif rata rata dicari melalui perhitungan dengan data yang dibutuhkan adalah Torsi hasil pengukuran dan volume langkah torak. Hasil tersebut kemudian dibuat grafiknya seperti pada gambar 4.

Gambar 5. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan tekanan efektif ratarata (mep) Dari grafik tekanan efektif rata-rata diatas terlihat bahwa mesin vespa dua busi mempunyai tekanan efektif rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Hal ini dikarenakan pada mesin vespa dua busi torsi yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Dan mempunyai tekanan awal lebih tinggi sehingga pada saat piston bergerak ke TMA, tekanan akhir kompresi pada mesin vespa dua busi akan lebih tinggi dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Peningkatan tekanan efektif rata-ratanya sebesar 7.8 %.


Gambar 6. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan pemakaian bahan bakar spesifik (Sfc) Selain itu disebabkan karena sistem pengkabutan pada mesin vespa busi standar masih konvensional dibandingkan dengan model pengkabutan pada masa sekarang, sehingga laju konsumsi bahan bakar yang keluar dari lubang spuyer karburator meningkat dan waktu yang dibutuhkan untuk mengkonsumsi bahan bakar sebanyak 50 ml akan semakin singkat. Dengan bertambahnya putaran pada kruk as akan meningkatkan laju aliran udara dan bahan bakar melalui saluran dari karburator, sedangkan pada mesin vespa dua busi, proses pembakaran terjadi dua kali, yaitu ketika busi pertama membakar bahan bakar lalu dengan selisih 20 busi kedua membakar kembali sisa pembakaran dari busi pertama, sehingga kecil sekali bahan bakar yang terbuang percuma. 3.5. Analisa Perhitungan Efisiensi Thermis Efisiensi thermis adalah efisiensi pemanfaatan panas dari bahan bakar untuk diubah menjadi tenaga mekanis (poros). Efisiensi thermis terbesar dari mesin vespa dua busi adalah 83.1 % pada putaran mesin 4250 rpm, sedangkan efisiensi pada mesin vespa busi standar sebesar 67.8 % pada putaran mesin 4000 rpm. Variasi yang mempengaruhi efisiensi thermis adalah nilai konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), jika nilai

B9


konsumsi bahan bakar spesifik semakin besar maka nilai efisiensi thermis akan semakin kecil.

Gambar 5. Grafik hubungan antara putaran mesin dengan Efesiensi Thermis Pada grafik diatas terlihat efisiensi thermis pada mesin vespa dua busi memiliki nilai konsumsi bahan bakar yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin vespa busi standar, maka nilai efisiensi thermis dari mesin vespa busi standar dibandingkan dengan nilai efisiensi thermis dari mesin vespa dua busi akan terlihat lebih rendah. Dengan waktu pembakaran yang sangat singkat dan semakin meningkatnya konsumsi bahan bakar maka semakin banyak bahan bakar yang tidak dapat dimanfaatkan atau dengan kata lain semakin banyak bahan bakar yang terbuang sia-sia. 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan 1. Modifikasi vespa busi standar menjadi vespa dua busi dapat di aplikasikan pada semua jenis vespa. 2. Dari hasil uji dynamometer didapat peningkatan daya sebesar 9.02 % dari kondisi standar yakni mesin vespa busi standar. Pada mesin vespa busi standar daya yang dihasilkan 5.904 HP dan setelah di modifikasi menjadi dua busi daya yang dihasilkan 6.489 HP, Peningkatan torsi pada uji dynamometer mesin vespa busi standar sebanyak 7.3 % dari 7.38 Lb.ft menjadi 7.92 Lb.ft. Peningkatan torsi ini memiliki keuntungan yaitu dapat menarik beban lebih berat dan akselerasi lebih cepat didapat. 3. Tekanan akhir kompresi pada mesin vespa dua busi akan lebih tinggi dibandingkan dengan mesin vespa busi standar. Peningkatan tekanan efektif rataratanya sebesar 7.8 %. Hal ini dikarenakan pada mesin vespa dua busi torsi yang dihasilkan lebih besar


dibandingkan dengan mesin vespa busi standar 4. Konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin vespa dua busi mengalami penurunan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 16.7 % dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar mesin vespa busi standar. Hal ini disebabkan karena mesin vespa busi standar proses pemasukan dan pembuangan bahan bakar udara di atur oleh putaran kruk as, semakin tinggi putaran kruk as, bahan bakar yang masuk ruang bakar semakin terdesak keluar melalui lubang karter atau pembilasan, sehingga bahan bakar terbuang percuma tanpa menghasilkan tenaga. 5. Efisiensi thermis terbesar dari mesin vespa dua busi adalah 83.1 % pada putaran mesin 4250, sedangkan efisiensi pada mesin vespa busi standar sebesar 67.8 % pada putaran mesin 4000 rpm. 4.2. Saran Untuk modifikasi vespa busi standar menjadi vespa dua busi, hal yang terpenting adalah mengetahui prinsip kerja, desain kepala silinder, dan sistem pengapian agar modifikasi menghasilkan performa mesin sesuai dengan yang diinginkan. DAFTAR PUSTAKA [1] Obert, E.F., 1950, Internal Combustion Engines Analysis and Practice, International Textbook Company, Pennysylvania. [2] Heywood, J. B., 1988, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw - Hill International Editions. [3] Mathur ML, RP Sharma RP (1996) Internal combustion engines. Dhanpat Rai & Sons, New Delhi. [4] Drs. Daryanto, , 2004, Teknik Sepeda Motor, Penerbit Yrama Widya, Bandung. [5] Teiseran Emanuel, , 2007, Teknik Motor, Penerbit Liberty, Yogyakarta. [6] Ir. Ohan Juhana dan Drs M Suratman, 1999, Teknik Reparasi Vespa, Penerbit Pustaka Setia, Bandung. [7] Tabloid Motor Plus, 2006 , Edisi 374/VI, Penerbit PT.Media Motorindo, Jakarta. [8] Kaplan, J. A. and Heywood, J. B., 1991, Modelling the spark ignition engine warmup process to predict component temperatures and hydrocarbon emissions. SAE Paper No. 910302. [9] Website:www.okasatria.blogspot.com /2007/11/otomotive

B10


[10] Website:www. en.wikipedia.org /wiki /internal-combustion [11] Website: www.science.howstuffworks.com /two-stroke


B11


(K2-12-03)

GAS BUANG YANG MASUK KEDALAM EKONOMISER SEBAGAI PENINGKATAN KINERJA KETEL UAP PIPA AIR Wasiran Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, Teknik Mesin, Cirebon 45135

Abstract Exhaust gas boiler can be utilized into economizer to accelerate the process of evaporation of the boiler. Boiler is used type boiler water pipe serves as a thrust turbine. Boiler water pipe using two types of fuels that fuel gas and fuel oil, while the fuel is widely used gas fuel Research done by way of analyzing the performance of a steam boiler type 52-B-101D Rotary Utility Unit VI in PT. Pertamina Balongan Indramayu of operating a dat log sheet. Date taken include operating. From these date the difference in doing the calculations the arithmetic mean temperature, AMTD, the total heat transferred, Qtotal, the total heat transfer coefficient, U and Efficiency boiler, ƞ. The results showed a decrease in price between the maximum and minimum intervals each for different temperatures arithmetic mean, AMTD; 7.7%, the total heat transfer coefficient, U; 22.3%, for the total heat transferred, Qtotal; 13 , 7% and boiler efficiency, ƞ; 93% Keywords: Improved performance of boiler water pipe. PT. Pertamina Tbk. 1. PENDAHULUAN Ketel uap merupakan suatu alat tertutup terbuat dari baja dengan beberapa peralatanperalatan penunjang lainnya yang berfungsi sebagai penghantar panas yang memproduksi uap dari proses pembakaran bahan bakar fuel oil dan gas sehingga menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur tertentu. Untuk mengetahui degradasi dan kinerja pada ketel [1]. Ketel uap pipa air adalah ketel uap yang mempunyai tekanan dan temperatur lebih tinggi dibandingkan ketel uap pipa api. Sedangkan ketel uap pipa air tersebut memproduksi uap dengan menggunakan dua bahan bakar fuel oil dan gas[2]. Ketel uap yang dianalisis yaitu jenis ketel melewati ekonomiser dengan temperatur tertentu ke water drum. Jenis ini dapat memproduksi uap dengan tekanan diatas 40 kg/cm2 serta bertemperatur diatas 500 oC dengan kapasitas produksi uap lebih dari 15.000 kg/jam.[2] 2. STUDI LITERATUR 2.1. Arithmetic Mean Temperature Difference (AMTD) Karena tidak ada perubahan suhu di sisi uap, Cara yang lebih mudah untuk menghitung perbedaan suhu rata-rata adalah untuk mempertimbangkan Arithmetic Mean Suhu Selisih atau AMTD atau ΔTAM. Ini mempertimbangkan peningkatan linear pada suhu fluida sekunder dan untuk perhitungan manual cepat untuk ketel penukar kalor, biasanya akan memberikan pendekatan yang memuaskan dari perbedaan suhu rata-rata yang akan digunakan


dalam persamaan. Profil temperatur AMTD ditunjukkan pada Gambar 1

Gambar 1 Skema profil temperatur AMTD Ketel Penukar Kalor ΔTAM = [ (Thi + Tho )/2] – [(Tci + Tco) /2 ]

(1)

Untuk uap, dimana suhu fluida primer tetap konstan, persamaan ini dapat disederhanakan dengan persamaan: ΔTAM = TS - [ (T1 – T2) / 2 ]

(2)

AMTD biasanya memberikan analisis yang memuaskan dari proses perpindahan panas, yang mudah untuk memanipulasi dalam perhitungan manual pada ketel uap gas buang atau ketel penukar kalor. Akan tetapi, Log Perbedaan suhu rata-rata (LMTD) juga bisa digunakan umumnya pada alat penukar kalor (shell & tube Heat Exchanger), yang menjelaskan perubahan nonlinear dalam suhu fluida sekunder. Dengan menggunakan AMTD dan bukan pada LMTD, daerah perpindahan panas akan dihitung hampir 15% lebih kecil dari yang dibutuhkan[4].

B12


Hubungan fungsional di antara ketiga parameter tersebut di atas dapat dinyatakan dengan persamaan:

V dapat ditentukan dari di dalam pipa, persamaan laju aliran massanya: [4]

Q = U . Atotal. AMTD

mc    A  V

(3)

Atotal = π do L N

(4)

2.2. Beban Termal Atau Laju Pertukaran Energi Panas Di Dalam Alat Penukar Kalor Beban termal atau laju perpindahan energi panas di dalam alat penukar kalor, apabila alat penukar kalor dianggap adiabatik, besarnya sama dengan laju energi panas yang dilepaskan oleh aliran fluida panas, Qh atau sama dengan laju energi panas yang diterima oleh aliran fluida pendingin, Qc yang mana: [4]

Qh  m h c ph (Thi  Tho )

(5)

dan

Qc  m c c p ,c (Tc ,o  Tc ,i )

(6)

2.3. Koefisien perpindahan panas konveksi aliran fluida di dalam dan di luar pipa Besarnya koefisien perpindahan panas konveksi aliran fluida di dalam pipa, hi dapat diperoleh melalui persamaan empirik yang berbentuk bilangan Nusselt, Nu seperti: [4] Nu 

hi d i  0 . 023 Re kf

0 .8

Pr

n

(7)

Persamaan di atas berlaku untuk kondisi di mana terdapat perbedaan antara temperatur aliran utama dengan temperatur permukaan yang cukup besar. Pada persamaan tersebut harga konstanta n = 0,4 untuk keadaan di mana terjadi pemanasan ke dalam aliran fluida di dalam pipa. Sedangkan apabila terjadi sebaliknya harga n = 0,3. Kemudian, di adalah panjang karakteristik aliran fluida di dalam pipa, dalam hal ini sama dengan diameter dalam pipa, Re bilangan Reynolds, dan Pr bilangan Prandlt. Bilangan Reynolds Re diberikan oleh persamaan: [4]  vd (8) Re   Pr 

 cp k

(9)

Di sini cp adalah konstanta panas fluida pada tekanan konstan. Kecepatan rata-rata aliran fluida


(10)

2.4. Koefisien Perpindahan Panas Konveksi Aliran Fluida di Luar Pipa Koefisien perpindahan panas fluida yang mengalir di permukaan luar pipa, ho dapat diestimasi besarnya melalui persamaan laju perpindahan panas konveksi antara aliran fluida dengan permukaan luar pipa: (11)

Q o  h o A o ( T h  T wo )

Konduksi secara radial dari permukaan luar pipa ke permukaan dalam pipa: 2  kL . N (12) Q  (T T ) k

wo

ln( d o / d i )

wi

Sementara itu, Twi dapat diperoleh dari persamaan laju perpindahan panas konveksi antara permukaan dalam pipa dengan aliran fluida di dalam pipa: Q i  h i Ai (T wi  T c ) Ai = π di L N

(13)

2.5. Perhitungan perpindahan panas tahanan termal Perhitungan perpindahan panas termal yaitu dari panas api menyerap ke fluida air di dalam pipa sampai menghasilkan uap pada steam dram melalui pipa-pipa air hasi perhitungan R1, R2, R3 dan Qtermal hasil yang diperoleh.[4] di mana : R1 =

1 ho . Ao

R2 = ln ( do / di ) k b .Ak

(14 )

(15)

(16)

= ln ( do / di ) k b . 2  LN R3 =

1 hi . Ai

Jadi perpindahan panas total dari api ke fluida air didalam pipa diperoleh sebagai berikut: Qtermal = T 1  T 3  R termal (17)

2.6. Analisa Termodinamika

B13


Perhitungann daya dari kettel uap juga ddapat dihituung menggunnakan ilmu termodinam mika, hanyaa saja tidakk adanya pemahaman yyang terperrinci terhadapp hakekat dari d sistem yyang dianallisa.[3] ntuk mengubaah Panas yang dibutuhkan un H2O ddari air (1) meenjadi uap (2):: (18) Efisiensi Ketell Uap 2.7. E () =

==

Pada perhitungan p llaju perpindah han panas diperoleh haasil waktu peengoperasian terhadap tekanan keluaar steam drum m (Pout), massaa air yang masuk (mc), dan Temperat atur masuk steeam drum (Tci). Sedangkan temperattur keluar steeam drum (Tco) diperoleh dari data teekanan steam press Out 47 kg/cm2 yaaitu: 47  44 4 ,58 540  530   530 = 533,10 K 52,38  44,58 71  533 ,10 Trata-rata = 47  502 , 05 K 2

Tco =

x 100 %

x 100 %

Tabel 1 (a) Data Hassil Pengoperassian (19)

3. M METODE PEN NELITIAN Metode yanng dilakukan dalam penellitian yaitu dengan caraa wawancara dengan perssonal pada bagian penngoperasian secara langssung, khusuusnya cara moonitoring selam ma 12 jam daalam seharii. Peralatan paada pengukuran ketel uap ppada saat ppengoprasian dicatat langssung ke dataa log sheet.[5] Data penellitian yang diperlukan ssalah satunyya air masuk ke water dru um diperoleh hhasil penguukuran tempeeratur, air keeluar steam ddrum diperooleh pengukurran tekanan, kapasitas k air yyang masukk dan bahan bakar yang yang diperluukan. Penelitian ini hasil data dik kolektifkan seelam rentanng waktu 1 tahhun

No

t (jjam)

Pouut (kg/cm m2)

Tcii (oC)

(1)

(2)

(3)

(4)

1 2 3 4 5 10 49

0 168 336 3 504 5 672 6 1512 8064 8

477 48 466 46,55 466 466 45.55

198 8 197 7 197 7 196 6 198 8 200 0 196 6

Tabel 1 (b) Data Hassil Pengoperassian

EMBAHASA AN 4. PE Dalam mennunjang Pertam mina Rotary Unit VI Baalongan Indraamayu, ketel uap u membutuhhkan mempproduksi uapp (steam) yang berkapaasitas tekanaan (43 kg/cm m2) dan temperatur 380 oC. uap yang diproduksi oleh o ketel uap u agar terccapai sesuaii target operaasi yang ditetaapkan, sedanggkan pemakkaian ketel uaap selama berrtahun-tahun ppasti akan m mengalami deegradasi uap (steam).[5]

No

t (jjam)

mc (kg/s))

moil (kg/s)

mgas (kg/s)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

1 2 3 4 5 10 49

0 168 336 3 504 5 672 6 1512 8064 8

26,11 1 25,5555 26,6667 25,83 3 26,9444 27,2222 25,5555

0,364 0,364 0,364 0,364 0,356 0,347 0,350

1,055 1,047 1,047 1,047 1,039 1,111 1,014

Tabel 2 Hasil perhitungan Temperatur rata-rata r

Gambar 2 Insstalasi Ketel Uap U Pipa Air 5. HASIL PER RHITUNGAN N 5.1. P Perhitungan laju perpinda ahan panas kketel u uap S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

No

t (jam m)

Tci (K)

Tco (K)

Tr ( K)

(1)

(2)

(5)

(6)

(7)

1 2 3 4 5 10 49

0 168 8 336 6 504 4 672 2 1512 806 64

471 470 470 469 471 473 469

533,10 534,38 531,82 532,46 531,82 531,82 531,18

502,05 502,19 500,91 500,73 501,41 502,41 500,09

B14


Gam mbar 3 Grafik Hasil H Waktu Pengoperasian P n Vs Temperatur Keluar Steam S Drum Pada Gam mbar 3 graffik hasil w waktu pengooperasian Vs temperatur keeluar steam ddrum yaitu hasil perhitunngan interpolaasi tekanan keeluar steam m dram terlihaat pada garis linier temperaature keluarr awal pengopperasian semaakin menurunn dan relatiff konstan padda temperaturr 533,4 K sam mpai 531,5 K.

Gambar 5 Graafik Hasil Waaktu Pengopraasian Vs Laju L Perpindahhan Panas Airr waktu Gambaar 5 grrafik hasil pengoperasian n Vs laju perppindahan panaas air yaitu hasil perhitun ngan perpindaahan panas air a terlihat pada garis linier temp mperatur kelu uar awal pengoperasian n semakin m menurun dan n relatife konstan padaa perpindahann panas air 7800 kJ/s sampai 7200 kJ/s k 5.2. Perhitung gan AMTD AMTD yaitu:: Pada hasill perhitungan A

AMTD = Gam mbar 4 Grafik Hasil Waktu Pengoprasian P Vs Temperaatur Rata-rata hasil 4 grafik Gambar w waktu pengooperasian Vs Temperatur T Rata-rata R Air yyaitu hasil pperhitungan temperatur t raata-rata pada kketel uap tterlihat pada garis linier temperatur t keeluar awal pengoperasiian semakin n menurun dan relativve konstan paada temperatu ur 502,1 K sam mpai 501,2 K Maka data sifat air yang g dievaluasi ppada tempeeratur rata-ratta 502 K, diperoleh d hasiil Vf, Cpc, c, kf, dan Pr P diperoleh laju perpindaahan panass Qc  m c . c

pc

( T co  T ci )

= =26.111(kg/s)4.67640(kJ/kg gK)(533.1-47 1) K = 7582.750 kJ/s k Tabell 3 hasil perhittungan Laju perpindahan paanas No

t (jjam)

(1)

(2)

(3)

1 2 3 4 5 10 49

0 168 3 336 504 672 1 1512 8 8064

758 82,750 769 95,600 769 94,263 764 49,002 765 54,986 749 92,454 740 05,930

.

=

.

= 155,137 K

Tabel 4 hasil perhiitungan AMTD D No N

t (jam)

AMTD (K)

(1)

(2)

(3)

1 2 3 4 5 10 1 49 4

0 168 336 504 672 1512 8064

155,137 154,052 154,289 154,103 155,641 147,667 147,910

Qc (k kJ/s)


Gambar 6 Grafik G Hasil W Waktu Pengoprrasian Vs Temperatur T L Logaritmik

B15


Gambar hasil w waktu 6 grafik pengooperasian Vs temperature logaritmik yyaitu hasil perhitungan temperatur logaritmik yyang terlihaat pada garis linier temperatur keluar aawal pengooperasian sem makin menurrun dan relaative konstaan dari 146 K sampai 144 K

dalam pipa saampai menghaasilkan uap pada steam dram melaluii pipa-pipa aiir hasi perhitungan R1, R2, R3 dan Qtootal hasil yang diperoleh 1 R1 = h o . Ao 2 1 =  0,05082 W/m K 0 . 016 692 x 1163 ln ( do / di ) R2 = k b .Ak

5.3.Peerhitungan Koefisien K Glo obal Perpindaahan P Panas (U)

Bagi keperrluan perhitu ungan degreddasi, hargaa koefisien global perp pindahan paanas luas ppermukaan luar l pipa perrpindahan paanas total Atotal = 1163 m2 dapat dip peroleh yaituu U = Qc / Atotal . AM MTD . = = 0.044137 W/m m2.K .

=

= 0.018 864 W/m2K R3 =

t (jaam) ( (2) 0 1 168 3 336 5 504 6 672 15512 80064

1 hi . Ai

=

1 297 .88502 x 1030 0

= 0.0325 596 x 10-3 W W/m2K

Tabell 5 hasil perhittungan Koefissien Global perpindahaan panas No (1) 1 2 3 4 5 10 49

ln (0 , 0508 / 0 , 0445 ) 14 , 2 x 2  x 7290 ,988

Jadi perpindahan panass total dari apii ke fluida air didalam piipa diperoleh Qtotal  T hi  T ci R1  R 2  R 3

U (W W/m2.K) (3) 0,0 042027 0,0 042953 0,0 042880 0,0 042679 0,0 042290 0,0 043628 0,0 043053



681 .37355  471 0 . 050818  0 . 0186462 x 10  5  0 .032596 x 10  3

= 4139 W Tabeel 6 Perpindahhan panas totaal

No o

t (jam)

Qtotal (W)

(1))

(2)

(7)

1 2 3 4 5 10 0 49 9

0 168 336 504 672 1512 8064

4139,441 4165,698 4173,602 4127,546 4171,248 4313,341 4116,058

Gambbar 7 Grafik Hasil H Waktu Pengoprasian P V Vs Koefisieen Global Perrpindahan Pannas Gambar 7 grafik hasil w waktu pengooperasian Vs koefisien peerpindahan ppanas global yaitu hasil perhitungan p tp perpindahan ppanas global yang terlihaat pada garis linier temperratur keluarr awal pengopperasian semaakin menurunn dan relatiff konstan darii 0.047 K sam mpai 144 K 5.4. P Perpindahan panas p total (Q Qtotal) Perhitungann perpindahaan panas terrmal yaitu dari panas api a menyerap ke fluida aiir di S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Gambar 8 Graafik Perpindahhan Panas Tottal Vs Waktu W Pengopperasian Gambaar 8 hasil peerhitungan maka dapat dianalisis hubungan antarra Qtotal (kW W) dengan

B16


waktuu (h) . Bahwaa fluktuasi tem mperatur sem makin menurrun minimal 3520 kW dan n maksimal 44540 kW. JJika nilai penuurunan kinerjaa dilihat dari ggaris linieriisasi dengan bantuan pro ogram exel yyang dapat ditunjukan pada garis merrah. Gradien ppada garis linier menuunjukan penu urunan sepannjang waktuu 8064 jam sebbesar selisih 40 4 kW 5.5. P Pengambilan Data D Entapi Dari D Tabel Dari tabel A-6, A pada tekaanan keluar P out = 46,875 kg/cm2 dann temperatur keluar k T = 45 0 oC dengaan cara interpoolasi

hg =

(2284,7 – 251 11,8) + 2511,88

= 2355,669 kJ//kg Dari tabel A-4 A uap jenuh h pada temperratur 197,917 oC, diperooleh hfg = 194 47,799(kJ/kg)) Tabeel 7 Hasil entaalpi No

t (jam)

hg (kJ/kg)

hfg (kJ/kg)

(1)

(2)

(5)

(6)

1 2 3 4 5 10 49

0 168 336 504 672 1512 8064

2352,83 2330,12 2375,54 2364,18 2375,54 2375,54 2386,89

1971,2 1967,4 1967,4 1963,6 1971,2 1940,8 1963,6

=

. .

x 100 % x 100 % = 68,25 %

Tabel 8 Haasil Efisiensi Ketel K Uap Qin (kJ/s)

Qout (kJ/s) (



No

T (jam)

(1)

(2)

(3)

(4)

(55)

1 2 3 4 5 10 49

0 168 336 504 672 1512 8064

99964,74 9 9269,31 100883,87 100348,18 100894,54 111834,49 100817,18

145 599,98 145 517,17 145 517,17 145 517,17 143 353,49 150 007,78 140 034,06

0,68825 0,63385 0,74497 0,7 128 0,75590 0,78885 0,77708


6. KESIMPULAN 1. Data hasil h pengujiaan experimentta lselama 1 tahu un adalah mem mpunyai tahaanan temal akibat faktor peng ngotor sebesaar 0.0508 (m2K/W W) 2. UntuK K ketel uap dengan nillai faktor pengottor sebesar 00.0508 (m2K/W) akan mempeengaruhi daggradasi selam ma rentang waktu 8.064 jam 3. Hasil grafik waktu pengoperasiaan Vs laju perpindahan panas as semakin menurun disebabkan lamanyaa waktu 4. Degred dasi yang teerjadi pada ketel uap sangat kecil sekaali, lihat dari d hasil perhitu ungan koefisiien perpindah han panas karena global. Degredaasi kecil penggu unakan bahann bakar palin ng banyak mengg gunakan gas. 5. Kinerja yang dihasillkan pada boiler selama pengop perasian mennurun nilai effisiensinya dari 68 8,25% -77,088%. Hal ini diiakibatkan lamany ya waktu penggoperasian 7. DAFTAR SINGKAT D AMTD = Aritthmatic Meann Temperatur Different

Perhitungan Efisiensi E Ketell Uap 5.6. P Efisieensi =

Gambar 9 Grafik G Efisienssi ketel uap Vs V Waktu Pengooperasian

8. LAMBANG ISTILAH SATUAN A = Luas bidang b perpinddahan panas m2 Atotal = Luas permukaan p pan anas diluar pip pa m2 Ao = Luas total di luar pip ipa m2 Ai = Luas total di dalam pipa m2 Cph = Konstaanta fluida pan anas J/kg K Cpc = Konstaanta fluida dinngin J/kg K do = Diameeter permukaaan luar pipa m di = Diameeter permukaaan di dalam pip pa m hk = Koefissien perpindahhan panas W/m K kondu uksi hi = Koefissien perpindahhan panas konveksi di dalam ppipa W/m W 2K ho = Koefissien perpindahhan panas W/m2K konveksi di luar pippa hf = Entapii cair jenuh kJ/kg hfg = Entalp pi campuran caair & uap jen nuh kJ/kg hg = Entalp pi uap jenuh kJ/kg

B17


L = Panjang pipa m kg/s moi l = massa fluida fuel oil kg/s mgas = massa fluida fuel gas kg/s mc = massa fluida air N = Jumlah pipa Nu = Bilangan Nuselt Pr = Bilangan Prandl Qc = Laju pepindahan panas air kW Qi = Laju perpindahan panas konveksi kW Qtotal = Laju perpindahan panas total kW Re = Bilangan Reynold Th = Temperatur rata-rata K Thi = Temperatur api di ruang bakar K Tho = Temperatur gas buang K Tci = Temperatur masuk fluida air K Twi = Tempertur di dalam pipa K Two = Temperatur di luar pipa K U = Koefisien perpindahan panas global W/m2K V = Kecepatan aliran fluida m/s  = Massa jenis fluida m3/kg µ =Viskositas dinamik fluida Ns/m2 ƞ =Efisiensi %


DAFTAR PUSTAKA [1] Bayazitoglu, Y., Ozisik, M.N, (1988); ELEMENTS OF HEAT TRANSFER: Newyork. McGraw-Hill Int [2] Bennet, C.O., Myers, J.E, (1985),” HEAT AND MASS TRANFER”. McGraw-Hill Int. Book Co [3] Cengel A. Y unus Boles A. Michael, (2007),”THERMODINAMICS, An Engineering Approach., University of Nevada., Public Catio Year [4] Gebhart,B (1971),”HEAT TRANSFER”, Tata-McGra-Hill Publ. Co. New Delhi 2nd Ed [5] Holman, J.P(1983),”HEAT RANSFER”, McGraw-Hill Book Co [6] Incropera, F.P, DeWitt, D.P(2002),”FOUNDA MENTALS OF HEAT AND MASS TRANSFER,” [7] Kreith, F., Black, W.Z(1988),”BASIC HEAT EXCHANGERS-SELECTION, RATING AND THERMAL DESIGN”,Harper & Row Publ. NY-Acuan Utama [8] Kakac, S. Liu, H (1988),”HEAT EXCHANGERS-SELECTION, RATING AND THERMALDESIGN”, CRC Press [9] Kreith, F(1973),”PRINCIPLES OF HEAT TRANSFER”,Intext NY [10] Schlichting, H (1979),”BOUNDARY LAYER THEORY”,7th Ed. McGraw-Hill NY [11] Yakob, M. Hawkins, G.A, (1957),” EELEMENTS OF HEAT TRANSFER”, J. Wiley & Sons inc., 3rd Ed

B18


(K2-14-09)

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK MIKROHIDRO BERBASIS PEDESAAN Ibrahim Sb Akademi Teknik Industri Makassar, Jurusan Teknik Industri, Program Studi Teknik Mesin Industri, Sulawesi Selatan

Abstrak Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro merupakan salah satu energi alternatif terbarukan (renewable energy) yang ramah lingkungan karena itu sering disebut sebagai energi putih (white resources energy). Jenis turbin yang dirancang dalam penelitian ini adalah turbin Cross flow (Ossberger). Tujuan penelitian ini adalah untuk memberikan solusi pada masyarakat desa yang membutuhkan layanan listrik. Untuk menunjang penelitian Rancang bangun ini dibutuhkan metodelogi penelitian seperti: menentuan kapasitas aliran, beda head serta perhitungan berapa variabel yang berhubungan optimalisasi daya turbin. Dari penelitian Rancang Bangun Pembangkit ListrikTenaga Mikrohidro diperleh hasil sebagai berikut: Daya turbin (P) = 19,239 kW , kecepatan aliran pada jet ( V 9,21 , kapasitas aliran pada jet Q 0,0975 ,kerugian aliran 2,14 m putaran generator (ng)= 1350 rpm, daya out put generator (Pg) =16- 18) kW, head efektif (H 19,94 m dan putaran poros turnin n 171,7 rpm. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro inn ( H telah dimanfaatan sekitar 40 kepala keluarga dengan jarak sekitar 2 km dari Instalasi pembangkit di desa Tallubamba Kabupaten Enrekang Sulawesi Selatan. Kata kunci : Meningkatkan kesejahteraan masyarakat pedesaan.

Abstract Micro-hydro Power Plant is one of the alternative energy (renewable energy) that are environmentally friendly because it is often referred to as the white energy (white energy resources). The turbines type designed in this study is the turbine Cross flaw (Ossberger). .To support this research design methodologies are needed to determine the capacity of the flow measurement,deffrent head and calculation of how variable related t the optimizatio of the power turbine. From this Design research results in the field obtained as 9,21 , the capacity of the jet flow follows:Turbine power (P) = 19,239 kW,the jet flow volocity 0,0975

, the flow losses

2,41 ,head effective

19,94 , turbine shaft rotation

= 171.7 rpm, Round the shaft of generator = 1350 rpm, generator power output 16 18 kW. Microhydro Power Plant-Based Rural Generator in Tallubamba village has utilized more then 40 heads of the families with a distance of about 2 km from the power plant inthe village of Soutth Sulawesi Tallubamba Enrekang district. Keywords: can increase well-being of rural communitie. 1. PENDAHULUAN Indonesia adalah negeri kaya potensial sumber daya alam,termasuk potensi sumber energi aliran air yang dapat diubah energi listrik tersebar diseluruh penjuru tanah air. Jumlah penduduk Indonesia yang dapat menikmati layanan aliran listrik negara baru sekitar 54 persen (Yaya Irianto 2008-Newsletter cifor –Riak bumi). Sebagaian dari penduduk desa menggunakan motor diesel untuk menggerakan Generator yang menggunakan bahan bakar fosil yang boros biaya dan tidak ramah lingkungan. Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro lebih populer dengan istilah energi putih (white resources). Sulawesi selatan merupakan salah satu wilaya di Indonesia bagian timur yang memilki potensi pengembangan energi alternatif “Pembagkit Liatrik Tenaga Mikrohidro”


sekitar 141.824 kW (Workshop pengembangan Mikrohidro Indonesia 2012). Mikrohidro merupakan sutu istilah yang digunakan pada pembangkit tenaga listrik yang menggunakan air sebagai pengerak mula, yang berasal dari dua kata yakni ‘mikro’ berarti kecil dan ‘’hidro” berarti air dengan kriteria daya yang mampu dibangkitkan berkisar anatara (5 – 100) W (Subhan Nafis ). Pembangunan Pembangkit Tenaga Listrik berskala mikro dimaksudkan untuk membantu pemerintah dalam rangka mensukseskan pemerataan layanan pemakaian listrikdi seluruh nusantara.Kondisi air yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) pembangkit listrik adalah yang memiliki kapasitas aliran yang konstan dan ketinggian yang sinigfikan dari instalasi pembangkit.

B19


Berdasarkan pada latarbelakang diatas maka tujuan penelitian dapat ditentukan sebagai berikut: 1. Memberikan solusi atas keinginan masyarakat memperoleh layanan listrik. 2. Menentukan besarnya daya hidrolik yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan daya listrik yang signifikan. 3. Menentukan dimensi dan ukuran komponen konstruksi instalasi Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro yang sesuai rancangan.

sekitar 20% dari tahap pertama.turbin ini mempunyai alat pengarah fluida sehingga dengan demikian celah bebas dengan sudu sudu di sekeliling roda jalan sdikit.Karena itu pada beban penuh terjadi sedikit kemacetan,yang mengakibatkan tekanan lebih sekitar 6%.(Fritz Dietzel). Turbin Cross Flow atau Ossberger pertama kali diperkenalkan oleh A.G.M.Mitchel dan D Banki diawal abad ini (Wibowo Prayatmo).

2. METODE PENELITIAN Pengukuran kapasitas aliran pada kanal buatan menghayutkan streofoam dari titik a ke titik b, mengamati waktu aliran dengan alat ukur stop watch secara berulangkali Dari hasil pengukuran digunakan pendekatan persamaan emperis untuk menentukan kapasitas aliran saluran kanal

(1)

Dimana : k = Konstantante tergantung type dan ukuran kanal W = Lebar kerongkongan(throat) (ft) H = Beda head (ft),yang dapat diukur dengan pelampung n = Eksponen,tergantung dari jenis dan ukuran kanal. Tabel 1. Indek n dan k W 0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00 4,00

k 3,97 4,12 4,09 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00

n 1,547 1,580 1,530 1,522 1,540 1,550 1,556 1,578

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Turbin air cross flow atau sering sebut Ossberger adalah sebuah turbin air radial dimana aliran air melewati sudu sudu jalan berbentuk silinder,kemudian aliran air dari dalam silinder keluar melalui sudu sudu. Jadi perubahan energi air menjadi energi mekanik menjadi dua kali yaitu pada waktu masuk silinder dan keluarsilinder. Energi yang diperoleh dari thap kedua hanya


Gambar 1.Digram Flow chart Rancangan Penelitian

Gambar 2. Konstruks turbin cross flow (ossberger)

B20


π

A

dan V

c 2g H(Bakhtiar Rifai)

Dimana : C = efisiensi nozzel ( 0,95 – 098) H = beda head = 4,7 m V = 9, 21 Q

3.1. Perhitungan Perkembangan teori rancang bangun turbin Cross flow dimulai dari mencari hubungan parameter air terjuan terhadap ukuran keseluruhan roda jalan dengan persamaan :

3.2. Menentukan parameter spesfik 3.2.1. Kecepatan satuan

( Bakhtiar Rifai) 171.7 .0.1016 8,04 √4,7

(2)

3.2.2.

Putaran spsifik √

Q = Laju aliran massa (debit aliran air) = Tinggi efektif atau head bersih (m)

Z

H

Losis akibat sambungan pipa dihitung dengan persamaan : (R.S. Khurmi 1985) H

, √ , , ,

(3)

3.2.3.

Dimana : L 26 m, L 0,5m , L 0,5m dimana L panjang pipa pesat D = diameter pipa d 20,32 cm, d 15,24 cm dan d 10,16 cm

=106,23 rpm

Kecepatan spesifik

( Fritz Dietzel)

,

, √ , , ,

= 3.2.4.

(8)

11,96

Debit satuan ,

2,19

(9)

3.3. Desain turbin 3.3.1. Kecepatan keliling ranner (Wibowo Paryatm

(10)

√

dapat

(4)

Q

(Bakhtiar Rifai) (7)

Daya keluaran ini sangat ditentukan oleh komponen segitiga kecepatan memasuki sudu sudu dan beda head yang efektif( . Dari persamaan Bernoull yang dikembangkan: (Liek Wilarjo Ph.D) Z

(6)

√

ρg Q H

Dimana : P = Daya air

H

, Raynold number

( = 203960 dan f = 0,0085 (diagram Mody) dengan demikian maka persamaan = 2,14 19,94 m, maka diperoleh P m.sehingga = 19,239 kW.

Gambar 3. Posisi penyemburan horizontal

P

0,0975

,

. .

.

,

√ ,

,

8,8

3.3.2. Jumlah sudu Z= (Bakhtiar Rifai ) dimana t = jarak antar sudu = 4 Cm

AV

77 buah

,

(11)

. , ,

(5)


B21


3.3.3. Volume tiap sudu

(Bukhari Rifai )

(12)

Dimana: s = 0,6 (tebal ), l =5 dm (panjang sudu)

2 dimana 2,54 Cm maka B

= 0,8m. 0,06. 0.8. 5,0 = 0,24 volume sudu 77 0,24 18,48 .

,total

3.3.4. Berat total sudu dimana

(Bakhtiar Rifai) 7,85

.

3.3.5.

18,48 7,85 145,068

(13)

Berat Disc Volume disc

.

(Bakhtiar Rifai )

(14)

Dimana t = tebal disc = 1,5 mm . ,

2 5,62 3.3.6.

0,36 .

jumlah disc 2 buah.

2 0,36

DAFTAR PUSTAKA

7,85

. Beban merata pada sudu adalah

2 60

4. KESIMPULAN Dari hasil analisis rancang bangun Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro dapat disimpulkan -sebagai berikut : 1. Dengan dihasilkannya daya listrik pada alternator sebesar 16 kW dapat melayani masyarakat sekitar 40 kepala keluarga dalam bentuk penerangan,imformasi dan pengkondisian hasil hasil perkebunan dan lain lain. 2. Dari hasil rancaangan diperoleh parameter sebagai berikut : Daya air (P) = 19,239 kW Kapasitas (Q) = 0,0975 m3/s Putaran turbin (n) = 171,7 rpm Kecepatan keliling (U) = 8,8 m/s Head losis (HL) = 2,14 m Head efektif (Hef) = 19,94 m Jumlah sudu (Z) = 77 bah Berat total sudu (Gt) = 145,068 kg Berat disc (Gd) = 5,62 kg Moment torsi (Mt) = 72 N m Beban merataa sudu (BHP) = 1,294 kW 3. Parameter spesifik diperoleh : Kecepatan satuan (nu) = 8,04 rpm Putaran spesifik (ns) = 106,23 rpm Kecepatan spsifik (nq) = 11,96 rpm Debit satuan (Qu) = 2,19 m3/s

3,14 .171.7 17,97 30 147,67 0,49 . = 1,294 . kW

(15) . 72

[1] Bukhari Rifai, 2007, Redesain Pembangkit Listrik Hidromikro, Seminar Nasional Teknik Ketenaga Listrikan Fak.Teknik Universitas Diponegoro, Malang. [2] Fritzdietzel Dakso Sriyon, 1980, Turbin Pompa dan Kompressor. Jakarta. [3] Peguh Adisatriyo,ST, 2010, Pemanfaatan listrik tenaga Mikrohidro untuk daerah terpenci (Puslitbang Iptekhan Balitbang Dephan 2010), Surabaya. [4] R.S.Khurmi Hydraulik, 1985, Fluid Meanics and Hidraulik Machine Fourteenth Edition 1985, New Dehli. [5] Wibowo Paryatmo, 2007, Turbi Air edisi ke dua 2007, Jakarta.

Gambar 4. Roda jalan turbin


B22


(K2-15-10)

PEMANFAATAN RANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HYBRID (PANEL SURYA DAN WIND TURBINE) UNTUK SUPPLY DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS) 1

Muhamad Soleh1, Safrizal2 Department of Electrical Engineering University of 17 Agustus 1945 Cirebon, 2 Department of Electrical Engineering University of Muria Kudus

Abstrak Krisis energi minyak dunia serta pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil untuk memproduksi energi listrik, telah menimbulkan dampak pemanasan global pada level yang sangat mengkhawatirkan. Penyelesaian dampak pemanasan global, yaitu salah satunya dengan mengurangi penggunaan energi listrik berbasis bahan bakar fosil serta pemanfaatan energi alternatif (renewable energy) disekitarnya. Penyediaan energi listrik bagi operasional BTS (Base Transceiver Station), yang bersumber Pembangkit Listrik Tenaga surya (PLTS) atau Solar sel, Pembangkit Listrik Tenaga Angin (SKEA) dan Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid (integrasi PLTS dengan SKEA) yang ramah lingkungan (green energy) mampu menggantikan energi listrik konvensional berbasis bahan bakar fosil baik, bersumber dari pihak penyedia daya (PLN) atau Genset, sekaligus mampu mengurangi kadar CO2 di udara. Pada bahasan makalah ini Panel surya menyuplai daya listrik 71,7 % atau (93,46 kWh) dari konsumsi daya listrik keseluruhan BTS 130,35 Kwh/hari, dengan 72 panel serta Wind turbine menyuplai 28,3 %. atau 37 kWh/hari terdiri atas 4 unit wind turbine x 545 Wp x 17 jam = 37060 Wh/hari, sekaligus pengurangan, kadar emisi CO2 0,719 kg/kWh x 130,35 = 93,721 Kg /hari. Kata kunci: Renewable energy, solar cells, wind turbine, base transceiver station.

Abstract Energy crisis of the world's oil and environmental pollution caused by burning fossil fuels to produce electrical energy, global warming has an impact on a very alarming level. The completion of the impact of global warming, which is one of them by reducing the energy use of fossil fuel-based electricity and alternative energy utilization (renewable energy) around it. Supplying electrical energy for operating the BTS (Base Transceiver Station), which is sourced solar power plant (PLTS) or Solar cells, Wind Power Generation (Wind turbine) and Hybrid Power Plant (Solar Cell integration with Wind Turbine) environmentally friendly (green energy ) capable of replacing conventional electrical energy either fossil fuel-based, derived from the power provider (PLN) or Genset, as well as capable of reducing levels of CO2 in the air. In this paper a discussion of solar panel power supply or 71.7% (93.46 kWh) of electricity consumption overall BTS 130.35 Kwh / day, with 72 panels and Wind turbine supply 28.3%. or 37 kWh / day consisting of 4 units of wind turbines x 545 Wp x 17 hours = 37,060 Wh / day, as well as reductions, CO2 emissions of 0.719 kg / kWh x 130.35 = 93.721 Kg / day. Keywords: Renewable energy, solar cells, wind turbine, base transceiver station. 1. PENDAHULUAN Eksploitasi sumber energi fosil untuk pemanfaatan energi listrik bagi kemaslahatan umat manusia yang berlangsung sudah cukup lama telah berdampak serius terhadap kerusakan lingkungan hidup, seperti pemanasan global yang mengakibatkan efek gas rumah kaca, hal ini mendapat perhatian serius oleh pemerintah dan pihak swasta untuk bersinergi mencari solusinya, seperti efisiensi pemakaian energi listrik, pemanfaatan energi terbarukan (Renewable energy) disekitarnya yang ramah lingkungan (green energy) untuk pasokan sumber energi listrik. Pemanfaatan energi terbarukan meliputi: energi air, panas bumi, cahaya matahari, energi


angin, biogas, biomass, serta gelombang laut. Menurut hasil survei JICA, potensi energi terbarukan di Indonesia yang terbesar adalah tenaga air yaitu sebesar 76.4 GW, biomassa/biogas sebesar 49.8 GW, dan panas bumi sebesar 29 GW. Meskipun energi matahari sangat berlimpah yaitu sekitar 4.8 kWh/m2/day, tetapi efisiensi teknologi solar cell masih berkisar 6-16%. Untuk potensi tenaga angin di Indonesia berkisar 3-6 m/det. Nilai ini masih dibawah ratarata angin yang dibutuhkan oleh turbin untuk menghasilkan listrik secara optimal yaitu 12 m/s. Kelebihan energi terbarukan: sumber relatif mudah didapatkan, diproleh secara gratis, minim limbah, tidak berdampak terhadap

B23


peningkatan suhu bumi dan tidak t terpenggaruh secaraa signifikan teerhadap fluktu uasi harga minnyak dunia, sangat sesuuai di daerah h-daerah terpeencil terjanngkau yang belum b teraliri listrik PLN dan terkenndala pengirim man bahan bakar. b Kelemaahan pembangkit listrikk tenaga hybrrid tenaga s urya dan w wind turbine, tidak semua lokasi wilayaah di Indonnesia mempunnyai potensi energi e terbaruukan yang sama. Sumbeer energi sury ya hanya terssedia pada siang hari ketika cuaca cerah (ttidak menduung atau huj ujan), sedangk kan energi aangin terseddia pada wakttu yang serin ngkali tidak ddapat dipreddiksi (Sporradic) sangat berfluktu tuatif dipengaruhi oleh perubahan p cu uaca atau muusim. Investtasi awal yangg mahal untuk k pengadaan ppanel surya dan wind tuurbine serta pembebasan luas area llahan pembanngunan BTS, (harga ( 1 BTS S, Rp 1 Milyyar, dan 1/3 biaya b untuk PL LT Hybrid) haal ini sangaat tidak ekonoomis bila terap pkan pada daaerah yang ddi jangkau aliiran listrik PLN N. Paper ini akan a menjelaaskan rancanngan Pembangkit Listrikk Tenaga Hiibrid yang teerdiri atas ppanel surya (PV) dan wiind turbine yyang dapat digunakan unntuk suply day ya listrik (eleectric powerr supply station) s pad da BTS (B Base Transsceiver Station) berdasarkaan potensi ennergi terbarrukan ramah liingkungan di lokasi Kecam matan Muaraa Gembong Kabupaten Bekasi denngan intenssitas radiasi matahari m 4,187 kWh/m2/harii dan keceppatan angin raata-rata 1 tahu un mencapaii 3,6 m/dettik.[1]. Tujuannnya untuk mengkombinas m sikan keungggulan dari setiap pemb bangkit sekalligus menuttupi kelemahan masing-maasing pembanngkit untukk kondisi-konddisi tertentu dan d dapat diccapai keanddalan suply optimum, sehingga seecara keseluuruhan sisteem dapat beroperasi b llebih ekonoomis dan efisieen. 2. TE EORI DASAR R 2.1 K Kapasitas Sisteem Kebutuhan daya listrik untuk u operasiional BTS, berbeda-bedaa sangat tergaantung dari jjenis dan fungsi BTS tersebut. Para operrator telekoomunikasi seddapat mungkiin meminimaalkan TCO (Total Cost of o Ownership)) yang terdiri dari biaya operasional OPEX O (operating expendituure), dan bbiaya modal CAPEX C (cap pital expendituure), biaya operasional yang tergolo ong besar addalah konsuumsi listrik. BTS B membutu uhkan daya liistrik secaraa kontinyu sekitar 3000 0 watt. Sisstem pendinngin udara (AC) memerlu ukan daya liistrik 900 W Watt agar ruaangan tetap bersuhu b 18-2220C. Berikuut data beban BTS selama 24 2 jam.


No

Tabel T 1. Data B Beban Harian BTS Pemakaian P Beban Jam Energi (kW) (kWh)

1

00:00 - 01:00

3

3

2

01:00 - 02:00

3,5

3,5

3

02:00 - 03:00

3

3

4

03:00 - 04:00

3

3

5

04:00 - 05:00

3,5

3,5

6

05:00 - 06:00

4

4

7

06:00 - 07:00

4,5

4,5

8

07:00 - 08:00

5

5

9

08:00 - 09:00

5,5

5,5

10

09:00 - 10:00

6

6

11

10:00 - 11:00

6

6

12

11:00 - 12:00

6,5

6,5

13

12:00 - 13:00

6,5

6,5

14

13:00 - 14:00

6,5

6,5

15

14:00 - 15:00

6

6

16

15:00 - 16:00

6

6

17

16:00 - 17:00

6,5

6,5

18

17:00 - 18:00

6,5

6,5

19

18:00 - 19:00

6

6

20

19:00 - 20:00

6

6

21

20:00 - 21:00

5

5

22

21:00 - 22:00

3

3

23

22:00 - 23:00

4

4

24

23:00 - 24:00

3

3

118,5

118,5

Energi Listrik Harian BTS Gambar 1. Pemakaian E

B24


Dari tabel diketahui bahwa konsumsi daya listrik beban BTS selama 24 jam adalah 118,5 kWh/hari, dengan save margin 10 %, maka kebutuhan total 130,35 kWh/hari. Sehingga dapat dihitung kapasitas daya listrik yang harus di suply oleh Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Photo Voltaic) dan Pembangkit Listrik Tenaga Angin (wind turbine). 3. PEMBAHASAN 3.1 PLT Surya (PV) Solar cell atau photovoltaic cell merupakan sebuah semiconductor device yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe P dan N. Efek fotovoltaik ditemukan pada tahun 1839 oleh Becquerel dan sel surya pertama kali dibuat oleh Laboratorium Bell pada tahun 1954. Cahaya matahari dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan selsel surya (photovoltaics) yang disusun membentuk sebuah panel surya. Kapasitas fotovoltaik ditentukan berdasarkan spesifikasi beban harian, dengan mengambil kontribusi energi sebesar 70 %, dari fotovoltaik maka dengan menggunakan rumus dapat ditentukan kapasitas PV sebagai berikut : [2]

(1)

Keterangan: CPV = Kapasitas Fotovoltaik (kWp) EPV = Energi harian output PV (kWh) Q = Insolasi matahari rata-rata (kWh/m2/hari) A = Standar radiasi matahari 1 kW/m2) K = Kompensasi rugi-rugi (loses) Rugi-rugi temperatur dan Instalasi PV array = 0,9 Panel surya menyuplai daya listrik 71,7 % atau (93,46 kWh) dari konsumsi daya listrik keseluruhan BTS 130,35 Kwh/hari. Apabila konstribusi energi yang diambil sebesar 70% maka EPV adalah 0,70 x 93,46 kWh= 65.42 kWh/hari. Instentitas cahaya matahari rata-rata di Muara Gembong (Q=4,187 kWh/m2/hari).

, ,

,

,

17,36

Bila menggunakan PV 240 Wpeak/array, untuk menghasilkan daya sebesar 17,36 kWpeak maka dibutukan panel surya sebanyak 17,361 kWp/240 Wp = 72,33 (72 panel atau array), dengan output tegangan modul PV 48 VDC. Total panas Cahaya matahari optimum dalam 1 hari bersinar selama 6 jam, mulai jam 10 pagi sampai dengan jam 4 sore, sehingga daya output PV/panel/hari, 240 Wp x 6 jam x 0,9 = 1.296


kWh. Bila dimensi PV 1685 x 993 mm/panel maka dibutuhkan luas area sebesar 1685 x 993 x 72 = 120.470 /1000 = 120 m2. Tabel 2. Data Kebutuhan Panel PV No 1

Keterangan

Nilai

2

Daya Output Maksimum PV Lama Penyinaran PV

6

3

Derating factor

0,9

4

Jumlah panel yang diperlukan Daya Output PV/panel/hari Total Kapasitas

72

Panel

1.296

kWh

17,361

kW

5

240

Satuan Watt Peak Jam

3.2 Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pembangkit listrik tenaga angin (wind turbine) atau di Indonesia di kenal istilah Sistem Konversi Energi Angin (SKEA) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan kincir angin, dengan prinsip kerja kincir memutar rotor pada generator sehingga akan menghasilan energi listrik, disebabkan kecepatan angin tidak konstan (fluktuatif) maka energi listrik yang dihasilkan disimpan terlebih dahulu ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Energi kinetik yang dikonversikan menjadi energi listrik, dapat dihitung menggunakan rumus P = 0,5x(ρ) (A) (V)3

(2)

Keterangan: ρ = Density (kerapatan) udara 1,225 kg/m3 A = luas area putar blade kincir angin= D = diameter swept area (m) V = Kecepatan angin (m/s)

m2

Sehingga energi listrik yang bisa diproleh dari angin adalah: ρ

(3)

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Lebih dari kelas 8 adalah angin yang tidak dapat dimanfaatkan, tetapi membawa petaka dan bencana.

B25


Tabel 3. Kondisi kecepatan angin KELAS ANGIN

KECEPATAN ANGIN

KECEPATAN ANGIN

KECEPATAN ANGIN

(m/s)

(km/jam)

(knot/jam)

1

0.3 - 1.5

1 - 5.4

0.58 - 2.92

2

1.6 - 3.3

5.5 - 11.9

3.11 - 6.42

3

3.4 - 5.4

12.0 - 19.5

6.61 - 10.5

4

5.5 - 7.9

19.6 - 28.5

10.7 - 15.4

5

8.0 -10.7

28.6 - 38.5

15.6 - 20.8

6

10.8 - 13.8

38.6 - 49.7

21 - 26.8

7

13.9 - 17.1

49.8 - 61.5

27 -33.3

8

17.2 - 20.7

61.6 - 74.5

33.5 - 40.3

9

20.8 - 24.4

40.4 - 47.5

10

24.5 - 28.4

11

28.5 - 32.6

12

>32.6

74.6 - 87.9 88.0 102.3 102.4 117.0 >118

47.7 - 55.3 55.4 - 63.4 >63.4

Tabel 4. Kecepatan angin rata-rata No

Kecepatan Angin Rata-rata

Bulan

(m/s)

1

November

2,65

2

Desember

4,15

3

Januari

3,9

4

Februari

3,3

5

Maret

6

April

3,7

7

Mei

4,2

8

Juni

4,05

9

Juli

4,1

10

Agustus

3,7

11

September

3,05

12

Oktober

3,3

4

Diketahui data potensi kecepatan angin rata-rata di Muara Gembong selama 1 tahun dan nilai kecepatan angin rata-ratanya mencukupi nilai cut-in dari turbin angin low wind speed yang umum tersedia di pasaran, maka tinggal menentukan berapa kapasitas turbin angin generator. Dipilih turbin angin generator berkapasitas 1,5 kW karena dari kurva output daya yang diketahui pada datasheet turbin tersebut, turbin angin berkapasitas 1,5 kW menghasilkan daya yang jauh lebih besar dari pada daya yang dihasilkan turbin angin berkapasitas 1 kW pada kecepatan angin yang sama. Total waktu angin bertiup di daerah pesisir pantai adalah 17 jam, (angin laut bertiup pukul 09:00 – 16:00 dan pukul 20:00 – 06:00) untuk turbin angin 1,5 kW dapat menghasilkan 545 watt pada kecepatan 3,6 m/s. Produksi turbin angin perhari adalah 4 unit x 545 Watt x 17 jam = 37060 Wh/hari ( 37 kWh/hari) atau 28,3 %, dari konsumsi energi listrik BTS 130,35 kWh/hari. 3.3. Batteray Pada saat energi angin dan cahaya matahari tidak tersedia sepanjang hari, Autonomous Day yaitu waktu backup yang bisa ditoleransi jika terjadi gangguan hal ini menyebabkan ketersediaan energi listrik pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi berupa battery, yang berfungsi sebagai back-up energi listrik atau menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh modul surya dan SKEA, untuk tetap menjaga operasional energi listrik BTS. Kapasitas battery disesuaikan dengan kapasitas modul PV, SKEA dan besarnya konsumsi daya listrik BTS 130.350 Wh/hari (130,35 kWh/hari). Pengatur pengisian muatan battery (solar charge controller), berfungsi untuk mengatur besarnya arus yang dihasilkan oleh modul PV agar penyimpanan ke battery sesuai dengan kapasitas battery. Penentuan kapasitas battery dapat menggunakan rumus sebagai berikut :

Kecepatan Angin Rata-rata (m/s) 5 4 3 2 1 0

Septemb…

Juli

Mei

Maret

Januari

November

Kecepatan…

Keterangan : C Bat = Kapasitas Baterai (Ah) EL = Energi Beban (kWh) A = Atonomous day Untuk Hibrid A= 3 hari (72 jam) Tegangan Nominal Vn = 48 Vdc DoD = Eff Bat = 80 % Sistem yang digunakan adalah sistem hibrid sehingga:

Gambar 2. Grafik kecepatan angin rata-rata


B26


,

,

.

.

,

Jenis batteray yang digunakan merek Power Kingdom (12 Volt 600 Ah), jenis Valve Regulated Lead Acid sehingga untuk menghasilkan tegangan 48 Vdc, dibutuhkan susunan seri 4 unit batteray (12 Volt x 4 = 48 Vdc),di susun dalam 2 blok, masing-masing blok 8 unit, 24 V/400 Ah, dengan kapasitas total 4 x 600 =2400 Ah, 48 Vdc. 3.4. Inverter Inverter berfungsi mengubah Arus DC yang tersimpan dalam batteray menjadi arus AC untuk power supply beban Pendingin ruangan (AC), lampu Penerangan BTS, dan beban lainnya yang membutuhkan Arus AC. Kapasitas inverter ditentukan berdasarkan kebutuhan daya puncak yang terjadi pada beban sesuai dengan grafik beban harian 24 jam. PV dan SKEA mengeluarkan tegangan DC 48 Volt, berfungsi untuk charge battery dan power suply beban 48 VDC BTS, sekaligus menjadi tegangan input Inverter. Pada sistem ini tidak dibutuhkan penyearah (reactifier) seperti pada power suply BTS yang berasal dari PLN atau Genset.

menghasilkan daya sebesar 17,36 kWpeak maka dibutukan panel surya sebanyak 17,361 kWp/240 Wp = 72,33 (72 panel atau array). 3. Total waktu angin bertiup di daerah pesisir pantai adalah 17 jam, (angin laut bertiup pukul 09:00 – 16:00 dan pukul 20:00 – 06:00) untuk turbin angin 1,5 kW dapat menghasilkan 545 watt pada kecepatan 3,6 m/s. Produksi turbin angin perhari adalah 4 unit x 545 Wp x 17 jam = 37060 Wh/hari ( 37 kWh/hari) atau 28,3 %. 4. PLT Hybrid BTS mampu mengurangi emisi CO2, koefisien emisi CO2 0,719 kg/kWh x 130,35 = 93,721 Kg /hari. 5.2. Saran 1. Perlu dilakukan kajian teknis ekonomis, untuk perbandingan penggunaan power suply yang berasal dari listrik PLN dan Genset BBM yang bersubsi dengan penggunaan Energi alternative (PV, Wind turbine). 2. Penggunaan Simulasi software Homer untuk mengetahui management energy. 3. Penggunaan Matlab/ Simulink untuk mengetahui simulasi karakteristik pembebanan dengan penggunaan energi alternative. DAFTAR PUSTAKA

Gambar 3. Sistem inverter 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan 1. Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid, Power supply untuk BTS yang bersumber dari renewable energi (energy baru terbarukan) dari Wind turbine dan Panel tenaga surya (PV) terkesan rumit, mahal dan sulit dioperasikan, bila dibandingkan dengan teknologi konvensional Diesel Engine Generator (Genset) maupun menggunakan listrik PLN. 2. Panel surya menyuplai daya listrik 71,7 % atau (93,46 kWh) dari konsumsi daya listrik keseluruhan BTS 130,35 Kwh/hari. Penggunaan PV 240 Wpeak/array, untuk


[1] Dharma Arindra Dangkua Studi PLT Hibrid Angin-Matahari-Diesel untuk Penghematan Biaya Aerasi Tambak Udang di Muara Gembong Bekasi, Tugas Akhir Teknik Elektro ITS Surabaya. [2] Nelly Malik Lande 2008, Solusi Komunikasi Bertenaga Matahari Aplikasi Fotovoltaik pada Base Transceiver Station, jurnal Sains dan Teknologi Indonesia Vol 10 N0 3 Desember 2008 Hal 177-182. BPPT. [3] Pramudyasikumbang.wordpress.com (Pembangkit listrik hybrid analisa perbandingan pada pembangkit Listrik BTS) diakses 10-06-2012.

B27


(K2-23-11)

SIMULASI KURVA POLARISASI PEMFC TERHADAP PENGARUH PERUBAHAN PARAMETER TEKANAN, TEMPERATUR DAN KELEMBABAN Anton Dwi Kusuma Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320 E-mail : [email protected]

Abstrak Kurva polarisasi PEMFC dipengaruhi oleh parameter tekanan, temperatur dan kelembaban relatifnya. Penelitian difokuskan terhadap pengaruh berbagai kondisi operasi untuk menginvestigasi karakteristik fuel cell PEMFC dengan tekanan 1 – 4 bar, temperatur 60 – 100 oC, dankelembaban relatif 50 – 100%.Simulasi kurva polarisasi pada berbagai parameter yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan model matematis semi-empiris, isotermal, dan dinamis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kenaikan masing-masing parameter tekanan, temperatur, dan kelembaban relatif menghasilkan tegangan output PEMFC semakin tinggi sehinggakinerja PEMFC akan semakin meningkat. Kata kunci: PEMFC, fuel cell, kurva polarisasi, simulasi.

Abstract The PEMFC polarization curve are influenced by the parameters of pressure, temperature, and humidity. The study focused on the effect of each on a different operating conditions to investigate the characteristic of fuel cell PEMFC for pressures of 1 – 4 bar, temperatures of 60 – 100 oC, and humidities of 50 – 100%.Simulation of polarization curves has been presented with various parameters using the mathematical model that was developed by semi-empirical, isothermal, and dynamic behaviour. It is found that increasing the parameters of pressure, temperature, and humiditythe PEMFC output voltagewould be even higher to improve the performance of PEMFC. Keyword: PEMFC, fuel cell, polarization curve, simulation. 1. PENDAHULUAN Penggunaan bahan bakar fosil terusmenerus akan menimbulkan dua masalah utama. Pertama adalah jumlahnya yang terbatas sehingga suatu waktu kemudian akan habis. Kedua adalah timbulnya masalah lingkungan seperti pemanasan global, perubahan iklim, polusi, kerusakan hutan dan lahan pertanian akibat penambangan (terutama lahan baru di atas permukaan tanah), dan sebagainya. Kedua permasalahan ini bisa diselesaikan bila dilakukan percepatan penggunaan energi baru dan terbarukan (EBT) sebagai sumber energi alternatif. Fuel cell merupakan suatu alat konversi energi yang bekerja secara elektrokimia, di mana mengubah hidrogen dan oksigen menjadi listrik dan air. Keunikan dari proses ini adalah tidak memiliki emisi (ramah lingkungan). Dari berbagai jenis fuel cell sebagai alternatif pembangkit daya, fuel cell jenis PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) ini memiliki kelebihan, di mana densitas energinya tinggi, beroperasi pada temperatur yang rendah (50 – 100 oC), dan cocok digunakan untuk aplikasi dimana start-up yang


cepat dibutuhkan seperti pada kendaraan otomotif dan pembangkit tenaga [1]. Dikarenakan dalam memproduksi PEMFC masih membutuhkan biaya yang besar apalagi disertai dengan desain ulang dan eksperimen, maka penelitian dengan simulasi model matematis dari berbagai literatur yang sudah ada sebelumnya akan sangat bermanfaat terhadap perkembangan teknologi. Kontribusi yang diharapkan dari makalah penelitian dengan model simulasi ini adalah dapat memberikan suatu pilihan model kualitatif yang sesuai dengan kondisi nyata sehingga mengurangi waktu dan biaya yang dibutuhkan dalam penelitian dibandingkan secara eksperimen langsung. Dalam penelitian ini, survei terhadap berbagai literatur dilakukan secara komprehensif, terutama yang berkaitan dengan model matematis yang akan digunakan dalam penelitian. Model matematis yang dibuat umumnya digunakan untuk memperlihatkan kurva polarisasi, yaitu tegangan output fuel cell pada berbagai kondisi pemakaian arus listrik untuk kondisi operasi tertentu. Springer dkk [2] menerapkan model

B28


PEMF FC satu dimennsi dan isoterm mal. Penelitiannnya lebih menitikberattkan pada fenomena f hiddrasi membbran, di manaa disebutkan bahwa koefi fisien difusii air, koeffisien elektrro-osmotik, dan konduuktivitas listtrik tergantu ung kelembaaban relatiff gas dalam membran. Penelitian P seerupa dilakuukan oleh Um m dkk [3] yang y menerappkan modell dua dimensi dan respo on transien uuntuk setiapp perubahan tegangan. Rowe R & Li [4] menerrapkan moddel non-isoteermal dan satu dimennsi dengan haasil penelitian nnya diperlihaatkan pada kurva polariisasi. Mazum mder & Colee [5] mengikuti apa yaang telah dik kerjakan olehh [2] dengaan tinjauan tigga dimensi un ntuk mempreddiksi pengaaruh dari perrpindahan airr pada membbran. Pukruushpan dkk [6] mengem mbangkan m model dinam mik PEMFC. Hasil penellitiannya men nyebutkan baahwa kurvaa polarisasi merupakan m fun ngsi dari tekaanan parsiaal pada sisi anoda a dan kaatoda, temperratur fuel cell, dan kaandungan air pada membbran. Meyeer & Yao [77] menerapkan model em mpiris untukk keperluan koontrol dinamik k PEMFC denngan asumssi membran terhumidikaasi sendiri ((selfhumiddified) dengann model yan ng dikembanggkan oleh [6]. Al-Baghhdadi [8] meenerapkan m model matem matik tiga dimensi, non-isotermal, dan dengaan pendekatann pada saluran n gas. Perez-P Page & Peerez-Herranz [9] melaku ukan eksperiimen terhaddap fuel celll berkapasitaas 300 W uuntuk mendapatkan ukuraan parameter kinetik fuel cell, di maana dari kurrva polarisasii yang dibuaatnya tersebbut didapatkann koefisien kemiringan k kkurva (tafel--slope). Ferolddi & Basualdo [10] melakuukan peneliitian dengann dasar daari model yyang dikem mbangkan oleeh [6] dalam meneliti konndisi optim mal suatu fuel cell pada beban b pemakkaian yang bbervariasi. Dari review literatur terseebut menunjukkkan bahwaa penelitian masih m berkisaar pada penenntuan kinerjja fuel cell berdasarkan b beberapa konndisi operasi. Dengan demikian, tu ujuan utama dari peneliitian ini yaituu mengemban ngkan model yyang sudahh ada dengann melakukan n simulasi kkurva polariisasi terhadaap pengaruh h dari berbbagai param meter operasi seperti s tekanan n, temperatur,, dan kelem mbaban relatif terhadap kineerja PEMFC. MODEL TEGA ANGAN PEM MFC 2. M Dalam melakukan desaiin PEMFC yyang perlu diketahui adaalah gambaran n karakteristikk dari MEA modell fuel cell teerutama pada komponen M (Mem mbrane Electrrolyte Assem mbly). Gambbaran karaktteristik ini dim munculkan daalam bentuk kkurva polariisasi [11]. Denngan demikian n, dapat dikataakan bahwaa kurva polaarisasi merupaakan karakterristik utamaa yang menggambarkan mo odel fuel cell.


Nomen nklatur Vfc Vrev Vact Vohm Vconc i iL Tfc P PH2 PO2 Psat RH Rohm tm σm λm a

ntuk satu sell tegangan keluaran un PEMFC, vvolt tegangan Nernst ataau tegangann reversibel secara terrmodinamika,, volt rugi teganggan aktivasi, volt v rugi teganggan ohmik, vo olt rugi teganngan difusi atau a tegangann konsentrassi, volt densitas arrus listrik, A/ccm2 densitas arrus batas, A/cm m2 temperaturr kerja fuel ceell, Kelvin tekanan, attm tekanan paarsial hidrogen n, atm tekanan paarsial oksigen,, atm tekanan saaturasi, atm kelembabaan relatif, % hambatan llistrik internaal, Ω-cm2 ketebalan membran un ntuk Nafion-117 adalahh 0,0125 cm konduktiviitas membran, (Ω . cm)-1 fungsi daari kandungaan air padaa membran aktivitas aair, di manaa sub-skrip i pada sisi aanoda atau kattoda, dan sub-skrip m paada membran

Ku urva polarrisasi adallah grafikk karakteristtik tegangan ddan arus listrik pada suatuu kondisi operasi. o Um mumnya kurv va polarisasii memiliki bentuk b sepertti pada Gb. 1 di bawah ini.. Kurva ini merupakan ooutput paling g penting darii suatu model PE EMFC karrena dapatt mengidenttifikasi kriteriia kinerja suattu fuel cell.

Gambaar 1. Kurva poolarisasi antaraa tegangan dan aruss listrik [12]. Teg gangan sel addalah faktor utama dalam m pemodelan n PEMFC ddikarenakan tegangan sell selalu beerubah seiring ng perubahan n beban dann kondisi op perasinya [1]]. Tegangan sel s aktual inii diperoleh dari modelisaasi tegangan maksimum m sell dan rugi-rrugi tegangann. Rugi-rugi tegangan inii

B29


meliputi aktivasi, ohmik, konsentrasi dan arus internal [12]. - Tegangan reversibel, yaitu tegangan maksimum teoritis dari fuel cell; - Rugi tegangan aktivasi, yaitu rugi-rugi yang timbul selama reaksi elektrokimia yang terjadi pada elektroda; - Rugi tegangan ohmik, yaitu rugi-rugi akibat resistansi saat proton melalui elektroda dan membran (ionic-resistance), rugi-rugi elektronik dari sifat elektroda, dan rugi-rugi kontak; - Rugi konsentrasi, yaitu rugi-rugi yang berhubungan dengan terbuangnya bahan bakar (fuel) saat melewati membran di mana tidak menghasilkan kerja berguna sehingga mengurangi hantaran sejumlah elektron. Model matematis yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan model semi-empiris yang dikembangkan oleh Pukrushpan dkk [6]. Model matematis ini digunakan untuk memprediksi kurva polarisasi pada berbagai kondisi operasi fuel cell, yaitu variasi dari tekanan, temperatur, dan kelembaban relatif. Simulasi kurva polarisasi yang dilakukan menggunakan Matlab v7. Tegangan output dari suatu fuel cell diperoleh dari pengurangan tegangan reversibel terhadap rugi-rugi tegangan, yaitu:

1,482

(2)

Dari persamaan (2.2) tersebut menunjukkan bahwa jika tegangan output fuel cell semakin besar, maka efisiensinya juga semakin besar yang berarti kinerjanya semakin meningkat. 2.1 Tegangan Reversibel (Nernst) Fuel cell mampu mengubah langsung energi kimia menjadi energi listrik sehingga disebut juga sebagai sel elektrokimia [1]. Tegangan reversibel (Nernst) atau tegangan buka (open-circuit voltage) pada kondisi tekanan (P) dan temperatur (T) yang bervariasi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut [6]:


0,000845

0,00004308 1 2

298,15 1,01325

(3)

1,01325

Dalam campuran suatu gas, tekanan total gas tersebut adalah jumlah seluruh tekanan parsial setiap komponen yang terdapat pada campuran. Karena membran memerlukan pengaturan air, maka tekanan parsial setiap komponen dalam campuran pada fuel cell tergantung pada kelembaban relatifnya [1], di mana: ,

(4)

Sehingga, tekanan parsial hidrogen menjadi, ∙

(5)

Sedangkan tekanan parsial oksigen menjadi, ∙

(6)

Tekanan saturasi (Psat) ditentukan sesuai persamaan berikut [2]: 2,1794

0,02953 9,1837 10 1,4454 10

(1)

Efisiensi fuel cell didefinisikan sebagai rasio antara energi listrik yang dihasilkan terhadap energi yang digunakan atau rasio tegangan output terhadap tegangan teoritis pada nilai kalor tertinggi (HHV) dari hidrogen [11], yaitu:

1,229

(7)

2.2 Rugi Tegangan Aktivasi Persamaan yang digunakan untuk memprediksi tegangan aktivasi pada berbagai kondisi densitas arus i, yaitu: 1

(8)

di mana V0 adalah tegangan saat densitas arus listriknya sama dengan nol, Va dan c1 adalah konstanta. Besarnya V0, Va, dan c1 tergantung pada temperatur dan tekanan parsial oksigen dengan harga yang ditentukan secara empiris. Persamaan yang digunakan untuk menentukan V0, yaitu: 0,279

0,000845

0,00004308

ln

298,15 1,01325

(9)

0,1173 1 ln 2 1,01325

sedangkan Va,

B30


dan c3 adalah 2, sedang c2 ditentukan berdasarkan persamaan sebagai berikut:

0,00001618 0,01618

0,1173

0,00018 0,166

(10) c2

0,1173

0,00058 0,5736

dan

10

∙

(12)

Besarnya hambatan ini sangat tergantung pada konduktivitas membran yang dipengaruhi oleh kelembaban membran dan temperatur sel. Persamaan yang digunakan, yaitu:

(14)

0,005139 ,

0,043

(13)

∙

0,00326 ,

17,81 36

(15) 350

39,85 ; 0

, ,

2.4 Rugi Tegangan Konsentrasi Persamaan yang digunakan memprediksi tegangan aktivasi, yaitu:

∙

1

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Model tegangan PEMFC yang dikembangkan dalam penelitian ini memungkinkan untuk dilakukan analisis terhadap pengaruh perubahan parameter pada kurva polarisasi. Simulasi yang dilakukan digunakan untuk memperoleh gambaran karakteristik PEMFC terutama yang berkaitan dengan tegangan output PEMFC yang dipengaruhi oleh rugi-rugi aktivasi, ohmik, dan konsentrasi. Berikut akan dibahas hasil dari berbagai pengaruh parameter tekanan, temperatur, dan kelembaban relatif pada kurva polarisasi dan rugi-rugi yang mempengaruhi bentuk kurva polarisasi yang disimulasikan tersebut. 3.1. Pengaruh Tekanan Kerja Parameter yang digunakan untuk meneliti pengaruh tekanan kerja diasumsikan temperatur dan kelembaban relatif konstan pada 80 oC dan 100% dengan variasi tekanan pada 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, dan 4 bar. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gb. 3.1.

(16) (17)

2

(20)

(11)

2.3 Rugi Tegangan Ohmik Tegangan ohmik adalah tegangan yang ditimbulkan akibat resistansi atau hambatan saat proton melewati membran polimer dan saat elektron melewati elektroda dan kolektor arus. Tegangan ohmik dinyatakan sebagai berikut:

PO2 P 0,1173 sat ‐0,00145 Tfc 1,68 , PO2 untuk P 2 atm 0,1173 sat PO2 P 0,0000866 Tfc ‐0,068 0,1173 sat 0,00016 Tfc 0,54 , PO2 untuk P 2 atm 0,1173 sat 0,000716 Tfc ‐0,622

(18)

untuk

(a)

(19)

di mana c2, c3, dan iL adalah konstanta empiris yang tergantung pada temperatur dan tekanan parsial reaktan. Parameter iL merupakan densitas arus batas yang menyebabkan drop tegangan yang terjadi sangat cepat. Besarnya iL adalah 2,2 A/cm2 (b)


B31


(c)

(b)

(d) Gambar 2. Pengaruh variasi tekanan dari 1 – 4 bar untuk kondisi temperatur 80 oC, di mana (a) kurva polarisasi; (b) rugi-rugi aktivasi; (c) rugi-rugi ohmik; dan (d) rugi-rugi konsentrasi. Kurva polarisasi yang ditunjukkan Gb. 3.1.a menandakan bahwa naiknya tekanan kerja maka tegangan output PEMFC akan naik walaupun rugi-rugi ohmik tetap (Gb. 3.1.c) sehingga kinerja akan meningkat. Hal ini berkaitan dengan naiknya tegangan reversibel (Nernst), turunnya tegangan aktivasi (Gb. 3.1.b), dan turunnya tegangan konsentrasi (Gb. 3.1.d) yang dipengaruhi oleh tekanan parsial reaktan hidrogen dan oksigen. Dari hal tersebut dapat dikatakan bahwa kinerja fuel cell berkaitan dengan tekanan parsial reaktan. 3.2. Pengaruh Temperatur Kerja

(a)


(c)

(d) Gambar 3. Pengaruh variasi temperatur dari 60 – 100 oC untuk kondisi tekanan 2 bar, di mana (a) kurva polarisasi; (b) rugirugi aktivasi; (c) rugi-rugi ohmik; dan (d) rugi-rugi konsentrasi. Penelitian pengaruh perubahan temperatur kerja pada PEMFC dilakukan terhadap variasi temperatur 60 – 100 oC dengan interval 10 oC pada kondisi tekanan dan kelembaban relatif diasumsikan tetap pada 2 bar dan 100%. Hasil yang diperoleh terlihat pada Gb. 3.2. Kurva polarisasi yang ditunjukkan Gb. 3.2.a memperlihatkan kenaikan tegangan output PEMFC seiring naiknya temperatur sehingga kinerja PEMFC meningkat. Tegangan aktivasi pada Gb. 3.2.b semakin turun seiring naiknya temperatur. Demikian pula halnya dengan tegangan ohmik (Gb. 3.2.c), di mana tegangan ohmik semakin turun seiring dengan kenaikan temperatur.

B32


Walaupun kenaikan temperatur ini menyebabkan turunnya tegangan reversibel (Nernst), secara keseluruhan tegangan output PEMFC semakin naik. Hal ini terkait dengan sifat-sifat unsur di mana terjadi penurunan tegangan aktivasi dikarenakan temperatur yang semakin tinggi. Selain itu, dengan naiknya temperatur tersebut maka konduktivitas membran semakin tinggi yang menyebabkan tegangan ohmik semakin turun. (b) 3.3. Pengaruh Kelembaban Penelitian yang dilakukan terhadap pengaruh kelembaban menggunakan parameter tekanan 2 bar dan temperatur 80 oC dengan variasi kelembaban relatif dalam membran polimer pada 50, 60, 70, 80, 90, dan 100%. Hasil simulasi diperlihatkan pada Gb. 3.3. Kurva polarisasi yang ditunjukkan pada Gb. 3.3.a di mana semakin tingginya kelembaban relatif maka tegangan output PEMFC akan semakin tinggi sehingga kinerja PEMFC menjadi meningkat. Walaupun tegangan aktivasi (Gb. 3.2.b) dan tegangan konsentrasi (Gb. 3.2.d) naik seiring kenaikan kelembaban relatif, tegangan output PEMFC secara keseluruhan tetap naik dikarenakan turunnya tegangan ohmik (Gb. 3.2.c) yang signifikan. Dari hal tersebut dapat dikatakan bahwa kandungan air dalam membran sangat berpengaruh terhadap rugi-rugi ohmik. Fungsi kandungan air ini tergantung pada aktivitas air dalam membran terutama terhadap gaya elektro-osmotik dalam membran [2], sehingga mempengaruhi konduktivitas membran dalam menghantarkan elektron [11]. Dengan demikian, semakin tinggi konduktivitas membran maka resistansi pada membran semakin kecil yang menyebabkan rugi-rugi ohmik yang semakin rendah. Untuk menjaga konduktivitas membran pada kondisi optimal maka diperlukan pengaturan kelembaban relatif pada membran tersebut sehingga membran diupayakan tetap terhidrasi atau dijaga agar membran tidak kering.

(a)


(c)

(d) Gambar 3.3. Pengaruh variasi kelembaban dari 50 – 100% untuk kondisi 2 bar dan 80 o C, di mana (a) kurva polarisasi; (b) rugi-rugi aktivasi; (c) rugi-rugi ohmik; dan (d) rugi-rugi konsentrasi. 4. KESIMPULAN Model matematis yang digunakan dalam penelitian simulasi kurva polarisasi ini secara kualitatif sesuai dengan apa yang terdapat pada literatur. Hasil simulasi menunjukkan bahwa perubahan parameter kelembaban dalam membran sangat berpengaruh terhadap kemiringan kurva polarisasi. Dari hasil simulasi, secara garis besar diperoleh suatu gambaran karakteristik fuel cell PEMFC di mana kenaikan masing-masing parameter tekanan, temperatur, dan kelembaban menghasilkan kemiringan kurva polarisasi V-I yang semakin kecil, sehingga berpengaruh terhadap tegangan output PEMFC yang semakin besar dan mampu meningkatkan kinerja fuel cell PEMFC pada densitas arus listrik yang sama, di mana:

B33


1. Kenaikan tekanan kerja dari 1 – 4 bar menyebabkan tegangan reversibel (Nernst) naik, tegangan aktivasi dan konsentrasi turun; 2. Kenaikan temperatur kerja dari 60 – 100 oC menyebabkan turunnya tegangan aktivasi dan tegangan ohmik; 3. Kenaikan kelembaban dari 50 – 100% pada membran menyebabkan kenaikan tegangan aktivasi dan menurunkan tegangan ohmik. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3]

[4] [5]

[6]

[7]

[8] [9]

[10] [11] [12]

J. Larminie, A. Dicks, 2003, Fuel Cell Systems Explained, Second Edition, Wiley, New York. T.E. Springer, T.A. Zawodzinski, S. Gottesfeld, 1991, Polymer Electrolyte Fuel Cell Model, J. Electrochem Soc., Vol. 138, No. 8, 2334 – 2342. Sukkee Um, C.Y. Wang, K.S. Chen, 2000, Computational Fluid Dynamics Modeling of Proton Exchange Membrane Fuel Cells, J. Electrochem Soc., Vol. 147, No. 12, 4485 – 4493. A. Rowe, X. Li, 2001, Mathematical Modeling of Proton Exchange Membrane Fuel Cells, J. Power Source, Vol. 102, 82 – 96. S. Mazumder, J.V. Cole, 2003, Rigorous 3-D Mathematical Modeling of PEM Fuel Cells II, J. Electrochem Soc., Vol. 150, No. 11, A1510 – A1517. J.T. Pukrushpan, H. Peng, A.G. Stefanopoulou, 2002, Modeling and Control for PEM Fuel Cell Stack System, American Control Conference, Proceedings of the 2002, 3117 – 3122. R.T. Meyer, B. Yao, 2006, Modeling and Simulation of a Modern PEM Fuel Cell System, International Conference, Proceedings of the 2006, 97067:1 – 18. M.A.R.S. Al-Baghdadi, 2007, PEM Fuel Cell Modeling, Fuel Cell Research Trends, Nova Science, 273 – 379. M.P. Page, V.P. Herranz, 2011, Effect of the Operation and Humidification Temperature of PEMFC Stack on Dead-End Mode, J. Electrochem Sci., Vol. 6, 492 – 505. D. Feroldi, M. Basualdo, 2012, Description of PEM Fuel Cells System, Green Energy and Technology, Springer, 49 – 72. F. Barbir, 2005, PEM Fuel Cells: Theory and Practice, Elsevier, Burlington. EG & G Technical Services, Inc., 2004, Fuel Cell Handbook, Seventh Edition, U.S. Department of Energy, Morgantown.


B34


(K2-25-12)

STUDI PARAMETER DESAIN DAN OPERASI SIKLUS RANKINE ORGANIK SEBAGAI PEMBANGKIT TENAGA DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI TERBUANG Darwin Rio Budi Syaka, Syarifuddin Ahmad, Nugroho Gama Yoga Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13220 E-mail: [email protected]

Abstrak Untuk dapat memenuhi kebutuhan akan ketersediaan listrik adalah dengan membuat siklus pembangkitan listrik dari sumber energi terbaharukan yang dapat memanfaatkan sumber panas bertemperatur dan bertekanan rendah seperti energi surya, energi panas bumi, waste energi dari beberapa proses termal, dsb. salah satu siklus pembangkitan listrik yang memanfaatkan sumber panas yang bertemperatur dan bertekanan rendah adalah dengan menggunakan metode pembangkitan siklus rankine organik. Penelitian tentang siklus rankine organik masih terkonsentrasi pada kinerja sistem dalam memproduksi tenaga berupa efisiensi yang dihasilkan dari perubahan entalpi pada berbagai komponen. Untuk mempercepat proses analisa tersebut dibutuhkan studi parameter desain dan operasi yang tepat, program cycle tempo memudahkan pengguna untuk mempercepat proses tersebut serta dapat menentukan desain dan operasi yang diinginkan. Parameter desain dan operasi yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan pompa, evaporator, turbin dan kondensor sebagai komponen utama dalam sistem, dengan variasi temperatur di evaporator 70°-90° C serta tekanan pompa 6-8 bar. Fluida organik menggunakan refrigerant R-134a, R-600 dan R-600a. temperatur di kondensor disesuaikan dengan suhu lingkungan yaitu sekitar 25° C. Dari variasi-variasi yang telah dilakukan hasil efisiensi yang paling terbesar adalah 93,30 % dimana temperatur dan tekanan yang digunakan adalah 90° C dan 6 bar dengan menggunakan refrigerant R-600a. Keywords: siklus rankine organik, desain, operasi, refrigerant, efisiensi.

Abstract In order to meet the demand for the availability of electricity is making cycle electricity generation from renewable energy sources that can utilize the heat source temperature and low pressure such as solar energy, geothermal energy, waste thermal energy from multiple processes, etc.. one cycle power plant utilizing heat source temperature and low pressure is to use a method of generating an organic Rankine cycle. Research on organic Rankine cycle has been concentrated on the performance of the system in the form of energy production efficiency resulting from the change in enthalpy on various components. To speed up the analysis process required study design parameters and precise operation, tempo cycle program allows users to speed up the process and to determine the design and the desired operation. Design and operating parameters used in this study using pumps, evaporators, turbines and condensers as a major component in the system, with variations in evaporator temperature 70 ° -90 ° C and 6-8 bar pressure pump. Organic fluid using refrigerant R-134a, R-600 and R-600A. temperature in the condenser adapted to the ambient temperature is around 25 ° C. Variations of which have been made the greatest yield efficiency is 93.30% where the temperature and pressure used was 90 ° C and 6 bar using R-600A refrigerant Keywords: organic rankine cycle, design, operation, refrigerant, efficiency. 1.PENDAHULUAN Saat ini sistem pembangkit listrik di Indonesia sampai akhir tahun 2011 masih memiliki ketergantungan yang sangat besar terhadap bahan bakar fosil, terbesar masih dikuasai oleh sektor industri, dan diikuti oleh sektor rumah tangga, serta sektor transportasi. Kerugian penggunaan bahan bakar fosil ini selain merusak lingkungan, juga tidak terbarukan (nonrenewable) dan tidak berkelanjutan


(unsustainable). Salah satu model pembangkit yang dapat memenuhi kebutuhan akan ketersediaan listrik adalah dengan menggunakan sumber energi yang dapat memanfaatkan sumber panas bertemperatur dan bertekanan rendah seperti energi surya, energi panas bumi, waste energy (energi terbuang) dari beberapa proses termal, dsb. Dan salah satu siklus pembangkitan listrik yang memanfaatkan sumber panas yang bertemperatur dan bertekanan rendah

B35


adalahh dengan nakan meetode menggun pembangkitan sikluus rankine org ganik. Siklus rannkine orgaanik merupaakan modiffikasi dari sikklus rankine dimana d refriggeran digunnakan sebaggai fluida kerja uuntuk menghhasilkan enerrgi listrik dan n juga salah satu modell yang memaanfaatkan wasste energy (ennergi

terbuang) seperti gass buang PL LTG, PLTD D maupun sumber s panaas bumi. Dan n juga dapatt mengurangi ketergantunngan terhadap p bahan bakarr fosil yang g ketersediaannnya semakin n terbatas dann dapat meembantu pem merintah dalam m mengatasii krisis enerrgi listrik.

Gambar G 1 Graafik laju konsu umsi energi peer sektor Sistem ini terdiri dari empat kompoonen utamaa yaitu evapoorator, turbin, kondensor, dan pomppa. Sistem ini menggunakaan temperaturr dan tekanaan rendah untuk meenghasilkan uap refrigeran yang diigunakan untu uk menggerakkkan turbinn dan selanjutnnya akan mam mpu menghasiilkan energi listrik. Sisteem ini juga tidak t memerluukan furnacce sebagai tem mpat pembak karan bahan bbakar yang dapat menghhasilkan emisii gas buang yyang berbahhaya bagi linggkungan. Oleh h karena itu siiklus rankinne organik dapat dig gunakan denngan memaanfaatkan sum mber panas seeperti panas bbumi maupuun energi terbbuang.

Pen nelitian tentanng “Analisa dan optimasii temperatur rendah eneergi mataharii pada sikluss rankine orrganik”[1] teelah dilakukan n oleh Torress dan Rodriiguez (2010).. “Studi tentaang pemilihann fluida keerja siklus rankine org ganik untukk pmulihan energi panass yang terbuang”[4] telahh dilakukan oleh Wang,, dkk (2011)). Sedangkann Penelitian tentang “Proosedur untuk memilih m fuidaa kerja sikllus rankine organik tenaaga surya”[2]] telah dilakukan oleh R Rayegan dan Tao (2010).. yang meembandingkann kemampu uan berbagaii macam fluida f dalam siklus Rank kine organikk dalam sistem operasii kerja yang g sama dann terdapat 117 fluida organik digu unakan padaa penelitian ini. Hasil yang ditem mukan adalahh bahwa fluida benzena m mempunyai effisiensi termall paling tin nggi sebesar 18%, butan na 15% dann terendah dimiliki d C5F122 sebesar 12% %. Pen nelitian tentanng siklus ran nkine organikk yang telaah dilakukann sebagian besar masihh terkonsenttrasi pada kkinerja dari keseluruhann sistem dalam d mempproduksi ten naga berupaa efisiensi yang y dihasilkaan dari perubahan entalphii pada berb bagai komponnen. Untuk mempercepatt proses analisa tersebutt maka dibu utuhkan studii parameter desain dan operasi yang g tepat untukk siklus rank kine organik.

Gam mbar 2. Kompponen dasar sik klus Rankine organikk S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

B36


2. M METODE PEN NELITIAN Menggunakkan simulasi untuk mendeesain rancanngan dari siklus Rankin ne organik yyang diingiinkan dengaan menggu unakan softw ware prograam Cycle Teempo 5 Tu-Delft. Untuk ddapat mengetahui keemampuan Dari Siiklus (Perfoormance of cycle) karen na siklus rannkine organnik merupakkan mesin kalor m maka, diperggunakanlah huukum thermod dinamika keduua:

th 

wnet ,outt q  1  out qin qin

mengetahu ui efifiensi iisentropic daari parameterr desain dan d operasi yang telah h ditentukann sebelumny ya. Yaitu denngan menggun nakan pompaa untuk menaikkan tekan anan refrigeraan cair jenuh,, evaporatorr sebagai prooses pemasukaan kalor padaa tekanan tetap dari pompa, turrbin sebagaii terjadinya proses ek ekspansi isen ntropik dann kondensorr untuk m mendinginkan uap yangg dihasilkan n evaporator aagar menjadi cair kembalii yang kem mudian akan kembali kem mbali menujuu pompa.[4]]. Gambar 4 menunjukkan n desain darii siklus Raankine organi nik yang digunakan padaa penelitian ini.

Dimanna kerja beersih yang dihasilkan ddapat dihituung sebagai :

wnet,,out  qin  qout  wturb,out  wpump ,in Untuk meenghitung kerja bersih (W Wnet) maka kalor yang dimasukkan kedalam sysstem (qin) dan kalor yaang dikeluark kann dari sysstem (qot), atau kerja yaang dihasilkan n turbin (Wturrb.out) dan kkerja yang diperlukan pomp pa (Wpump,in) hharus diketaahui terlebih dahulu d [4].

Siklus Rankkine organik merupakan siiklus yang ddapat memanfaatkan tempeeratur dan tekaanan rendahh seperti tempperatur yang terbuang dari hhasil prosess thermal industri. i Dalaam penelitiann ini dilakuukan variasi teemperatur di evaporator 700° C, 80° ddan 90° C. seedangkan variiasi tekanan yyang diberiikan pada pom mpa adalah sebesar s 6,7 ddan 8 bar. D Dan temperatuur di kondenso or untuk massingmasinng sistem yanng akan di variasikan v addalah sebesaar 25° C. Reffrigeran yang g digunakann R134a, R-600 (bbutana) dan R-600a R (i-buttana) karena ketiga jenis ini merupakaan refrigeran yyang umum mnya kita temu mui dalam kehiidupan sehari--hari dan juga karena sifatnya s yang g ramah terhaadap lingkuungan. Simulasi padaa penelitian ini menggunakan proogram cycle tempo 5 uuntuk S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

siklus Rank kine organikk Gambar 4. Desain menggunnakan simulasii cycle tempoo 5 L DAN PEMB BAHASAN 3. HASIL Tabel 2. Hasil H efesienssi isentropik menggunakan m n R-134a

B37


Gaambar 5. Graffik efisiesi isen ntropic R-1344a Gambar 6. Grafik efiisiensi isentropic R-600a Tabel 3. Hassil efesiensi issentropik mennggunakan R-600 R

Gaambar 6. Graffik efisiensi iseentropic R-6000 Tabel 4. Hasil H efesiensi isentropik menggunakan n R-600a


Semakin S besarr tekanan yang g diberikan dii pompa maka m semakin kecil efisien nsi isentropicc yang di hasilkan h pada sistem terseb but , efisiensii isentropic menurun karrena kapasitass dan kondisii uap saat memasuki tuurbin. sebalik knya semakinn tinggi tem mperatur sem makin besar juga j efisiensii isentropic yang dihassilkan. Kenaikan efisiensii karena tu urunnya tekkanan lebih berpengaruhh dibandingkan kenaikan temperatur diidalam sistem m tekanan di kondensor lebih rendahh karena daripada tekanan t uap jeenuh yang maasuk kedalam m turbin. Dengan D memvvariasikan R-134a, R R-6000 dan R-600 0a dengan tekkanan 6 bar, 7 bar , 8 barr serta temp peratur 70°C, 80°C, 90°C. Didapat nilaii efisiensi isentropik ttertinggi adaalah sebesarr 93,30%, reefrigeran yangg digunakan adalah a R-600aa dengan teemperatur dan an tekanan masing-masing m g adalah 90° 9 C dan 6 bar. Sedang gkan efisiensii isentropik terendah adaalah dengan menggunakan m n R-134a deengan tekanann dan temperaatur 8 bar dann 70° C yaittu dengan efissiensi sebesarr 57,04%. Hall ini disebab bkan terjadinyya titik beku dan stabilitass fluida kerjja yang berbbeda-beda pad da temperaturr operasi yang telah divvariasikan. Dimana D untukk menghasillkan efisiensii isentropic yang y optimal,, titik beku seharusnya leebih rendah daari temperaturr p siklus. R Refrigeran harrus stabil padaa terendah pada suhu tingg gi atau minimuum pada suhu u operasi yangg diinginkan n, fluida kkerja organik k cenderungg terdekomp posisi pada suuhu tinggi. R600a R dengann kalor laten n dan densitaas yang tingg gi diantara R-134a dan R-600 akan m menghasilkan lebih banyakk energi dari sumber paada bagian evaporasi e dann karenanyaa mengurangi kebutuhan laju alir.

B38


DAFTAR R PUSTAKA

Gambbar 5. Hasil diagram T-s R-6 600a dengan ur 6 bar dan 9 0° C tekanan dan temperatu 4. KE ESIMPULAN N Hasil efisieensi isentropik yang diddapat adalahh masing-massing ditunjukk kan pada tabeel 2, tabel 3 dan tabel 4. Efisiensii isentropik yyang palingg tertinggi dengan variasi v tekaanan, tempeeratur dan reefrigeran yang g telah diberrikan adalahh sebesar 933,30 % diman na temperaturr dan tekanaan yang digunnakan adalah 90° C dan 6 bar dengaan menggunakkan refrigerantt R-600a. Program simulasi s sik klus ORC ini dicipttakan bukan hanya untuk k mensimulassikan perhittungan sikluss ORC saja tetapi juga agar pemakkai program dapat lebih mudah m memahhami mengenai siklus ORC itu sendiri. Bebeerapa mpulan yang dapat diamb bil dari simuulasi kesim perhittungan mennggunakan program p ini di antaraanya Dengann menggunak kan fluida kkerja R600aa pada Tekaanan sekitar 6 bar dan ppada tempeeratur sekitar 90°C, siklus ORC mem miliki Effisiensi isentroppik yang paaling baik, yyaitu P ORC yaang menggunaakan sebesaar 93,30%. Pada fluidaa kerja R-6000a akan lebih h menguntunggkan apabilla dioperasikaan pada kondissi saturated.


010. “Analysiss [1]. Agusstín M. Delgaado-Torres. 20 and optimization of the low w-temperaturee solarr organic Rannkine cycle (O ORC)”. Energyy Conv version and M Management 5. Universidadd de La L Laguna (U ULL). 38206 6 La Laguna.. Teneerife. Spain. [2]. Rayeegen R, Tao X XY. 2007. A procedure too selecct working ffluids for so olar organicc rankine cycle (OR RC)s. Renewa able Energy.. Mech hanical andd Materials Engineeringg Florida Depaartment, Internationall Univ versity. [3]. Syak ka, D.R.B. 22002. Dasar Teori Sikluss Rankkine. Jakarta.. Lembaga Penerbit P FT-UNJ. [4]. Wan ng EH, Zhang ng HG, Fan BY, Ouyangg MG, Zhao Y, M Mu QH. 2010. “Study off workking fluid seleection of Org ganic Rankinee Cycle (ORC) forr engine waste recovery”.. Enerrgy. College of Environ nmental andd Enerrgy Engineeriing, Beijing University U off Tech hnology, Pinggleyuan No. 100, 1001244 Beijiing, China.

B39


(K2-26-13)

THE ANALYSIS OF SOLARDEX FUEL HEATING AGAINST PERFORMANCE OF STATIONARY CYCLE DIESEL ENGINE Nugrah Rekto Prabowo Sekolah Tinggi Teknik Wiworotomo, Department of Mechanical Engineering, Purwokerto E-mail: [email protected]

Abstrak Viscositas merupakan parameter penting dalam penginjeksian bahan bakar,pencampuran dengan udara dan pembakaran pada motor diesel. Salah satu alternatif untuk menurunkan viscositas bahan bakar pada motor diesel dapat dilakukan dengan jalan dipanaskan. Semakin tinggi temperatur bahan bakar menyebabkan perubahan viskositas bahan bakar menjadi lebih rendah dan mudah teratomisasi. Butiran bahan bakar yang disemprotkan keruang bakar menjadi lebih halus dan menyebabkan terjadinya proses pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih homogen. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh pemanasan bahan bakar solardex terhadap unjuk kerjanya melalui pemanas yang dipasang pada pipa tekanan tinggi. Penelitian dilakukan pada motor diesel satu silinder putaran stasioner dengan pembebanan 600 s.d. 3200 watt dengan interval 200 watt. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pemanasan bahan bakar solardex berpengaruh terhadap Daya, Torsi, maupun Sfc. Pemanasan solardex pada suhu 90ºC menghasilkan daya dan torsi terbesar pada beban 2600 watt, dan penurunan harga sfc yang optimal pada beban 1600 watt. Dimana dihasilkan peningkatan daya rata–rata sebesar 159,56% dan penurunan Sfc rata–rata sebesar 62,2% bila dibandingkan dengan tanpa pemanasan solardex. Kata kunci: Motor diesel, pemanasan solardex, unjuk kerja motor.

Abstract Viscosity is an important parameter in fuel injection, mixing with air and combustion in diesel engine. One alternative to reduce the viscosity of fuel in the diesel engine can be done by heating. The higher temperature of the fuel causes the change in fuel viscosity that will be lower and it is easily atomized. The fuel granules that be sprayed into the engine becomes smoother and causes the process of mixing between air and fuel is more homogenized. The purpose of this research is to determine the influence of solardex fuel heating on its performance through the heater that installed at a high pressure pipeline. The research was conducted on a single stationary cycle cylinder diesel engine with loading 600 to 3200 watts with intervals of 200 watt. The results of this research showed that solardex fuel heating influence on power, torque, and SFC. Solardex heating on temperature 90ºC produces the greatest power and torque on load 2600 watt, and the optimal decreasing of SFC value on load 1600 watt. It produced an increasing in average power 159,56% and SFC decreasing in average 62,2% when comparing without solardex heating. Keywords: Diesel engine, solardex heating, engine performance. 1. PENDAHULUAN Kondisi alam sekarang sudah cukup memprihatinkan karena pemanasan global yang disebabkan oleh hasil pembakaran pada motor bakar yang tidak sempurna. Gas bekas yang keluar dari motor bakar mengandung unsur-unsur yang berbahaya bagi kesehatan serta dapat merusak lingkungan. Salah satu polutan dari gas bekas hasil pembakaran yang mengotori lingkungan adalah asap hitam. Gas ini terutama terbentuk karena hasil dari proses pembakaran yang tidak sempurna. Kandungan polutan gas buang dari motor bakar yang paling banyak dipengaruhi oleh kesempurnaan proses pembakaran di dalam silinder. Selain itu


menipisnya cadangan bahan bakar minyak sekarang membuat manusia berusaha mencari sumber alternatif lain bahan bakar atau dengan cara menghemat sebanyak mungkin pemakaian bahan bakar terutama untuk bahan bakar motor bensin maupun motor diesel. Tingginya konsumsi bahan bakar dan kadar polusi udara saat ini pada dasarnya dapat dikendalikan atau dikurangi. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memperbaiki proses pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar. Cara-cara yang dapat dilakukan antara lain dengan perbaikan mutu bahan bakar, homogenitas campuran bahan bakar dan mengatur saat pembakaran yang tepat.Syarat agar campuran

B40


bahan bakar dan udara lebih homogen, maka bahan bakar harus mudah menguap. Pada motor diesel untuk mempermudah penguapan bahan bakar dapat dilakukan dengan menurunkan viscositas bahan bakar. Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Semakin besar viskositas fluida, maka semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. [1].Menurut Krisnangkura et al. [2] viskositas dianggap integral dari kekuatan interaksi molekul. Menurut C. Tangsathitkulchai, at all [3] Salah satu kesulitan utama dalam menggunakan minyak nabati mentah sebagai bahan bakar pengganti dalam motor diesel adalah viskositas yang relatif tinggi. Untuk menurunkan viscositas dapat dilakukan dengan cara dipanaskan atau minyak nabati dicampur dengan solar atau kombinasi kedua-duanya pada rentang suhu 2080 ° C. Semakin tinggi temperatur bahan bakar menyebabkan perubahan karekteristik pada bahan bakar, dimana viskositas bahan bakar menjadi lebih rendah dan lebih mudah teratomisasi. Butiran bahan bakar yang disemprotkan keruang bakar menjadi lebih halus, dan menyebabkan terjadinya proses pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih homogen sehingga bahan bakar lebih mudah terbakar. Jika homogenitas baik maka akan memperbaiki proses pembakaran sehingga diharapkan dapat menaikkan daya motor, mengurangi besar konsumsi bahan bakar serta mengurangi kadar emisi gas buang. Murni [4] melakukan penelitian menggunakan motor diesel 1 silinder injeksi langsung dengan putaran konstan. Bahan bakar yang digunakan solar dan biodiesel dengan variasi temperatur untuk solar antara 33ºC sampai dengan 70ºC dan untuk biodiesel 33ºC sampai dengan 90ºC. Pemanasan bahan bakar dilakukan menggunakan heater yang ditempatkan sebelum pompa injeksi, dan menghasilkan Efisiensi termal terbaik biodiesel adalah 21,3 % pada temperatur 70ºC dengan brake specific fuel consumption (bsfc) 11 %, pada kondisi ini penurunan konsumsi bahan bakar sebesar 8 % dibandingkan dengan kondisi pada temperatur 33ºC. Sedangkan efisiensi termal terbaik solar adalah 23,7 % pada 60°C dengan brake specific fuel consumption (bsfc) 4 % dan penurunan konsumsi bahan bakar sebesar 4 %. Temperatur terbaik terjadi pada 70°C untuk biodiesel dan 60°C untuk solar. Dalam penelitian ini dilakukan menggunakan bahan bakar solardex. Dengan menurunkan viscositas menggunakan heater yang ditempatkan pada pipa tekanan tinggi yang dipasang antara pompa injeksi dengan injektor melalui pengaturan arus listrik pada kumparan.


Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh pemanasan bahan bakar solardex terhadap unjuk kerjanya. 2. METODE PENELITIAN 2.1 Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Motor diesel dengan spesifikasi : Merk/ Type : Multi Equipment, 4 langkah, 1 silinder; System Pendingin Air : Model Hopper ; Volume silinder : 353 cm³ ; Diameter : 75 mm, Panjang langkah : 80 mm ; Perbandingan kompresi : 21 - 23 (standar) ; Saat injeksi standar : 22º ± 2º sebelum TMA ; Celah katup hisap : 0,15 – 0,25 mm, Celah katup buang : 0,25 – 0,35 mm ; Tekanan penyemprotan injector : 145 ± 5 kg/cm² ; Daya maksimum : 4,41 kW pada putaran 2.600 rpm . b. Alat uji daya untuk memberi beban pengereman motor diesel : Generator Merk / Type : Huafa ST-3 ; Power : 3000 Watt ; 230 V ; 13 A ; 1500 rpm ; Pembebanan listrik : 100-4000 Watt, dengan lampu 40 x 100 watt c. Power Analyzer, merk Lutron DW-6091: Alat ini untuk mengukur daya, Tegangan, Arus Listrik, Frequensi dan Power Faktor (factor kerja) d. Termometer untuk mengukur temperatur air pendingin. e. Anymetre, Thermo-Hygrometer S/S 5”50C. D545x835: Alat ini untuk mengukur suhu udara dan kelembaban udara. f. Stopwatch dan burret untuk mengukur waktu lamanya motor diesel menghabiskan minyak solardex. 2.2 Alat pemanas solardex Pemanas solardex berupa elemen pemanas yang dipasang pada pipa bahan bakar tekanan tinggi antara pompa injeksi dengan injector, yang dilengkapi dengan sensor pengukur temperatur yang diletakkan di dekat saluran pipa tekanan tinggi yang kemudian dihubungkan pada sebuah rangkaian pengkondisi sinyal supaya besarnya pengukuran dapat terbaca pada sebuah Multimeter digital yang digunakan sebagai display. Elemen pemanas yang digunakan dihubungkan dengan suplai listrik dari batery namun sebelumnya dilewatkan pada sebuah rangkaian potensiometer yang digunakan untuk mengatur besarnya panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas. Alat ini dipasang antara pompa injeksi dan injector, dengan demikian

B41


solard dex yang akaan masuk ke injektor ini ddapat diaturr temperaturny ya. 2.3 Teeori Dasar Data yangg diperoleh diihitung menggguna kaan persamaan berikut ini. [5 5] a. Daya dan Torsi T 2π . N (rpm m).T (Nm) P = --------------------------- (kkW ) ((1) 600000 T = F (kg). g (m / s2).l (m) (Nm)

((2)

b. Tekanan efektif rata-rrata pengerem man (MEP) 60.P P (kW ).nR .103 M MEP = ----------------------- (kPa) ((3) Vd (ddm3). N (rpm) b bakar spesifik (Sfc)) c. Konsumsi bahan mfuel (kg ( / h) sfc fc fuel = ---------------- (kg / kW . h) ((4) P (kkW ) 2.4 P Prosedur Perrcobaan Prosedur percobaan yang ditem mpuh dalam m pengambilaan data : a. S Sebelum motor m dihidupkan dilakuukan p pemeriksaan n (tune-up) terlebih dahhulu tterhadap volume minyaak pelumas, air p pendingin, bahan bak kar dan seemua p perlengkapan percobaan yaang lain. b. M Menghidupkaan motor pada putaran idle 8 850 rpm seelama 5 me nit agar mootor m mencapai kon ndisi kerjanya.. c. M Membuka kraan tangki bahan n bakar pada bburet h hingga batas teertinggi. d. M Melakukan pencatatan data mengeenai b beban pada dynamo dan n putaran mootor, ttemperatur solardex, jum mlah return fflow ssolardex pad da buret, dan n waktu konsuumsi b bahan bakar untuk u tiap10 ml m pada buret. e. M Menaikkan beeban lampu paada dynamo seecara b bertahap darri 600 W, 800 W, 11000 W W………., 32 200 W dan menaikkan m puttaran p pada 1500 pu utaran. Sekalii lagi melakuukan p pencatatan data d mengenaai beban dynnamo d dan putaran motor, temp peratur solarrdex, jjumlah returrn flow solarrdex pada buuret, d daya motor dan waktu konsumsi baahan b bakar untuk tiaap 10 ml padaa buret. f. S Setelah lan nglkah (e) selesai beeban d dynamo dileepaskan dan n putaran m motor d diturunkan hingga pu utaran idle- nya, k kemudian mo otor dimatikaan dan dibiarrkan h hingga tempeeraturnya din ngin (40ºC) g. S Setelah temp peratur motor 40°C, m motor d dihidupkan kembali dan d percobbaan


diula angi dengaan temperattur solardex x dinaiikkan 90°C da dan dijaga kon nstan. h. Pena ambahan bbeban pad da dynamo o dilak kukan teruss hingga menunjukkan n adan nya penurunaan daya settelah motorr mencapai daya m maksimal. i. Setelah penguujian selesai beban n dibebaskan, keemudian pu utaran motorr dikembalikan ke pputaran idle laagi. 3. HASIL L DAN PEM MBAHASAN Un njuk kerja m motor diesel diindikasikann dengan Daya, D Torsi, dan Sfc. Analisis A hasill penelitian ini di tunjukkkan pada graafik hubungann antara Beb ban dengan D Daya,Torsi, serrta Sfc.

Gambar 3. Grafik Huubungan Antarra Beban Dengan D Daya

Gambaar 4. Grafik H Hubungan Antara Beban Dengann Torsi Da ari grafik di ataas (gambar 3.1 dan gambarr 3.2) tampak bahwa perubahan pemanasan n solardex pada p temperaatur 90ºC, diiiringi dengan n perubahan torsi serta daya pada motor dan n maksimal 29,,73 Nm dan n menghasiilkan Torsi m Daya maksimal 4670 W pada beb ban 2600 W atau terja adi peningkattan daya rataa–rata sebesarr 159,56% dibandingkkan dengan penggunaan n solardex yang tidakk dipanaskan n atau padaa temperatu ur 30ºC hannya menghasilkan Torsii

B42


maksimal 10,77 Nm N dan dayaa maksimal 11693 W yaang diperoleh pada beban 3000W. 3 Secara teoriitis dapat dijjelaskan baahwa penin ngkatan ini disebabkan oleh pemannasan solard dex yang men ngakibatkan viscositas v solaardex akan menurun seehingga saat diinjeksikann ke dalam m ruang bak kar dapat meembentuk buttiranbutiran an kabut bah han bakar yang lebih hhalus. Dengaan kondisi seperti inii maka prroses pencaampuran bahaan bakar den ngan udara aakan lebih homogen sehingga s bah han bakar aakan lebih mudah terbakar t daan menyebabbkan persen ntase bahan bakar yang g terbakar aakan menin ngkat. Dengan sem makin besarn nya jumlah baahan bakarr yang terrbakar mak ka peningkaatan tekanaan yang terjaadi dalam ru uang bakar akkibat pemb bakaran ak an membessar yang ppada akhirn nya akan meningkatkan m torsi dan ddaya yang d dihasilkan oleeh motor bakarr. Peningkataan daya yang g terjadi ini tiidak berlan njut seiiring dengan pen ningkatan beeban pada motor, sepeerti yang terrlihat pada gr grafik bahwaa peningkatan n daya motorr pada pemannasan solard dex dengan temperatur 90 0ºC hanya teerjadi sampaai pembebanaan mencapai 2600 Watt dan selebih ihnya bila beb ban pada moto or terus dinaikkkan maka daya yang dihasilkan motor m menuurun. Hal iini berbeda dengan solardex yang tiidak dipan naskan mulaai terjadi penurunan settelah beban n pada mottor melampaaui beban 33000 Watt.. Penurunan ini i dapat terjaadi karena denngan menin ngkatnya tem mperatur solardex akan men enyebabkaan solardex menjadi m lebih h mudah terb akar sehin ngga akan mempersingk m kat periode persiapan n pembakaraan (ignition delay). Perriode persiaapan pembaakaran dapaat didefinisiikan sebag gai waktu persiapan p bah han bakar yyang diuku ur dari saat penginjeksian bahan bbakar sampaai bahan bak kar tersebut mencapai m konndisi penyaalaan sendiriinya. Dengan n meningkaatkan tempeeratur solaardex akan menyebabbkan solard dex lebih ceepat untuk mencapai m konndisi penyaalaan sendiriny ya. Dalam hal ini i perlu juga diperhatikan saat dimullainya pengiinjeksian bah han bakar ppada saat m mendekati akh hir langkah kompresi, k dann hal ini haarus disesuaiikan dengan lamanya perriode persiaapan pembak karan. Jika periode p persiaapan saat pemb bakaran terlallu singkat sedangakan s han bakar cuk kup jauh sebeelum pengiinjeksian bah piston n mencapai titik mati atas (TMA) m maka tekan nan puncak akibat pem mbakaran Baahan bakar akan terjadi sebelum s piston n mencapai TM MA, hal ini merupa kan suatu kerugian kaarena tenagaa ledakan pembakaran p yang seharuusnya digun nakan untuk k mendorong piston ppada S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

langkah ekspansi/keerja menjadii berkurang g karena se ebagian tekannan pembakaaran terbuang g saat piston belum menncapai TMA,, selain itu u bila kenaikan tekannan dalam ruang r bakarr terlalu besar b melebbihi kekuatan n konstruksii motor te ersebut makka dapat menyebabkan m n kerusakan n pada motoor itu sendirri, kenaikan n tekanan yang terlaluu besar ini dapat terjadii karena le edakan bahann bakar terrjadi dalam m ruangan yang sem makin menyeempit karenaa gerakan piston ke T TMA. Oleh karena itu u diharapka penyesuaian antaraa an dengan temperatu ur solardex yang disuplai dengan n saat pen nginjeksian bbahan bakarr akan dapatt menghind dari kerugiann tenaga yaang terbuang g sehingga tenaga yang tersedia unttuk langkah h kerja aka an semakin besar. Bahk kan mungkin n saja deng gan kombinnasi temperatur solardex x dengan pengaturan p ssaat penginjeeksian yang g tepat dap pat dihasilkann tenaga yan ng lebih besarr dibanding g percobaann saat menggunakan m n solardex dengan teemperatur 90°C 9 (yaitu u peningkatan daya rata-rrata sebesar 15 59,56%). Pad da grafik 3.3 tampak adany ya penurunan n sfc bila solardex s dipaanaskan padaa temperaturr 90°C me enghasilkan sfc terendah h pada 0,21 kg/kWh atau penurunnan sfc rata-rata sebesarr 62,2%. Dibandingkan D dengan tanp pa pemanasan n solardex yang y hanya m menghasilkan n sfc terendah h sebesar 0,61 kWhh. Penurunaan terbesarr berlangsun ng pada beeban motor 1600 Watt.. Penurunan n ini dapatt terjadi kaarena padaa temperatu ur yang lebih ting ggi periodee persiapan pembakaran akan semakin n singkat. Dan n bila terlallu singkat m maka periode pembakaran n cepat akan n terjadi jauhh sebelum pisston mencapaii TMA (pad da langkah kom mpresi) sehin ngga tekanan n puncak ju uga terjadi saaat piston bellum mencapaii TMA dan ini merupakaan kerugian karena tekanan n s ddigunakan un ntuk langkah h tersebut seharusnya kerja. Den ngan demikiann daya yang diihasilkan akan n berkurang dan mening ngkatkan kon nsumsi bahan n bakar spessifik.

Gambar 5. Grafik Huubungan Antarra Beban Dengan SSfc

B43


Bila motor diberi beban yang semakin besar harga sfc-nya cenderung semakin membesar, hal ini dapat disebabkan karena semakin besar beban motor maka semakin singkat pula waktu yang tersedia untuk pembakaran, singkatnya waktu yang tersedia ini menyebabkan sebagian bahan bakar tidak sempat terbakar dan akhirnya terbuang begitu saja, dengan demikian maka semakin meningkatlah harga sfc yang terukur. Sedangkan pada saat motor bekerja pada beban yang rendah harga sfc-nya juga cenderung membesar, hal ini dapat disebabkan karena adanya beban motor untuk menjalankan peralatan penunjang misalnya pompa injeksi bahan bakar. Pada saat beban motor masih rendah maka daya yang dihasilkan juga masih kecil sehingga jika diberi beban maka akan semakin kecil lagi daya yang dapat digunakan dan pada akhirnya akan meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik. Pada grafik sfc terhadap beban juga nampak adanya kecenderungan garis sfc untuk solardex yang dipanasi mempunyai harga yang lebih rendah bila dibandingkan dengan solardex yang tidak dipanasi. Kecenderungan ini dapat disebabkan karena dengan pemanasan akan membuat solardex menjadi lebih mudah terbakar sehingga membutuhkan waktu yang lebih singkat untuk mencapai kondisi penyalaan sendirinya dan hal inilah yang nantinya akan mengkompensasi keterbatasan waktu yang tersedia untuk pembakaran pada saat beban motor yang tinggi sehingga persentase bahan bakar yang tidak terbakar dapat dikurangi dan daya yang dihasilkan juga lebih besar yang pada akhirnya akan menurunkan harga sfc.

terendah pada 0,21 kg/kWh dibandingkan dengan menggunakan solardex tanpa dipanasan yang hanya menghasilkan sfc terendah pada 0,61 kg/kWh yang terjadi pada beban 1600 watt. Atau terjadi penurunan Sfc rata–rata sebesar 62,2% bila dibandingkan dengan tanpa pemanasan solardex atau pada suhu 30°C. DAFTAR PUSTAKA [1] Esteban. B, Riba. JR, Baquero. G, Rius. A, Puig. R.2012. Temperatur dependence of density and viscosity of vegetable oils. Biomass and Bioenergy. Volume 42.164-171 [2] Krisnangkura K, Yimsuwan T, Pairintra R. 2006. An empirical approach in predicting biodiesel viscosity at various temperatures. Fuel. Volume 85.107-113 [3] C. Tangsathitkulchai, Y. Sittichaitaweekul and M. Tangsathitkulchai.2004. Temperature effect on the viscosities of palm oil and coconut oil blended with diesel oil, Journal of the American Oil Chemists' Society. Volume 81, Nomor 4, 401-405 [4] Murni. 2010. Kaji Eksperimental Pengaruh Temperatur Biodiesel Minyak Sawit Tehadap Performansi Mesin Diesel Direct Injection Putaran Konstan, Thesis, Program Studi Magister Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Diponegoro, Semarang. [5] Heywood, J. B. 1988. Internal Combustion Engine Fundamentals, Mc Graw Hill, Singapore.

4. KESIMPULAN Setelah dilakukan pemanasan terhadap bahan bakar solardex pada suhu 90ºC pada motor diesel satu silinder putaran stasioner membawa beberapa perubahan, diantaranya dengan meningkatnya daya dan torsi serta penurunan terhadap konsumsi bahan bakar spesifik. Torsi maksimal yang dihasilkan sebesar 29,73 Nm dan Daya maksimal 4670 W pada beban 2600 W atau terjadi peningkatan daya rata–rata sebesar 159,56% dibandingkan dengan penggunaan solardex tanpa pemanasan atau pada temperatur 30ºC yang hanya menghasilkan Torsi maksimal sebesar 10,77 Nm dan daya maksimal 1693 W yang diperoleh pada beban 3000W. Pada penggunaan bahan bakar spesifik (sfc) terjadi penurunan yang optimal. Berdasarkan penelitian terjadi penurunan sfc


B44


(K2-27-14)

PENINGKATAN PERFORMANCE ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE MENGGUNAKAN INSERT UNTUK MENGURANGI KONSUMSI BAHAN BAKAR SISTEM PEMBANGKIT TENAGA Chandrasa Soekardi Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320 E-mail: [email protected]

Abstract In the electrical power generation, the combustion of fuel release heat that is transferred to raise steam under pressure. Fuel consumption of the system, at least to some extent, depends on the ability effectively the exchangers to transfer heat. Improvement of the heat exchanger performance can make a significant contribution to reduce fuel consumption. The influence of the helical wire and twisted-tape inserts on the heat transfer and pressure drop of a shell & tube heat exchanger was investigated experimentally. Firstly, the heat exchanger without insert was tested. The experimental results were compared with the analytical data of the smooth tubes. Secondly, the same exchanger with the helical wire is inserted in the inner of tubes was tested. The results showed that the enhancement factor for the heat exchanger performance of 0.9 to 1.2 is obtained. Thirdly, the exchanger with the twisted-tape is inserted in the inner of tubes was also tested. It was found that the exchanger have the performance enhancement factor of 1.4 to 1.9. Keywords: heat transfer intensification, heat transfer coefficient, pressure loss, heat exchanger tube, spiral insert, twisted tape insert. 1. PENDAHULUAN Konsumsi energi di berbagai industri di Indonesia, seperti di industri penyulingan minyak dan gas bumi, pabrik kertas dan pulp, industri kimia dasar, industri energi, telah demikian tinggi sehingga memerlukan beragam upaya peningkatan efisiensi dan konservasinya. Bagian terbesar dari energi bahan bakar tersebut, diproses dan dimanfaatkan di dalam beragam peralatan penukar kalor sebelum akhirnya dibuang ke lingkungan. Pada sistem pembangkit tenaga listrik misalnya, proses pembakaran bahan bakar menghasilkan energi dalam bentuk panas atau kalor yang kemudian ditransfer secara radiasi dan/atau konveksi ke dalam peralatan penukar kalor untuk memproduksi uap panas bertekanan. Efektifitas proses produksi uap panas tersebut sangat bergantung kepada kemampuan dan keandalan peralatan penukar kalor dalam menyerap energy panas gas pembakaran. Setelah aliran uap panas diekspansikan di dalam turbin untuk menghasilkan daya, kemudian dikondensasikan di dalam kondensor menggunakan aliran air atau udara sebagai media pendingin. Efisiensi termal system pembangkit tenaga uap sangat bergantung kepada tinggi rendahnya tekanan uap di kondensor. Apabila tekanan uap di kondensor menurun dengan tingkat kebesaran yang sedikit saja maka efisiensi termal system dapat meningkat secara signifikan, yang berarti


efisiensi konsumsi bahan bakar. Tinggi rendahnya tekanan tersebut bergantung kepada efisiensi proses perpindahan energi panas aliran uap ke media pendingin di dalam kondensor. Pada jenis industri lainnya, seperti di industri petrokimia, makanan dan minuman, kimia, textil dan kertas, terdapat kemiripan di mana tingkat konsumsi energy bahan bakar sangat bergantung kepada keandalan dan efektivitas proses perpindahan energy panas di dalam peralatan penukar kalornya. Jenis alat penukar kalor yang dipergunakan sangatlah beragam, dan masing masing dirancang untuk memenuhi kebutuhan yang spesifik. Namun demikian, alat penukar kalor jenis shell & tube merupakan jenis yang paling banyak dipergunakan karena konstruksinya relatif sederhana tetapi memiliki kemampuan yang tinggi dalam bekerja dengan banyak jenis fluida kerja. Salah satu metoda untuk meningkatkan efisiensi konversi energi di dalam alat penukar kalor tersebut adalah dengan memasang alat insert di dalam tube yang berfungsi sebagai pengintensif proses perpindahan panas. Alat tersebut mampu modifikasi karakteristik lapisan batas yang terbentuk di permukaan bagian dalam pipa sehingga intensitas turbulensi pada aliran utamanya dapat meningkat. Metoda tersebut dapat memperbaiki performance alat penukar sehingga capital cost, power cost, maintenance cost, space & weight dapat dibuat lebih efisien.

B45


Dalam rangka turut serta memberikan kontribusi pada upaya pengurangan konsumsi energy bahan bakar pada instalasi industry dengan penerapan metode intensifikasi proses perpindahan energy panas maka serangkaian studi experimental skala laboratorium terhadap sebuah maket alat penukar kalor jenis shell & tube yang dipasangi alat insert di dalamnya telah dilakukan. Tujuan utamanya adalah mempelajari seberapa besar pengaruh inser kawat spiral (helical insert) dan insert jenis twisted-tape dengan ukuran tertentu terhadap efisiensi proses perpindahan energy panas dan kerugian tekanan aliran di dalam pipa alat penukar kalor. 2. KONSEP DASAR DAN KORELASI 2.1. Perpindahan Panas dan Kerugian Tekanan Aliran di Dalam Pipa Apabila regime aliran fluida yang mengalir di bagian dalam pipa penukar kalor turbulen maka koefisien perpindahan panas konveksinya hi dapat dievaluasi melalui persamaan berikut [1] :

   Nu   C. Re . Pr     w  hi d i

a

c

b

(1)

di mana Nu adalah bilangan Nusselt, Re bilangan Reynolds, dan Pr bilangan Prandtl. Sedangkan dI adalah diameter dalam pipa,  konduktifitas termal fluida,  viskositas fluida yang dievaluasi pada temperatur rata rata aliran di dalam pipa, dan w dievaluasi pada temperatur permukaan bagian dalam pipa. Indeks a pada persamaan di atas pada umumnya berharga 0,8 sedangkan indeks b harganya dapat bervariasi dari 0,3 sampai dengan 0,4. Indeks c untuk aliran di dalam pipa biasanya berharga 0,14. Sementara itu harga konstanta C adalah 0,021 apabila fluida kerjanya adalah gas. Sedangkan untuk cairan nonviskos C adalah 0,023 dan C adalah 0,027 bagi cairan biasa [1]. Dalam keadaan kondisi alirannya laminer maka koefisien perpindahan panasnya dapat dievaluasi melalui persamaan berikut [2]:

Nu  1,86.Re. Pr

0,33

 de    L

0,33

    w 

0,14

(2)

Di sini de adalah diameter equivalen dan L panjang pipa. Koefisien perpindahan panas biasanya dinyatakan pula dalam bentuk faktor perpindahan panas, Jh yang didefinisikan sebagai berikut [3]:

J h  St. Pr

0,67

    w 

0,14

(3)


Di sini St adalah bilangan Stanton yang diberikan oleh persamaan berikut :

St 

Nu Re. Pr

(4)

Sementara itu kerugian tekanan bagi aliran di dalam pipa penukar kalor pada pokoknya disebabkan oleh adanya efek gesekan aliran dengan permukaan dalam pipa dan adanya tahanan aliran karena adanya kontraksi dan ekspansi aliran di dalam susunan pipa. Besarnya kerugian tekanan di dalam pipa tersebut dapat dievaluasi dengan persamaan berikut [4]:

L P  8.J f   di

 ut2   2

      w 

m

(5)

di mana Jf adalah faktor gesekan, L panjang efektif pipa, dan harga konstanta m adalah 0,25 apabila alirannya laminer dan m adalah 0,14 bila alirannya turbulen. Apabila jumlah lintasan aliran di dalam pipa juga akan diperhitungkan maka persamaannya menjadi [4]: m   u 2  L    P  N p 8.J f     2,5 t (6)   2  di  w 

dengan Np jumlah lintasan aliran di dalam pipa penukar kalor. 2.2. Perpindahan Panas pada Aliran di permukaan luar Pipa. Koefisien perpindahan panas bagi aliran fluida yang mengalir di luar pipa atau di sisi shell selain bergantung kepada geometrinya juga sangat bergantung kepada konfigurasi alirannya. Adanya sekat sekat pada berkas pipa menyebabkan karakteristik aliran fluida merupakan hasil kombinasi dari aliran silang di antara sekat sekat dan aliran axial yang melewati jendela jendela sekat. Besarnya koefisien perpindahan panas tersebut dapat dievaluasi dengan mempergunakan metoda Kern [4]. a). Besarnya koefisien perpindahan panas di sisi shell, ho dapat diperkirakan dari persamaan bilangan Nusselt berikut [4]:

 hd Nu = o e = J h RePr1/3   kf  w 

0,14

(7)

B46


Di sini faktor perpindahan panas pada sisi shell, Jh merupakan fungsi dari bilangan Reynolds, Bafflecut dan bentuk susunan berkas pipa dan dapat diperoleh melalui data-data eksperimental, seperti dari Pustaka [3]. b). Sementara itu Bilangan Reynolds, Re bagi aliran fluida di sisi shell dapat dievaluasi melalui perasamaan:

Re =

Gs d e



=

u s de 



(8)

dalam hal ini kecepatan massa aliran, Gs dan kecepatan liniernya, us dapat dievaluasi melalui persamaan :

Gs 

G Ws dan us = s As 

(9)

yang mana Ws adalah laju aliran massa fluida di dalam shell, dan  massa jenis fluida. Di samping itu, diameter ekuivalen atau diameter hidraulik pada sisi shell, de dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut, dimana : Untuk susunan pipa segi empat :

de =

1,27 2 (pt  0,758d o2 ) do

(10)

Untuk susunan pipa segitiga :

de =

1,10 2 (pt  0,917d o2 ) do

(11)

c) Luas penampang aliran di antara berkas berkas pipa, As dapat dievaluasi melalui persamaan :

As 

( pt  do ).Ds .lB pt

(12)

di sini pt adalah jarak di antara pipa (tube pitch), do diameter luar pipa, Ds diameter dalam shell, dan lB jarak di antara baffle.

2.3 Alat Pengintensifikasi Proses Perpindahan Panas di Dalam Pipa Jenis alat insert yang dapat dipergunakan adalah alat insert pelat logam berbentuk helix, insert kawat spiral dan/atau insert matrix kawat logam. Intensifikasi proses perpindahan panas di dalam pipa dapat terjadi karena beberapa hal [5]: a. Alat insert dapat menyebabkan lapisan batas yang terbentuk pada permukaan dalam pipa


menjadi lebih kecil ketebalannya. Hal ini terjadi terutama apabila regime aliran di dalam pipa turbulen. b. Alat insert pelat logam yang berbentuk helix (twisted-tape) dapat menghasilkan pola aliran yang menghasilkan peningkatan kecepatan sirkulasi fluida dan melahirkan efek sirkulasi sekunder di daerah dekat permukaan pipa. Mekanisme tersebut akan sangat dominan apabila sudut kemiringan helix dengan sumbu pipa dibuat cukup rendah. Apabila terdapat kontak yang baik antara insert tersebut dengan permukaan bagian dalam pipa maka akan diperoleh penambahan luas permukaan perpindahan panas karena adanya efek sirip. c. Insert jenis matrix dapat menghasilkan peningkatan efek pencampuran pada aliran fluida. d. Insert kawat spiral dengan diameter kawat yang cukup besar juga dapat berperan sebagai promotor peningkatan efek pencampuran. Menurut Baudelet [6] parameter geometri yang penting bagi insert tersebut adalah ratio antara diameter luar insert kawat spiral dengan diameter dalam permukaan pipa. Apabila ratio tersebut cukup besar maka efek turbulen akan lebih dominan daripada efek mekaniknya. Lopina & Bergles [7] memberikan gambaran bahwa dengan mempergunakan insert pelat logam berbentuk helix maka koefisien perpindahan panasnya dapat meningkat dengan faktor 2 sampai 4 bergantung kepada parameter geometri insert yang dipergunakan dan kondisi operasinya. 3. PENGUJIAN PERFORMANCE ALAT PENUKAR KALOR Untuk mempelajari seberapa besar pengaruh alat insert yang dipasang pada permukaan bagian dalam pipa terhadap laju perpindahan panas di dalam alat penukar kalor maka serangkaian pengujian telah dilakukan. Pada tahap pertama pengujian dilakukan terhadap alat penukar kalor tanpa dipasangi alat insert. Pada tahap kedua, dengan kondisi pengujian yang sama, pengujian dilakukan terhadap alat penukar kalor tetapi dipasangi alat insert kawat spiral. Sedangkan pada tahap ketiga, alat penukar kalor dipasangi alat insert jenis twisted-tape. Alat penukar kalor yang menjadi objek studi adalah sebuah maket alat penukar kalor jenis shell & tube, yang terdiri dari seberkas pipa berdiameter dalam 25,4 mm, tebal pipa 2,11 mm, panjang pipa 1994 mm, dan dengan jumlah pipa 52 buah. Sementara itu bagian shell berdiameter dalam 304,8 mm. Aliran air panas dialirkan ke dalam pipa, sementara itu sebagai media pendingin dipergunakan aliran air dingin yang

B47


dialirkan pada bagian shell nya. Alat tersebut kemudian dipasang pada sebuah instalasi pengujian yang telah dirancang secara khusus yang terdiri dari dua sirkuit aliran fluida. Sirkuit primer adalah sirkuit aliran air panas yang berperan sebagai penghasil fluida proses, sedangkan sirkuit sekunder merupakan sirkuit fluida pendingin. Masing-masing sirkuit dilengkapi dengan sebuah pompa sentrifugal yang berfungsi mensirkulasikan aliran air di dalam sirkuit.

Gambar 1. Dimensi dan geometri inser kawat spiral yang diuji Laju alirannya dikontrol oleh sebuah alat ukur laju aliran yang dapat dikendalikan secara otomatis. Sebuah pemanas elektrik yang dipasang pada sirkuit primer dapat memanaskan aliran air sampai temperatur maksimum 90 oC dan dilengkapi dengan sebuah regulator sehingga memungkinkan dilakukannya kontrol terhadap temperatur aliran air panas pada saat masuk ke dalam alat penukar kalor. Untuk mendinginkan aliran air panas yang berasal dari alat penukar kalor pada sirkuit sekunder dipergunakan sebuah cooling tower berukuran kecil. Sejumlah alat ukur juga dipergunakan pada sirkuit sekunder untuk mengontrol laju aliran air pendingin, temperatur, dan tekanan. Pengamatan performance termal alat penukar kalor yang diuji sebagai fungsi waktu dapat dilakukan berkat adanya pengukuran secara kontinyu terhadap temperatur dan tekanan serta laju aliran massanya.

Gambar 2. Dimensi dan geometri inser pelat logam berbentuk helix yang diuji


Pengujian dilakukan dengan cara memvariasikan laju aliran fluida kerja air panas dari 4 kg/s sampai dengan 7 kg/s, sementara itu laju aliran massa air pendinginnya dipertahankan konstan pada harga 6 kg/s. Temperatur rata-rata air panas yang masuk ke dalam penukar kalor dipertahankan konstan pada harga 71 oC. Sedangkan temperatur rata rata air pendingin masuk ke dalam penukar kalor dipertahankan konstan pada harga 50 oC. Dengan melakukan serangkaian pengujian pada berbagai kondisi pengoperasian maka karakteristik perpindahan panas dan kerugian tekanan di dalam pipa dapat dipelajari. Insert kawat spiral dan insert twistedtape yang dipergunakan memiliki parameter geometri yang sama yaitu sebesar 0,85. Parameter tersebut menggambarkan perbandingan antara diameter luar alat insert dan diameter dalam pipa. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil serangkaian pengujian tahap pertama, yang kemudian dipergunakan untuk perhitungan kesetimbangan termal bagi kedua aliran fluida yang mengalir di dalam penukar kalor, memberikan hasil-hasil seperti diberikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Karakteristik perpindahan panas aliran di dalam pipa fungsi bilangan Reynolds. Apabila diperbandingkan dengan hasil perhitungan secara analitik dengan kondisi termal yang sama dapat dicatat bahwa pada daerah operasi bilangan Reynolds antara 38000 sampai dengan 67000 hasil pengujian berada di dalam batas batas yang cukup baik.

Gambar 4. Karakteristik kerugian tekanan

B48


di dalam pipa fungsi bilangan Reynolds. Hal ini mengkonfirmasikan bahwa pemilihan dimensi dan geometri alat penukar kalor yang diuji cukup baik. Hasil pengujian kerugian tekanan aliran air di dalam pipa penukar kalor, yang kemudian diperbandingkan dengan hasil perhitungan analitik, disajikan pada Gambar 4. Dapat dicatat bahwa hasil pengukuran ini juga memberikan hasil yang cukup memuaskan, di mana perbedaan antara kerugian tekanan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan rata-rata sekitar 16,8 %. Hasil pengujian tahap kedua dan ketiga, dimana alat penukar kalor dipasangi alat insert, diberikan pada Gambar 5 dan Gambar 6.

Gambar 5. Karakteristik perpindahan panas aliran di dalam pipa penukar kalor dengan dan tanpa alat insert. Koefisien perpindahan panas, saat alat penukar kalor dipasangi insert kawat spiral, meningkat dengan kebesaran 1,3 sampai dengan 1,6 kali lipat pada daerah bilangan Reynolds 38000 sampai dengan 67000, atau pada harga laju aliran 4 kg/s sampai dengan 7 kg/s.

dengan kebesaran dari 1,1 sampai dengan 1,4 kali lipat. Sedangkan dengan alat insert pelat helix, kerugian tekanannya naik dari 1,7 sampai dengan 2,4 kali lipat. Walaupun memberikan dampak negatif pada kerugian tekanan, namun kenaikan efektifitas perpindahan panas di dalam alat penukar kalor lebih besar sehingga faktor perbaikan performancenya positif. Dengan menggunakan insert kawat spiral diperoleh harga faktor perbaikan performance dari 0,9 sampai dengan 1,2. Sedangkan saat menggunakan insert jenis twisted-tape faktor kenaikan performancenya 1,4 sampai dengan 1,9. 5. KESIMPULAN Serangkaian pengujian terhadap sebuah alat penukar kalor jenis shell & tube, untuk mempelajari seberapa besar pengaruh pemasangan insert terhadap efisiensi proses perpindahan panas dan kerugian tekanan, telah dilakukan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa : 1. Dengan dipasangnya insert kawat logam berbentuk spiral, koefisien perpindahan panas aliran di dalam pipa meningkat dari 126,5 % sampai dengan 160,2 % pada daerah di mana bilangan Reynoldsnya dari 38000 sampai dengan 67000. 2. Saat dipasangi insert twisted-tape (pelat logam berbentuk helix), koefisien perpindahan panasnya meningkat dari 244 % sampai dengan 463,8 %. 3. Bersamaan dengan meningkatnya intensifikasi perpindahan panas karena dipasangi alat insert, kerugian tekanan aliran di dalam pipa juga meningkat. Namun faktor perbaikan performance alat penukar kalor secara keseluruhan positif. DAFTAR PUSTAKA

Gambar 6. Karakteristik kerugian tekanan aliran di dalam pipa penukar kalor dengan dan tanpa alat insert. Sedangkan dengan mempergunakan insert pelat helix, intensifikasi proses perpindahan panas dapat meningkat dari 2,4 sampai dengan 4,6 kali lipat.Bersamaan dengan dipasangnya alat insert kawat spiral kerugian tekanannya juga naik


[1] Incropera, F.P and De Witt, D.P, 1990, “Fundamentals of Heat & Mass Transfer”, 3th ed., John Wiley & Sons, New York [2] Perry R. H and Chilton, 1984, “Chemical Engineer’s Hand Book”, 5th Edition, McGraw-Hill, New York [3] Coulson, S.M and Richardson, J.F., 1983, “Chemical Engineering”, vol 6, 4th ed., Mc. Graw Hill, New York [4] Keith Escoe, A., 1986, “Mechanical Design of Process Systems”, vol. 2, Gulf Pub. Company, Houston Texas [5] Arthur P. Fraas, 1989, “Heat Exchanger Design Handbook”, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York [6] Baudelet C., 1992, “Spirelf system for improved heat exchanger efficiency”, Fouling

B49


Mechanisms – Theoritical and Practical Aspects, Proceeding of the Eurotherm Seminar No. 23 [7] Lopina, R.F. and Bergles, A.E., 1969, “Heat transfer and pressure drop in tape generated swirl flow of single phase water”, Trans. ASME., J. Heat Transfer 91 [8] Gnielinski V., 1976, “New Equation for Heat & Mass Transfer in Turbulen pipe and channel flow”, International Chemical Engineering, vol. 16 [9] Epstein, N., 1978, ”Fouling in Heat Exchangers”, Heat Transfer Engineering, vol 6, New York [10] Kakac, S., 1987, ”Boilers, Evaporators, and Condensers”, chapter 4, John Wiley & Sons, New York


B50


(K2-28-15)

OPTIMALISASI DESIGN ALAT ECONOMIZER SEBUAH HRSG INSTALASI PEMBANGKIT TENAGA GAS-UAP UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI ENERGI Chandrasa Soekardi Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320 E-mail: [email protected]

Abstract The energy efficiency of a gas-steam power plant depends on the ability of the heat recovery steam generator (HRSG) to recover heat. Improved economizer design can make a significant contribution to increase the heat removal in HRSG system that in turn increases the energy efficiency. This paper presents the optimization design of an economizer which account for time dependence of fouling. The main objective of this study is to estimate the minimum dimension required for a given heat duty. Various design variables such as cleaning interval, thermal constraint for cleaning, tube diameter, pitch ratio, and tube layout are considered. Simultance optimization of these variables was tried and 18 design configurations have been experimented. The effect of the design variables and its constraints on the number of tubes are discussed. The results showed that the optimal design conditions for the economizer will be at tube diameter 2.5 inch, tube layout 30o or 45o, pitch ratio 1.25, cleaning interval 9 months, thermal constraint for cleaning of 30% higher the initial condition. Keywords: economizer, cleaning interval, tube diameter, tube layout, pitch ratio, thermal constraint for cleaning. 1.

PENDAHULUAN Pada instalasi pembangkit tenaga uap, proses pembakaran bahan bakar menghasilkan energi panas yang dipergunakan untuk memproduksi uap bertekanan di dalam boiler dan selanjutnya uap tersebut dipergunakan untuk menghasilkan daya pada turbin. Setelah itu, sisa aliran gas panas dengan temperature tertentu yang masih memiliki energy panas dibuang ke lingkungan. Apabila energy panas tersebut dimanfaatkan dan temperature gas buangnya dapat diturunkan sebesar 5 oC atau sekitar 40 oF maka akan dapat diperoleh peningkatan sebesar 1% efisiensi pemakaian energy bahan bakar [1,2,3]. Pemanfaatan energy panas tersebut dapat dilakukan dengan menerapkan beberapa jenis alat Heat Recover, seperti economizer, air heater, evaporator HRSG, superheater. Agar alat tersebut dapat bekerja optimal diperlukan proses pertukaran energy panas yang terjadi di dalam alat tersebut secara efektif dan efisien. Kondisi tersebut dapat terjadi apabila alat yang dipergunakan memiliki design yang optimal. Economizer pada dasarnya merupakan alat pemanas awal aliran air sebelum fluida tersebut mengalami proses penguapan di dalam evaporator. Alat tersebut terdiri dari seberkas susunan tube atau pipa penukar kalor di mana di dalamnya mengalir aliran air. Sementara itu aliran gas panas mengalir dalam arah menyilang pada permukaan luar berkas pipa. Apabila alat


economizer dapat bekerja optimal maka proses selanjutnya yang terjadi di evaporator dapat dioptimalkan sehingga energy panas yang diperlukan dapat dibuat lebih rendah. Hal tersebut akan memberikan kontribusi pada penignkatan efisiensi thermal bahan bakar secara keseluruhan. Sebagai objek studi di dalam penelitian ini adalah alat economizer yang merupakan salah satu komponen penting, di samping alat superheater dan evaporator, di dalam system HRSG (Heat Recovery Steam Generator) sebuah instalasi PLTGU (Pusat Listrik Tenaga Gas-Uap). Hasil pengujian [4] yang telah dilakukan menunjukkan bahwa alat tersebut harus mengalami maintenance untuk cleaning lebih sering daripada yang seharusnya, yaitu dua kali per tahun, sehingga biaya maintenance menjadi tinggi. Salah satu penyebab utamanya adalah dampak dari metode design conventional yang telah diterapkan terhadap alat tersebut di mana dalam proses perhitungan designnya dipergunakan factor fouling yang harganya konstan. Padahal dalam pengoperasiannya factor fouling tumbuh meningkat secara bertahap sesuai dengan waktu pengoperasian. Peralatan penukar kalor yang dirancang dengan menggunakan factor pengotoran yang konstan yang diperoleh dari standar design tertentu, pada saat mulai dioperasikan sering mengalami kondisi di mana kecepatan aliran harus dioperasikan pada harga yang lebih rendah karena gradient temperaturenya lebih tinggi

B51


daripada seharusnya [5,6,7]. Kondisi aliran seperti itu akan memicu meningkatnya laju pertumbuhan deposit di permukaan sehingga kinerja alat penukar kalor menjadi cepat menurun dan selanjutnya harus sering mengalami maintenance untuk cleaning. Pada studi ini akan diterapkan metode design yang lebih rational terhadap alat economizer yang sama, dengan kondisi termal yang juga sama, namun dengan menggunakan data factor fouling fungsi waktu serta dengan memperhitungkan factor cleaning interval. Optimalisasi design dilakukan, selain untuk mempelajari pengaruh kedua factor tersebut di atas, juga untuk mempelajari pengaruh factor geometri seperti: ukuran tube, jarak antar tube, bentuk susunan tube, jumlah laluan tube. Selain untuk memperoleh dimensi alat yang optimal agar terjadi penghematan material, optimasi design juga akan mengakibatkan terjadinya penghematan energy pemompaan fluida kerja saat alat tersebut dioperasikan. 2.

METODE PENELITIAN Pada saat sebuah alat penukar kalor mulai dioperasikan kondisi permukaan perpindahan panasnya belum mengalami pengotoran permukaan yang berarti, dan laju pertukaran energy panas di dalam alat tersebut, Qc dapat dievaluasi menggunakan persamaan berikut:

Qc  U c Ac Tmc

(2)

Dengan Uf koefisien perpindahan panas global kondisi permukaan kotor, Af luas permukaan perpindahan panasnya, dan ΔTmf beda temperature rata-rata logaritmik di antara kedua aliran fluida kerjanya. Sedangkan, hubungan antara koefisien perpindahan panas global kondisi permukaan kotor dan koefisien perpindahan panas global kondisi permukaan masih dapat dinyatakan oleh persamaan berikut:


(3)

Dengan Rfi tahanan termal pengotoran bagi deposit di permukaan dalam pipa/tube, Rfo tahanan termal pengotoran bagi deposit di permukaan luar pipa/tube. Bagi kebanyakan peralatan penukar kalor yang dipergunakan di industry karakteristik factor fouling atau tahanan termal lapisan pengotoran fungsi waktu pada kedua sisi dinding pemisahnya pada umumnya berbentuk asymptotic :

   t  R f  R *f 1  exp   t c   R *f

Dengan

harga

tahanan

(4)

termal

asymptotic dan tc konstanta waktu. Selanjutnya, apabila sebuah alat penukar kalor dioperasikan dengan kondisi beban termalnya dipertahankan konstan maka dapat diperoleh persamaan berikut:

Tmf Tmc



U c Ac U f Af

(5)

(1)

Dengan Uc koefisien perpindahan panas global di mana kondisi permukaannya masih bersih, Ac luas permukaan perpindahan panasnya, dan ΔTmc beda temperature rata-rata logaritmik di antara kedua aliran fluida kerjanya. Kemudian, setelah alat penukar kalor dioperasikan selama kurun waktu tertentu yang cukup panjang permukaan perpindahan panasnya akan mengalami pengotoran, dan laju pertukaran energy panas di dalam peralatan penukar kalornya, Qf menjadi :

Q f  U f A f Tmf

1 1   R fi  R fo U f Uc

Dalam praktek, pada umumnya tebal lapisan pengotoran ukurannya jauh lebih kecil dibandignkan dengan ukuran diameter tubenya sehingga perbedaan antara besaran Ac dan Af pada persamaan tersebut di atas dapat dianggap kecil. Oleh karena itu persamaan tersebut di atas dapat dituliskan seperti berikut :

Tmf Tmc



Uc  1  U c .R f Uf

(6)

Dalam hal alat penukar kalor dioperasikan dengan kondisi operasi beda temperature rataratanya dipertahankan konstan maka dapat diperoleh persamaan :

Qf Qc



1 1  U c .R f

(7)

Dalam perancangan sebuah alat penukar kalor, tujuan utamanya adalah menentukan dimensi utamanya sesuai dengan spesifikasi design yang telah ditentukan. Dimensi utama

B52


tersebut dinyatakan oleh luas permukaan perpindahan panas yang diperlukan untuk beban termal dan kondisi operasi tertentu. Pada alat penukar kalor jenis shell & tube, dimensi utamanya dapat direpresentasikan dalam bentuk banyaknya tube, yang jumlahnya dapat diestimasi menggunakan persamaan berikut [8]:

 CTP  Nt  0,785    CL 

 D2  s    PR 2 d 2  o  

Dimana Nt Jumlah tube/pipa, CTP Konstanta jumlah pass, CL Konstanta susunan pipa, PR Pitch ratio, dan do Diameter luar pipa. Sedangkan diameter shellnya Ds dapat diperkirakan besarnya menggunakan persamaan berikut :

 CL A PR 2 d  o o  D s  0 ,637    CTP L  

0 ,5

Selanjutnya, dalam perancangan ini akan dipelajari pengaruh secara simultan beberapa factor termal dan factor geometri. Cleaning interval akan divariasikan tiga harga yang berbeda-beda, yaitu : 9 bulan, 12 bulan, 15 bulan. Batasan termal untuk cleaning, yaitu kenaikan beda temperature rata-ratanya terhadap kondisi initialnya, akan divariasikan pada harga : 20%, 25%, 30%. Sedangkan ukuran tube dipilih tiga ukuran yang berbeda-beda (8) yaitu : tube yang berukuran: 1,50 inch, 2 inch, 2.50 inch. Kemudian, jarak antar tube (pitch ratio) dipilih : 1.25 , 1.35 , 1.50. Sedangkan bentuk susunan tube dipilih : 30o , dan 45o. Selanjutnya, dengan batasan perancangan seperti tersebut di atas dan dengan mempergunakan matrix experiment Taguchi [9] maka ruang lingkup perhitungan perancangan dapat ditentukan seperti diberikan pada table 1 (lihat Lampiran). (9)

Dengan Ao luas permukaan luar pipa, dan L panjang pipa. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam studi ini design alat economizer yang menjadi objek studi dilakukan dengan batasan termal yang sama dengan alat yang ada sebelumnya [2]. Laju aliran massa gas hasil pembakaran adalah 878204 lbm/h, sementara itu laju aliran massa airnya 263158 lbm/h. Temperature aliran gas masuk alat economizer adalah 475 oF, dan temperature keluarnya 272 oF dengan factor fouling 0,001 ft2oF.h/Btu. Sedangkan temperature aliran air masuk alat tersebut adalah 227 oF, temperature keluarnya 398 o F, dengan factor fouling yang sama 0,001 ft2oF.h/Btu, dan beban termalnya 46,39 MBtu/h Selanjutnya, alat economizer hasil perancangan direncanakan akan dioperasikan pada kondisi beban termal konstan. Factor fouling total kedua fluida kerjanya dianggap memiliki karakteristik asymptotic seperti pada Gambar 1, dengan factor fouling asymptotic sebesar 0,002 ft2oF.h/Btu, dan konstanta waktu 9 bulan.

Gambar 1. Factor fouling total aliran gas-air pada alat economizer HRSG


Gambar 2. Pengaruh masing-masing factor dan level terhadap jumlah tube Dari hasil perhitungan di atas dapat dipelajari besarnya pengaruh secara simultan faktor-faktor yang menjadi objek studi seperti telah ditetapkan di dalam batasan perancangan terhadap jumlah tube hasil perhitungan perancangan. Setelah itu, kondisi perancangan yang memberikan hasil design yang paling optimum juga dapat diidentifikasi. Gambar 2 memperihatkan besarnya pengaruh rata-rata masing-masing factor terhadap dimensi utama atau jumlah tube yang diperlukan oleh alat economizer. Dari hasil tersebut terlihat bahwa factor ukuran tube dan factor batasan termal cleaning pengaruhnya yang paling signifikan dibandingkan dengan factor lainnya di mana besarnya pengaruh rata-ratanya adalah sekitar 39% (gambar 3). Factor jarak antar tube (pitch ratio) pengaruhnya tidak terlalu besar. Bahkan factor bentuk dan susunan tube yang dipilih dalam studi ini, yaitu susunan tube 30o dan susunan tube 45o, praktis tidak memberikan pengaruh apa-apa terhadap hasil perhitungan jumlah tube.

B53


DAFTAR PUSTAKA

Gambar 3. Besarnya pengaruh masing-masing factor (%) dan level terhadap jumlah tube Selanjutnya, dari hasil analisis pengaruh rata-rata factor-faktor tersebut di atas kondisi perancangan yang memberikan hasil perhitungan jumlah tube yang paling optimum atau paling ekonomis dapat diidentifikasi. Dimensi alat economizer yang paling ekonomis, yaitu dengan jumlah tube sebesar 127, dapat diperoleh apabila alat tersebut dirancang dengan menggunakan tube berukuran 2,5 inch, yang dipasang dengan jarak antar tube (pitch ratio) sebesar 1,25 dan dengan cleaning interval 9 bulan. Dalam hal ini cleaning dilakukan pada saat tercapai kondisi di mana beda temperature rata-rata di antara kedua fluida kerjanya telah mencapai harga 30% lebih tinggi dari kondisi initialnya. 4. KESIMPULAN 1. Serangkaian optimalisasi design alat economizer sistem HRSG sebiah instalasi PLTGU, dengan tujuan untuk memberikan kontribusi terhadap peningkatan efektifitas proses produksi aliran uap air sehingga efisiensi pemakaian bahan bakar instalasi pembangkit listrik dapat meningkat, telah dilakukan. 2. Kecenderungan pengaruh secara simultan faktor-faktor cleaning interval, batasan termal cleaning, ukuran tube, jarak antar tube, dan bentuk dan susunan tube terhadap dimensi utama alat economizer hasil design telah dipelajari dan dipergunakan untuk mengidentifikasi kondisi perancangan yang paling optimal bagi alat economizer. 3. Dimensi utama alat economizer yang paling economis dapat diperoleh dengan kondisi perancangan di mana dipergunakan tube dengan ukuran 2,5 inch yang dipasang dengan jarak antar tube (pitch ratio) sebesar 1,25. Cleaning interval dipilih 9 bulan di mana pada saat tersebut beda temperature rata-rata di antara kedua fluida kerjanya telah mencapai harga 30% lebih tinggi dari kondisi initialnya.


[1] Shook, James R., 1991, “Recover Heat from Flue Gas”, Chemical Engineering Progress, June [2] El-Wakil, M. M, 1985, Power Plant Technology, McGraw-Hill Book Co, Singapore [3] Kakac, 1987, S.,”Boilers, Evaporators, and Condensers”, chapter 4, John Wiley & Sons, New York [4] Sumarjo, Jojo, 2010 , “Analisis Economizer pada Heat Recovery Steam Generation di Turbin Gas#2 dengan daya keluaran 32 MW”, Laporan Thesis, Magister Teknik Mesin, Universitas Pancasila [5] Marner W.J., 1990, "Progress in Gas Side Fouling of heat Transfer Surfaces", Appl. Mech. Rev, Vol. 43 [6] Epstein N., 1988, " Particulate Fouling of Heat Transfer Surfaces : Mechanisms and Models, L .F Melo et al. Fouling Science and Technology, Kluwer [7] Knudsen, J.G., 1991, ”Conquer Cooling Water Fouling”, Chemical Engineering Progress [8] Kakac, Sadik & Liu, Hongtan, 2002, Heat Exchanger: Selection, Rating, and Thermal Design, CRC Press, USA [9] Ross, Phillip J., 1996, “Taguchi Techniques for Quality Engineering”, McGraw-Hill, 2nd ed., New York [10] Somerscales, E.F.C., 1988, “Fouling of Heat Transfer Surfaces: an historical review”, 25th Nat. Heat Trans. Conf, ASME, Houston LAMPIRAN Tabel 1. Hasil perhitungan dimensi utama (jumlah tube) alat economizer

Keterangan: CL factor bentuk dan susunan tube, do diameter luar tube, PR Pitch Ratio, DTf/DTc perbandingan beda temperature rata-rata setelah alat dioperasikan dengan kondisi initialnya.

B54


(K2-31-17)

DESAIN ALAT APLIKATIF PEMANFAATAN LIMBAH PLASTIK POLIETILEN SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF MESIN BENSIN Ahmad Kholil, Eko Arif Syaefudin, Fani Anggriawan Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13220 E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak Plastik merupakan salah satu bahan yang dihasilkan dari minyak bumi. Sampah plastik merupakan masalah bagi banyak negara karena plastik tidak dapat terurai di alam, maka sampah plastik harus didaur ulang. Cara yang dilakukan untuk menghasilkan minyak solar dari limbah plastik ini dengan cara mendistilasi plastik sampai berbentuk minyak dan dicampur dengan BBM dengan perbandingan tertentu agar dapat digunakan. Tujuan penelitian memanfaatkan BBM dari limbah plastik polietilen sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel dan bensin dan membandingkan campuran yang ideal. Variasi persentase campuran yang digunakan adalah 90% minyak solar dan 10% minyak distilasi plastik (C10), 80% minyak solar dan 20% minyak distilasi plastik (C20), 70% minyak solar dan 30% minyak distilasi plastik (C30), dan 60% minyak solar dan 40% minyak distilasi plastik (C40). Hasil diperoleh besarnya massa jenis adalah C10 : 0,8595 g/ml, C20: 0,8520 g/ml, C30: 0,8409 g/ml dan C40: 0,8306 g/ml. Pengukuran dengan skala derajat API didapatkan data, minyak solar sebesar 30,9196, C10 sebesar 33,1305, C20 sebesar 34,5798, C30 sebesar 36,7720, dan C40 sebesar 38,8587. Hasil pengujian opasitas gas buang terbaik didapat menggunakan bahan bakar C40 dengan putaran mesin stasioner 865-885 rpm didapatkan opasitas rata-rata sebesar 17,448%. Kata kunci: Sampah plastik, polietilen, bahan bakar alternatif, mesin diesel dan bensin.

Abstract Plastic is one of the materials produced from petroleum. Plastic waste is a problem for many countries because plastic does not decompose in nature, then the plastic waste to be recycled. Ways in which to produce diesel oil from waste plastic is a way to distill shaped plastic and mixed with fuel oil with a certain ratio to be used. The purpose of research utilizing fuel from waste polyethylene plastics as an alternative fuel and gasoline and diesel engines comparing the ideal mix. The variation percentage of the mixture used is 90% petroleum diesel and 10% petroleum distillate plastic (C10), 80% petroleum diesel and 20% petroleum distillate plastic (C20), 70% petroleum diesel and 30% petroleum distillate plastic (C30) , and 60% petroleum diesel and 40% petroleum distillate plastic (C40). Results obtained magnitude of the density of C10: 0.8595 g / ml, C20: 0.8520 g / ml, C30: 0.8409 g / ml and C40: 0.8306 g / ml. Measuring the scale of the data obtained degrees API oil, diesel amounted to 30.9196, 33.1305 for C10, C20 amounted to 34.5798, 36.7720 for C30 and C40 of 38.8587. Exhaust opacity test results obtained using the best fuel C40 with a stationary engine speed 865-885 rpm opacity earned an average of 17.448%. Keywords: Waste plastic, polyethylene, alternative fuel, diesel and gasoline engines. 1. PENDAHULUAN Energi adalah salah satu bagian terpenting dalam kehidupan manusia karena hampir semua aktivitas manusia selalu membutuhkan energi, tetapi beberapa tahun terakhir ini energi merupakan persoalan yang sangat penting di dunia. Energi fosil khususnya minyak bumi, merupakan sumber energi utama dan sumber devisa negara-negara penghasil minyak. Namun demikian, cadangan minyak bumi di dunia jumlahnya terbatas karena minyak bumi adalah sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui. Eksplorasi sumber minyak baru harus diawasi


dengan ketat sementara, kebutuhan manusia akan energi semakin meningkat sejalan dengan laju pertumbuhan ekonomi dan pertambahan jumlah penduduk. Plastik merupakan salah satu bahan yang dihasilkan dari minyak bumi. Sampah plastik merupakan masalah bagi banyak negara karena plastik tidak dapat terurai di alam, maka sampah plastik harus didaur ulang. Karena tingginya jumlah sampah plastik yang dihasilkan daripada jumlah yang didaur ulang, menyebabkan plastik banyak yang menumpuk, plastik yang menumpuk adalah plastik yang digunakan sebagai pengemas makanan dan minuman. Oleh karena

B55


itu perlu dilakukan penelitian untuk mengatasi permasalahan di atas yaitu dengan membuat energi alternatif dengan memanfaatkan limbah plastik menjadi bahan bakar minyak solar yang dapat digunakan pada mesin diesel dan bensin. Sampah plastik adalah barang yang dapat merusak lingkungan, karena plastik merupakan polimer yang tidak terdegradasi di alam, sehinggasampah plastik akan menyebabkan degradasi fungsi tanah, tetapi karena sifatnya plastis, maka plastik ini menjadi bagian yang tidak terpisahkan dari kehidupan manusia, diantaranyasebagaipengemas khususnya jenis plastik polietilen. Banyakcara yang telah ditempuh untuk menanggulanginya, diantaranya adalah dengan proses daur ulang, tetapi karena plastik termasuk jenis polimertinggi, maka jika didaur ulang terus-menerusakan mudahr usak dan tidakdapat dicetak lagi sehingga di masa yang akan dating akan banyak limbah berupa plastik ini. Plastik merupakan material yang mudah untuk diproduksi dan dapat bertahan dalam waktu yang cukup lama sehingga membutuhkan waktu puluhan tahun bahkan sampai ratusan tahun untuk terurai secara sempurna. Dalam proses penguraiannya ini yang akan menghasilkan beberapa zat kimia yang dapat membahayakan atmosfer dan memicunya pemanasan global (global warming). Ini adalah salah satu penyebab bagi para pecinta lingkungan mengkritik tentang pemanfaatan dan jumlah pemakaian plastik yang tidak terkendali. Polietilen/politen terjadi dari polimerisasi etilen, polimer dasar dicampur dengan bermacammacam tambahan untuk menghasilkan bahan yang cocok untuk dituang (HariAmantodanDaryanto, 2006).

Gambar 1. Polimerisasi Dari Etilen Menjadi Polietilen Minyak solar dan minyak bensin adalah bahan bakar minyak jenis distillate dan berwarna kuning coklat yang jernih (E. Karyanto, 2008). Bahan bakar minyak solar adalah jenis bahan bakar yang digunakan untuk mesin diesel, minyak bensin digunakan pada mesin bensin. Penggunaan bahan bakar minyak solar banyak digunakan oleh masyarakat untuk kebutuhan bahan bakar kendaraan dan industri. Hidrokarbon juga merupakan bahan dasar untuk pembuatan plastik dan polimer. Karena persamaan struktur kimia inilah plastik polietilen akan dicoba dibuat sebagai bahan campuran untuk minyak solar.


Bahan bakar minyak solar yang baik harus memenuhi kriteria standar yang telah ditentukan, baik untuk kinerja mesin maupun untuk lingkungan akibat gas buang maupun asap yang dihasilkan dari knalpot kendaraan. Mesin diesel dan bensin banyak sekali digunakan pada kendaraan dan industri karena efisiensi panas, daya dan torsi, dan konsumsi bahan bakar yang baik, sehingga kebutuhan minyak solar semakin meningkat. Oleh sebab itu dibutuhkan pencarian bahan bakar diesel dan bensin alternatif selain dari hasil kilangan yaitu dengan cara menggunakan limbah plastik untuk bahan campuran minyak solar yang setara dengan minyak solar dari hasil kilangan dan mengurangi polusi sampah plastik yang ada dan mengurangi penggunaan minyak solar dari hasil kilangan. Cara yang dilakukan untuk menghasilkan minyak solar dari limbah plastik ini dengan cara mendistilasi plastik sampai berbentuk minyak. Agar minyak dari distilasi plastik bisa digunakan harus dicampur dengan minyak solar dengan perbandingan tertentu, agar bisa digunakan pada mesin diesel dan bensin. 2. TUJUAN PENELITIAN Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengatasi masalah lingkungan yang diakibatkan oleh penumpukan limbah plastik. 2. Memanfaatkan bahan bakar minyak dari limbah plastik polietilen sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel dan bensin. 3. Mencari perbandingan campuran bahan bakar minyak solar dengan minyak distilasi plastik yang optimal. 3. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen laboratorium dan analisis, yaitu membuat desain alat distilasi, membuat perbandingan campuran bahan bakar dengan metode blending danmengetahui karakteristik bahan bakar dari limbah plastik polietilen, mengujinya pada mesin diesel dan bensin dalam proses eksperimen. 4. ANALISA HASIL PENELITIAN a. Proses Pembuatan Alat Distilasi Plastik Polietilen 1. Pembuatan Pemanas Distilasi Pemanas distilasi yang digunakan sebagai alat untuk memanaskan plastik polietilen dari berbentuk padat kemudian diubah menjadi bentuk cair menggunakan dua buah pemanas rice cooker dengan daya 600 Watt dan 300 Watt. Pemanas

B56


terbuat dari material krom-besi-aluminium, pemanas memiliki ketahanan dengan temperatur 350oC dan mempunyai diameter 160 mm. Pemanas dirangkai menggunakan termokopel tipe K dan termokontrol agar lebih mudah mengatur temperatur saat mengoperasikan alat distilasi. Kabel yang digunakan untuk pemanas adalah kabel tahan panas dengan diameter 1,5 mm yang dihubungkan langsung dengan panel kontrol temperatur. 2.

3.

Pembuatan Tungku Pemanas Distilasi Rangka tungku pemanas distilasi menggunakan tabung udara jet pump yang dibelah menjadi dua bagian, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Bagian bawah memiliki diameter 260 mm dengan tinggi 300 mm, dan bagian atas memiliki diameter 260 mm dengan tinggi 150 mm. Tungku dicor dengan dengan menggunakan sika grout 215 setebal 90 mm yang berfungsi sebagai penyekat panas di dalam tungku. Pembuatan Alat Distilasi Alat distilasi terdiri dari tiga bagian, yaitu tabung reaktor, pipa distilasi, dan bejana penampung hasil distilasi. Tabung reaktor yang digunakan berbahan dari seng dengan diameter 150 mm, tinggi 155 mm dan tebal 1,5 mm dengan volume 2,73 liter. Bagian atas tabung reaktor dilubangi untuk pemasukan pipa distilasi ke dalam tabung reaktor. Pipa distilasi terbuat dari pipa besi dengan diameter ¾ inci dengan tebal 2 mm, berfungsi sebagai alat untuk mengalirkan uap dari tabung reaktor ke dalam bejana penampungan. Bejana penampung yang digunakan pada alat distilasi adalah gelas labu dengan volume 1 liter yang akan diisi dengan air yang berfungsi sebagai kondensor uap dari hasil distilasi.

4. a.

Perhitungan Kelistrikan Alat Distilasi Daya pemanas Ptotal = P1 + P2 Ptotal = 600W + 300W Ptotal = 900W = 0,9 kW

b.

Tahanan pemanas R=

V2 P 2202

R= 900 R = 53,777 Ω c.

Kuat arus P I= I=

V.Cos φ 900

220 . 0,7 900

I= 154 I = 5,844 A Cos φ adalah faktor daya=0,7 Jadi MCB yang dipakai untuk pemanas adalah MCB 6 A. d.

Konsumsi pemakaian listrik Diketahui: daya yang dibutuhkan untuk temperatur 250oC adalah 900Wwaktu yang dibutukan untuk satu kali distilasi 3,5 jam=210 menit P h kWh = x 1000 900

60 210

x kWh = 1000 60 kWh = 3,15 kWh Jadi konsumsi listrik selama 210 menit adalah 3,15 kWh Untuk menghitung besarnya biaya yang dikeluarkan saat mengoperasikan alat, ditetapkan batas daya sebesar 1300 VA pada golongan tarif R-1/TR pada sistem prabayar sebesar Rp790/kWh (sesuai dengan Peraturan Presiden No. 8 Tahun 2011 Tentang Tarif Dasar Listrik Untuk Keperluan Rumah Tangga) maka jumlah biayanya adalah: Biaya = Besarnya konsumsi listrik x Tarif dasar listrik Biaya = 3,15 kWh x Rp 790 Biaya = Rp 2.488,5 Jadi biaya yang harus dikeluarkan pada satu kali operasional alat distilasi selama 210 menit adalah sebesar Rp 2.488,5.

Gambar 2. Alat pemanas dan penyuling plastik menjadi bahan bakar minyak


B57


e.

d. Colokkan kabel pemanas pada arus listrik, hidupkan MCB pada kotak panel, atur termokontrol pada temperatur 250oC lalu tekan tombol set, dan hidupkan saklar pemanas pada posisi on (perhatikan nyala lampu pilot, warna hijau untuk stand by dan pemanas tidak bekerja, dan warna merah untuk keadaan pemanas bekerja). e. Alat pemanas bekerja selama 2,5 jam (150 menit) untuk mendistilasi limbah gelas air mineral sebanyak 1 kg (gunakan masker selama proses ini). f. Setelah melewati waktu selama 2,5 jam (150 menit), maka akan timbul gelembung-gelembung uap pada bejana kondensor dan waktu yang dibutuhkan sampai semua proses distilasi selesai selama 1 jam, biarkan sampai uap habis dengan sendirinya. Jadi total waktu yang diburuhkan adalah 3,5 jam (210 menit) uap dari distilasi plastik akan terpisah dengan air karena perbedaan berat jenis. g. Pastikan mematikan pemanas sampai uap yang dihasilkan pada bejana kondensor sudah benar-benar habis (berhenti menghasilkan gelembung uap), karena apabila pemanas dimatikan saat uap belum habis maka akan terjadi tekanan balik yang tinggi pada tabung reaktor sehingga bisa menyebabkan ledakan pada tabung reaktor. h. Dalam penelitian ini 1 kg plastik polietilen yang didistilasi menghasilkan ± 1 liter minyak distilasi plastik.

Kalor yang dihasilkan pemanas Diketahui: P=900W dan t=3,5 jam=12600 detik Q = 0,24 x P x t Q = 0,24 x 900 Watt x 12600 detik Q = 2721600 Kalori = 2721,6 kilo Kalori Jadi kalor yang dihasilkan pemanas selama 3,5 jam adalah 2721,6 kilo Kalori

b.

Proses Pembuatan Minyak Distilasi Plastik Polietilen Untuk menghasilkan minyak distilasi dari limbah plastik polietilen agar dapat digunakan sebagai bahan campuran dengan minyak solar dilakukan dengan cara mendistilasi plastik polietilen menjadi minyak dengan langkahlangkah sebagai berikut: 1. Tahap awal: a. Siapkan alat distilasi yang akan digunakan dan periksa rangkaian kelistrikan. b. Siapkan tabung reaktor dan pipa distilasi. c. Bersihkan limbah gelas air mineral dengan cara dicuci dan buang plastik bagian atasnya kemudian dikeringkan dengan cara dijemur dengan panas matahari. d. Potong limbah gelas air mineral yang sudah bersih menjadi bagian yang lebih kecil, pemotongan bisa dilakukan dengan menggunakan gunting maupun mesin penghancur plastik. e. Masukkan potongan limbah air mineral ke dalam tabung reaktor, dan pastikan tabung reaktor tertutup dengan rapat dan tidak ada kebocoran. 2. Tahap distilasi: a. Masukkan tabung reaktor ke dalam tungku pemanas dan tutup tungku pemanas kemudian dikunci dengan baut. b. Pastikan pipa distilasi pada dudukan tungku pemanas pada keadaan stabil dan periksa sambungan-sambungan pada pipa distilasi tidak ada kebocoran. c. Siapkan bejana yang telah diisi dengan air dan tempatkan pipa keluaran distilasi dalam bejana tersebut (bejana berfungsi sebagai kondensor dan penampung minyak dari hasil distilasi).


3. Tahap akhir: a. Pisahkan minyak dari distilasi plastik dengan air. b. Saring minyak distilasi plastik dari kotoran agar lebih bersih dari kotoran. c. Simpan minyak distilasi plastik pada tempat yang kedap udara agar tidak menguap. d. Bersikan tabung reaktor dari residu hasil distilasi plastik polietilen. c.

Nilai Kalor Hasil pengujian nilai kalor bakar digambarkan di dalam grafik DSC berbanding dengan waktu.

B58


e.

Gam mbar 3. Skala Pengukuran P Nilai N Kalor Baakar D Dengan DSC. d.

M Massa Jenis P Pengukuran massa jeniis menggunaakan piknoometer kapassitas volume 5 ml denngan tempeeratur ruang 25oC diukur dengan diigital balancce ketelitiann 0,01 mg dengan langgkah sebaggai berikut: 1. Siapkan sem mua sampel yang akan diuji pada masingg-masing gelas ukur sebanyyak 6 ml pada suhhu ruang 25oC dan tutup rrapat agar tidak teerjadi penguap pan. 2. Timbang besar masssa piknom meter menggunakaan digital balance, b pasttikan piknometer dalam kead daan kering dan bersih dan catat c massanyaa. 3. Timbang maassa piknomeeter berisi aquuades penuh, pastikan tidak ada udara yyang terperangkapp pada tutup p piknometer dan catat massannya. 4. Bersihkan piknometer p daari sampel denngan air hangat dan sabun lalu bilas denngan aquades, paastikan sebelum memasukkkan sampel berikutnya, piknometer daalam keadaan kerring dan bersih h. 5. Timbang semua sam mpel dan ccatat massanya.

Viskositas Pen ngukuran viskositas dengann menggunaakan viskomeeter ostwald menggunakan m n temperatur ruang 25oC menggunaakan aquadess sebagai pembandingnnya dilakuk kan dengann langkah seebagai berikutt: 1. Ten ntukan massaa jenis sampeel yang akann diteentukan viskkositasnya menggunakan m n pik knometer dan ddigital balancce. 2. Maasukan zat ccair ke dalam m viscometerr Osttwald sebaanyak 5 ml dengann meenggunakan piipet. 3. Sed dot sampel meelalui pipa uku ur viskometerr hin ngga melewatti batas ukur yang palingg atas. 4. Passang stopwatcch, mulai saat sampel turunn darri tanda bataas itu dan berhenti b saatt sam mpel berada di tanda batas b bagiann baw wahnya. 5. Cattat berapa lam ma zat cair itu turun. 6. Ulaangi sampai 3 kali penguku uran. 7. Berrsihkan dann keringkan viskometerr seb belum mengukkur sampel beerikutnya agarr tidaak terkontam aminasi dengan sampell seb belumnya. 8. Ulaangi dengan sampel yang g lain dengann lan ngkah yang sam ma. Tabel 2. N Nilai Viskositas No. 1 2 3 4 5 6

f.

Sampeel Minyak solarr Minyak distillasi plastik C 10 C 20 C 30 C 40

Viskositas (cp) 3,0036 3 0,7412 0 2,5516 2 2,2559 2 1,9081 1 1,6786 1

Opassitas Gas Buaang Peng ggunaan bahann bakar C 40

T Tabel 1. Hasil Penguukuran n Massa Jenis

Tabel 3. Pengukuran P Oppasitas Mengg gunakan C40.

N No.

Bahan Bakar (volume 1 liter)

Namaa sampel

(g/ml)

1

Aquadess

1,0269

2

Minyak solar

0,8712

3

Minyak distilasi plastik

0,7719

4

C 10

0,8595

5

C 20

0,8520

6

C 30

0,8409

7

C 40

0,8306


C 40

Wakt Temperat u ur Mesin (meni (OC) t ke-) 875 1 94 870 2 115 865 3 130 870 4 137 880 5 145 885 6 150 875 7 163 865 8 168 870 9 175 870 10 192 Opasitas O rata-rrata RP M

Opasitas (%) 17,48 17,49 17,45 17,43 17,44 17,46 17,41 17,43 17,44 17,45 17,448

B59


Jadi hasil pengukuran opasitas gas buang menggunakan bahan bakar C 40 mempunyai tingkat opasitas gas buang rata-rata sebesar 17,448% dengan putaran mesin stasioner sebesar 865-885 rpm selama 10 menit 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 1. Limbah plastik polietilen dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif mesin diesel dan bensin dengan metode blending. 2. Untuk menghasilkan minyak distilasi dari plastik polietilen dibutuhkan temperatur minimal 250oC dalam waktu 2,5 jam dan didapatkan sebanyak ± 1 liter minyak distilasi plastik. 3. Daya pemanas untuk alat distilasi adalah 350 Watt dengan tahanan pemanas sebesar 138,28 Ω dan kuat arus sebesar 2,27 A. 4. Besarnya konsumsi listrik yang dibutuhkan pemanas selama 2,5 jam dengan temperatur 250oC adalah 0,875 kWh dengan biaya sebesar Rp 2.488,5 dan nilai kalor yang dihasilkan pemanas 756 kilo Kalori. 5. Pengujian nilai kalor bakar menggunakan Differential Scanning Calorimetry (DSC) pada jangkauan temperatur 20o-400oC didapatkan nilai kalor bakar untuk minyak solar sebesar -177,4 µV/mg dan untuk minyak distilasi plastik -185,4 µV/mg. 6. Pengukuran massa jenis bahan bakar menggunakan piknometer didapatkan data, minyak solar 0,8712 g/ml, minyak distilasi plastik 0,7719 g/ml. Untuk bahan bakar campuran C 10 0,8595 g/ml, C 20 0,8520 g/ml, C 30 0,8409 g/ml dan C 40 0,8306 g/ml. Pengukuran dengan skala derajat API didapatkan data, minyak solar sebesar 30,9196, C 10 sebesar 33,1305, C 20 sebesar 34,5798, C 30 sebesar 36,7720, dan C 40 sebesar 38,8587. 7. Untuk hasil pengukuran viskositas menggunakan viskometer Ostwald pada bahan bakar campuran didapatkan besarnya viskositas untuk C 10 sebesar 2,5516 cp, C 20 sebesar 2,2559 cp, C 30 sebesar 1,9081 dan C 40 sebesar 1,6786 cp. 8. Pada pengujian opasitas mesin diesel dan bensin, hasil terbaik didapat dengan menggunakan bahan bakar C 40 dengan putaran mesin stasioner 865-885 rpm didapatkan opasitas rata-rata sebesar 17,448%.


5.2. Saran 1. Minyak distilasi plastik yang dihasilkan perlu diteliti lebih lanjut sehingga dapat digunakan secara langsung oleh masyarakat. 2. Perlu dilakukannya penelitian lebih lanjut dengan bahan baku limbah plastik selain jenis plastik polietilen secara terpisah. 3. Alat pemanas yang digunakan perlu dipelajari kembali agar mempunyai temperatur maksimal yang cukup tinggi tetapi hemat konsumsi listrik dalam pengoperasiannya. 4. Rancangan alat pemanas dan alat distilasi diharapakan dirancang lebih efektif dalam penggunaanya dan memiliki efisiensi yang tinggi. 5. Pengujian karakteristik bahan bakar perlu diteliti lebih banyak agar bisa menjadikan limbah plastik polietilen mempunyai standar yang diakui oleh masyarakat dan dimanfaatkan sebagai bahan bakar mesin diesel dan bensin oleh masyarakat secara luas. DAFTAR PUSTAKA [1] Bresnick, Stephen. 2002. Intisari Fisika. : Hipokrates. Jakarta [2] Bresnick, Stephen. 2004. Intisari Kimia Organik. Hipokrates , Jakarta. [3] Dorel Feldman dan Anton J. Hartomo. 1995. Bahan Polimer Konstruksi Bangunan. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta [4] E. Karyanto. 2008. Penuntun Pratikum Mesin Diesel dan bensin Volume 1. Restu Agung., Jakarta [5] Hari Amanto dan Daryanto. 2006. Ilmu Bahan. Bumi Aksara, Jakarta:. [6] Kadir, Abdul Wahab Abdoel. 2004. DasarDasar Perminyakan Untuk Pekerja Non Teknis. Perca., Jakarta [7] Keenan, Kleinfelter, Wood dan A. Hadyana Pudjaatmaka. 1992. Kimia Untuk Universitas Jilid 2. Erlangga, Jakarta: [8] Mukhibin. 2011. Mengubah Oli Bekas Menjadi Solar. Pustaka Solomon. Yogyakarta [9] Stevens, Malcolm P. 2001. Kimia Polimer. : Pradnya Paramita., Jakarta [10] Sudjadi. 1988. Metode Pemisahan. : Kanisisus. Yogyakarta.

B60


(K2-41-18)

KARAKTERISTIK POLA ALIRAN NANOFLUIDA Al2O3-Water DI SUSUNAN SUB BULUH SEGI EMPAT Anwar Ilmar Ramadhan1, As Natio Lasman2, Anggoro Septilarso2 1

Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320 2 Badan Pengawas Tenaga Nuklir (BAPETEN) Republik Indonesia Email: [email protected]

Abstrak Keselamatan merupakan masalah yang sangat diperhatikan dalam proses perancangan, pengoperasian dan pengembangan suatu reaktor nuklir. Oleh sebab itu, metode analisis yang digunakan dalam semua kegiatan tersebut harus teliti dan handal sehingga mampu memprediksi berbagai kondisi pengoperasian reaktor, baik pada kondisi operasi normal maupun pada saat terjadi kecelakaan. Di dalam reaktor nuklir PWR (Pressurized Water Reactor) dengan susunan elemen bahan bakar segi empat, dilakukan riset menggunakan nanofluida Al2O3-Water sebagai pendingin teras reaktor. Hasil yang akan dicapai untuk mengetahui pola aliran nanofluida di sub buluh susunan segi empat. Untuk mengetahui hal tersebut maka dapat dilakukan simulasi numerik dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) Code untuk dianalisis karakteristik pola aliran nanofluida Al2O3-Water di sub buluh elemen bahan bakar segi empat. Pola aliran yang terjadi di sub buluh susunan segi empat terlihat bahwa pola kecepatan aliran diawal silinder elemen bahan bakar mengalami penurunan kemudian mengalami fluktuatif kecepatan seiring adanya panjang silinder bahan bakar dan terjadinya aliran silang diantara elemen bahan bakar. Kata kunci: Nanofluida, kecepatan aliran, sub buluh, simulasi, reaktor nuklir.

Abstract Safety is an issue that is of considerable concern in the design, operation and development of a nuclear reactor. Therefore, the method of analysis used in these activities should be thorough and reliable so as to predict various reactor operating conditions, both under normal operating conditions and in the event of an accident. In the nuclear reactor PWR (Pressurized Water Reactor) with fuel elements of sub channel of rectangular, conducted research using nanofluids Al2O3-Water as a coolant reactor core. Results to be obtained to determine flow nanofluids patterns in sub channel of rectangular arrangement. To know that it can be carried out numerical simulations using CFD (Computational Fluid Dynamics) code to analyze the characteristics of the flow pattern nanofluids Al2O3-Water in sub channel rectangular fuel element. Flow patterns that occur in sub channel rectangular arrangement shows that the pattern of the flow velocity at the beginning of the cylinder fuel element decreased subsequently experienced fluctuating velocity along the length of the cylinder and the fuel cross-flow between the fuel elements. Keywords: Nanofluids, flow velocity, sub channel, simulation, nuclear reactor. 1. PENDAHULUAN Keselamatan merupakan masalah yang sangat diperhatikan dalam proses perancangan, pengoperasian dan pengembangan suatu reaktor nuklir. Oleh sebab itu, metode analisis yang digunakan dalam semua kegiatan tersebut harus teliti dan handal sehingga mampu memprediksi berbagai kondisi pengoperasian reaktor, baik pada kondisi operasi normal maupun pada saat terjadi kecelakaan. [1] Fluida pendingin yang biasa dipergunakan diteras reaktor nuklir PWR susunan sub buluh segi empat adalah fluida air ringan (H2O). Didalam penelitian ini digunakan nanofluida Al2O3-Water sebagai media pengambil panas hasil reaksi fisi nuklir. Tujuannya adalah agar


panas yang diambil dan perpindahan panas yang terjadi dapat optimal. Nanofluida Al2O3-Water digunakan karena nanofluida merupakan pencampuran antara nanopartikel Al2O3 dengan fluida air (H2O), dan secara teoritis nanofluida ini memiliki nilai perpindahan panas diatas fluida air biasa. Langkah awal penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik pola aliran yang terjadi pada nanofluida di susunan elemen bahan bakar susunas segi empat di teras reaktor nuklir tipe PWR. Dari Gambar 1 berikut, dalam riset ini diteliti dengan menggunakan pemodelan pada susunan elemen bahan bakar reaktor yang tersusun secara segi empat. Sehingga dapat

B61


diketahui pola aliran yang terjadi diantara elemen bahan bakar tersebut.

Dengan ukuran dimensi dari model diatas adalah: a. Diameter (D) elemen bahan bakar : 9.5 mm b. Tinggi (h) elemen bahan bakar : 4000 mm c. Pitch (P) antar elemen bahan bakar : 12.65 mm Kemudian langkah selanjutnya dilakukan mesh pada model, dapat dilihat pada Gambar 4 dibawah ini:

Gambar 1. Tampang lintang teras reaktor nuklir tipe PWR [2] 2. METODE PENELITIAN Dalam penelitian ini dilakukan simulasi numerik dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) Code, dimana langkah awalnya adalah melakukan pemodelan dari sub buluh susunan segi empat di teras reaktor PWR dengan menggunakan elemen bahan bakar seperti Gambar 2 dibawah ini:

Gambar 2. Elemen bahan bakar di PWR Kemudian berdasarkan Gambar 2, dibuatkan model dengan menggunakan program pemodelan seperti Gambar 3 dibawah ini:

Gambar 4. Hasil mesh dari model sub buluh elemen bahan bakar susunan segi empat Untuk data desain PWR dan juga kondisi fluida pendingin yang digunakan dalam penelitian ini seperti Tabel 1 dibawah ini: Tabel 1. Desain PWR dan kondisi fluida pendingin [3]. Power

Fuel

Coolant

Thermal 3800 MW Electrical 1280 MW Core

Rod, OD 9.5 mm Rod lattice pitch 12.65

Pressure 15.5 MPa Inlet Temp. 292oC Outlet Temp. 324oC Inlet Velocity 6.79 m/s

Length 3.81 m Diameter 3.66 m

Dengan menggunakan Tabel 1 untuk kondisi inputan di dalam simulasi numerik menggunakan persamaan k-ε standard yaitu, Model k-ε standard merupakan model semi empiris berbasis model persamaan transport untuk energi kinetik turbulen (k) dan laju disipasi (ε), yang dikembangkan oleh Launder dan Spalding. Energi kinetik turbulen (k) dan laju disipasi (ε), diperoleh dari persamaan transport berikut ini: (1) Dan,

Gambar 3. Pemodelan sub buluh susunan segi empat di teras reaktor PWR


(2)

B62


Dalam persamaan tersebut Gk menyatakan pembentukan energi kinetik turbulen dengan gradien kecepatan rerata. Gb adalah terbentuknya energi kinetik turbulen karena gaya apung (buoyancy). Ym menyatakan kontribusi fluktuasi dilatasi di dalam aliran turbulen tidak mampat terhadap laju disipasi secara keseluruhan. Sedangkan nilai C1ε, C2ε, C3ε adalah konstanta, σk dan σε masing-masing adalah bilangan turbulen Prandtl untuk k dan ε. Untuk Sk dan Sε didefinisikan sebagai suku sumber. C1ε= 1.44, C2ε = 1.92, C3ε = 0.09, σk = 1.0 dan σε = 1.3. Model k-ε standard digunakan untuk bilangan Reynold (Re) yang tinggi. Nanofluida yang digunakan adalah Nanofluida Al2O3-Water dengan fraksi volume 1%, 2% dan 3%, sehingga untuk Tabel properties fluida adalah seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Sifat-sifat nanofluida Al2O3-Water (1%, 2% dan 3%) [4] ∅ knf (W/mK) ρnf (kg/m3) μnf (kg/ms) Cp,nf (kJ/kgK)

1%

∅

2%

∅

3%

0.620

0.638

0.656

1021.7

1047.7

1073.8

8.17×10-

8.376×10-

8.576×10-

4.149

4.115

4.081

4

4

Gambar 7. Kontur pola aliran di sub buluh dengan susunan elemen bahan bakar segi empat menggunakan nanofluida Al2O3 (2%)

4

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dari pemodelan simulasi numerik pada sub buluh elemen bahan bakar dengan susunan segi empat dapat dilihat pola aliran pada sumbu z sepanjang elemen bahan bakar tersebut, dapat dilihat pada Gambar 5 – 8 dibawah ini:

Gambar 5. Kontur pola aliran di sub buluh dengan susunan elemen bahan bakar segi empat menggunakan fluida air ringan (H2O)


Gambar 6. Kontur pola aliran di sub buluh dengan susunan elemen bahan bakar segi empat menggunakan nanofluida Al2O3 (1%)

Gambar 8. Kontur pola aliran di sub buluh dengan susunan elemen bahan bakar segi empat menggunakan nanofluida Al2O3 (3%) Pada Gambar 5 - 8 memperlihatkan bahwa pola aliran berdasarkan kontur aliran fluida yang terjadi di sub buluh elemen bahan bakar terjadi aliran yang hampir merata disepanjang sumbu z di elemen bahan bakar. dan juga terlihat disepanjang sisi tepi kanan dan kiri dari sub buluh elemen bahan bakar terlihat adanya pola aliran fluida yang hampir merata pula. Pada Gambar tersebut juga memperlihatkan adanya pola aliran silang diantara sub buluh elemen bahan bakar. Aliran silang ini terjadi ketika diawal aliran mengisi diantara sub buluh elemen bahan bakar terjadi perpindahan aliran mengikuti temperatur fluida yang menaik, kemudian turun kembali ke posisi asal seiring ketinggian dari silinder elemen bahan bakar. Terlihat pada kontur Gambar 5 – 8 adanya pola distribusi temperatur fluida diawal besar kemudian menurun lalu menaik temperatur fluida tersebut, hal ini diakibatkan oleh aliran silang

B63


tersebbut. Ini terjaddi baik pada fluida air rinngan (H2O)) maupun unntuk nanoflu uida Al2O3-W Water (1%, 22%, 3%). Hal ini menunjukkan pola aaliran berdasarkan konturr tersebut baiik itu pada flluida air ringan mauupun nanoffluida mem miliki kecennderungan poola aliran yan ng hampir saama, baik ddiawal, ditenggah maupun dibagian d atas dari elemeen bahan bakkar tersebut ketika k dialiri oleh fluidaa.

4. KESIM MPULAN Pad da penelitiann ini dapat disimpulkann yaitu: 1. Pola aliran dari ffluida pendingin pada subb buluh h elemen bahhan bakar den ngan susunann segi empat terlihaat bahwa terjaadi pola alirann yang g hampir meerata sepanjang sumbu z elem men bahan bakkar. Dan adany ya pola alirann silang yang terjjadi diantaraa sub buluhh elem men bahan baka kar. 2. Distrribusi kecepaatan aliran fluida yangg terjad di sepanjang sumbu z elemen bahann bakaar dapat diiamati bahw wa distribusii kecep patan aliran fluida untuk nanofluidaa Alum mina 3% leebih besar dibandingkann terhaadap Aluminaa 2% dan 1% %, dan untukk distriibusi kecepaatan aliran fluida untukk fluid da pendinginn biasa leebih rendahh diban ndingkan ddari ketiga nanofluidaa tersebut. R PUSTAKA DAFTAR

Gambbar 9. Distriibusi kecepaatan fluida yyang terjaddi pada sub buluh susunan segi empat Pada Gambar 9, dapat dilihat pula diaawal alirann terjadi peniingkatan aliraan fluida, hall ini terjaddi dikarenakaan adanya aliran turbullensi diawaal aliran, seirring dengan faktor ketingggian elemeen bahan bakkar berangsurr-angsur menu nurun pola aaliran fluida. Hal ini terjad di pada pendiingin menggunakan fluuida air rin ngan dan juga nanoffluida. Dari Gambbar 9, mem mperlihatkan pula bahwaa kecepatan aliran fluid da pada massingmasinng fluida penddingin berbedaa-beda, nanoflluida dengaan nanopartikel Alumina 3% 3 memiliki pola keceppatan aliran fluida fl diatas dari d Aluminaa 2% maupuun 1%, dan juuga pola aliran n kecepatan aaliran fluidaa untuk fluidaa air ringan (H H2O) lebih renndah dari kketiga nanofluuida tersebut. Hal ini berkaaitan hubunngan dengan kerapatan dan n kekentalan dari masinng-masing fluuida. Kerap patan nanoflluida lebih besar dibandiingkan dengan n fluida air bbiasa, sehinggga mengakkibatkan bessarnya distriibusi keceppatan nanofluiida dibandingk kan dengan flluida air biaasa. Begitu pula dengan kekeentalan nanoflluida lebih kecil dibanddingkan dari fluida air bbiasa, sehinggga gaya apunng dari nanoffluida lebih rinngan sehinggga setelah terkena gaaya dari aaliran turbullensi diawal aliran a menyeb babkan keceppatan alirann fluida dari naanofluida yang digunakan llebih besar dibandingkann oleh fluida air a ringan biasaa.


U 2007, SStudi Termoh hidrolik Padaa [1] E. Umar, Reak ktor Nuklir-PPenelitian Berrbahan Bakarr Silinder, Disertaasi Teknik Mesin, M ITB,, Band dung [2] Anon nymous, 20003, The Westinghouse W e AP10 000 Advanceed Nuclear Plant: Plantt Desccription, Wesstinghouse Electric E Co.,, LLC [3] Nem matollahi, dkkk, 2011, The Analysis off Fuel Assembly Spacer Grid ds on Heatt Tran nsfer Parametters in a Ty ypical PWR,, Shira az University, Iran [4] Pand dey, A.K., 20111, A Compu utational Fluidd Dynaamics Study of Fluid Flo ow and Heatt Tran nsfer in a Micrro Channel, Tesis T Program m Magister, Nationaal Institute off Technologyy Rourrkela, India.

B64


(K2-42-19)

ANALISA KEMAMPUAN POMPA EMERGENCY SEAL BFP SEBAGAI ALTERNATIF PENGISI AIR MAIN DRUM UNIT 5 PLTU XY Yusvardi Yusuf, Slamet Wiyono, Andi Rahman Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Fak. Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Cilegon-Banten 41353 E-mail: [email protected]

Abstrak Pendinginan plat metal pada Main Drum dan pengisian awal Main Drum pada saat unit tidak beroperasi dilakukan oleh Condensate Extraction Pump. Penggunaan Condensate Extraction Pump tersebut memerlukan penggunaan daya listrik yang cukup besar. Dengan demikian perlu dicarikan solusi untuk menggantikan peran Condensate Extraction Pump tersebut, yaitu dengan menggunakan Emergency Seal BFP untuk melakukan pendinginan plat metal pada Main Drum dan pengisian awal Main Drum. Penggunaan Emergency Seal BFP untuk fungsi diatas dilakukan dengan menambahkan pipa sehingga terhubung antara pipa discharge Emergency Seal BFP dengan saluran setelah katup 26. Berdasarkan hasil perhitungan, didapatkan hasil dimana penggunaan Emergency Seal BFP dapat melakukan fungsi Condensate Extraction Pump seperti diatas. Dengan memperhatikan pola pengoperasian pada saat pengisian main drum, maka diperoleh Daya operasional masing-masing pompa yang memiliki perbedaan sebesar 737,4 kwh dimana pompa Emergency Seal BFP menggunakan daya yang lebih kecil dibandingkan Condensate Extraction Pump. Dengan harga listrik industri Rp.915,00/kwh, maka dalam keadaan diatas dapat menghemat biaya operasional pompa sebesar Rp 674.721,00 dalam setiap kali pengisian main drum pada saat unit overhaul dengan menggunakan pompa Emergency Seal BFP. Kata kunci: Condensate Extraction Pump, Emergency Seal BFP, Main Drum, Katup 26.

Abstract Cooling of metal plat in main drum and pre recharging at out of operation unit doing by condensate extraction pump. Using of condensate extraction pump that needs more electrical power. Such was the case need search solution for substitute of condensate extraction pump that is using emergency seal BFP for make cooling metal plat and recharging in main drum. Utilizing of emergency seal BFP for cooling metal plat and recharging main drum doing affix the pipe so between discharge emergency seal BFP pipe with channel connecting after valve number 26. Based on calculation result be found using of emergency seal BFP can be doing purpose condensate extraction pump. With observe pattern of operation at recharging main drum, the result operation power of pump have value 737.4 kwh where emergency seal BFP pump using small power just than condensate extraction pump. By way the price of industrial electrical Rp 915.00/kwh, then operational expense economize of pump in the amount of Rp 674,721.00 within each and every recharging main drum at of overhaul unit with using emergency seal BFP Keyword: Condensate Extraction Pump, Emergency Seal BFP, Main Drum, Katup 26 1. PENDAHULUAN Energi merupakan salah satu kebutuhan dasar yang diperlukan oleh manusia untuk memenuhi berbagai kebutuhan hidupnya ataupun untuk meningkatkan kesejahteraan hidupnya. Salah satu kebutuhan akan energi adalah energi listrik. Energi listrik adalah kebutuhan hidup yang sangat dibutuhkan untuk saat ini. Untuk memperoleh energi listrik diperlukan suatu proses pembangkitan energi listrik dengan menggunakan suatu Pembangkit Listrik.


Untuk pembangkitan energi listrik dapat menggunakan berbagai jenis sumber tenaga pembangkitan, yaitu air, panas bumi, angin, matahari, minyak bumi, batubara, gas alam, dan nuklir. Dengan menggunakan berbagai sumber tenaga tersebut, listrik dapat dibangkitkan. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan uap sebagai media untuk memutar sudu-sudu turbin dan menggerakkan generator sehingga dapat menghasilkan listrik. PLTU pada

B65


umunya menggunakan bahan bakar seperti minyak bumi dan batubara. Bahan bakar tersebut digunakan untuk memanaskan air hingga menjadi uap kering yang selanjutnya dapat digunakan untuk memutar sudusudu turbin. Air merupakan salah satu kebutuhan dasar pada PLTU. Untuk menjaga kehandalan PLTU maka air yang digunakan dalam sistem pembangkit harus dijaga kualitasnya. Selain itu, untuk menjaga kehandalan PLTU juga diperlukan perawatan unit secara berkala (periodic maintenance). Salah satu perawatan berkala adalah overhaul unit pembangkit secara keseluruhan. Hal ini perlu dilakukan untuk mengetahui tingkat kehandalan unit pembangkit. Overhaul juga dapat digunakan untuk mengetahui permasalahan-permasalahan yang terdapat pada unit pembangkit sehingga dapat dilakukan perbaikan pada permasalahan-permasalahan tersebut. Pada pelaksaan overhaul air masih terus disirkulasikan mengisi level main drum untuk menurunkan temperatur plat metal. Untuk sirkulasi air ini digunakan satu pompa yaitu, Condensate Extraction Pump. Pompa ini memiliki daya yang cukup besar. Untuk menjaga efisiensi yang lebih baik lagi, maka diperlukan suatu upaya untuk menggunakan pompa lain untuk menggantikan fungsi CEP pada saat overhaul dan dengan daya yang lebih kecil. 2. METODE PENELITIAN Metode Penelitian yang digunakan adalah dengan Menganalisa kemampuan pompa melalui kalkulasi matematis berdasarkan data-data sistem dan membandingkan efisiensi ekonomis dari kedua pompa. Berikut ditampilkan tabel hasil pengambilan data-data teknis dilapangan, maupun data yang diambil dari manual book. No 1 2 3 4 5 6 No 1 2 3 4 5 6

Tabel 1.Data Condensate Extraction Pump Parameter Satuan Nilai Daya Kw 2126 Tegangan Volt 10500 Arus Listrik Ampere 148 Putaran Rpm 1480 Head Meter 308 Kapasitas M3/h 1760 Tabel 2.Data Emergency Seal BFP Parameter Satuan Nilai Daya Kw 37 Tegangan Volt 400 Arus Listrik Ampere 70 Putaran Rpm 2935 Head Meter 300 Kapasitas M3/h 20


No 1 2 3

No 1 2 3 4 5

No 1 2

No 1 2 3

1 2 3

1 2 3

Tabel 3.Data Condensate Storage Tank Parameter Satuan Nilai Kapasitas M3 500 Diameter mm 6770 Tinggi mm 14400 Tabel 4.Data Steam Drum Parameter Satuan Nilai Panjang Meter 25 Diameter mm 1828,8 Ketebalan mm 191 Design Kg/cm2 209,2 Pressure 0 Design C 369 Temperature Tabel 5.Data Tinggi Muka Air Parameter Satuan Nilai CST Meter 13,4 Main Drum Meter 72,1 Tabel 6.Data Saluran Seal Water Parameter Satuan Nilai  Pipa Saluran Seal Water menuju BFP Diameter inch 3,5 Panjang Meter 208,67 Total Siku buah 29  Pipa Saluran Seal Water menuju Booster BFP Diameter inch 1,5 Panjang Meter 20 Total Siku buah 8  Pipa Saluran setelah Katup 26 menuju Main Drum Diameter inch 6,5 Panjang Meter 210,25 Total Siku buah 36

3. HASIL DAN PEMBAHASAN  Menentukan Kemampuan Kapasitas Head Pompa Untuk mengetahui kemampuan Emergency Seal Boiler Feed Pump untuk mengisi Main Drum, maka diperlukan analisa perhitungan untuk meyakinkan Emergency Seal Bolier Feed Pump dapat mengisi Main Drum. Analisa perhitungan tersebut menggunakan analisa perhitungan head total pada pompa. Head total sistem yang harus dianalisa adalah head statik, major losses, minor losses, serta beda tekanan antara permukaan hisap dan tekan.

B66


Untuk perhitungan head total dapat digunakan persamaan dibawah ini (Sularso, 1985) :

v2 H  ha  h p  hl  .................(1) 2g Dimana : H ha

∆hp

= Head total pompa (m). = Head statis pompa (m). Head ini adalah perbedaan tinggi antara muka air di sisi tekan dan sisi hisap; tanda positif (+) digunakan apabila muka air di sisi tekan lebih tinggi dari sisi hisap. = Perbedaan head tekanan pada kedua permukaan air (m).

p  p1 h p  2 ............................(2)  .g hl = Rugi-rugi head di pipa, katup, pipa siku, sambungan (m). g = Percepatan gravitasi (= 9,81 m/s2).  Perhitungan Head Statis Pompa Pada perhitungan head statis, maka diperlukan data mengenai tinggi muka air pada sisi tekan pompa dan tinggi muka air pada sisi hisap pompa. Dalam hal ini, sisi hisap pompa Emergency Seal BFP adalah air pada Condensate Storage Tank (CST) sedangkan pada sisi tekan pompa adalah air pada Main Drum. Berdasarkan data di lapangan, tinggi muka air pada sisi hisap pompa atau tinggi muka air pada Condensate Storage Tank (CST) adalah 13,4 m dan tinggi muka air pada sisi tekan pompa atau tinggi muka air pada Main Drum adalah 72,1 m. Maka nilai head statis pompa Emergency Seal BFP adalah :

 Head tekanan permukaan air pada sisi tekan yaitu pada Main Drum adalah 1 kg/cm2 atau 98066.5 Pa. Untuk kondisi fluida kerja adalah air dengan temperatur 30 0C. Dengan kondisi air seperti ini maka memiliki kerapatan sebesar 995,6 kg/m3 dan viskositas dinamik 0,798 x 10-3 kg/m s (Olson and Wright, 1993). Maka nilai head tekanan permukaan adalah :

p 2  p1  .g (98066,5)  (490) h p  (995,6).(9,81) h p 

 h p  120,997 m  Menentukan Rugi-Rugi Head Pipa, Pipa Siku, dan Sambungan Untuk mentransfer air dari Emergency Seal BFP Pump ke Main Drum melalui line setelah katup 26 tanpa menganggu fungsi Emergency Seal BFP Pump itu sendiri yaitu menyuplai seal water untuk Booster BFP dan BFP-T. Untuk menentukan nilai rugi-rugi pipa, pipa siku, dan sambungan adalah :  Head Kerugian Pada Pipa 1. Pipa diameter 3,5 inch (0,0889 m) adalah pipa-pipa pada saluran seal water dari Emergency Seal BFP Pump menuju ke BFP dengan total panjangnya adalah 208,67 m dan total pipa siku adalah 29 buah. Kecepatan rata-rata :

v

Dimana : v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). Q = kapasitas total pompa (m3/s). A = luas penampang pipa (m2).

ha  hhisap  htekan ............................(3)

ha  13,4  72,1  58,7 m.

 Perhitungan Head Tekan Permukaan Untuk menentukan head tekan permukaan, maka terlebih dahulu harus menentukan head tekanan yang bekerja pada tiap-tiap permukaan. Head tekan disini adalah tekanan dalam keadaan Unit stop.  Head tekanan permukaan air pada sisi hisap yaitu pada Condensate Storage Tank adalah 0,49 kPa atau 490 Pa.


Q ...................................(4) A

Maka diperoleh :

v

Q 0,0055   0,8947 m/s.  A 2 ( ).(0,0889) 4

Dengan menggunakan diagram Moody, akan diperoleh untuk pipa baja karbon (asumsi) memiliki kekasaran absolut  = 0,045 mm, sehingga kekasaran relatif R = /d = 0,506 x 10-3.

B67


Bilangan Reynolds (Kumar, 2000) :

Re 

vd 



Bilangan Reynolds : ,.................................(5)

Dimana : = Bilangan Reynolds. Re v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). d = diameter pipa (m).  = massa jenis fluida (kg/m3).  = viskositas dinamik (kg/m s).

Re  

vd 



(0,8947).(0,0889).(995,6) 0,798x103

 9,923x10 4 Selanjutnya, dengan menggunakan diagram Moody akan didapatkan faktor gesekan, f = 0,03.

Re 

vd 




Re  

vd 



(4,820).(0,0381).(995,6) 0,798x10 3

 2,29x105 Selanjutnya, dengan menggunakan diagram Moody akan didapatkan faktor gesekan, f = 0,029. Persamaan Darcy :

Persamaan Darcy (Olson and Wright, 1993):

l hl  f   v 2 ,........................(6) 2 g d 208,67 hl  0,03   0,89472 2  9,81 0,0889 hl a  2,873 m.

l  v2 2 g d 20 hl  0,029   4,822 2  9,81 0,0381 hl b  18,026 m. hl  f 

1. 2. Pipa diameter 1,5 inch (0,0381 m) adalah pipa-pipa pada saluran seal water yang menuju Booster BFP dan SU BFP dengan total panjangnya adalah 20 m dan total pipa siku adalah 8 buah. Kecepatan rata-rata:

v

Q A

Dimana: v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). Q = kapasitas total pompa (m3/s). A = luas penampang pipa (m2). Maka diperoleh :

v

Q 0,0055   4,820 m/s.  A 2 ( ).(0,0381) 4



Pipa diameter 6,5 inch (0,1651 m) adalah pipa-pipa pada saluran setelah katup 26 menuju Main Drum. Namun, pada pipa-pipa ini hanya dilakukan pengukuran panjang pipa hingga Back Pressure Valve dikarenakan setelah Back Pressure Valve pipa berada dalam Boiler. Total panjang pipa adalah 210,25 m dan total pipa siku adalah 36 buah.

Kecepatan rata-rata:

v

Q A

Dimana : v = kecepatan rata-rata fluida (m/s). Q = kapasitas total pompa (m3/s). A = luas penampang pipa (m2). Maka diperoleh :

v

Q 0,0055   0,2568 m/s.  A 2 ( ).(0,1651) 4

B68



hl  0,9 

Sehingga total kerugian fitting pada pipa ini adalah : hla = 0,037 x 29 = 1,065 m.

Bilangan Reynolds :

Re 

vd 



2.


Re  

hl  K 

4,820 2 hl  0,9   1,066 m. 2  9,81

(0,2568).(0,1651).(995,6) 0,798x10 3

Sehingga total kerugian fitting pada pipa ini adalah : hlb = 1,066 x 8 = 8,528 m.

 5,289x10 4 3.

l  v2 2 g d 210,25 hl  0,038   0,25682 2  9,81 0,1651 hl c  0,163 m.

v2 hl  K  2g

hl  f 

Dengan faktor K adalah 0,9 untuk fitting 900, maka :

hl  0,9 

Sehingga total head kerugian pada pipa adalah : hl1 = hl a + hl b + hl c

Head Kerugian Pada Fitting

1.

Pipa diameter 3,5 inch (0,0889 m) dan total fitting 900 adalah 29 buah. Head kerugian pipa siku dapat diperoleh melalui persamaan :

v2 hl  K  (Kumar,2000),............(7) 2g Dengan faktor K adalah 0,9 untuk fitting 900, maka :



Persamaan Darcy :



v2 2g

Dengan faktor K adalah 0,9 untuk fitting 900, maka :



= 2,873 + 18,026 + 0,163 = 21,062 m


vd 

Selanjutnya, dengan menggunakan diagram Moody akan didapatkan faktor gesekan, f = 0,038.

0,8947 2  0,037 m. 2  9,81

0,25682  0,031m. 2  9,81

Sehingga total kerugian fitting pada pipa ini adalah : hlc = 0,031 x 36 = 1,116 m. 

Sehingga total head kerugian pada seluruh fitting adalah : hl2 = hla + hlb + hlc = 1,065 + 8,528 + 1,116 = 10,709 m.



Berdasarkan perhitungan diatas, maka total rugi-rugi instalasi pipa adalah : hl = hl1 + hl2 = 21,062 + 10,709 = 31,771 m. Menentukan Head Kecepatan Untuk head kecepatan = 0 karena fluida berhenti pada Condensate Storage Tank pada sisi hisap dan pada Main Drum pada sisi tekan.



B69


= 325,6 kwh 

Berdasarkan seluruh perhitungan diatas maka akan didapatkan nilai Head Total :

H  ha  h p  hl 

2

v , 2g

dimana : H = (-58,7) + 120,997 + 31,771 + 0 = 94,068 m 

Analisa Ekonomis Pompa Untuk mendapatkan kesimpulan apakah penggunaan pompa Emergency Seal BFP dapat memberikan keuntungan dari sisi finansial dibandingkan penggunaan pompa Condensate Extraction Pump maka dalam hal ini diperlukan analisa ekonomis dari kedua pompa. Pada saat awal overhaul, pompa CEP akan terus beroperasi untuk mensirkulasikan air hingga level deaerator untuk kemudian dikembalikan ke Hotwell, selain itu pompa ini digunakan untuk mengisi main drum dalam rangka proses pendinginan plat metal main drum. Pola pengoperasian dalam pengisian Main drum adalah dengan membuka katup 26 dengan cara di throtle sebesar 20% selama 0,5 jam. Berdasarkan data ini maka dapat diperoleh volume air yang dipompakan kedalam main drum, yaitu : 1 . . 5 Dimana : V = Volume air yang dipompakan kedalam main drum ( m3) Q = Kapasitas pompa (m3/h) t = Waktu (h) jadi,

. . = . 1760.0,5 = 176 m3

Maka waktu yang dibutuhkan Pompa Emergency Seal BFP untuk mengisi main drum sebanyak 176 m3 adalah : t = V/Q = 176/20 = 8,8 h Sehingga total daya yang digunakan kedua pompa,masing-masing adalah :  Condensate Extraction Pump = t.Ppompa Ptotal = 0,5.2126 = 1063 kwh  Emergency Seal BFP = t.Ppompa Ptotal = 8,8.37


Dengan harga listrik industri Rp.915,00/kwh, maka dengan demikian biaya operasional kedua pompa, masing-masing adalah :  Biaya CEP = 1063.915 = Rp 972.645,00  Biaya ES BFP = 325,6.915 = Rp 297.924,00 Berdasarkan perhitungan diatas, maka terdapat selisih biaya sebesar Rp 674.721,00 dalam setiap kali pengisian main drum pada saat unit overhaul dengan menggunakan pompa Emergency Seal BFP. 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1. Kesimpulan Berdasarkan paparan hasil analisa diatas maka dapat disusun suatu kesimpulan, yaitu : 1. Spesifikasi Emergency Seal Boiler Feed Pump dengan head pompa hingga 300 m dapat dimanfaatkan untuk menggantikan fungsi dari Condensate Extraction Pump. 2. Fungsi Condensate Extraction Pump yang dapat digantikan adalah sebagai pendinginan plat metal Main Drum pada saat unit stop. Selain itu, dapat pula digunakan sebagai pengisian awal saat unit akan dilakukan start. 3. Penggunaan Emergency Seal Boiler Feed Pump adalah sangat handal jika ditinjau dari sumber listrik yang digunakan. Sumber listrik yang digunakan berasal dari essential, dimana sumber ini adalah harus selalu ada yang bersumber dari UST, SST, Emergency Diesel Generator, dan Baterai. Maka Emergency Seal Boiler Feed Pump dapat digunakan kapan saja. 4. Penggunaan Emergency Seal Boiler Feed Pump sebagai pengganti fungsi Condensate Extraction Pump dapat menghemat daya hingga 737,4 kW. Jika dikonversikan kedalam bentuk Rupiah maka akan dapat menghemat hingga Rp 674.721,00 dalam setiap kali pengisian main drum pada saat awal unit overhaul. 4.2. Saran Diperlukan analisa lebih lanjut mengenai desain saluran yang akan dibuat pada saluran setelah katup 26 yang akan terhubung dengan saluran Emergency Seal Boiler Feed Pump beserta pemilihan desain katup yang digunakan pada saluran tersebut.

B70


DAFTAR PUSTAKA [1] Kumar, K.L., Engineering Fluid Mechanics, Eurasia Publishing House (P) LTD, New Delhi, 2000. [2] Modul Operasi Indonesia Power, Pengenalan Dasar PLTU Batubara, Suralaya, 2008. [3] Olson, Reuben M. and Wright, Steven J., Dasar-Dasar Mekanika Fluida Teknik, Edisi Kelima, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993. [4] Situmorang, Hartono, Perancangan Pompa Pengisi Ketel Boiler Feed Pump Pada PLTU 50 MW, UGM, Yogyakarta, 2006. [5] Sularso dan Tahara, H., Pompa Dan Kompresor, P.T. Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.


B71


(K2-48-21)

ANALISA HASIL REAKSI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR YANG MENGGUNAKAN OKSIDATOR UDARA DAN MENGGUNAKAN GAS OKSIGEN Setiyono, I Gede Eka Lesmana, Rini Prasetyani Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 E-mail: [email protected], [email protected], ,[email protected]

Abstrak Tulisan ini membuat analisa hasil reaksi pembakaran bahan bakar yang menggunakan oksidator udara dan menggunakan oksidator oksigen.Yang kami analisa adalah bahan bakar gas NG (Natural Gas) dan bahan bakar cair (modified fuel oil). Dari hasil penggunaan oksidator yang berbeda diharapkan menghasilkan panas pembakaran yang lain serta memperoleh jumlah dan mutu emisi gas buang yang sangat menguntugkan bagi manusia dan lingkungannya. Untuk membuktikan hal tersebut diatas kita memerlukan alat bakar (burner) yang dirancang untuk bekerja dengan oksigen murni dan juga dapat bekerja dengan baik apabila menggunakan oksitor udara. Diharapkan dari hasil analisa ini akan memperoleh penambahan energy sekitar 40% dan mengurangi jumlah gas buang yang dihasilkan dari pembakaran dapat mencapai kurang lebih 60%. Kata kunci: Meningkatkan nilai kalor bahan bakar, pengurangan volume gas buang, memperbaiki mutu emisi gas buang.

Abstract This paper makes analysis of the reaction products of fuel combustion that uses an oxidant air and use oxygen oxidizer. Our analysis is that the fuel gas NG (Natural Gas) and liquid fuels (modified fuel oil). From the results of the use of different oxidizing expected to produce hot combustion others and obtain the quantity and quality of the exhaust emissions are very advantageous to humans and the environment. To prove the above we need to get the burn (burner) which is designed to work with pure oxygen and can also work well when using an oxidizing air. Expected from the results of this analysis will acquire approximately 40% additional energy and reduce the amount of exhaust gases produced from combustion can reach about 60%. Keywords: Improve the calorific value of the fuel, the reduction of flue gas volume and improve the quality of emissions

1. PENDAHULUAN Industriawan sangat membutuhkan penghematan bahan bakar, terutama pada saat ini, dimana harga bahan bakar akan terus naik dan tidak mungkin akan turun harganya dimasa datang. Hal ini sangat menyulitkan bagi dunia usaha dan pemerintah. Industri terus berkembang untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dan kebutuhan bahan bakar juga akan bertambah. Semakin besar kebutuhan bahan bakar, semakin besar pula Pemerintah mengeluarkan dana subsidi untuk pembelian bahan bakar Menciptakan bahan bakar baru non fosil berkembang sangat lambat bahkan mati suri. Dalam tulisan ini penulis mencoba menganalisa proses kimia reaksi pembakaran bahan bakar dan yang mungkin nanti Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila ISBN 978-602-17026-0-4

menerapkanya pada pemakaian yang sebenarnya.Harapan kami, proses baru tersebut dapat memperbaiki situasi gejolak kebutuhan bahan bakar ditahun mendatang. 2. TUJUAN Adapun penelitian ini bertujuan :  Meningkatkan penghematan bahan bakar  Mengurangi down time produksi  Memperbaiki mutu produksi  Mempermudah pengendaian proses  Mengurangi produksi emisi gas buang dan memperbaiki mutu gas buang.  Memperpendek nyala api (flame) yang keluar dari alat bakar (burner).

B72


3. PE ENGUMPUL LAN DATA A Kiita coba mennganalisa pro oses pembakaaran daari tiga bahann bakar: Kompposisi kimia bahan bakar.

a.

susunan CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 CO2 H2 H2S C S CO

NG 94,70% 1,50% 0,60% 0,90% 0,00% 0,00% 0,50% 0,66% 0,90% 0% 0% 0% 0,24%

LPG G 57,65% 6,00% 25,00% 1,45% 1,00% 0,00% 0,50% 8,40% 0% 0% 0% 0% 0%

MFO 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0,7% 0% 10,5% 0% 85,6% 0,7% 0,5%

R Reaksi kimiaa yang terjaadi pada prroses ppembakaran sebagai s beriku ut : C CH4 + 2O2 = 1CO2 + 2H20

C CH6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H 3 2O C3H8 + 4 O2 = 3CO2 + 2H H20 C4H10 + 6,5 O2 = 4 CO2 + 5 H2O C5H12 + 8 O2 = 5 CO2 + 6 H2O C6H14 + 9,5 O2 = 6 CO2 + 7 H20 2 H2 + 02 = H2O H2S + 1,5 O2 = H2O + SO S 2 C + O2 = CO2 S + O2 = SO O2 22CO + O2 = 2 CO2 3.3 R Reaksi pembbakaran yan ng menggunaakan uudara sebagai oksidator. Sebaggai contoh kitta gunakan bahan b bakar CH4 dan reeaksi pembakaaran sbb: (1) CH4 + udara CO2 + 2H2O + N2 Udaraa terdiri dari 20,5% O2 + 79,5% N2 Atau 1 bagian O2 + 3,878 bagian n N2 d dapat dirubah sebbagai Sehinngga reaksi diatas berikuut : CH4+ 2O2 +7,756 N2

CO2+2H2O +7,756 N2 (2 )

Udaara sebagai ok ksidator

3.4 Reak ksi pembakaraan menggunak kan oksigen sebag gai oksidator Dengan menggunakan m oksigen sebaagai oksidatorr maka reak ksi pembakarran CH4 menjadi sebagaii berikut : O2 CH4 + 2O

C CO2 + 2H2O

(3)

m Reaksi inii lebih sederhhana, tanpa N2 ikut dalam pembakaran. 3.5 Nilaii kalor bahan bbakar. Untuk menghitung m nnilai kalor bahan bakarr digunakan n rumus sebaggai berikut : Nilai kalor bahan gas : han bakar cairr Untuk meenghitung Nillai kalor bah diperoleh secara empiriis, yang rumu usnya didapatt Mendeleev sebbagai berikut : dari D.I.M Qa=4,187{81Cp+300Hpp–26(Op–Sp)} Atau A Qa={81Cp+300Hp–26(O Op–Sp)} kcal/kg

kJ/kgg

kcal/kgg

Untuk meenghitung nnilai kalor bawah ( Qb ) bahan bakar rumus yyang digunak kan sebagaii berikut : Qb=4,187{81Cp+300Hpp–26(Op–Sp)-(6Wp+ 9Hp)} kJ/k k Atau A Qb={81Cp+300Hp–26(O Op–Sp)-(6Wp+9H + p)} kcal/kg k 3.6 Bahaan Bakar Gas Untuk meenghitung nillai kalor bahaan bakar gass perlu tahu u susunan baahan kimia yang y terdapatt dalam bah han bakar gass.Rumus perh hitungan yangg digunakan n sebagai berikkut : Qb = qco.% %CO + qCxHy .% % CxHy + qH2.%H2 (kJ/m m3ataukcal/m3 )

N Nitrogen adaalah gas inerrts, jumlah vvolume yang masuk dan yang keluar k dalam reaksi tetap(7,756 baagian), hanya temperaturnyya yang berbeda. S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Dimana : q.. nilai kalorr masing-masiing gas.

B73


3.7 Industri di Indonesia. Industri yang banyak menggunakan energy untuk proses produksinya sebagai berikut :  Industri baja temperatur proses : 1650 oC  Rolling mill temperature kerja 1050 oC  Pengecoran besi temperature kerja : 1400 oC  Peleburan tembaga tempt kerja :1450 oC  Peleburan aluminium tempt kerja : 800 oC  Peleburan timah temperature kerja : 700 oC  Industri kaca temperature kerja :1650 oC  Industri keramik temperatur kerja : 1650 oC  PLTG bekerja pada temperatur : 1150 oC  Pulp and paper  Industri kimia Teknik pembakaran di Indonesia termasuk teknik yang boros bahan bakar, karena pembakaran yang ada merupakan peralatan yang dijual murah di Luar Negeri. Peralatan tersebut dijual murah karena sudah ketinggalan jaman. karena itu dijual ke negara berkembang. Industri mereka sudah diganti dengan peralatan bakar yang irit bahan bakar.

Mengurangi nitrogen,mengganti dgn oksigen,15300C Initial temperatur Spec.heat

0

1.550 C end temperatur

30 cal/C/L

0,5578

0,4425

0,6530

0,3449

0,5440

kcal/m3

1,03

0,98

0,00

5161,00

0,00

12116,09

kcal/m3

13278,88

kcal/m3

BTU/m3

52694,59

BTU/m3

1365,48

BTU/scf

1496,52

BTU/scf

Hasil pembakaran 100 m3 LPG menggunakan oksidator udara FLUE GAS H2O 115,30 18,00 50,00 7,25 6,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 196,55 14,61%

COMPOSITION O2 N2 0,00 447,14 0,00 81,44 0,00 387,80 0,00 36,55 0,00 31,02 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 984,46 0,00% 73,20%

M3 SO2 TOTAL 0,00 620,09 0,00 111,44 0,00 512,80 0,00 49,60 0,00 42,02 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 1344,86 0,00% 100,00%


38,85

oksigen

/

Fuel gas 100 m3 M3 comp. % m3 O2 N2 CH4 57,65% 57,65 115,30 C2H6 6,00% 6,00 21,00 C3H8 25,00% 25 100,00 C4H10 1,45% 1,45 9,43 C5H12 1,00% 1,00 8,00 C6H14 0,00% 0,00 0,00 N2 0,50% 0,50 CO2 8,40% 8,40 H2 0% 0,00 0,00 H2S 0% 0,00 0,00 C 0% 0,00 0,00 CO 0% 0,00 0,00 Total 100,00% 100,00 253,73 20,50%

FLUE GAS CO2 H2O 57,65 115,30 12,00 18,00 75,00 50,00 5,80 7,25 5,00 6,00 0,00 0,00 0,00 0,00 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 253,73 163,85 196,55 20,50% 45,40% 54,46%

AIR 115,30 21,00 100,00 9,43 8,00 0,00

COMPOSITION O2 N2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00% 0,14%

M3 SO2 TOTAL 0,00 172,95 0,00 30,00 0,00 125,00 0,00 13,05 0,00 11,00 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 360,90 0,00% 100,00%

4.2. Bahan bakar NG NG

94,70% 1,50% 0,60% 0,90% 0,00% 0,00% 0,50% 0,66% 0,90% 0% 0% 0% 0,24%

Nilai kalor Q = Qco.%CO + QH2.%H2 + QCH.%CH

48080,29

CO2 57,65 12,00 75,00 5,80 5,00 0,00 0,00 8,40 0,00 0,00 0,00 0,00 163,85 12,18%

13.278,88 13.794,72 14.723,23 15.837,44 17.137,35 18.047,29 18.398,26 18.437,26

Hasil pembakaran 100m3 LPG menggunakan oksidator

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 CO2 H2 H2S C S CO

Qmax

5163,02 New-heat

QN- losses O2-%.add %-losses Air - % 100,00 0,00 5158,38 9,79 90,00 2,05 4642,54 8,81 80,00 4,10 3714,03 7,05 70,00 6,15 2599,82 4,93 50,00 10,25 1299,91 2,47 30,00 14,35 389,97 0,74 10,00 18,45 39,00 0,07 0,00 20,50 0,00 0,00 heat-increased %

N2-%red. 0 10 20 30 50 70 90 100

susunan

Nilai kalor : Qb = qco.%CO + qCxHy .% CxHy + qH2.%H2

Fuel gas 100 m3 M3 comp. % m3 O2 N2 AIR CH4 57,65% 57,65 115,30 447,14 562,44 C2H6 6,00% 6,00 21,00 81,44 102,44 C3H8 25,00% 25 100,00 387,80 487,80 C4H10 1,45% 1,45 9,43 36,55 45,98 C5H12 1,00% 1,00 8,00 31,02 39,02 C6H14 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 N2 0,50% 0,50 CO2 8,40% 8,40 H2 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 H2S 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 C 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 CO 0% 0,00 0,00 0,00 0,00 Total 100,00% 100,00 253,73 983,96 1237,68 20,50% 79,5% 100,00%

C

FLUE GAS ENERGY

4.1 Bahan bakar LPG

Q mim

0

Cp

Q mim

8795,40 34902,78 991,24

kcal/m3 BTU/m3 BTU/scf

Qmax

9714,72 38550,92 1094,85

kcal/m3 BTU/m3 BTU/scf

Hasil pembakaran 100 m3 NG menggunakan oksidator udara Fuel gas comp. CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 CO2 H2 H2S C CO Total

M3

100 m3 % m3 94,70% 1,50% 0,60% 0,90% 0,00% 0,00% 0,50% 0,66% 0,90% 0% 0% 0,24% 100,00%

O2 94,7 1,50 0,6 0,9 0,00 0,00 0,50 0,66 0,90 0,00 0,00 0,24 100,00

N2

AIR

CO2

189,40 5,25 2,40 5,85 0,00 0,00

734,50 20,36 9,31 22,69 0,00 0,00

923,90 25,61 11,71 28,54 0,00 0,00

0,45 0,00 0,00 0,12 203,47 20,50%

1,75 0,00 0,00 0,47 789,07 79,5%

2,20 0,00 0,00 0,59 992,54 100,00%

94,70 3,00 1,80 3,60 0,00 0,00 0,00 0,66 0,00 0,00 0,00 0,24 104,00 9,51%

FLUE GAS COMPOSITION H2O O2 189,40 4,50 1,20 4,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,90 0,00 0,00 0,00 200,50 18,33%

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00%

N2

SO2

M3 TOTAL

734,50 20,36 9,31 22,69 0,00 0,00 0,50 0,00 1,75 0,00 0,00 0,47 789,57 72,17%

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 0,00%

1018,60 27,86 12,31 30,79 0,00 0,00 0,50 0,66 2,65 0,00 0,00 0,71 1094,07 100,00%

B74


Mengurangi nitrogen,mengganti dgn oksigen pada t = 15500C bakaran Initial temperatur 0 C Cp FLUE GAS ENERGY

cal/C/L kcal/m3

0,5578 881,77

N2-%red. 0 10 20 30 50 70 90 100

0,4425 1348,56 Air - % 100,00 90,00 80,00 70,00 50,00 30,00 10,00 0,00

0,6530 0,00 O2-%.add 0,00 2,05 4,10 6,15 10,25 14,35 18,45 20,50

0,3449 4139,29

0,5440 0,00

QN- losses 4136,67 3723,00 2978,40 2084,88 1042,44 312,73 31,27 0,00 heat-increased

6369,62 New-heat

%-losses 42,58 38,32 30,66 21,46 10,73 3,22 0,32 0,00 %

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 CO2 H2 H2S C CO Total

M3

94,70% 1,50% 0,60% 0,90% 0,00% 0,00% 0,50% 0,66% 0,90% 0% 0% 0,24% 100,00%

O2 94,7 1,50 0,6 0,9 0,00 0,00 0,50 0,66 0,90 0,00 0,00 0,24 100,00

N2

FLUE GAS COMPOSITION H2O O2 CO2

AIR

189,40 5,25 2,40 5,85 0,00 0,00

189,40 5,25 2,40 5,85 0,00 0,00

0,45 0,00 0,00 0,12 203,47 20,50%

0,45 0,00 0,00 0,12 203,47 20,50%

94,70 3,00 1,80 3,60 0,00 0,00 0,00 0,66 0,00 0,00 0,00 0,24 104,00 34,10%

189,40 4,50 1,20 4,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,90 0,00 0,00 0,00 200,50 65,74%

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00%

N2

SO2

M3 TOTAL

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,50 0,16%

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 0,00%

284,10 7,50 3,00 8,10 0,00 0,00 0,50 0,66 0,90 0,00 0,00 0,24 305,00 100,00%

4.3. Bahan bakar cair Susunan kimia : susunan CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 N2 CO2 H2 H2S C S CO

MFO 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0,7% 0% 10,5% 0% 85,6% 0,7% 0,5%

Nilai kalor Q = 4.187 { 81 X C + 300 X H -26 ( O - S ) - 6 ( H2O - 9 X H )} Q MIN

:

44565,59 KJ/KG 10646,72 KCAL/KG 12525,55 KCAL/L

Hasil pembakaran 100 kg MFO menggunakan oksidator udara Diese 100 kg Ch.com % Kg C 85,6 H2 10,5 S 0,7 O2 0,5 H2S 0 N2 0,7 H2O 2 CO 0 CxHy 0 CO2 0 Total 100 %

Mol.W 85,6 10,5 0,7 0,5 0 0,7 2 0 0 0 100

Kmol 12 2 32 32 34 28 18 28 0 44

7,1333 5,2500 0,0219 0,0156 0,0000 0,0250 0,1111 0,0000 0,0000 0,0000 12,5569

AIR = 20.5 % O2 + 79.5 % N2 FLUE GAS COMPOSITION, M3 O2 AIR CO2 H2O SO2 O2 N2 N2 TOTAL KMOL KMOL KMOL M3 7,1333 27,6634 34,7967 779,447 159,79 0,00 0,00 0,00 619,66 779,45 2,6250 10,1799 12,8049 286,829 0,00 117,60 0,00 0,00 228,03 345,63 0,0219 0,085 0,1067 2,390 0,00 0,00 0,49 0,00 1,90 2,39 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,35 0,00 0,35 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,56 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 2,49 0,00 0,00 0,00 2,49 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 9,7802 37,9281 47,7083 1068,667 159,79 120,09 0,49 0,35 850,15 1130,87 % 20,5 79,5 14,13 10,62 0,04 0,03 75,18 100,00


%-N2.red. 0 10 20 30 50 70 90 100

0,5578 1354,76

0,4425 807,72

0,5440 4,05

Air - % O2-%add 100,00 90,00 80,00 70,00 50,00 30,00 10,00 0,00

0,00 2,05 4,10 6,15 10,25 14,35 18,45 20,50

1.550 0C end temperatur 0,6530 0,3449 3,47 4456,89 6626,90 2170,00 QN- losses %-losses 4453,96 41,83 4008,56 37,65 3206,85 30,12 2244,80 21,08 1122,40 10,54 336,72 3,16 33,67 0,32 0,00 0,00 heat-increased %

New-heat 10.646,72 11.092,12 11.893,83 12.855,88 13.978,28 14.763,96 15.067,01 15.100,68 41,83

42,58

Hasil pembakaran 100m NG menggunakan oksidator oksigen 100 m3 % m3

uction

9.714,72 10.128,39 10.872,99 11.766,51 12.808,95 13.538,65 13.820,11 13.851,39

3

Fuel gas comp.

Initial temperatur 0 C 30 Spec.heat Cp cal/C/L FLUE GAS ENERGY kcal/kg

0

1.550 C end temperatur

30

Spec.heat

Mengurangi nitrogen,mengganti dgn oksigen pada t = 15500C

Hasil pembakaran 100m3 LPG menggunakan oksidator oksigen Diese 100 kg Ch.com % Kg C H2 S O2 H2S N2 H2O CO CxHy CO2 Total %

85,6 10,5 0,7 0,5 0 0,7 2 0 0 0 100

Mol.W 85,6 10,5 0,7 0,5 0 0,7 2 0 0 0 100

Kmol 12 2 32 32 34 28 18 28 0 44

7,1333 5,2500 0,0219 0,0156 0,0000 0,0250 0,1111 0,0000 0,0000 0,0000 12,5569

AIR = 20.5 % O2 + 79.5 % N2 FLUE GAS COMPOSITION, M3 O2 AIR CO2 H2O SO2 O2 N2 N2 KMOL M3 KMOL KMOL 7,1333 7,1333 159,787 159,79 0,00 0,00 0,00 0,00 2,6250 2,6250 58,800 0,00 117,60 0,00 0,00 0,00 0,0219 0,0219 0,490 0,00 0,00 0,49 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,35 0,00 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,0000 0,0000 0,000 0,00 2,49 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 9,7802 9,7802 219,0767 159,79 120,09 0,49 0,35 0,56 % 20,5 79,5 14,13 10,62 0,04 0,03 0,05

TOTAL 159,79 117,60 0,49 0,35 0,00 0,56 2,49 0,00 0,00 0,00 281,28 24,87

4. KESIMPULAN 1. Hasil reaksi pembakaran dengan oksidator udara. LPG Nilai kalor 13278,88 kcal/m3 Jumlah gas buang 1344,86 m3 NG Nilai kalor 9714,72 kac/m3 Jumlah gas buang 1094 m3 MFO Nilai kalor 12525,55 kcal/L Jumlah gas buang 1130,87 m3 2. Hasil reaksi pembakaran dengan oksidator oksigen. LPG Nilai kalor 18437,26 kcal/m3 Jumlah gas buang 360,90 m3 NG Nilai kalor 13851,39 kac/m3 Jumlah gas buang 305 m3 MFO Nilai kalor 15100,68 kcal/L Jumlah gas buang 281,28 m3 3. Penggunakan oksigen sebagai oksidator pada pembakaran akan memberikan efek sebagai berikut : LPG menaikan nilai kalor 38,83 % menurunkan volume gas buang 73% NG menaikan nilai kalor 42,58 % menurunkan volume gas buang 72,1% MFO menaikan nilai kalor 41,83 % menurunkan volume gas buang 75,1% 4. Mengganti udara dengan oksigen pada proses pembakaran akan menaikan nilai bakar bahan bakar dan menurunkan volume gas buang. Seberapapun oksigen ditambahkan akan mengurangi konsumsi bahan bakar dan mengurangi pemanasan global.

B75


DAFTAR PUSTAKA [1] W.Braker and A.L.Mossman, 1980, Matteson Gas Data book, Sixth edition, D.S.M.Products USA Inc. [2] Oxygen Material Safety DS AL-France Material Compatebility Prax-air USA [3] Perry, 1984, Chemical Engineers Handbook, Sixth Edision, Oxygen Safework AL – France [4] B.A.Krivandin & B.L.Markov, 1987, Industrial Furnace, Metallurgy, Moscow [5] M.A.Kacenko, 1962, Heating Devise For Metal Industry, Mashgis-machine build, Moscow [6] Robert C.Reid & T.K.Sherwoo, 1991, Sifat Gas dan Zat Cair, Gramedia [7] Ir.Djokosetyardjo, 1987, Ketel Uap, Pradnya Parami


B76


(K2-51-22)

MENINGKATKAN NILAI OKTAN BAHAN BAKAR DENGAN MENCAMPURKAN GAS HYDROGEN, DALAM RANGKA PENGHEMATAN BAHAN BAKAR DAN MENINGKATAKAN MUTU GAS BUANG Setiyono, I Gede Eka Lesmana, Rini Prasetyani Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 E-mail: [email protected], [email protected], ,[email protected]

Abstrak Sejak terjadi krisis energi pada tahun 1973, masalah energi menjadi topik utama dunia. Negara-negara maju mulai berlomba mencari terobosan baru dalam menghasilkan energi alternatif disampng minyak dan gas. Selain itu, cepat atau lambat bahan bakar fosil akan habis. Bahan bakar terbarukan sangat lambat dikembangkan dan harganya masih terlalu tinggi. Karena itu dikembangkan energi alternative. Salah satu contoh energi alternatif adalah gas hidrogen yang kandungan zat nya sangat banyak di alam. Gas hidrogen didapat dari hasil proses elektrolisis pada air. Air di elektrolisis untuk memisahkan oksigen dan hidrogen. Gas oksigen dimasukan lewat filter angin dan gas hydrogen disuntikan ke in-take manipol. Tujuan penggunaan gas hidrogen adalah meningkatkan nilai oktan bahan bakar dan oksigen difungsikan untuk mengoptimalkan reaksi pembakaran yang akhirnya diharapkan akan terjadi penghematan bahan bakar. Kata kunci: Meningkatkan nilai oktan bahan bakar, mengoptimalkan reaksi pembakaran, penghematan bahan bakar dan memperbaiki mutu emisi gas buang.

Abstract Since the energy crisis in 1973, the topic of energy problems in the world. Developed countries started competing seeking a breakthrough in generating alternative energy as well as oil and gas. Besides, fossil fuels sooner or later will run out. Renewable fuel very slowly developed and the price is still too high. Because, it was developed alternative energy. One example of alternative energy is that hydrogen gas is very much his substances in nature. Hydrogen gas obtained from the electrolysis of water. Electrolysis water to separate oxygen and hydrogen. Oxygen gas fed through the filter wind and hydrogen gas injected into the in-take manifold. The intended use of hydrogen gas is increasing the octane rating of the fuel and oxygen functionalized to optimize the combustion reaction that eventually is expected to occur in fuel savings. Keywords : Octane Number, Fuel, Hydrogen, Quality Exhaust. 1.

PENDAHULUAN Di era globalisasi ini, teknologi berkembang dengan sangat pesat khususnya di bidang pertambangan (gas dan minyak) dan kimia, hal yang paling utama adalah efisiensi termal dari mesin tersebut dan bahan bakar yang digunakan. Saat ini, semakin menipisnya bahan bakar dunia telah mulai memicu pergolakan di masyarakat. Keputusan pemerintah menaikkan harga bahan bakar minyak (BBM) sudah pasti menambah beban masyarakat dalam kondisi ekonomi yang sudah sulit. Sementara itu belum ada titik terang pengembangan energi alternatif pengganti BBM. Solusi terbaik dalam menghadapi persoalan tersebut adalah mencoba mencari langkah yang baik terhadap krisis energi yang diperkirakan akan muncul kemudian bila


kita masih tergantung pada penggunaan bahan bakar fosil atau bahan bakar minyak (BBM). Beberapa peneliti telah mencoba dan mengembangkan bahan limbah kotoran hewan dan kotoran manusia yang diproses secara anaerob sehingga menghasilkan gas metan yang disebut energi biogas. Tetapi energi alternatif ini banyak digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga dan belum sempat dikembangkan di industri dan untuk kendaraan bermotor. Bahan bakar alternatif yang dapat dikembangkan pada kendaraan bermotor saat ini adalah gas hidrogen. Hidrogen dapat berfungsi sebagai bahan bakar untuk semua kegunaan sebagaimana layaknya minyak bumi dan gas alam, Hidrogen yang tersedia dalam air dan senyawa organik berbentuk senyawa hidrokarbon, seperti gas alam, batubara, dan biomassa. Oleh karena itu hidrogen harus

B77


diproduksi melalui penggunaan energi sebelum hidrogen itu sendiri tersedia sebagai sumber energi. Penguraian ikatan-ikatan kimia di dalam air akan menghasilkan hidrogen yang dapat dipergunakan sebagai bahan bakar. Hidrogen dapat dihasilkan melalui beberapa proses, di antaranya proses elektrolisa, fotoelektrokimia, sel fotokimia, steam reforming, dan proses fotobiologi. Cara menghasilkan hidrogen yang paling sederhana yaitu dengan melakukan proses elektrolisis pada air untuk memisahkan 02 dan H2. Hidrogen yang diperoleh dicampur dengan bahan bakar yang biasa digunakan sehingga mendapatkan nilai oktan baru yang lebih tinggi. Tujuan dari penelitian ini :  Mengenalkan bahan bakar terbaru alternatif yang sangat menjanjikan.  Bahan bakar alternatif ini jumlahnya tak terbatas  Bahan bakar terbarukan ini sangat aman murah dan mudah diaplikasikan.  Membantukan Pemerintah dalam mengamankan kebutuhan bakan bakar yang terus tumbuh.  Mengurangi subsidi yang harus dibayar Pemerintah pada saat import bahan bakar.  Menambah wawasan dan ilmu pengetahuan mengenai gas hidrogen dan penggunaannya sebagai energi alternatif. 2. METODE PENELITIAN 2.1. Definisi Energi Energi yang sering disebut juga dengan tenaga, merupakan sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar benda tersebut dapat melakukan usaha atau kerja. Energi juga dapat berubah bentuk, dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Peristiwa perubahan bentuk energi ini sering disebut juga konversi energi. Sedangkan alat yang digunakan untuk mengkonversi energi adalah konverter energi. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tapi hanya dapat diubah bentuk menjadi bentuk yang lain. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi. 2.2. Definisi bahan Bakar Bahan bakar merupakan zat yang menghasilkan energi terutama menghasilkan panas yang dapat digunakan. Kebanyakan bahan bakar menghasilkan energi ketika dibakar dengan udara. Proses yang digunakan untuk mengkonversi bahan bakar menjadi energi termasuk reaksi kimia, seperti pembakaran, dan reaksi nuklir (fisi nuklir atau fusi nuklir). Bahan bakar juga digunakan dalam sel organisme dalam proses yang dikenal sebagai metabolisme. Hidrokarbon adalah sumber bahan bakar yang


paling umum digunakan saat ini, namun banyak substansi lain dapat digunakan juga. Perbandingan campuran bensin dan udara harus ditentukan sedemikian rupa agar bisa diperoleh efisiensi dan pembakaran yang sempurna. Secara tepat perbandingan campuran bensin dan udara yang ideal (perbandingan stoichiometric) untuk proses pembakaran yang sempurna dapat dihitung tergantung kepada susunan kimia bahan bakar tersebut. 2.3. Bahan Bakar Cair 2.3.1. Bensin (gasoline) – standar RON 87 Petrol (biasa disebut gasoline di Amerika Serikat dan Kanada); di Indonesia biasa disebut bensin adalah cairan campuran yang berasal dari minyak bumi dan sebagian besar tersusun dari hidrokarbon serta digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin pembakaran dalam. Nilai mutu jenis BBM bensin ini dihitung berdasarkan nilai RON (Randon Otcane Number). Berdasarkan RON tersebut maka BBM bensin dibedakan menjadi 3 jenis yaitu: a. Premium (RON 88) : Premium adalah bahan bakar minyak jenis distilat berwarna kekuningan yang jernih. b. Pertamax (RON 92) : ditujukan untuk kendaraan yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan tanpa timbal (unleaded). c. Pertamax Plus (RON 95) : Jenis BBM ini telah memenuhi standar performance International World Wide Fuel Charter (WWFC). Ditujukan untuk kendaraan yang berteknologi mutakhir yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan ramah lingkungan. 2.3.2. Solar (high speed diesel) Diesel, di Indonesia lebih dikenal dengan nama solar, adalah suatu produk akhir yang digunakan sebagai bahan bakar dalam mesin diesel yang diciptakan oleh Rudolf Diesel, dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering. 2.3.3. Bensol Bensol adalah bahan bakar hasil tambahan dari pada industri gas batubara dan pabrik kokas. Bensol dapat di peroleh dengan cara mencuci gas yang keluar dari dapur dengan ter yang ringan. 2.3.4. Minyak tanah (kerosene) Minyak tanah atau kerosene merupakan bagian dari minyak mentah yang memiliki titik didih antara 150 °C dan 300 °C dan tidak berwarna.

B78


2.4. Komposisi Kimia Bahan Bakar

2.5. Bilangan Oktan Bilangan oktan adalah angka yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan. Karena besarnya tekanan ini, campuran udara dan bensin terbakar secara spontan sebelum percikan api dari busi. Jika campuran gas ini terbakar karena tekanan yang tinggi (dan bukan karena percikan api dari busi), maka akan terjadi knocking atau ketukan di dalam mesin. Knocking pada proses reaksi harus dihindari karena akan menyebabkan mesin cepat rusak. Umumnya skala oktan di dunia ditunjukan dengan Research Octane Number (RON). Berikut adalah nilai oktan tiap-tiap bahan bakar cair: Tabel 1. Octan Rating

2.6. Hidrogen Hidrogen adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Senyawa hidrogen biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis. Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol) Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen menyala seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Sifat Fisika Dan Kimia Hidrogen Sifat Fisika  Titik lebur  Titik didih  Warna  Bau  Densitas 293 K  Kapasitas panas

: -259,140C : -252,87 0C : tidak berwarna : tidak berbau : 0,08988 g/cm3 pada

Sifat Kimia  Panas Fusi  Energi ionisasi 1  Panas atomisasi  Panas penguapan  Konduktifitas termal  Berat atom

: 14,304 J/gK : 0,117 kJ/mol H2 : 1312 kJmol : 218 kJ/mol : 0,904 kJ/mol H2 : 0,1805 W/mK : 1,0079

Hidrogen sangat reaktif dan bereaksi dengan setiap unsur yang bersifat oksidator Hidrogen dapat bereaksi secara spontan dengan klorin dan florin pada temperature kamar membentuk hydrogen halide. Dalam atmosfer bumi kandungan hidrogen diperkirakan antara 15000-20000 (dalam jumlah molekul), dan nilai ini naik dengan naiknya ketinggian atmosfer. Dan air merupakan sumber hydrogen yang murah selain dari senyawa hidrokarbon.


B79


2.7. A Air Air adalah substansi kim mia dengan ruumus kimiaa H2O: satu molekul m air tersusun t atas dua atom hidrogen yanng terikat seccara kovalen ppada satu aatom oksigenn. Air bersifatt tidak berwaarna, tidak berasa dan tidak berbaau pada konndisi standaar, yaitu padaa tekanan 100 0 kPa (1 bar) and tempeeratur 273,155 K (0 °C). Zat kimia ini meruppakan suatu pelarut yang penting, yyang memiiliki kemampuuan untuk melarutkan m bannyak zat kkimia lainnyaa, seperti garram-garam, ggula, asam,, beberapa jeenis gas dan n banyak maacam molekkul organik. Air berada dalam kesetim mbangan dinaamis antaraa fase cair daan padat di baawah tekanann dan tempeeratur standarr. Dalam benttuk ion, air ddapat dideskkripsikan sebaagai sebuah ion i hidrogen (H+) yang berasosiasi (berikatan) ( deengan sebuahh ion hidrokksida (OH-). T Tabel 2. Inform masi dan sifatt-sifat dari air Air

Inform masi dan sifatt-sifat Namaa sistematis Air Namaa alternative

aqua, dihiidrogen monoksid da, hidrogen hidroksida h

Rumuus molekul

H 2O

Massaa molar

18.0153 g/mol g

Densiitas dan fase

0.998 g/cm m³ (cariran paada 20 °C) 0.92 g/cm m³ (padatan)

Titik lebur

0 °C (273.15 K) (32 ºF))

Titik didih

100 °C (373.15 K) (2122 ºF)

Kalorr jenis

4184 J/(kg g·K) (cairan ppada 20 °C

2.8. Tahan nan listrik paada material Tabel 3. Electtrical Resistivvity table

2.9. Prosees elektrolisa aair Meemisahkan H Hidrogen dan d oksigenn menggunaakan arus lisstrik. Molekul air dapatt diuraikan menjadi unssur-unsur asaalnya dengann mengalirin nya arus lisstrik. Proses ini disebutt elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul airr bereaksi dengan meenangkap du ua elektron,, tereduksi menjadi m gas H 2 dan ion hid droksida (OH). Sementaara itu pada aanoda, dua mo olekul air lainn terurai meenjadi gas okksigen (O2), melepaskan m 4 ion H+ serrta mengalirkkan elektron ke k katoda. Ionn H+ dan OH- mengallami netralisasi sehinggaa terbentuk kembali bebberapa moleku ul air. Reaksii keseluruhaan yang setaraa dari elektrolisis air dapatt dituliskan sebagai berikkut. Gas hidrogen daan oksigen yaang dihasilkann dari reak ksi ini mem mbentuk gelembung padaa elektroda dan dapat dikumpulkan. Prinsip inii kemudian dimanfaatkkan untuk menghasilkan m n hidrogen dan hidrogenn peroksida (H2O2) yangg dapat digu unakan sebagaai bahan bakarr kendaraan.

Gambar 1.. electrolysis I


B80


Gambar 2. Electrolysis II 2.10. Material Compatibility untuk hidrogen Beberapa material dapat mengalami kehilangan susunan struktur yang berarti dalam menghadapi gas hidrogen (ketika terkena gas hidrogen). Pada tingkat temperatur tertentu, suatu material dapat mengalami kerapuhan. Maka dari itu, tidak sembarang material dipergunakan mendampingi gas hidrogen. Tabel 4.

Hydrogen embrittlement susceptibility of some commonly used material

memberikan gejala berupa menyalanya lampu atau timbulnya gelembung gas dalam larutan. Larutan elektrolit mengandung partikel-partikel yang bermuatan (kation dan anion). Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday, diketahui bahwa jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit akan terjadi proses elektrolisis yang menghasilkan gas. Gelembung gas ini terbentuk karena ion positif mengalami reaksi reduksi dan ion negatif mengalami oksidasi. Pada larutan elektrolit kuat, seluruh molekulnya terurai menjadi ion-ion (terionisasi sempurna). Contoh larutan elektrolit kuat adalah Asam, contohnya asam sulfat (H2SO4), asam nitrat (HNO3), asam klorida (HCl). Basa, contohnya natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), barium hidroksida (Ba(OH)2) 2. 12. Generator hydrogen. Cara Kerja Sistem Hidrogen Generator Kinerja Hydrogen Full Cell serupa seperti aki (accu), hanya saja reaksi kimia penghasil penghasil tenaga listrik ini menggunakan hydrogen dan oksigen yang bereaksi dan mengalir seperti aliran bahan bakar melalui sebuah motor bakar. Dengan demikian limbah dari proses ini hanyalah air murni yang aman untuk di buang.

Gambar 3. Bagan Kinerja Hidrogen Generator Secara sederhana proses dapat dilihat pada gambar dibawah ini : 1. 2. 2.11. Larutan elektrolit Menurut Arrhenius, larutan elektrolit dalam air terdisosiasi ke dalam partikel-partikel bermuatan listrik positif dan negatif yang disebut ion (ion positif dan ion negatif) Jumlah muatan ion positif akan sama dengan jumlah muatan ion negative. Ion-ion inilah yang bertugas mengahantarkan arus listrik. Larutan ini


3. 4.

Hidrogen (yang ditumpung dalam sebuah tabung khusus) dialirkan anoda dan oksigen/udara dialirkan pada katoda. Pada anoda dengan bantuan katalis stainless stell hidrogen dipecahkan menjadi bermuatan positif ( ion/proton ), dan negative ( electron ). Membran ditengah-tengah anoda-katoda kemudian hanya berfungsi mengalirkan proton menyebrang ke katoda. Proton yang tiba di katoda bereaksi dengan udara dan mengasilkan air.

B81


5.

Tumpukan elektron di anoda bereaksi dan menghasilkan hidrogen.

Benda Uji yang digunakan adalah mobil dengan spesifikasi sebagai berikut : Tabel 5. Spesifikasi benda uji. SUZUKI CARRY MESIN

Gambar 4. Proses kerja hidrogen generator 2.13.Rancangan Hidrogen generator Alat dan bahan Pada percobaan ini, digunakan proses elektrolisa air menggunakan arus listrik DC untuk memecahkan air (H2O) menjadi gas H2 dan O2, lalu gas tersebut dimanfaatkan untuk pembakaran pada ruang bakar. Adapun alat dan bahan yang akan digunakan. 1. Generator 2. Plat stainless steel 3. Sil ( gasket ) 4. Kni ( elbow ) 5. Mur dan Baut 6. Water breaker, water trap, water absorber 7. Plat mika (acrylic) 8. Skat (acrylic) 9. Selang 10. Air murni (aquades) 11. Flometer, amper meter 12. Dioda bridge, Switch NO,NC 13. Sikring

Jenis/ Tipe Mesin

F 10 A, 4 in-Line, 8 Valve

Kapasitas Silinder

970 cc

Daya Maksimum

5.5/5500 HP/rpm

Torsi Maksimum

7.8/4000 kgm/rpm

Perbandingan Kompresi

8.8 : 1

Sistem Pembakaran

Carburator

Bahan Bakar

Gasoline

Kapasitas Bahan Bakar

33 Transmisi

Kopling

N/A

Tipe Transmisi

5 Speed Manual

Sistem Kemudi

Ball Nut

3. HASIL PENGUJIAN 3.1. Rpm dari mesin dan volume gas yg dihasilkan Tabel 6. Data Hasil pengujian volume gas yang keluar

3.2. Rpm dan kuat arus Tabel 7. Data hasil uji rpm dan kuat arus

Gambar 5. Skematik generator hidrogen


B82


3.3. Kuat arus dan volume hydrogen

Tabel 12. Data hasil uji emisi gas buang dengan campuran gas HHO

Tabel 8. Data hasil uji volume H2 dan kuat arus

4. KESIMPULAN 4.1. Kesimpulan 1. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

3.4. Konsumsi bahan bakar danjarak tempuh tanpa hidrogen. Tabel 9. Data hasil uji konsumsi bahan bakar dan jarak tempuh tanpa hydrogen.

2.

3.

3.5. Konsumsi bahan bakar danjarak tempuh tanpa hydrogen. Tabel 10. Data hasil uji konsumsi bahan bakar dan jarak tempuh dengan hidrogen

4. 5.

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektroda dan dapat dikumpulkan. Dari hasil pengujian kecepatan putaran (rpm), arus (ampere) dan gas hidrogen dapat dinyatakan bahwa semakin besar putaran maka semakin besar arus listrik yang dihasilkan, sehingga gas hidrogen yang di produksi akan semakin besar. Tanpa campuran gas hidrogen pada bahan bakar hanya dapat menempuh jarak 12,637 km dengan 1 liter bensin. Dengan campuran gas hidrogen pada bahan bakar dengan hanya 1 liter bensin dapat menempuh jarak 16,585 km. Dari hasil pengujian dengan menggunakan campuran gas hidrogen, maka performa mesin menjadi meningkat. Setelah pengujian pada mobil dengan menggunakan campuran gas hidrogen, dapat meurunkan emisi gas buang pada kendaraan.

4.2. Saran Untuk pengembangan selanjutnya penulis menyarankan, agar dilakukan pengujian alat generator hidrogen dibeberapa jenis kendaraan yang berbeda, baik dari tipe maupun tahun penbuatan kendaraan tersebut.

3.6. Emisi gas buang. Tabel 11. Data hasil uji emisi gas buang tanpa campuran gas HHO


B83


DAFTAR PUSTAKA [1] Perry, Robert H. and Don Greon. 1984. Perry’s Chemical Engineer’s; Sixth Edition. Singapore: Mc Graw Hill International [2] Kriandint Warnov Furnance Metallurgy, D.I. Mendeliev. Gas-Air-Oxygen Combustion Studies, AGA Project IGR-61. [3] Herring S, 2004, High Temperature Electrolysis, Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, Gaithersburg. [4] Ralph H. Petrucci – Suminar, Kimia Dasar Prinsip Terapan Modern, Edisi Keempat, Jili 1,2 dan 3. [5] Gaseous Fuels, L. Shaidman (Editor), 1948, American Gas Asscociation, New York.


B84


(K2-52-23)

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO SKALA LABORATORIUM Rudi Hermawan1,Eko Prasetyo2, , Ainil Syafitri3

1,2

Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Elektro, Jakarta 12640 E-mail: [email protected]

3

Abstrak Sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro merupakan salah satu metode alternatif pembangkit yang sangat potensial untuk dikembangkan, oleh karena itu sangat menarik jika penelitian ini mengambil topik Optimasi Rancang Bangun Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Perancangan PLTMH menggunakan metode QFD untuk memperoleh jenis varian yang sesuai, sehingga perancangan yang dilakukan akan lebih baik setelah melalui tahapan perancangan tersebut. Perancangan ini menitik beratkan ada perancangan sistem mikrohidro dan komponen pendukungnya,meliputi bak pengarah, variasi diameter nosel, dan disain turbin pelton. Tujuan yang diharapkan adalah dengan perancangan bak pengarah, variasi diameter nozel dan disain turbin pelton tersebut diharapkan mampu menghasilkan daya meskipun supply air berkurang. Pada perancangan ini, diperoleh disain sistem mikrohidro dengan daya turbin yang dihasilkan sebesar akan dibuat prototype Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro skala laboratorium yang kemudian diuji keandalannya, sehingga dapat dimanfaatkan untuk penelitian dan praktikum. Kata kunci: Mikrohidro, Perancangan, Daya turbin.

Abstract Microhidro power generation system is one of the alternative methods of power plant. But obstractions that often occur is the supply will decerease in dry seasons due to less water from the source. By designing Microhidro power plant using QFD method to obtain the corresponding variants, so that the powerplant will run better after going through to the design phase. Focused on micro-hydro systems and supporting components, including steering tub, nozzle diameter variation and pelton turbine design, to produce power even when the water supply is reduced. The aim of this design is to make a prototype of mikrohidro powerplant laboratory scale so it can use for further research and practicum. Keywords: Microhidro, design, turbin power. I. PENDAHULUAN I.I. Latar Belakang Kebijakan pemerintahan yang dituangkan dalam Peraturan Presiden No. 05 Tahun 2006 mengenai Kebijakan Energi Nasional dimana target pemerintahan pada tahun 2025 terwujud energi primer mix BBM < 20%, Gas Bumi > 30%, Batubara > 33 %, Biofuel > 5% dan Energi baru dan terbarukan 5 %. Kebijakan ini diambil oleh pemerintah untuk meminimasi krisis energi nasional karena sejak tahun 2003 jumlah produksi bahan bakar minyak tidak dapat lagi memenuhi kebutuhan konsumsi bahan bakar. Sementara ini Perusahan Listrik Negara (PLN) sampai saat ini baru dapat memenuhi kebutuhan listrik nasional sebanyak 56% yang sebarannya masih terpusat pada perkotaan dan belum sepenuhnya menjangkau daerah terpencil. Faktor yang menyebabkan kondisi tersebut adalah sulitnya akses serta rendahnya fleksibilitas pemasangan jaringan listrik ke pelosok terpencil.


Apabila kondisi tersebut dibiarkan maka jumlah desa tertinggal di Indonesia akan semakin banyak. Indonesia sebagai negara kepulauan yang dikeliling oleh pegunungan. perbukitan dan sungai memiliki potensi energi yang besar, salah satunya energi potensial air yang dapat dimanfaatkan sebagai energi listrik. Berangkat dari kondisi tersebut Jurusan Teknik Mesin Universitas Pancasila termotivasi untuk turut serta memberikan kontribusi dalam mengatasi krisis energi nasional khususnya listrik dengan memanfaatkan sumber energi potensial air melalui teknologi mikrohidro efektif dan efisien yang nantinya dapat dimanfaatkan oleh masyarakat terpencil. I.2. Tujuan Merancang sistem PLTMH skala laboratorium beserta analisis perhitungannya yang selanjutnya dapat direalisasikan dalam bentuk

B85


prototype sistem pembangkit listrik tenaga mikro hidro II.3. Perancangan Konsep Dalam proses perancangan sistem pembangkit listrik tenaga tenaga mikrohidro skala laboratorium di perlukan suatu tahapan yang benar untuk memperoleh hasil akhir perancangan yang maksimal sesuai dengan keinginan . Identifikasi masalah Melakukan survey lapangan : 1. Interview langsung dengan tenaga ahli. 2. Menganalisis dan melakukan pengujian pada mesin yang sudah ada agar dapat mengetahui masalah kekuranganya. Dari hasil survey lapangan maka didapat beberapa informasi dari proses kerja turbin air yang telah ada : 1. Dalam turbin air yang telah ada di butuhkan 750 rpm untuk memutar generator. 2. Dengan turbin air yang sudah ada kekurangannya adalah kecepatan air yang jatuh dari head merupakan kecepatan dari pompa langsung. 3. Tidak adanya indikator tekanan aliran di dalam pipa.

menghasilkan ide-ide mesin yang akan terangkum dalam spesifikasi mesin, yang menjadi dasar fasefase perancangan berikutnya. Definisi Proyek Definisi proyek adalah langkah perumusan ide-ide produk atau mesin yang di kemudian akan di kembangkan , dirancang dan di buat . ide perancangan pembangkit listrik tenaga air skala laboratorium ini adalah hasil perbandingan antara turbin yang telah ada yang di sesuaikan dengan kebutuhan perancang..  Menyusun Rencanaan Proyek. Perencanaan proyek adalah seluruh tingkat kegiatan perancangan turbin air putaran rendah skala laboratorium , maka mulai di susun rencana proyek yang terdiri empat langkahberikut ini: 1. Mengidentifikasi pekerjaan Secara umum , identifikasi pekerjaan untuk peracangan turbin air putaran rendah seperti dibawah: - Menyusun spesifikasi pembangkit listrik tenaga air - Merancang dan memilih spesifikasi pembangkit listrik teenaga air - Menyusun dokumentasi 2.

Spesifikasi Teknik Semua data sudah di peroleh selanjutnya bisa menentukan spesifikasi turbin air seperti berikut ini : 1. Menggunakan jenis turbin air Kaplan karena tipe ini sangat cocok yang hanya tinggi kurang dari 20 meter. 2. Menggunakan pipa pvc 4inc dan 2inc. 3. Menggunakan pompa sentrifugal untuk merotasi air dari bawah ke head. No 1 2 3 4 5 6

Tabel 3.1 Tabel Tingkat Kepentingan Kebutuhan Perancang Tingkat Kepentingan Harga mesin yang 8 relatif terjangkau Mudah di operasikan 7 Mudah di rawat 8 Mudah untuk 7 diperbaiki Tidak mudah rusak 9 Tidak memerlukan 7 ruangan yang besar

I.

Perencanaan dan Penyusunan Spesifikasi Teknis Berdasarkan identifikasi masalah , maka pada fase ini dilakukan definisi proyek dab perencanaan proyek yang kemudian akan


3.

Menyusun sasaran pekerjaan Berdasarkan identifikasi pekerjaan maka perlu dibuat sasaran pekerjaan yang ingin di capai , antara lain : a. Sasaran pekerjaan 1: Menyusun spesifikasi pembangkit listrik Perancang memahami tentang turbin berdasarkan informasi dan studi pustaka dan evaluasi terhadap mesin sejenis , prinsip kerja, hasil kerja turbin yang akan di rancang, spesifikasi turbin di susun dengan menggunakan QFD ( Quality Functional Deployment ). b. Sasaran pekerjaan 2 : Merancang dan memilih spesifikasi turbin Setelah memahami spesifikasi turbin air yang akan dirancang maka perancang akan membuat beberapa sket konsep mesin yang potensial . kemudian di pilih konsep yang terbaik yang memenuhi fungsi turbin dan kenginan perancanga. c. Sasaran pekerjaan 3 : Menyusun dokumentasi mesin Membuat dokumentasi konsep mesin yang dirancang yang dijabarkan dalam gambar detail. Memperkirakan kebutuhan tenaga kerja , waktu dan sumber lain untuk mencapai sasaran .

B86


Pekerjaan – pekerjaan seperti di atas di tangani oleh perancang untuk mancapai sasaran yang sudah di tentukan 4. Menyusun urutan pekerjaan Menyusun urutan pekerjaan bertujuan untuk mengoptimalkan sumber daya yang dimiliki , baik tenaga kerja waktu keraj, dapat mempelancar pekerjaan karena hasil suatu pekerjaan karena hasil suatu pekerjaan akan di gunakan pada pekerjaan berikutnya. Mendalami masalah dan menyusun spesifikasi Pendalaman dan penyusunan spesifikasi mesin menggunakan metode QFD (Quality Functional Deployment). Langkah langkah QFD akan menghasilkan rumah kualitas (House Of Quality) di sebut juga diagram HOQ. Dibawah ini di tujukan gambar House Of Quality (HOQ) perancangan Turbin air putaran rendah skala laboratorium.

Gambar 3.2 Diagram Struktur Fungsi

Keterangan gambar : = varian 1 = varian 2 = varian 3

   Gambar 3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Air Skla Laboratorium


Dari kombinasi prinsip solusi yang terdapat pada tabel di atas maka di hasilkan varian – varian sebagai berikut : varian 1 : 1-2, 2-1, 3-2, 4-2, 5-1. varian 2 : 1-2, 2-2, 3-1, 4-1, 5-2. varian 3 :1-2, 2-2, 3-1, 4-3, 5-3.

Dibawah ini adalah gambar alternatif konsep pembangkit listrik tenaga air skala laboratorium yang di buat morfologi .  varian 1

B87


Gambar 3.5 Varian 1 

Varian 2

meningkatkan fungsi dan kualitas dari produk teknologi yang diciptakan . Untuk itu kelebihan dan kekurangan yang ada pada hasil yang tercipta , tidak lepas dari proses pembuatan turbin yang dirancang.ini. Sasaran yang ingin di capai dari perancangan turbin air putaran rendah skala laboratorium dari turbin yang sudah ada sebelumnya. Diharapkan turbin yang tercipta saat ini lebih baik dari turbin sebelumnya dengan harapan pada produktifitas yang semakin tinggi. Tujuan dilakukan evaluasi serta seleksi terbaik adalah untuk menentukan varian dengan nilai tinggi berdasarkan skala nilai yang dipergunakan pada masing – masing varian yang berbeda. Tabel 3.4 Skala Nilai POINT ( M ) 0 1 2 3 4

Gambar 3.6 Varian 2 

SKALA NILAI KETERANGAN Tidak memuaskan Dapat Ditolerir Cukup Baik Sangat Baik/Memuaskan

Skala nilai adalah untuk membandingkan nilai pada setiap kriteria yang ada pada varian. Berikut adalah hasil perhitungan – perhitungan pada setiap varian : Tabel 3.5 Nilai Varian 1

Varian 3 No 1 2 3 4 5 6 7

Gambar 3.8 Varian 3 III.1. Pengujian Hasil Rancang Bangun. Hasil daya karya produk teknologi yang di ciptakan oleh manusia tidak lepas dari kekurangan, disamping kelebihan yang dimiliki oleh produk teknologi tersebut. Sudah menjadi hal yang wajar apabila manusia berusaha untuk terus mengembangkan dan meminimalisasikan kekurangan dari teknologinya tersebut, dengan kata lain


8 9

Kriteria Evaluasi Menghasilkan Daya Mudah di Operasikan Model Mudah di Rawat Komponen Mudah di Dapat Tidak Perlu Perawatan khusus Aman Dalam Pengoperasian Aman Bagi Kontruksi Mudah di Buat Jumlah

Bobot Nilai

Varian Angka

0,15

B

4

Juml ah 0,6

0,15

B

3

0,45

0,15 0,1

B B

4 3

0,6 0,3

0,1

B

3

0,3

0,05

B

3

0,15

0,05

B

4

0,2

0,05

B

4

0,2

0,15 1

C

2 30

0,3 3.1

Dari sistem penilaian pada varian telah diketahui jumlah yang dihasilkan pada varian 1 adalah 3.1

B88


konsep perancangan terbaik dipilih kemudian dibuat detail drawing produk.

Tabel 3.6 Nilai Varian 2 Varian No

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Kriteria Evaluasi Menghasilkan Daya Mudah di Operasikan Model Mudah di Rawat Spare part Mudah di Dapat Tidak Perlu Perawatan khusus Aman Dalam Pengoperasian Aman Bagi Kontruksi Mudah di Buat Jumlah

Bobot

0,15

Nilai B

Angka 4

Jumlah 0,6

0,15

B

4

0,6

0,15 0,1

B B

4 3

0,6 0,3

0,1

B

3

0,3

0,05

B

4

0,2

0,05

B

4

0,2

0,05

B

4

0,2

0,15 1

B

4 34

0,6 3.6

IV. Analisis Perhitungan IV.1.Perhitungan Perancangan Rangka Reservoir Untuk merancang suatu bangunan tenaga air hal yang terpenting adalah suatu rangka yang mampu menahan beban reservoir atas. Maka perancang akan merancang rangka dengan spesifik sebagai berikut : Ketinggian =3m Lebar = 610 cm Besi = Hollo dengan tebal 2 mm

Dari sistem penilaian pada varian telah diketahui jumlah yang dihasilkan pada varian 2 adalah 3.6 Tabel 3.7 Nilai Varian 3 Varian No

Kriteria Evaluasi

Bobot

1

Menghasilkan Daya Mudah di Operasikan Model Mudah di Rawat Spare part Mudah di Dapat Tidak Perlu Perawatan khusus Aman Dalam Pengoperasian Aman Bagi Kontruksi Mudah di Buat jumlah

0,15

Nilai Baik

Angka 3

Jumlah O,45

0,15

Baik

3

0,45

0,15 0,1

Baik Baik

3 3

0,45 0,3

0,1

Baik

3

0,3

0,05

Baik

3

0,15

0,05

Baik S Cukup

4

0,2

2

0,1

Baik

3 27

0,45 2.85

2 3 4 5 6 7 8 9

0,05 0,15 1

Dari sistem penilaian pada varian telah diketahui jumlah yang dihasilkan pada varian 3 adalah 2.85 Dari hasil yang ditunjukan tiap – tiap varian di dapatkan nilai sebagai berikut : Varian 1 : 3.1 Varian 2 : 3.6 Varian 3 : 2.85 Berdasarkan evaluasi penilaian 3 variasi di atas maka kesimpulan dari perancangan 3 variasi produk di atas di pilih salah satu konsep perancangan produk yang terbaik yaitu variasi produk 2 karena mempunyai point tertinggi di bandingkan variasi produk lainnya. Setelah satu


Gambar 4.1 Gambar Rancangan Rangka Untuk mengetahui seberapa handal kekuatan dari rangka menerima beban dari reservoir apabila beban reservoir diketahui sebagai berikut:

Gambar 4.2 Rancangan Reservoir

B89


Menccari volume air yang ada pada reserrvoir sebaggai berikut : P x L x T = 610 x 610 x 610 = 0,226 m³ m Telahh diasumsikan bahwa 1kg = 9,81 N = 0,266 m³ m = 266 kg = 2609 N Jadi bbeban yang dii peroleh rang gka dari reserrvoir sebesaar 266 N. Mengganalisa keekuatan rangka denngan menggunakan softw ware ProE Dapatt di peroleh daata sebagai berikut :

Q = kapasitas k alirann (m3/s) H = tiinggi jatuh airr (m) Diketahui : nt= 300 rppm Q= 0.0566 m³/s H= 2.5 m Penyelesaian P n : 3,65 . nt √Q

ns

=

ns

=

H¾

3,65 .300 0.0056 2.5¾ ns =508.2 rpm m

Gambar 4.33 Analisa softw ware ProE Berikuut adalah benntuk rangka teelah di kasih ggaya 226 N

Gambar 4.4 Titik T kritis terh hadap beban

IV.3 Perh hitungan Perrancangan PL LTMH Berikut B ini aadalah perhitu ungan secaraa seluruh bangunan b tena naga air meliiputi dimensii tinggi pem mbangkit listriik PLTMH. Hasil Pen ngujian Secarra Teoritis Untuk mendapat hasil yyang lebih maaksimal makaa dilakukann nya perhitunggan secara teoritis sebagaii berikut : 1. Debiit air yang m melalui pipa venturi v dapatt dikettahui, yaitu :

Qv = C . A2 Dimana : C = Koefisieen debit, diang ggap 1 karenaa :

Telahh diketahui titiik kritis yang di terima ranngka tidak berdampak baanyak pada raangka. Jadi ranngka menerrima gaya sebesar 226 N ttidak memppengarhui bessar pada keku uatan rangka yyang di raancang setelaah di analissa menggunaakan software Pro-E.K Kesimpulan rangka r yangg di rancanng kuat koontruksinya untuk menaahan reservvoir. ngan kecepaatan IV.2. Perhitungaan perancan spesiffikasi turbin Perhitungaan perancan ngan keceppatan spesiffik turbin addalah perhitun ngan dasar uuntuk mengetahui jenis sudu yang akan a di gunaakan turbinn air skala labooratorium. ns

nt =

3,65 . nt √Q =

H¾ Dengan : putaran tuurbin (rpm)


=

=

Tabel 5.1 H Hasil Pengujiaan N o

n turb bin (rpm m)

n rpm

 h ((m Hg)

h head (m Hg)

Kuat Arus (Am pere)

Teg anga n (Vol t)

1 2 3

467 7 431 1 449 9

303 279 284

0.05 0.05 0.05

0.03 0.03 0.03

1.5 1.4 1.4

14 13 13

Berdasark kan hasil penggujian telah diasumsikann beberapa percobaan p sebbanyak 3 kali . 2. Untuk k menghitungg daya listrik, menggunakan m n rumuss di bawah ini, untuk parameter nyaa menggunakan dataa hasil pengujian.

B90


P Pl = V x I = 13.3 Volt x 1.3 1 Ampere = 17.29 Watt Bebann yang digunaakan sebuah pembangkit p liistrik tenagaa PLTMH skkala laboratoriium adalah laampu 5 W Watt sehinggga dinyatak kan baik kaarena sebannding dengan daya d listrik yaang di hasilkann. 3. E Efisiensi turbiin didapat beerdasarkan ruumus pperhitungan di bawah ini :

t =

x 100 % 00 % x 10

= = 46 % Jadi eefisien turbin 46 4 %

Berikut inni adalah peerhitungan seecara seluruuh bangunann tenaga PLTMH meliiputi dimennsi tinggi pem mbangkit listrik k tenaga PLTM MH.

Perlu dikeetahui : P = dianggap ρ uudara artinya 1 atm V1 = V1 << V2 Z1 = 2.5 m Z2 =0 ρ1 = massa jenis air 1000 kg/m m² Penyelesaian : g Z1 = V2² V2 = √2.g Z1 = √ 2. 9,81. 2.55 =√ = 19.62 . 2.5 = √49.05 = 7 m/s Berarti teelah di ketahhui kecepatan n aliran padaa ketinggian n 2.5 m yaitu 7 m/s Menghitun ng Qv debit aliran fluidaa pada dalam m pipa yan ng menggunaakan persam maan sebagaii berikut. Pipa yang direncanakann : Pipa 4 incc Dengan ru umus : Qv = A A1.V Dimana : Qv = debbit aliran A1 = luas penamppang bagian daalam V = kecepatan alliran D1 = diameter pippa Mencari A1 A = π .D D1² 4 = 3,144 .0, 102.² 4 = 0,0008 m Jadi debit yang di perolleh : Qv = A11.V = 0,0008 . 7 m/s = 0.0556 m³/s

IV.4 Perhitungan Daaya Air Gambar 4.5 4 Dimensi Bangunan Persamaann momentum untuk pipa yyang da konstan addalah dialirii fluida dimaana sifat fluid sebaggai berikut : Prinsiip E total aliraan = tetap E1 = E E2 P1

+ P2

V12 2g

+

+

Z1

=

P2

V2 2 2g

+

V2 2 2g

+

+

Z2

Z2

Untukk menghitung V2 ………… …=


menghasilkan daya (power)) sebuah turbin dapat m air sebesarr : P= . g . Q . Heff ……… ……………… ……….. 2.2 Dimana :P P= Daya (W Watt) Q = Debit aliran ( m³/s )  = Massa jeniss air (kg/m3) g = Percepatan ggravitasi (m/ss2) Heff = Head efektiff (m) = ….? Diketahui P  = 1000 kg/m² ……… + H ……..……..2.11 g = 9,81 Heff = 2.5 m Q = 0.056 m³/s Penyelesaian : P =  . g . Q . Heff m². 9,81 . 0.0556 m³/s. 2.5 m P = 1000 kg/m P = 1373.4 Watt W = 1.373 kW W

B91


IV.5. Hasil Pengujian Secara Teoritis Untuk mendapat hasil yang lebih maksimal maka dilakukannya perhitungan secara teoritis sebagai berikut : 1. Debit air yang melalui pipa venturi dapat diketahui, yaitu : . . ∆ Qv = C . A2 Dimana : C = Koefisien debit, dianggap 1 karena Q Aliran Q sebenarnya := = Aliran Q ideal A . . A1 = A2 =

π x D12 4

π . D12

=

4

2

=

π . (0.1 m)

4 π. (0.064 m)2 4

= 0.007 m2 = 0.003 m2

Maka debit pada venturi menggunakan rumus : . . ∆ Qv = C . A2

dapat

dihitung

2

2 . 9.81 m s . 0.05 m Hg

2

= 1 . 0.05 m

1-(

0.003 m 2 2) 0.007 m

2

N o

n turbin (rpm)

n generato r (rpm)

h venturi (m Hg)

h head (m Hg)

Kuat Arus (Ampe re)

Tegang an (Volt)

1

467

303

0.05

0.03

1.5

14

2

431

279

0.05

0.03

1.4

13

3

449

284

0.05

0.03

1.4

13

Berdasarkan hasil pengujian telah diasumsikan beberapa percobaan sebanyak 3 kali . 4. Untuk menghitung daya listrik, menggunakan rumus di bawah ini, untuk parameter nya menggunakan data hasil pengujian. Pl = V x I = 13.3 Volt x 1.3 Ampere = 17.29 Watt Beban yang digunakan sebuah pembangkit listrik tenaga air skala laboratorium adalah lampu 5 Watt sehingga dinyatakan baik karena sebanding dengan daya listrik yang di hasilkan. 5. Efisiensi turbin didapat berdasarkan rumus perhitungan di bawah ini :

2

3

= 1 x 0.003 m . 1.1 m/s = 0.003 m /s 2. Mencari head turbin (HT) menggunakan rumus : P  2 +H HT = + g 2.g P Dimana : = 28.2 . h2 g Maka Head turbin nya adalah : 2

(7m/s) HT=(28.2x0.040mH2O)+( 2 )+2m 2 . 9.81 m s = 1.128 m + 0.3 m + 2.5 m = 3.928 m 3. Daya turbin dapat dihitung dengan rumus Pt = T , , dimana : T = FxL= mxgxL Dimana, L = 0.05 (m) m =  . A2 . 1 = 1000 kg/m3 . 0.003 m2 .7 m/s = 21 kg/s Maka T = 21 kg/s . 9.81 m/s2 . 0.05 m = 10.300 Nm 2 . π . nt 2 . π. 300 =  = 60 60 = 31.4 rad/s Maka, Pt = T .  = 21 Nm . 31.41 rad/s = 659.61 Watt = 0.659 kW


Tabel 5.1 Hasil Pengujian

t =

Pt Pa

x 100 % =

0.659 kW 1.3kW

x100 % = 46 %

Jadi efisien turbin 46 % V.

Kesimpulan Dari penelitian perancangan ini dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Perancangan sstem PLTMH merupakan pengembangan rancangan yang telah ada dengan memodifikasi bentuk dan variasi komponennya, yaitu disain bak pengarah, variasi diameter nozzle dan variasi sudut sudu turbin. 2. Perhitungan perancangan diperoleh Kecepatan aliran turbin 7 m3/s dengan debit aliran 0,056 m3/s dapat menghasilkan daya listrik sebesar 1373,4 Watt = 1,373 kW DAFTAR PUSTAKA

[1] Arismunandar Wiranto, “enggerak Mula Turbin,”edisi ke 3, ITB, Bandugn, 2004. [2] Sornes K,”Small-Scale Water Current Turbine for River Applications”, Zero Emission Resource Organization, 2010 [3] Dafid, L.F.G.” Performance Enhancements Turbine Modelling Tachniques and Asessmen of Turbulance Models”,2006 [4] Dietzel, Fritz, Turbin, Pompa, dan Kompresor, Erlangga, Jakarta. 1996 [5] Giles, V. Ranald, Mekanika Fluida & Hidraulika, Erlangga, Jakarta, 1993.

B92


[6] Mulyanto, Tri, Proses Manufaktur II, Univ. Pancasila Press, Jakarta. 2007. [7] Tim Laboratorium Mesin, Panduan Praktikum Rekayasa Terapan Mesin 2 Pro Engineer, Univ. Pancasila Press, Jakarta. 2008. [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine 22:58. 12 Januari 2011 [9] http//www.pdfsearchengine.com/chapterII. [10] 11:08.2 Desember 2010 [11] http//www.pdfsearchengine.com/generator 15:52. 20 Desember 2010


B93

C KELOMPOK DAMPAK LINGKUNGAN


(K3-24-06)

ANALISIS KINERJA MESIN PENDINGIN COLD STORAGE DENGAN MENGGUNAKAN HIDROKARBON MUSICOOL 134 Ismail1, Widodo2 1

Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 2 STT Bina Tunggal, Program Studi Teknik Mesin, Bekasi

Abstrak Mengingat pentingnya lingkungan dan penyelamatan dunia untuk masa yang akan datang, maka diperlukan kesadaran dari semua pihak untuk melakukan pencegahan salah satunya menciptakan teknologi refrigerasi dan mengurangi produksi gas rumah kaca. Upaya yang dilakukan yaitu memberikan pengetahuan, training atau pelatihan kepada praktisi-praktisi service refrigerasi untuk melakukan metode penanganan service mesin refrigerasi yang ramah lingkungan. Oleh karena itu perlu dilakukan : Analisis kinerja Mesin Pendingin Cold Storage dengan menggunakan Hidrokarbon Musicool 134. Adapun metode yang digunakan di dalam penelitian ini adalah dengan melakukan pengujian dan menganalisis sistem refrigerasi kompresi uap pada Mesin Pendingin Cold Storage serta mengacu standar yang dikeluarkan oleh PERTAMINA. Dari hasil analisis didapat bahwa besarnya COP (Coefficience Of Performance) 3,25 mendekati harga optimum dari Standar MC 134 PERTAMINA yaitu 3,38. Hal ini disebabkan Rasio tekanan (perbandingan tekanan dorong dengan tekanan hisap kompresor) yang lebih kecil dari rasio tekanan refrigeran sintetik. Dilihat dari hasil yang dicapai, maka Mesin Pendingin Cold Storage dapat dipergunakan dan efektif sebagai sarana perawatan atau praktek mesin refrigerasi, karena refrigeran yang dibuang ke udara relatif kecil. Kata kunci: Hidrokarbon musicool 134, COP (Coefficience Of Performance), mesin pendingin cold storage.

Abstract Given the importance of the environment and saving the world for the foreseeable future, it would require awareness of all parties to take reasonable precautions to create one of refrigeration technology and reduce production of greenhouse gases. Efforts are made that provide the knowledge, training for refrigeration service practitioners to perform service management methods that are environmentally friendly refrigeration machine. Therefore, it needs to be done: Analysis of Engine Coolant Cold Storage performance using Musicool Hydrocarbons 134. The method used in this study is to test and analyze the vapor compression refrigeration system on the engine cooling and Cold Storage refers to standards issued by PERTAMINA. From the results obtained that the magnitude of COP (Coefficience Of Performance) 3.25 close to the optimum price of Standard MC 134 PERTAMINA is 3.38. This is due to the pressure ratio (ratio of pressure to push the compressor suction pressure) is smaller than the ratio of synthetic refrigerant pressure. Judging from the results achieved, then Engine Cooling and Cold Storage can be used effectively as a means of treatment or practice of refrigeration machines, because the refrigerant is discharged into the air is relatively small. Keywords: Hidrokarbon Musicool 134, COP (Coefficience Of Performance), engine coolant cold storage 1. PENDAHULUAN Dengan berkembangnya teknologi dewasa ini serta tuntutan untuk melayani pelanggan dengan mutu dan kualitas terbaik, maka setiap perusahaan yang bergerak di bidang mesin pendingin selalu berusaha semaksimal mungkin. Dalam persaingan-persaingan pasar bebas yang sekarang ini sedang berjalan. Oleh karena itu, penipisan lapisan ozon disebabkan karena semakin meluasnya lubang ozon sehingga menyebabkan meningkatnya jumlah radiasi ultraviolet menuju bumi berdampak pada pengaruh perubahan cuaca di


bumi dan timbulnya berbagai macam penyakit yang sangat berbahaya untuk kelangsungan makhluk hidup di dunia. Mengingat pentingnya lingkungan dan penyelamatan dunia untuk masa yang akan datang, maka diperlukan kesadaran dari semua pihak untuk melakukan pencegahan salah satunya menciptakan teknologi refrigerasi dan mengurangi produksi gas rumah kaca. Upaya yang dilakukan yaitu memberikan pengetahuan, training atau pelatihan kepada praktisi-praktisi service refrigerasi untuk melakukan metode penanganan service mesin refrigerasi yang ramah

C1


lingkuungan. Oleh karena itu perlu p dilakukkan : Analisis kinerja Mesin M Pending gin Cold Stoorage dengaan menggunaakan Hidrokaarbon Musiicool 134. Pada dasarrnya mesin pendingin yyang digunnakan masyaraakat umum terdiri t dari em mpat macam m yaitu : 1. A AC Mobil (Pesawat pendingin p uuntuk rruangan penum mpang) 2. A AC Ruangan (Pesawat pend dingin ruangaan)

3. Freezer (Lemari Penddingin) 4. Kulkas Dari keempat jennis pendingin n di atas merupakan barang b mahall, akan tetap pi dengan naiknya taraf kehidupan m manusia akhirn nya barang tersebut men njadi salah satu kebutuh han yang dianggap biaasa dan meerupakan barrang vital dengan adan nya mesin ppendingin in ni seperti makanan, buah-buahan daan sayur-sayu uran dapat disimpan lebih lama dalam m keadaan segaar.

ngin cold stora age Gambar 1. Mesin pendin

ETODE PEN NELITIAN 2. ME Adapun mettode penelitian yang digunaakan di dallam penelitiann ini adalah sebagai berikkut : Studi literatur denggan berbagai referensi r dan sstudi ekspeerimen pada Mesin M Pendin ngin Cold Storrage yang mana caraa eksperimen n yaitu meelalui pengisian mesin pendingin dengan d refriggeran terlebbih dahulu sistem pend dingin divakkum, dengaan menggunakkan pompa vakum selamaa 20 menitt, di mana sistem sud dah benar-bbenar vakum m yaitu pressuure gauge meenunjukan tekaanan 0 barr absolut atauu -1 bar gau uge. Pengettesan keboccoran pada sisstem refrigerassi dapat dilakuukan dengaan menggunnakan di an ntaranya sebbagai berikuut : 1. Busa sabun atau a deterjen 2. Sistem electrronic detector (leak detectorr) 3. Zat warna Adapun pengetesan p kebocoran k ppada sistem m ini hanya dilakukan d deng gan menggunaakan busa sabun atau deterjen d ini dilakukan d denngan cara m mengisi sedikkit Musicool (MC-134) di disaat sistem m sudah dipastikan vakum m dengan tekaanan lebih besar dari tekkanan atmosffir. Jika pengiisian refrigeran dianggapp cukup mak ka dihentikan dan dilanjutkan dengaan proses pengetesan atau cara dengan pemerriksaan k kebocoran membbubuhkan bussa sabun ke seeluruh permukkaan pipa (sepanjang instalasi i pipaa) terutama ppada sambuungan pipa, baik b nut mau upun las. Apaabila terdappat gelembunng-gelembung busa sabun atau deterjen berarti sistem masih bocor. b Jika ttidak S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

terjadi gelemb bung berarti ssistem tidak bocor. b Bila sistem tidak bocor b maka ppengisian Mussicool 134 bisa dilakuk kan pada sisstem pending gin yaitu dengan cara sedikit demi sedikit secarra konstan sampai tekanaan 10 -12 psi cukup ditand dai dengan kondisi tekan nan normal (b (baca tekanan n pressure gauge) g Peralattan Pengujiann 1. Thermom meter Digital 2. Tang Am mpere 3. Manifold d Gauge 4. Stop Wa atch Hal-haal yang haarus dilakuk kan pada Prosedur Peng gujian yaitu : 1. Siapkan Mesin Pendinngin cold stora age. 2. Siapkan alat bantu yaitu pipa ekspansi, manifold d gauge dan taabung Musico ool 134. 3. Lakukan n pemeriksaann pada instalasi Mesin Pendingin Cold St Storage dan pastikan sambung gan pada pipaa ekspansi. 4. Pasang alat a ukur therm mometer digita al. 5. Lakukaan pengambiilan data tek kanan dan temperattur yang dilakkukan pada meesin. Untuk melakukan ppengambilan data perlu dilakukan su uatu persiapann awal sehin ngga pada saat pengamb bilan data tiddak terjadi kesalahank kesalahan yang y tidak diinginkan. Adapun persiapan yan ng diperlukann meliputi taahap-tahap seperti beriku ut : Penenttuan parameteer pengujian yang y akan diukur : 1. Penentuan titik penguukuran

C2


2. P Penyediaan allat ukur 3. P Pemasangan alat a ukur padaa titik pengukuuran 4. P Pemeriksaan menyeluruh m terhadap alat yyang ddiuji Parameter yang y diambil dalam penguujian sistem m Mesin Penndingin Cold d Storage addalah sebaggai berikut : 1. T Temperatur linngkungan 2. T Temperatur koondensor 3. T Temperatur koompresor 4. T Temperatur Evaporator E 5. T Tekanan Suctiion 6. A Arus listrik 7. T Tegangan listrrik 8. D Daya listrik Setelah sem mua alat ukur terpasang ppada titik-tiitik pengukurran yang telaah ditentukan dan sistem m sudah siaap untuk diu uji maka prroses pengaambilan data pun p dapat dilaakukan. Langgkahlangkah untuk penggambilan dataa pengujian sisstem yang ddilakukan adaalah sebagai berikut: 1. M Memeriksa koondisi alat uku ur yaitu: thermom a. Memastiikan bahwa meter digital berfungsi deng gan baik b. Tang am mpere digital berfungsi denngan baik c. Memastiikan bahwa manifold m berfuungsi dengan baik b 2. M Mencatat keadaan awal sebelum sisstem ddijalankan daan masukan data d tersebut ppada ttabel data penngamatan men nit ke nol 3. D Dalam penguujian Mesin Pendingin C Cold sstorage dilaakukan den ngan dua kali ppengujian. 4. P Pengukuran setiap s 1 menit sistem berjaalan, m masukan daata tersebut ke tabel data ppengamatan menit m ke 1 5. P Pengukuran seperti pada laangkah ke 2 seetiap sselang waktu 1 menit hing gga sampai m menit kke 60. 6. P Pengukuran dilakukan d seperti pada langgkah N NO. 5 tetapii dalam peng gujian sistem m ini P Pengukuran dilakukan setiap 1 m menit ssampai denggan sistem mengalami m cutt off ddan cut on.

3. 3 HASIL DAN D PEMBA AHASAN untuk Data PPerhitungan dengan menggunakan n Musicool 1134 pada men nit ke 60, sesuai analisiis rancangan Mesin Pendin ngin Cold Storage. Data Pen nggunaan Reffrigeran 134:  Temperaatur Lingkunggan = 30° C  Temperaatur Kompresssor cut off dan n cut on = 77,8° C n cut on =  Temperaatur Kondensoor cut off dan 49,4° C  Temperaatur Evaporattor cut off daan cut on (T2/mak ksimal ) = - 9,55°C  Arus Listrik L = 1,55 A  Tegang gan = 220 V  Daya = 0,34 kW 1. Efek E Refrigeraasi Efek E refrigeraasi jumlah paanas yang diambil d oleh evaporator sebanyak 231,33 kJ/kg 2. Kerja K Kompressi. Kerja K Kompreesi adalah teenaga dari lu uar yang diperlukan n untuk pemampatan refrigeran agar a suhu meningkat m unntuk mencap pai suhu kondensasi k ddan dalam hal ini dilakukan d olehh motor. Jadii besarnya kerja k kompressi pada suhu u 49,4 °C pada diagram m tekan entaalpi panas laanjut didapat nnilai kerja kom mpresinya adalah 71,17 kJ/kg 3. Ju umlah Kalorr yang dibu uang oleh Kondensor K Untuk U mengem mbalikan fase refrigeran dari d uap jenuuh menjadi cair c maka perlu dilakuka kan proses kondensasi k yaitu y pendingiinan kondenso or dengan udara u atau aair sehingga menjadi pembuangan ppanas. Jadi jumlah kaalor yang dibuang oleh Kondensor K 3002,5 kJ/kg 4. COP C (Coefficiient of Perform mance) COP C =

Efeek refrigera as i [2] Kerrja Kompreesi

= 3,25

Gambar 2. Grafik G temperratur kondenso or terhadap waaktu saat norm mal S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

C3


Gam mbar 3. Grafik k temperatur kkondensor terh hadap waktu saat s cut off dan an cut on

Gambar 4. Grafik G tempera ratur kompreso or terhadap waktu saat norm mal

Gam mbar 5. Grafik k Temperatur kkompresor terrhadap waktu saat cut off daan cut on

G Gambar 6. Graafik Temperattur Evaporatorr (t2) terhadap waktu saat noormal


C4


Gambar 7. Grafik Temperatur T Evvaporator (t2) terhadap t wakttu saat cut offf dan cut on

Gambar 8. Graffik COP stand dar PERTAMIINA gamatan mauupun Berdasarkann data peng data aanalisis sistem m refrigerasi kompresi k uap ppada Mesinn Pendingin Cold C Storage, dapat dijabaarkan untukk analisis di ataas : pengecekaan 1. Dengan kompoonen pergunakaan standarisassi dan alat uukur yang presisi dari komponen terssebut karena akkan mempeng garuhi dari ppada kinerja meesin tersebut. 22. Dari hasil rancang baangun ulang (redesign) mesin pendingin cold storagge ini dapat dicaapai kinerja dari pada m mesin yaitu dap tersebut pat mengheemat penggunaaan refrigeran 3. Dari hasil perhitungan didapat d : a) Besarnnya efek refrigerasi r iialah 231,333 kJ/kg. Dampak refrigeerasi atau efek pend dinginan addalah kemam mpuan dari sisstem untuk melakukan m penyerapan p ppanas dari liingkungan, proses p ini terrjadi pada evvaporator. Standar MC nya 290,5 berarti b baik peenggunaannyaa. b) Besarnnya kerja kompresi yyang dihasilkan ialah 71,1 17 kJ/kg. c) Besar kalor yang g dilepas oleh kondennsor ialah 302 2,5 kJ/kg. Of d) Besarnnya COP (Coefficience ( Perform mance) adalah h 3,25.


4. KESIMPULAN Besarn nya COP nce Of (Coefficien Performance) P ) 3,25 mendekkati harga optiimum dari Standar MC 134 1 PERTAM MINA yaitu 3,3 38. Hal ini disebabkan Rasio R tekanan (perbandingaan tekanan dorong dengaan tekanan hhisap kompresor) yang lebih kecil daari rasio tekan anan refrigeran n sintetik. Dilihat dari hasil yang dicapai, mak ka Mesin Pendingin Co old Storage ddapat dipergun nakan dan efektif sebag gai sarana peerawatan atau u praktek mesin refrigerasi, karena re refrigeran yan ng dibuang ke udara relattif kecil. USTAKA DAFTAR PU [1] Hendoko, 1981, “Tekniik lemari es”, Jakarta [2] Roy. J. Dossat, 19981, “ principles of Refrigerattion”, John W Willey dan Sons, New York [3] W. F. Stoecker S dan J. W. Jones, 1994, “Refrigeraasi dan Peengkondisian udara”, Jakarta [4] Wiranto Arismunandar A ar, Heizo Saiito, 2002, “Penyegarran udara”, Pradnya Paramita, Jakarta [5] Aspek Tek knis Pertaminna (Standar Mu usiCool)

C5

D KELOMPOK MANUFAKTUR


(K4-8-01) OPTIMASI KERJA POMPA HIDRAM Mastur Universitas Pancasila, Program Studi Magister Teknik Mesin, Jakarta 10320 E-mail: [email protected]

Abstrak Sebuah unit pompa hidram ukuran 0,0308 meter dengan ketinggian pemompaan 28 meter menghasilkan debit yang sangat kecil yaitu 1.48 liter/menit. Untuk itu diperlukan suatu kajian dan pengujian agar kinerjanya meningkat. Dengan melakukan perubahan diameter pipa masuk, tabung kompresi, katup limbah dan massa katup limbah diperoleh suatu data dari kombinasi yang optimal. Selanjutnya diolah dengan menggunakan Metode Taguchi. Hasilnya terjadi peningkatan debit menjadi 8.2255 liter/menit. Pengujian pada kondisi optimal dan analisa perhitungan menghasilkan debit 8,3531 liter/menit dan 9,7542 liter/menit. Hubungan antara debit dengan masing-masing variabel dari berbagai keadaan digambarkan dalam bentuk grafik karakteristiknya. Kata Kunci: pompa hidram, debit dan karakteristik.

Abstract A unit of hidram pump is 0.0308 meters size with a height of pumping is 28 meters;it produces a very small discharge that is 1,48 liters/minute. This requires a study and testing in order to increase its performance. By changing the diameter ofthe entering pipe, the compression tubes, the waste valve and waste valve mass obtained the data from the optimal combination. Further, it processed by using theTaguchi method. The result is an increase in the discharge into 8.2255 liters/minute. Testing in optimal conditions and calculation analys is produces 8.3531 liters/minute and 9.7542 liters/minute discharge. The relationship between the discharges and each variable of the circumstances is describedin its characteristics graphic. Keywords: hidram pump, discharge and characteristics. 1. PENDAHULUAN Saat ini, pengembangan dan penggunaan energi terbarukan atau renewable energy semakin menjadi hal yang sangat penting. Apalagi sekarang ditambah dengan isu pemanasan global, yaitu tentang emisi CO2 yang kontra terhadap pelestarian lingkungan dan efek rumah kaca. Maka berbabagai upaya dilakukan untuk menanggulangi dan mengurangi hal tersebut, misalnya adanya diversifikasi sumber energi dengan ditandatanganinya Inpres No.1/2006 tentang Penyediaan dan Pemanfaatan Bahan Bakar Nabati. Menurut data dari World Electricity Generation, penggunaan bentuk energi didunia : batu bara 40.3 %; gas alam 19.7 %; air 16.0%; nuklir 15.2%; minyak 6.6 %; dan energi terbarukan 2.2%. Melihat kondisi seperti ini, tentu merupakan kondisi yang positif dan momentum yang tepat bagi seluruh komponen bangsa untuk segera memikirkan dan mengambil langkah serius guna pengembangan sumber energi alternatif masa depan. Salah satu bentuk pengembangan energi alternative yang cocok didaerah pedesaan atau pegunungan adalah dengan memanfaatkan atau menggunakan air. Air didaerah (tersebut) kebanyakan masih melimpah dan


pemanfaatannya belum maksimal. Oleh karena itu penggunaan pompa hidram sangat tepat. Pompa ini adalah pompa air ramah lingkungan dan tidak menggunakan bahan bakar. Mampu bekerja non stop dan tidak memerlukan biaya operasi yang tinggi untuk perawatannya. Selain dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga, juga dapat digunakan untuk pertanian, peternakan dan sebagainya Di desa Kelinting, RT:10, RW:1 Kecamatan Somagede, Kabupaten Banyumas, Jawa Tengah sudah terpasang pompa hidram, tetapi belum maksimal karena debitnya kecil 1.48 liter/menit. Maka kami bermaksud melakukan Optimasi Desain Pompa Hidram agar diperoleh debit yang maksimal. Selain itu juga untuk mengetahui pengaruh dari masing-masing faktor serta untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan tentang pompa hidram. 2. METODE PENELITIAN Unit Pompa Hidram Data pompa hidram yang terdapat di desa Kelinting Kabupaten Banyumas sebagai berikut : a. Pompa hidram ukuran 1.5 inchi (0.0381m.) b. Debit yang dihasilkan 1.48 l/min.

D1


Diameter Katup Limbah (m)

Diameter Tabung Kompresi (m)

Massa Katup Limbah (kg)

1

0.0254

0.0254

0.0508

0.4000

2

0.0254

0.0381

0.0762

0.5000

3

0.0254

0.0508

0.1016

0.6000

4 5

0.0381 0.0381

0.0254 0.0381

0.0762 0.1016

0.5000 0.4000

6

0.0381

0.0508

0.0508

0.6000

7

0.0508

0.0254

0.1016

0.5000

8

0.0508

0.0381

0.0508

0.6000

9

0.0508

0.0508

0.0762

0.4000

3. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Analisis Metode Taguchi Hasil percobaan dengan perubahan berbagai faktor sesuai tabel diatas, diperoleh debit :

No. Penelitian

Tabel.3. Debit Hasil Pengujian Variabel Kondisi Pengujian

1

1

2. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan adalah metode Taguchi. Jumlah Data pengujiannya sebanyak empat faktor variabel dan tiga level .

2

2

3

3

Tabel 1 Faktor Variabel Dan Level Pengujian

4

4

Notasi

- head =

A B C D

FAKTOR / VARIABLE

Diameter pipa masuk (m) Diameter katup limbah (m) Diameter tabung kompresi m) Massa katup limbah (kg)

. ΔZ. = 235.44

Debit (Q) (l/min.)

Diameter Pipa Masuk (m)

Gambar 1. Unit Pompa Hidram c. Pipa masuk : - Diameter = 1.5 inchi (0.0381 m.) - Panjang = 8 m. d. Pipa katup limbah : - Diameter 1.5 inchi (0.0381 m.) e. Tabung kompresi : - Diameter = 3.0 inchi (0.0508 m) - Tinggi = 0.45 m. f. Massa katup limbah = 0.5000 kg. g. Pipa penghantar : - Diameter = 0.5 inchi (0.0127 m) - Panjang = 40 m. h. Tinggi Z1 = 4 m.; Z2 = 28 m. i. Head : - ΔZ. = 24 m.

Kondisi Pengujian

Tabel 2 Konfigurasi Data Pengujian

LEVEL 1

LEVEL 2

LEVEL 3

5

5

0.0254

0.0381

0.0508

6

6

0.0254

0.0381

0.0508

7

7

0.0508

0.0762

0.1016

0.4000

0.5000

0.6000

8

8

9

9

Adapun konfigurasi data pengujian menurut metode Taguchi sebagai berikut :

Debit (Q) Pengujian (l/min.) Percobaan ke a. 0.6135 b. 0.5967 c. 0.6099 a. 0.4369 b. 0.5846 c. 0.7385 a. 0.7286 b. 0.8913 c. 0.7501 a. 3.6574 a. 3.7439 b. 4.1387 a. 4.3015 b. 4.1321 c. 4.2062 a. 3.5311 b. 3.6731 c. 4.0961 a. 8.0313 b. 7.7436 c. 7.7846 a. 7.2964 b. 7.6231 c. 7.9312 a. 8.1049 b. 7.9528 c. 8.3223

Rata-rata 0.6066 0.5867 0.7900 3.8467 4.2133 3.7667 7.8533 7.6167 8.1267

Dari tabel dapat dianalisis hasil pengujiannya sebagai berikut : 1. Debit rerata dari beberapa kombinasi variabel (0.6066 +0.5867+ 0.7900+3.8467+4.2133+ 3.7667+7.8533+7.6167+8.1267)/9=4.1563 l/min


D2


2. Respon atau pengaruh rata-rata diameter pipa masuk 0.0254 m. : (0.6066+0.5867+ 0.7900)/3=0..6611 l/min.. 3. Respon atau pengaruh rata-rata diameter pipa masuk 0.0381 m. : ( 3.8467+4.7133+3.7667)/3=3.9422 l/min. 4. Respon atau pengaruh rata-rata diameter pipa masuk 0.0508 m. : (7.8533 +7.6167+8.1267) /3 =7.8656 l/min. 5. Respon atau pengaruh rata-rata diameter katup limbah 0.0254 m. : (0. 6066 +3.8467+7.8533)/3=4..1022 l/min. 6. Respon atau pengaruh rata-rata diameter katup limbah 0.0381 m. : (0.5867+4.7133+7.6167) /3=4.1389 l/min. 7. Respon atau pengaruh rata-rata diameter katup limbah 0.0508 m. : (0.7900 + 3.7667+8.1267)/3=4.2278 l/min. 8. Respon atau pengaruh rata-rata diameter tabung kompresi 0.0508 m. : (0.6066 +3.7667+7.6167)/3=3.9967 l/min. 9. Respon atau pengaruh rata-rata diameter tabung kompresi 0.0762 m. : (0.5867+3.8467+8.1267)/3=4.1867 l/min. 10. Respon atau pengaruh rata-rata diameter tabung kompresi 0.1016 m. : (0.7900+4.7133+7.8533)/3=4.2855 l/min. 11. Respon atau pengaruh rata-rata massa katup limbah 0.4000 kg.. : (0.6066+4.7133+ 8.1267)/3=4.3155 l/min. 12. Respon atau pengaruh rata-rata massa katup limbah 0.5000 kg.. : (0.5867+3.8467+7.8533)/3=4.0956 l/min. 13. Respon atau pengaruh rata-rata massa katup limbah 0.6000 kg.. : (0.7900+3.7667+7.6167)/3=4.0578 l/min. Dengan demikian dapat dibuat tabel respon pengaruhnya sebagai berikut .

Diameter Pipa Masuk (m)

Diameter Katup Masuk (m)

Diameter Tabung Kompresi (m)

Massa Katup Limbah (Kg)

0.6611 3.9422 3.2811

4.1022 4.1389 0.0365 12 4.1022 4.2278 0.1256 8 4.1389 4.2278 0.0889 10

3.9967 4.1867 0.1900 7 3.9967 4.2855 0.2889 6 4.1867 4.2855 0.0988 9

4.3155 4.0956 0.2200 5 4.3155 4.0578 0.2577 4 4.0956 4.0578 0.0378 11

3 0.6611 7.8656 7.2045 1 3.9422 7.8656 3.9233 2


A3 = ukuran diameter pipa masuk 0,0508 m. D1 = ukuran massa katup limbah 0,4000 kg. C3 = ukuran diameter tabung kompresi 0,1016m. B3 = ukuran diameter katup limbah 0,0508 m. Besarnya debit pada kondisi disekitar harga Y opt, dimana :

optimal,

Yopt=T+(A3-T)+(D1-T)+(C3-T)+(B3–T) [ 1 ] dengan : T

= harga rerata dari debit (T=4.1563 l/min.)

A3

= pengaruh rerata faktor A3 (7.8656 l/min.)

D1

= pengaruh rerata faktor D1(4.3155 l/min).

C3

= pengaruh rerata faktor C3 (4.2855 l/min)

B3

= pengaruh rerata faktor B3 (4.2278 l/min).

Yopt. = besarnya debit pada kondisi optimal maka dapat diperkirakan debit alirannya berada di sekitar : Yopt = 4.1563+ (7.8656-4.1563)+(4.3155-4.1563) + (4.2855 - 4.1563 ) + (4.2278 - 4.1563) Y opt. = 8.2255 l/min.

Faktor Pengaruh

Level 1 Level 2 Selisih Ranking Level 1 Level 3 Selisih Ranking Level 2 Level 3 Selisih Ranking

Diperoleh kondisi optimalnya, yaitu : A3;A3;A3; D1; D1;C3; C2; B3; C3; B3; D2; B2 Kinerja pompa hidram akan optimal jika dioperasikan pada kondisi terbaik dengan kombinasi faktor A3; D1; C3; B3; artinya kerja pompa hidram akan memberikan debit yang paling baik apabila dioperasikan pada kondisi :

b. Pengujian Pompa Pada Kondisi Optimal Pengujian pompa pada kondisi optimum perlu dilakukan, karena untuk mengetahui besarnya debit yang maksimal secara kontinuitas. Debit pengujiannya seperti pada tabel dibawah.

D3


Tabbel.5. Debit Peengujian Padaa Kondisi Optiimal

No.

Percobaaan ke :

Debit (Q) Pengujian ( (l/min.) Besarny ya Rata-ratta debit

1

1

7.9531

2

2

8.5903

3

3

8.0648

4

4

8.8201

5

5

7.8174

6

6

8.4738

7

7

8.0326

8

8

8.5102

9

9

8.7420

10 0

10

8.5263

8.3531

ii). Kecepatan n aliran dari piipa Kecepatan aliran dari pippa masuk (VT)

Gambar 3. Tangki alirran terbuka daan pipa air tabung poompa Dengan persamaan p Beernaulli, diperroleh hasil perhitung gan dan iterasii akhir = 8.4902 iii) Kecepattan aliran di ddalam tabung

a. An nalisis Perhittungan Secara peerhitungan, hasil optim masi deesain pompa hidram h dapat dijelaskan d sebbagai beerikut : i) Menghitung Kecepatan dittitik B (VB):

Gambar 4 Tabung T komprresi dan katup p limbah diperoleh Dengan persamaan Bernaulli, perhitungaan dan iteerasi akhir = 21.7342 . G Gambar 2 Tanggki aliran terbuka dan pipa air

iv) Kecepattan aliran di akkhir pemompaan (VTP)

Peersamaan Bernnaulli : 2

∆

2

.[ 2 ] ∆ dengan : VA = kecepaatan titik A VB = kecepaatan titik B daan VA <<< V B =0 PA = PB = 0 = tekanan dittitik A dan B, n terbuka karenaa tangki aliran

Haasil perhitunggan dan iterassi akhir diperroleh VB 2.9748


Gam mbar 5 Pompa hhidram dengaan ketinggiian pemompaaan Dengan perrsamaan Bernaaulli, diperoleh hasil perhitungan n dan iterasi ak akhir 1.2957

D4


Sehingga beesarnya debit hasil h pemomppaan adaalah : Q = A x VTP 2 = (DTP T ) =

(0.00127)2

Taabel 7. Karakteeristik Debit dengan d Diameter D Katuup Limbah

No.

= 0.0000126 m2 x 1.2957 = 0.00001632 x 60000 l/min. Q = 9.79554 l/min. d.. K Karakteristik k Pompa Hidram Sifat dari pompa hidraam dapat diilihat dari karakteristiknya deng gan perhitunngan sebagai berikut Debit Dengan n Diameter Piipa Masuk 1) D Karakteristik debit deng gan diameter pipa m masuk dapat diilihat seperti pada p grafik 1.

Diiameter Katup p Limbah Inchi

meter

1.

1.0

0.0254

2.

1.5

0.0381

3.

2.0

0.0508

Debit (Q) ( (l/min) 0.6066 0 3 3.8467 7 7.8533 0 0.5867 4 4.2133 7 7.6167 0 0.7900 3 3.7667 8 8.1267

umlah Ju Raata-rata Deebit (Q) 4 4.1022

4 4.1389

4 4.2278

Tabel 6. Karakteristik K Debit D dengan Diam meter Pipa Maasuk No .

Diameter Pipa P masuk inchi

m meter

1.

1.0

0.0254

2.

1.5

0.0381

3.

2.0

0.0508

Debitt (Q) (l/min n) 0.6066 0.5867 0.7900 3.8467 4.7133 3.7667 7.8533 7.6167 8.1267

Jumlah Rata-rataa Debit (Q)) 0.6611

3.9422

7.8656

Grafik 2. Karakterisstik debit deng gan diameter kkatup limbah

2) Debiit Dengan DiameteerTabung Kom mpresi Karaakteristik debitit pemompaan n dengan diameter tabung kompreesi seperti graafik 3. Tabel 8. Karakteristik K Debit dengan n Diameter Taabung Kompreesi No.

Grafik 1. Kaarakteristik deebit dengan diiameter pipa masuk m

1) Debit Den ngan Diameteer Pipa Masu uk Karaktteristik deb bit pemomppaan dengan diam meter katup lim mbah dapat diilihat seperti pada grafik 2.


Diameter Tabung Kompresi inchi

meter

1.

2.0

0.0508

2.

3.0

0.0762

3.

4.0

0.1016

Debit (Q) (l/min) 0.6066 3.7667 7.6167 0.5867 3.8467 8.1267 0.7900 4.2133 7.8533

Jumlah Rata-rata R D Debit (Q) 3.9967

4.1867

4.2855

D5


5. Karaktteristik Pomppa terhadap Efisiensi, Head dan Tekanan an Tak Berdim mensi Karakteristik K Pompa terhadap Efisieensi, Head dan Tekan nan Tak Berdimensi sebagaai berikut : masi a) Seebelum dioptim i) Heaad tak berdimeensi € =

;

Dim mana : hl = Δhf + Δhm m d diametter Graafik 3. Karakteeristik debit dengan tabbung kompressi 2) Deebit Dengan Massa Katup p Limbah Karakterisstik debit pem mompaan denngan maassa katup lim mbah seperti grrafik .4. Tabel 9. Karrakteristik Deb bit dengan Maassa Katuup Limbah No..

Massa Kaatup Limbaah gram kiloogram

1.

4.0

2.

5.0

3.

6.0

0 0.4000

0.5000

0.6000

Debit (Q)) (l/miin) 0.60666 4.21333 8.12667 0.58667 3.84667 7.85333 0.79000 3.76667 7.61667

Jumlahh Rata-rataa Debit (Q Q) 4.3155

4.0956

hl = 3.0478 ka diperoleh € = 7.7619 Mak ii) Kaapasitas tak beerdimensi Φ = dipeeroleh Φ = 00.558 b) Haasil pengujiann dengan meto ode Taaguchi i) Heead tak berdim mensi € = hl = kerugian m minor dan maayor = Δhf + Δhm m = 93.9937 Maka diperolehh

4.0578

€ = 30.49 984

K tak bberdimensi Φ = ii) Kapasitas Maka M diperolehh Φ = 0.9336 6 disi paling c) Haasil pengujiann dengan kond op ptimal i) Heead tak berdim mensi € = ; Maka M diperoleeh € = 31.231 19 ii) Kapasitas K tak bberdimensi Φ = Maka M diperolehh Φ = 0.91

Grafik 4. Karakkteristik debit dengan massaa katuup limbah


Darri hasil perhiitungan terseb but, maka dapat dibuat ggrafik perrbandingan i karakterristiknya seperrti di bawah ini.

D6


ii. Efisiiensi (η) dan discha arge (ф) berbanding terbaalik dengan head tak dimeensi (є), iii. Pom mpa hidram sebelum dioptimasi, d efisieensinya sangaat rendah sekittar 50%. iv Pomp pa hidram setelah dioptimasi d efisieensinya nnaik menjad di sekitar 80% e. Pengujiian yang dillakukan men nghasilkan kinerjaa yang optima mal, akan tetap pi dengan melihat hasil grrafik karakteeristiknya, masih dapat di makksimalkan laagi dengan merubaah faktor penngaruh lainny ya seperti ketingg gian pipa masuuk dan lain seebagainya.

Grrafik 5. Karakkteristik pomp pa hidram darii berbaagai keadaan

ESIMPULAN N 4. KE Setelah meelakukan peneelitian optim masi desainn pompa hidram deng gan tujuan uuntuk mempperleh debit pemompaan yang optim mum, maka dapat ditarik kesimpulan seebagai berikut ut: a. K Kecenderungaan pengaruh h dari fakktorffaktor : diaameter pipa masuk, diam meter kkatup limbahh, diameter tabung t komppresi, ddan massa katup k limbah h terhadap ddebit ssebuah pom mpa pompa hidram ttelah dan diperg ddiketahui, gunakan uuntuk m menentukan kondisi operrasi optimal bagi ppompa hidrram tersebu ut agar ddapat m menghasilkann debit yang leebih tinggi. b. K Kondisi optim mal yang daapat memberrikan ddebit pompa hidram h terting ggi bagi faktorr dan llevel yang tellah diuji adalaah apabila poompa ddioperasikan pada p kondisi operasi o : A A3=ukuran diiameter pipa masuk m 0,05088 m. D D1=ukuran massa m katup lim mbah 0,4000 kg. C C3=ukuran diiametr tabung g kompresi 0,11016 m B3=ukkuran diameter katup lim mbah 0,0508 m. c. A Apabila pom mpa hidram dioperasikan d ppada kkondisi operrasi yang op ptimal sepperti ttersebut diataas, maka daapat diperkiraakan ddebit alirannyya akan berad da di sekitar hharga 88.2255 l/min.., meningkatt sebesar 97. 9 % 4.1563 l//min. ((meningkat dari d rata-rata m menjadi 8.22555 l/min.) d. G Grafik karaktteristik pompaa hidram sebeelum ddan sesudah dilakukan op ptimasi kinerjaanya m menunjukkan : i. Efisiensi (η) berband ding lurus denngan discharge (ф),.


DAFTAR PU USTAKA [1] Faizal,20 009, Panduaan Membuat Pompa Katulistiwa-T Hidram,, Teknologi, http.faizal.web.id [2] Membuaat Pompa Hiddram, 1996. Teknologi Tepat Guna, www//buukabuku.com [3] Munson, R, Bruce, 2002. Mecchanics of Fluid, New N York [4] Mulyantto, 2010, Mem mbuat Pompa a Hidram, http//mu ulyanto.goblogg.wordpress [5] Pratomo o, 2011, Pomp mpa air Tanpa a Listrik dan BB BM, Artikel Hidram Mahasiswa M Program m Pasca Sarjana Universitas U Sugijaprranata, http//ooborcom [6] Pompa Air: A Hidraulicc Ram Automa atic. Pusat Informasi/Dokumentaasi Teknolog gi Tepat Guna PT TP ITB. Pom mpa Hidram, 2008, Uji Coba Po ompa Hidram,, www.bgi.co..id [7] Pompa Hidram, 20008, Uji Cob ba Pompa Hidram,, www.bgi.co..id [8] Ranjit K. Roy, 2001., Deesign Of ments Using TThe Taguchi Approach; A Experim 16 Steeps To Prroduct And Process Improveement, New Yo York.. Pompa, [9] Wibowo o Paryatmoo., 1980, Universiitas Pancasila Press. [10] Widarto, L. Dan F.X. Sudartto. 2000. Teknologi Tepat Guuna: Membua at Pompa Hidram. Yogyakarta: Kanisius [11] Word Electricity E Genneration, Meii 2009, by source.

D7


(K4-29-03)

PENGARUH SUHU AUSTEMPER PADA DUCTILE IRON TERHADAP STUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS Triyono, Himawan HS Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Jakarta 13220 E-mail: [email protected]

Abstrak Material besi cor Austempered Ductile Iron (ADI) dewasa ini semakin dikenal dengan aplikasinyadiberbagai bidang terutama otomotif. Bahan ADI memiliki keunikan dengan kombinasi antara kekuatan, keuletan, fatik dan ketahanan terhadap aus yang baik dengan biaya yang rendah. Oleh karena itu ADI menjadi pilihan alternatif disamping dibandingkan dengan besi cor dan baja cor yang lain. Perlakuan panas yang dilakukan adalah astenisasi besi cor noduler pada suhu 9200C selama 1 (satu) jam, dilanjutkan dengan variasi austemper pada suhu 2500C, 3000C, 3500C dan 4000C selama 2 jam pada media salt bath. Sifat mekanis diketahui dengan pengujian tarik dan pengujian kekerasan sedangkan sifat fisis diketahui dengan melakukan pengamatan struktur mikro. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi suhu austemper terhadap sifat fisis dan mekanis.Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik optimum 1161,65 Mpa dan untuk pengujian impact 0,15 Joule/mm2 ini terjadi pada ADI yang diaustemper pada temperatur 3500C selama 2 jam. Hasil pengujian kekerasan terbesar 364 HBN terjadi pada pada ADI yang diaustemper pada temperatur 250 0C, kondisi ini dipengaruhi masih didominasinya stuktur bainit dan mulai terbentuknya stuktur martensit yang bersifat keras dan getas. Kata kunci: sifat fisis, sifat mekanis ADI.

Abstract Austempered Ductile Iron (ADI) has been used and increasingly popular due to its unique combination between strength, ductility, fatigue and wear resistance with low cost production. Hence ADI became an alternative compared with cast irons and steels. The purposes of this research are to investigate effects of austemper temperature variations to physical and mechanical properties of ADI.Heat treatments were done by nodular cast iron austenization at 9200C for one hour followed with austemper temperature variations at 2500C, 3000C, 3500C and 4000C for two hours in salt bath media. Physical mechanical properties are gathered by tensile, impact, hardness tests and microstructure analysis. Results show optimum tensile strength (1161.65 MPa) and toughness (0.15 J/mm2) occur at 3500C austemper temperature variation. Optimum hardnees 364 HBN occur at 250 0C austemper temperature variation. Keywords, physical properties, mechanical properties ADI. 1. PENDAHULUAN Berbagai riset di berbagai negara dilakukan untuk menemukan material yang memiliki sifat mekanik yang baik, mempunyai ketahanan pakai yang baik dan ekonomis. Komponen yang dapat dibuat dengan lebih ekonomis dalam hal ini mengacu pada pengurangan biaya produksi dan massa komponen. Salah satu fenomena material yang menarik untuk dibahas adalah penggunaan material Ductile Iron yang diproses austemper. Material ini dikenal sebagai Austempered Ductile Iron (ADI). Ductile Iron sendiri, bersama aluminium diperkirakan akan terus mengalami peningkatan dengan jumlah mencapai 14 persen hingga 4 tahun ke depan (Kirgin, 2004). Salah satu penyebab meningkatnya pemanfaatan ductile iron adalah banyaknya riset pada ductile iron yang


menghasilkan jenis material dengan sifat mekanik yang cocok digunakan pada berbagai komponen. Salah satu jenis Ductile Iron yang banyak digunakan adalah Austempered Ductile Iron. Menurut Achary dkk (2004) kelebihan utama dari ADI adalah biaya produksi yang murah. Selain itu material ini memiliki sifat mampu mesin, rasio kekuatan-massa, ketangguhan yang baik, sifat mekanik dalam kisaran yang luas sekaligus mempunyai ketahanan pakai yang tinggi. Tujuan penelitian ini adalah melakukan melakukan percobaan membuat besi cor noduler dengan tungku induksi, kemudian dilanjutkan dengan proses heat treatment pada hasil pengecoran besi cor tersebut. Pemilihan besi cor noduler dikarenakan besi cor jenis ini memiliki sifat ulet (ductile) bila dibandingkan dengan besi cor yang lain. Proses heat tretment yang

D8


dilakukan adalah dengan memanaskan besi cor sampai temperatur austenit, dalam penelitian ini diambil suhu 920 oC dalam waktu satu jam dan dilajutkan proses autemper. Pada tahapan ini segaja dibuat variasi suhu autemper agar didapatkan karateristik material yang baru terhadap perubahan suhu austemper tersebut. Beberapa produk besi cor yang banyak dikenal mempunyai sifat getas dapat diubah sifat mekaniknya dengan proses austemper sehingga dihasilkan Austempered Ductile Iron. Dengan sifat mekanik yang baik dan luas, meningkatnya ketahanan pakai, serta murahnya biaya pembuatan ADI, material ini dapat terus berkembang pemanfaatannya. 2. TINJAUAN PUSTAKA Banyaknya riset pada ductile iron yang menghasilkan jenis material dengan sifat mekanik yang cocok digunakan pada berbagai komponen automotif. Salah satu jenis Ductile Iron yang banyak digunakan adalah Austempered Ductile Iron yang disampaikan oleh Achary (2000). Penelitian yang dilakukan oleh Eric dkk (2004), ADI diaustenisasi pada temperatur 860 ºC selama 1 jam dan diaustemper pada temperatur 320 ºC dan 400 ºC dengan interval dari 0,5 – 5 jam. Hasilnya menunjukkan pada temperatur 320 ºC dengan interval waktu antara 2–5 jam, struktur mikro khas ADI mulai tampak, yaitu bainitic ferrit bebas dengan austenit berkadar karbon tinggi. Penelitian yang dilakukan oleh Perez (2002) ductile iron dipanasi pada temperatur 870 ºC selama dua jam kemudian menahan pada temperatur austemper 420, 370, 350, 315, dan 270 ºC selama dua jam. Hasil penelitiannya menampilkan perbandingan fraksi volum eaustenit karbon tinggi dan kadar karbon pada temperatur 350 ºC dan 370 ºC, adalah Volume austenit karbon tinggi 0.118 dan C 2.06 %, sedang untuk temperatur 370 ºC Volume austenit karbon tinggi 0.332 dan C 2.10 %. Hasil pengujian sifat mekanis menunjukkan bahwa energi impak maksimum sebesar 133 Joule terjadi setelah 2,5 jam austemper pada temperatur 320 ºC Hal ini terkait dengan fraksi volume austenit yang mencapai level maksimum, sebesar 40 %. Adanya martensit pada austemper 400 ºC menjadikan sifat tarik yang lebih rendah dari pada austemper pada temperatur 320ºC. Meskipun fraksi volume austenit turun secara perlahan, energi impak turun secara drastis, tetapi akan mencapai kestabilan pada 85 Joule setelah 3 jam. 3. DASAR TEORI Berbagai hasil penelitian telah menjelaskan beberapa langkah proses pembuatan ADI, salah satunya adalah Hayryen dkk (2002),


Gambar 1. Skema Transformasi Isothermal yang menggambarkan proses pembentukan ADI. Besi cor ulet (ductile iron) awalnya dipanaskan hingga mencapai temperatur austenit (A-B) yang berkisar antara 840 – 950 ºC. Benda coran kemudian ditahan pada temperatur tersebut selama waktu tertentu sehingga tercapai matriks austenit yang uniform (B–C). Setelah itu benda coran didinginkan cepat untuk menghindari pembentukan strukur pearlit hingga mencapai temperatur austemper (C-D). Proses berikutnya adalah proses perlakuan panas isothermal pada temperatur austemper, selama selang waktu tertentu (D-E) hingga terbentuk matriks ausferrit. Benda coran didinginkan secara perlahan pada temperatur ruang. Untuk mendapatkan sifat ADI yang diharapkan, dilakukan berbagai penelitian dengan mengubah berbagai karakterisitik thermal dengan cara memvariasikan suhu austenit, waktu penahanan pada suhu austenit, suhu austemper dan waktu penahanan pada suhu austemper.

4. METODE PENELITIAN Alur penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada gambar 2, dimana proses dimulai dari peleburan besi cor dengan tungku induksi. Proses peleburan dilakukan di kawasan home industri tepatnya di ceper klaten jawa tengah. Besi cor hasil peleburan dilanjutkan dengan proses austenisasi 920oC selama satu jam dan proses austemper dengan variasi suhu 200, 250, 300, 350 dan 400oC selama dua jam. Komposisi kimia besi cor yang digunakan untuk penelitian terlihat pada gambar 4, unsur paduan yang dominan adalah C 3.22 % dan Si 3.47 % serta unsur-unsur yang lain sebagai bahan inokulan. penambahan unsur Mg merupakan unsur yang paling berperan dalam pembuatan grafit bulat, selain pengurangan kadar belerang, besi cor jenis ini dikenal dengan nama FCD 50 (JIS G5502).

D9


Gambar 4 Type Y Test Specimen (JIS G 5520). 4.2 Pengujian specimen Proses pengujian dilakukan di laboratoriom meliputi pengujian kekerasan Brinnell dengan mesin Macrohardness Tester, dilanjutkan pengujian tarik dengan Universal Tensile Tester. Untuk pengujian impact mengunakan metoda impact Charpy. Masing-masing spesimen baik tarik maupun impact dibuat mengunakan stardart ASTM. Pengamatan stuktur mikro megunakan Mikroskop Optik. Bentuk spesimen dan mesin uji dapat dilihat (gambar 5). Gambar 2 diagram alir penelitian

Spesimen uji tarik

Gambar 3 komposis kimia besi cor 4.1 Preparasi specimen. Bahan dasar yang digunakan adalah dibuat dengan cara pengecoran ductile iron dengan persiapan spesimen uji sebagai berikut: 1. Mencairkan besi cor dalam dapur induksi. 2. Membuat cetakan berbentuk Y blok dengan pasir cetak , sesuai dengan standar JIS G 5520 (gambar 5) 3. Membuat spesimen tarik dan impak sesuai dengan standart ASTM 4. Membuat spesimen uji kekerasan dan analisa struktur mikro. Untuk pembuatan spesimen analisa stuktur mikro memelukan perhatian yang lebih hal ini akan sangat berpengaruh terhadap hasil akhir dari foto stuktur mikro. Proses persiapan dimulai dari pemotongan dan penghalusan permukaan spesimen menpunakan amplas amplas dari kasar sampai halus atau dari size 80 sampai 1500.


Mesin ujiTarik

Mesinuji Impact charpy

Spesimen uji Impact

Gambar 5. Mesin uji tarik dan impact beserta spesimen standar ASTM. Data-data hasil pengujian yang diperoleh dilakukan proses olah data menggunakan metode dan fungsi statistik. Diharapkan akan diperoleh tabel, kurva maupun grafik yang bisa menggambarkan secara jelas trendline dari hasil pengujian atas berbagai macam variasi spesimen. Sedangkan pada pengamatan struktur mikro dilakukan analisa perbandingan berbagai variasi spesimen dan dicari hubungan sebab akibatnya. 5. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 PengujianMekanik Hasil pengujian sifat-sifat mekanis (tarik, impak dan kekerasan) dilakukan pada variasi berbagai temperatur austemper. Fasa pada besi cor sebagaimana bahan logam yang lain dipengaruhi secara signifikan oleh perlakuan panas. Dengan demikian variasi temperatur austemper dipastikan juga akan menpengaruhi

D10


fasa yyang terbentukk pada bahan ADI yang ditteliti. Oleh karena itu lebih tepat bila pembahhasan mengenai hasil pengujian sifat mekkanis digabuungkan dengaan pembahasaan analisa struuktur mikroo.

sebagai matrik ks utamanya.

a.Raw materiaal

bb.Austemper 250 oC

c Austemper 300 3 oC

d. Austemperr 350 oC

Gambar. 6 Hasil Pengujian Tarik

Gambar. 7 Hasil Pengujiian Impak

e Austempeer 400 oC

50µm

Gambar 9. Footo mikro Dengaan waktu austtemper selamaa dua jam memperlihatk kan daerah gelap sebag gai bainit dengan bentu uk berlapis nnamun marten nsit masih menjadi karakter utama ppada austempeer dengan temperature 400 4 ºC. Sebalik iknya harga im mpak yang tertinggi terjaadi pada tempperature austeemper 350 ºC. Hal ini dikarenakan d fr fraksi volume (retainet) austenit yan ng terbentuk (HC) palin ng tinggi dibandingkan n variasi tempeerature yang lain. H Pengujian n Kekerasan Gambar. 8 Hasil 5.2 An nalisa stukturr mikro Dari pengaamatan stuktu ur mikro terrlihat adanyya grafit denggan ukuran daan distribusi yyang berbeda. Pada spesimen dengan austemper 4000 oC ukuraan grafitnya paling keccil dibandinggkan dengaan spesimenn lainnya sehingga aakan berpenngaruh terhaddap sifat mekaaniknya. Penggaruh tersebbut nampak teerutama padaa ketangguhannnya gambar (9 e). Sebbagian grafit telah mengaalami transfformasi dengaan cara berdiffusi bersama fasa lain m membentuk faasa martensit yang ditunjukkkan oleh bentuk – beentuk jarum di sekitar ggrafit (transsformasi ausstemper kem mungkinan suudah masukk tahap II). Karena K fasa martensit m terkkenal keras dan getas maka adalaah wajar apaabila ketanggguhannya menurun m jauh h. Austenit ppada tempeerature 400 ºC º dalam waaktu singkat juga akan menghasilkann martensit dan d austenit yyang tidak stabil (area puutih) dengan martensit berllapis S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

tariknya, kekuatan Ditinjaau dari temperature austemper a 4000 ºC juga men nghasilkan kekuatan teerendah. Faasa martensiit masih merupakan faktor pen enentu. Sifaat getas menunjukkan n bahwa dibbutuhkan lebiih sedikit energi untuk k mematahkaan bahan yang y juga berlaku dalam m uji tarik. L Luasan dibaw wah kurva tegangan-regaangan akan lebih kecil sehingga kekuatannya juga rendah.. Sedangkan kekuatan tarik tertingg gi diperoleh ppada bahan ADI A yang mengalami au ustemper 350 ºC. kekuatan tarik yang tinggi tersebu ut disebabkan oleh dispersi ferit halus merata di perm mukaan spesim men. Data pegujian lainnnya yaitu pengujian kekerasan (Gambar 8) menunjukkaan harga kekerasan terrtinggi pada temperature austemper 250 oC yaiitu sebesar 364 BHN. Hal ini dikarenakan bainit pada ttemperature austemper tersebut mem miliki fraksi vvolume terbesaar, hal ini menyebabkan n harga keekerasan jug ga besar meskipun marrtensit telah teerbentuk.

D11


6. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian pengaruh suhu austemper pada ductile iron terhadap struktur mikro dan sifat mekanik adalah: 1. Peningkatan sifat mekanis berupa kekuatan tarik paling besar 1161,65 pada austemper 350 oC. 2. Energi impact yang terbesar 0,15 Joule/mm2 pada austemper 350 oC. 3. Harga kekerasan terbesar 364 HBN pada austemper 250 oC. 4. Banyaknya dispersi ferit halus yang merata berakibat kekuatan tarik dan ketanggunya terjadi pada ADI austemper 350 oC. 5. Pada tremperatur austemper 400 oC, garafit sudah berdifusi membentuk martensit telihat grafit yang ukuranya mengecil sehingga ketangguhan rendah 0.02 joule/mm2 DAFTAR PUSTAKA [1] Eric, O., Jovanovic, M., Sidjanin, L. and rajnovic,D., 2002, Microstructure and Mechanical Properties of Cu-Ni-Mo Austempered Ductile Iron, Journal of Manning and Methalurgy40 B (1) (2004) : 11-19 [2] Hayrynen, K.L., Brandenberg.K.R. and Keeough., 2002, Aplication of Austempered Cast Iron, American Foundry Society, Vol 02-084 : 1-10 [3] Keough, J.R, 1998, Austempered Ductile Iron, www.ductile.org Ductile Iron, www.modern.casting [4] Kirgin, 2002, Eleventh Growth of Forecast for Next 4 Years Led by Alumunium, [5] Perez, M.J.,Cisneros, M. M., Valdes, E., Mancha, H., Calderon, H.A. and Campos, R.E, 2002, Experimental Study of the Thermal Stability of Austempered Ductile Iron, Journal of Material.


D12


(K4-33-04)

PERANCANGAN & ANALISA STYROFOAM PADA PROSES PENGEPAKAN TELEVISI Eko Prasetyo, Febryan Maulana, Hasan Hariri Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640

Abstrak Styrofoam merupakan salah satu komponen penting yang ada dalam proses pengepakan atau packing dalam semua produk elektronik. Fungsi dari Styrofoam adalah sebagai tempat dudukan produk elektronik di dalam kardus, selain itu fungsi utamanya adalah pelindung produk dari kerusakan yang ditimbulkan dari terjadinya benturan, jatuhan, getaran yang terjadi selama proses pengiriman (delivery). Material dari styrofoam bermacam-macam salah satu diantaranya adalah dari EPS (Expandable Polystirene). Perancangan styrofoam LED SANYO K-50 ini merupakan pengembangan dari model sebelumnya yaitu model LED SANYO K-50, oleh karena itu angka perbaikan atau improvement yang dicapai harus lebih baik, meliputi: harga, produk dan waktu developmentnya. Perancangan Styrofoam ini menggunakan software Pro Engineer, yang merupakan salah satu CAD (Computer Aided Design) yang memudahkan proses design. Analisa yang dipakai dalam perancangan ini adalah perbandingan perhitungan antara pro/E dengan kondisi sebenarnya setelah produk jadi, selain itu juga perhitungan nilai-nilai efisiensi yang dicapai sebagai pembanding dari model sebelumnya yaitu LED SANYO K-50. Pengujian perancangan styrofoam ini meliputi drop test dan uji getaran (vibration test), standar yang digunakan adalah PAL system yang menjadi standar acuan di SANYO. Kata kunci : Styrofoam, pro engineer , vibration test , drop test.

Abstract Styrofoam is one of the essential components in the packaging process of almost all electronic products. Styrofoam plays important role in keeping the electronic steady in a box. Styrofoam serves as protection of any unavoidable damage impact during shipment process, such as dropping, vibration. Styrofoam can be made from several different materials, i.e: EPS (Expandable Polystirene). LED SANYO K50 styrofoam design is a development of its previous model, LED SANYO K-50. thus, higher improvement rate should be achieved from every aspect, including: price, product quality, and development duration. In this styrofoam Designing, Pro Engineer software will be used. Pro Engineer software is one of the CAD (Computer Aided Design), which simplified the process. Analysis used in this design is a comparative calculation of pro / E with actual conditions of the final product, along with the calculation of efficiency values as a comparison of the previous model, LED SANYO K-50. furthermore, several tests such as Styrofoam drop test and vibration test (vibration test) was conducted using standard PAL system as standard reference on SANYO. Keyword : Styrofoam, Pro Engineer , Vibration test , Drop Test 1. PENDAHULUAN Televisi kini telah menjadi suatu produk elektronik yang menjadi kebutuhan setiap keluarga. Produk elektronik ini merupakan barang elektronik yang menjadi media informasi dan hiburan. Dengan alasan-alasan yang disebutkan tersebut tidaklah mengherankan semua produsen televisi berlomba-lomba menjadi nomor satu. Apalagi ditambah dengan banyaknya produkproduk dari cina yang terus masuk ke pasaran sehingga membuat persaingan lebih ketat Berbagai cara ditempuh untuk mencapai target itu diantaranya dengan melakukan berbagai inovasi teknologi, membuat produk televisi dengan berbagai fitur-fitur canggih tapi dengan harga yang terjangkau oleh konsumen, seperti halnya sekarang ini yang sedang menjadi perhatian


dengan kehadiran televisi LED, selain itu juga melakukan perbaikan atau improvement dari model sebelumnya, sehingga dapat meredam serangan – serangan dari produk cina yang murah namun dengan kualitas yang terjangkau. Styrofoam memiliki fungsi vital yaitu mampu menahan guncangan dan benturan selama perjalanan sehingga kondisi produk tetap aman sampai ditangan konsumen. Oleh karena itu perancangan Styrofoam memegang peranan penting. Berdasarkan alasan tersebut penulis mengambil tema “Perancangan Styrofoam dan standar pengujian mekanis pada Televisi LED 24”-K50 di PT. SANYO Electronics Indonesia” dalam penulisan tugas akhir atau skripsi. Penulisan ini bertujuan untuk mengidentifikasi permasalahan dari produk

D13


televisi yang bermasalah di pelangggan berdasarkan data yang y terjadi di lapangan agar dapat di lakukan modifikasi produk untuk jadi lebih baik, berdasaarkan tahapan n proses seperrti di bawahh ini ; 1. M Melakukan analisa kerrusakan prooduk bberdasarkan data lapan ngan dan hhasil w wawancara deengan customeer. 2. M Melakukan evaluasi darri produk yyang bbermasalah secara menyeluruh uuntuk ddilakukan modifikasi/ redessign, 3. A Analisa simullasi dan perhittungan, 4. P Pengujian prooduk 5. M Mengumpulkaan data hasil pengujian uuntuk m menarik kesim mpulan.

2.2 Analisa data d masalahh pada TV LE ED Sebellum melakuukan modifik kasi kita melakukan an nalisa data berrdasarkan dataa lapangan dari departem men quality asssurance. Data lapangan daari departemeen qualiti assurance antara lain : a kerusakan T TV set Data Dataa kerusakan TV adalah data d yang berasal darii kalkulasi data Dept. Quality Assurance yang y di dapatt dari berbagaai sales di negara tempaat tv set ini ddi pasarkan. Berikut B ini data tabel yaang menunjuk ukan banyakn nya tv set yang bermasaalah.

2.2.1

Tabel III.1 Data kerusakkan TV set

METODE PEN NELITIAN 2. M 2.1 A Analisa data masalah m pada a TV LED

Berik kut ini data gambar darii masalah yang timbul di d customer.

Gambar II-1 Televisi defect. 2.2.2

Gambar II-1 Proses peranccangan styrofooam.


Data a wawancaraa Melakukan an wawancara dengan custo omer satisfacction sectiion yang meru upakan bagiaan dari Deptt. Quality Assu urance. Meelakukan serangkain s pertaanyan terkaitt proses peengiriman, prosees handlingg transfer produk, peng ggunaan produuk di customer.

D14


Tabel II.2 Data hasil wawancara

2.2.3. Evaluasi data Berdasarkan data lapangan lebih dari 20% set TV yang di terima oleh masing - masing sales perwakilan mengalami masalah. Masalah utama yang timbul adalah dari bagian tv set yaitu cabinet depan retak atau memiliki tanda keputihan ( white mark ). Berdasarkan hasil data wawancara secara Standart Operasi Prosedur ( SOP ), setiap pihak sudah melakukan kerjanya sesuai prosedur. Setelah melakukan pengumpulan data di lapangan kemudian melakukan evaluasi produk dengan melakukan pengujian terhadap TV set sebanyak 5 buah. Tabel II.3 Tabel pengecekan Vibration test & drop test

benturan dan kekakuan Styrofoam dari struktur Styrofoam yang bersentuhan langsung dengan cabinet. Langkah langkah Perancangan styrofoam : 1. Perhitungan Ukuran Carton Case dengan SANTOP 2. Assembly 24”-LED TV K50 3. Perancangan carton case LED 24”-K50 4. Perancangan Styrofoam BTM-LCD 24”-K50 5. Perancangan styrofoam TOP-LCD 24”-K50 Langkah pengujian yang di lakukan setelah didapatkan hasil rancanngan Styrofoam di bagi menjadi 2 : 1. Pengujian simulasi menggunakan ProMechanica 2. Pengujian Aktual vibrasi dan drop test dengan menggunakan mesin vibrasi dan drop test. Tabel II.4 Kriteria OK setelah drop test secara mekanikal.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil rancangan Berikut ini adalah hasil rancangan dari Styrofoam yang sudah di lakukan modifikasi Styrofoam TOP :

Dari hasil diatas diketahui bahwa appearance dari tv set NG. Appearance disini maksudnya adalah bentuk fisik dari tv tersebut. Seperti halnya pada gambar III.2 Pada bagian bawah dari cabinet depan tv terlihat ada warna putih yang merupakan tanda stress dari cabinet akibat dari benturan antara rib Styrofoam dengan cabinet karena bagian yang langsung bersentuhan dengan cabinet adalah rib Styrofoam. Ini terjadi karena kurangnya gaya elastistis yang berada di Cabinet. Karenanya saya akan melakukan pengurangan pada bagian yang menyebabkan


Gambar III-1 styrofoam Top sebelum modifikasi

Gambar III-2 styrofoam Top setelah modifikasi

D15


Styrofoam BOTTOM :

Hasil setelah melakukan uji getaran dan drop test adalah sebagai berikut: Tabel II.5 Tabel pengecekan vibration test & drop test modif .

Gambar III-2 Styrofoam Bottom sebelum modifikasi

Gambar III-3 Styrofoam Bottom setelah modifikasi Hasil Pengujian Perancangan 1. Hasil pengujian Pro- Mechanica

Gambar III-4Perbandingan assy styrofoam bottom LED 24”K50 Data diatas adalah hasil pengujian menggunakan pro mechanica pada gambar diatas tampak pada jatuhan yang kedua beban mengalami titik paling kritis. Nilai kritisnya sekitar 620 [J/m2].dan nilai kritis ini masih di bawah nilai kekuatan impact dari Material EPS yaitu 640 (J/m2). 2.

Hasil Pengujian Vibration Test dan Drop Test Setelah membandingkan data-data diatas langkah selanjutnya yaitu melakukan pengujian getaran dan drop test. Standar yang digunakan untuk vibrasi dan drop test ini adalah PAL.


Uji getaran dilakukan sekali tetapi untuk drop test dilakukan dengan frekuensi minimal 3 kali, hal ini dilakukan untuk memastikan kondisi TV sets OK. Pengujian dilakukan bersama dengan quality control department, untuk memastikan kondisinya sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Dan pengecekan dilakukan hingga proses pembongkaran semua komponen untuk memastikan kondisinya OK. 3. Hasil Perhitungan Drop Test Menghitung jatuhan tumbukan : Massa TV set : 5.2 kg Gaya gravitasi : 9.81 m/s2 Tinggi jatuhan : 80 cm = 0.80 m W = m.g.h = 5.2 kg . 9.81 m/s2 . 0.8 m = 40,8096 Joule W = m.g.h W = 40,8096 Joule I2 = I4 = 40,8096 J / 0.1064 m2 = 383.5488 J/m2 I1 = I3 = 40,8096 J / 1.61 m2 = 25.3475 J/m2 I5 = I6 = 40,8096 J / 0.066 m2 = 618.3272 J/m2 I styrofoam (PS Material ) = 93 J/m2 I Cabinet (ABS Material ) = 640 J/m2 I5 dan I6 adalah nilai impact terbesar dimana : I styrofoam < I2< I5 maka pada saat jatuhan di I2 & I5 Styrofoam hancur. Namun cabinet dalam kondisi ok karena nilai dari impact masih di bawah nilai I 2 Cabinet (ABS Material ) = 640 J/m

D16


I3

I4 I5

I6

tahap yang y di izinkaan berdasarkaan standart pengujjian SANYO E Electronics. 5. Pengujjian getaran ddan drop test Styrofoam S ini menggunakan metode stan ndar PAL system m, dan diperluukan minimall tiga kali pengujjian untuk m memastikan kondisinya k OK. DAFTAR PU USTAKA

I1 I2

Gambbar III-5 Assy LED set TV 4. KE ESIMPULAN N 1. Berdasarkann data lapan ngan dan hhasil wawancara diperoleh keesimpulan baahwa TV set yanng sudah run nning di passaran mengalami masalah. Hall ini di sebabbkan oleh kesalaahan dalam melakukan m deesign packing y yaitu Styrof ofoam sehinngga menyebabkaan televisi mengalami m ccrack atau brokenn karenanya perlu p di lakuukan modifikasi untuk menghasilkan TV V set yang lebih baik. b 2. Berdasarkann hasil analisaa dan perancanngan baru di peroleh tingkat stress yang bbesar pada area sentuh s antaraa kabinet denngan Styrofoam. Hal ini disebabkan kaarena sentuhan antara a kabin net dengan Rib Styrofoam pada p bagian yang y terlemah dari di lakuukan kabinet. Karenanya pengurangann rib pada baagian bagian yyang langsung bersentuhan b dengan baagian terlemah kabbinet. 3. Berdasarkann hasil peerhitungan ppada produk yanng belum di modifikasi nilai impact dari TV set yang dihasilkan settelah melakukan pengujian drrop test mem miliki nilai yang lebih l besar ( sebesar 677.77818 (J/m2) ) dibandingkan nilai n impact dari material Caabinet yang dii izinkan (sebbesar 400 - 640 (J/m2)) karen nanya fungsi dari styrofoam sebagai s pelind dung sudah ttidak ada yang akkhirnya mem mbuat Cabinett TV timbul defe fect ( crackk dan brokeen ) sedangkan pada p Styrofoa am yang sudaah di modifikasi nilai imp pactnya addalah 618.3272 (JJ/m2) jadi TV V set aman kaarena nilainya dii bawah daari nilai Im mpact material Cabbinet. 4. Pengujian prroduk di lakuk kan dengan 2 cara , yaitu pengujian p simulasi s denngan dan menggunakaan Pro/m mechanica pengujian actual dengaan menggunaakan mesin vibraation dan meesin drop. Daari 2 pengujian tersebut t di peeroleh data N Nilai stress / imppact pada cabinet masih daalam S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

[1] Mori, Taakashi., 1996 . Plastic for advanced , Sanko Publishing CO O., Ltd. Tokyo o. [2] Smith, Steven G.,20004.Basic Deesign Pro Engineeer Wildfirre 3.0,CA ADQUEST INCORP PORATED, PPennsylvania. [3] G. Takeeshi Sato & N. Sugiarto H.,1996. Mengga ambar Mesin in Menurut Standar ISO, Praadnya Paramitta, Jakarta. T Sanyo Electronics [4] QA Deepartment PT E Indonesiia., Vibrationn Test, Drop Test and Stacking Test Standaard. 2004. 2009. [5] Arditya Widagdo., Wahyu Perancan ngan dan A Analisa Cush hion pada proses packing p televvisi LCD San nyo model 42 K20, Tugas Akhhir Teknolog gi industri Mercubu uana, Jakarta, [6] http://en n.wikipedia.org rg/wiki/Polystyyrene , 18 Maret 20 012, 14.45 WIIB. [7] .http://en n.wikipedia.orrg/wiki/Corru ugated_ fiberboa ard , 20 Marett 2012, 09.48 WIB. W [8] http://ww ww.ptli.com/teestlopedia/tests/izod19.30 d256-iso o180.asp , 288 Juni 2012, WIB. [9] http://ww ww.tripolyta.ccom/UserFiless/2009121 5013457 70.BukuSaku--Catatan3Karakterrisasi%20Matterial%20Polim mer.pdf , 28 Juni 2012, 2 20.30 W WIB.

D17


(K4-36-07)

PENGARUH KUAT ARUS TERHADAP STRUKTUR MAKRO DAN CACAT LAS BAJA KONTRUKSI BJ.44 PADA PROSES PENGELASAN SMAW MENGGUNAKAN KAMPUH SINGLE V DENGAN ELEKTRODA E6013 Imam Basori Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13220 E-mail: [email protected]

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh besarnya arus pada proses pengelasan Shielded metal arc welding (SMAW) baja konstruksi Bj.44 terhadap karakteristik struktur makro dan cacat las. Pengelasan dilakukan dengan variable arus 90, 100, 110, 120 dan 130 Ampere, menggunakan kampuh single V dan elektroda las E6013. Analisa cacat yang terjadi dilakukan dengan metode Non Destructive Test menggunakan penetrant sedangkan analisa struktur makro menggunakan mikroskop optik. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa Arus yang paling efektif pada pengelasan baja kontruksi Bj. 44 dengan elektroda AWS. E6013 adalah 110, 120 dan 130 ampere. Cacat yang timbul pada arus 90 dan 100 ampere adalah tipe inklusi slag/pin hole. Cacat ini terjadi karena pada saat pengerjaan pembersihan terak tidak maksimal atau bisa juga karena magnetic blow yang terjadi pada mesin DC. Daerah terpengaruh panas atau HAZ lebih luas pada pengelasan dengan arus tinggi. Kata kunci: Pengelasan SMAW, pin hole, HAZ, cacat las.

Abstract This study aimed to determine the effect of the current intensity in the welding process with Shielded Metal Arc Welding (SMAW) on steel structure Bj.44 to the characteristics of the macro-structure and weld defects. Welding is done with variable currents of 90, 100, 110, 120 and 130 amperes, using single V groove and E6013 welding electrodes. Analysis of defects that occur done with Non Destructive Test Method using penetrant, while the analysis of the macro-structure using an optical microscope. The results showed that the most effective current on the welding process to the steel structure Bj. 44 with E6013 AWS electrodes is 110, 120 and 130 amperes. Weld defects arising in the current 90 and 100 amperes is the type of slag inclusions / pin hole. The defect occurs because of the slag cleaning is not maximal or magnetic blow occured in DC machines. The welding with high currents have a more wide Heat Affected Zone (HAZ) than low current. Keywords: Welding SMAW, pin holes, HAZ, weld defects 1. PENDAHULUAN Kekuatan hasil lasan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain tegangan busur, besar arus, kecepatan pengelasan, besarnya penembusan dan polaritas listrik. Penentuan besarnya arus dalam penyambungan logam menggunakan las busur mempengaruhi efisiensi pekerjaan dan bahan las. Penyetelan kuat arus pengelasan akan mempengaruhi hasil las. Bila arus yang digunakan terlalu rendah akan menyebabkan sukarnya penyalaan busur listrik, busur listrik yang terjadi menjadi tidak stabil dan panas yang terjadi tidak cukup untuk melelehkan elektroda dan bahan dasar sehingga hasilnya merupakan rigi-rigi las yang kecil dan tidak rata serta penembusan yang kurang dalam. Sedangkan sebaliknya jika arus terlalu besar maka akan menyebabkan pencairan elektroda terlalu cepat dan membuat permukaan las yang lebar dan penembusan yang dalam.


Kesalahan penyetelan arus menjadi salah satu penyebab terjadinya kesalahan pada pengelasan, yang menyebabkan kekuatan bahan jadi berkurang atau bahkan menyebabkan kegagalan kontruksi. Selain faktor-faktor diatas, permukaan yang bersih akan menghasilkan sambungan las yang jauh lebih kuat, oksida permukaan harus dibuang karena dapat saja terperangkap dalam logam yang membeku, sehingga memungkinkan terjadinya cacat las yang menyebabkan berkurangnya kekuatan pada logam las. Untuk mengetahui kualitas hasil lasan diperlukan suatu pengujian agar data yang dihasilkan bisa valid, sedangkan tujuan pemeriksaan adalah untuk menentukan standar-standar kualitas tertentu. Pada penelitian ini akan dilakukan proses pengelasan SMAW pada logam baja konstruksi Bj 44 dengan elektroda E6013 dengan melakukan

D18


variassi arus untuuk mengetah hui pengaruhhnya terhaddap cacat las dan d struktur makro. m Dari peneelitian ini diharapkan bisa diketaahui besarnya arus yang g paling opttimal untukk melakukan proses pen ngelasan SM MAW menggunakan meesin las DC+ D pada baja konstrruksi Bj.44 dengan elektroda E66013, sehinggga bisa didaapatkan kulaittas hasil las yyang maksiimal. 2. M METODE PEN NELITIAN ini dilakukan Penelitian denngan memppersiapkan alaat dan bahan yang dibutuhhkan sepertti: a. P Pelat baja (Bjj. 44) ukuran n 400 x 100 x 10 m mm sebanyakk 15 pcs. b. A Alat ukur. c. E Elektroda rutiil titania tingi E6013 @ 15 kg. d. C Cairan Penetrrant. e. M Mesin Las DC C. f. G Gerinda. g. S Sikat kawat h. A Amplas gradde 80 sampaai 1500 massingm masing 6 lembbar. i. R Resin. j. G Gergaji k. M Mikroskop opptik Untuk menddapatkan hasiil pengujian yyang valid maka peneeliti menggu unakan 15 bbuah sampeel, dimana sattu jenis variassi arus dibutuhhkan 3 buaah specimen uji. u Apapun jeenis kampuh yyang dimbiil seperti padaa gambar dibaw wah.

elektroda 3,2 2 mm. Penggujian spesim men yang dilakukan anttara lain uji strruktur makro daerah las dan pemeriksaan cacat las dengan peneetrant test. Dari pengujiaan ini akan ddidapatkan daata berupa analisisa daerrah HAZ, caccat hasil pengeelasan dan mencari param meter pengelaasan yang paaling tepat untuk mendap patkan hasil ppengelasan yaang paling sesuai. 3. HASIL DAN D PEMBA AHASAN 3.1. Analisa hasil pengel elasan dengan n arus 90 A, 100A A, 110A,120A A dan 130 A polaritas DC +

Arus 90 A Gambar 3.1. A

Gambar G 3.2. A Arus 100 A


Gam mbar 2.1 Kamp puh V mbung las yyang Jenis kamppuh atau sam digunnakan adalah kampuh k singlle V, dengan root pass 22-3 mm, suduut pembevelan n 60o s/d 70o, gap root 3 mm, ketebbalan pelat 10 0 mm. penyiaapan bahann dengan menggunakan m n cutting to torch autom matic sehinggaa persiapan sp pesimen bisa ccepat dan teepat dalam waaktu maupun dimensi. d Proses penngelasan dilakukan denngan melakkukan variasi arus 90 A, 10 00 A, 110 A, 120 A dann 130 A denggan jenis mesiin las SMAW W DC sesuaii dengan pem masangan DC+ +. Jenis elekttroda yang digunakan addalah E6013 dengan diam meter S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4


Gambar 3.5.. Arus 120 A Gambaar 3.1 Pengellasan 90 A DC +, pada arus 90 A DC C + terdapat cacat las yan ng berjenis inklusi slag, sedangkan ppada variasi arus 100 DC+ ( Gamb bar 3.2 ), 1100 DC+ ( Gam mbar 3.3 ),

D19


120 D DC+ ( Gambar 3.4 ) dan 13 30 DC+ ( Gam mbar 3.5 ), kampuh las secara visual memiliki kriiteria yang bbaik untuk peengujian visuaal akan tetapi ppada arus 1100 ampere pada p saat prosses pengelasannnya memiiliki tingkat keesulitan yang tinggi. Dari hhasil ini daapat ditarik kesimpulan bah hwa semakin bbesar arus ppengelasan seemakin memu udahkan pada saat prosess pengelasan. Analisa hasill pengelasan dengan aruss 90 3.2. A A A, 100A, 1100A,120A dan 130 A polarritas D DC + dengan n Penetrant Test Te

polaritas DC C + tidak laayak dijadik kan acuan pengelasan dikarenakann lebih mudahnya m terbentuk caccat pada logam m las. Sedang gkan pada arus 100 amp pere DC+ secaara wujud man nik-manik las yang terb bentuk baik akan tetapi pada saat pengerjaannya memiliki ttingkat kesulitan yang tinggi, sehing gga lebih mem mungkinkan terjadinya cacat las. Pen ngelasan denggan 110, 120 0 dan 130 Ampere baik itu DC+ tidakk terdapat indiikasi cacat pengelasan. Semakin tinnggi arus pengelasan p semakin memudahkan m proses peengelasan, semakin tingg gi arus pengeelasan hasil pengelasan p akan semakin n baik. 3.3. Analisa struktur maakro hasil peengelasan dengan arus 90 A, 1100A, 110A,1 120A dan 130 A polaritas p DC +

Gambar 3.6 Pengelasaan 100 A

Gambar 3.10. 3 Luasan ddaerah HAZ 100 1 A




Gambar 3.12. 3 Luasan ddaerah HAZ 120 1 A Gambar 3.9 Pengelasaan 130 A Pada penguujian dengan penertant P Pada variassi arus 100, 110, 120 dan 130 A DC+ ttidak terdappat indikasi cacat c pengelaasan. Cacat yyang terbenntuk pada prooses pengelasan elektroda rutil titaniaa tinggi atauu AWS E601 13 diameter 3, 2 adalahh inklusi slagg dan pin hole untuk poroosity dan uundercutting tidak terdap pat sama seekali. Param meter 90 am mpere dengaan menggunaakan S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4


D20


Lebar HAZ diukur dari daerah capping. Dari gambar 3.10 sampai gambar 3.13 dimana arus pengelasan semakin besar terlihat bahwa semakin besar arus pada pengelasan SMAW polaritas DC maka luasan daerah HAZ semakin meningkat. 4. KESIMPULAN Dari beberapa hasil diatas didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Arus yang paling efektif pada pengelasan baja kontruksi Bj 44 dengan elektroda AWS. E6013 adalah 110, 120 dan 130 ampere, pada proses pengelasan dengan arus ini tidak terjadi cacat sepertyi halnya pada arus 90 dan 100 A. 2. Cacat yang terbentuk menggunakan elektroda E6013 adalah inklusi slag/ pin hole. Inklusi slag terbentuk karena pada saat pengerjaan arus pengelasan kurang tinggi, pembersihan terak tidak cukup atau bisa juga karena magnetic blow yang terjadi pada mesin DC. 3. Daerah terpengaruh panas atau HAZ lebih luas pada saat menggunakan arus yang lebih tinggi, karena pada arus tinggi heat input lebih maksimal.

[11] Ir. Suprapti Syam, Pengaruh Arus, Kecepatan Pengelasan Dan Jarakpenyemprotan Media Pendingin Terhadap Pembentukan Presipitasi Karbida Khrom Pada Ss 304 Dengan Pengelasan Gtaw, 2009, Undergraduate Theses, Mechanical Engineering, ITS, Surabaya. [12] Sindo Kou,1987, Welding Metallurgy, Singapura, A Wiley-Interscience Publication. [13] Wiryosumarto, Harsono dan Okumura, Toshie. 1996. Teknologi Pengelasan Logam, Jakarta: Pradnya Paramita.

DAFTAR PUSTAKA [1] Amstead, B. H. dkk, 1997. Teknologi Mekanik, Jakarta: Erlangga. [2] American welding society, 1993. Specification for Underwater Welding, Miami: AWS [3] Ariestadi, Dian, 2008. Teknik Struktur Bangunan, Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Kejuruan. [4] Daryanto, 2010. Proses Pengolahan Besi dan Baja (Ilmu Metalurgi), Bandung: sarana Tutorial Nurani Sejahtera. [5] Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, 2004. Tingkat Lanjut Dengan Proses Gas Metal, Yogyakarta: Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan [6] Sonawan, Hery dan Suratman, Rochim. 2006. Pengantar Untuk Memahami Proses Pengelasan Logam, Bandung: Alfabeta. [7] Sunaryo, Hery. 2008. Teknik Pengelasan Kapal jilid 1,Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Kejuruan. [8] Sungkono, Kh. 1995. Buku Teknik Sipil. Bandung: Nova [9] Surdia, Tata dan Saito, Shinroku. 2006. Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta: Pradnya Paramita. [10] Widharto, Sri. 2009 Inspeksi Teknik Buku 1, Jakarta: Pradnya Paramita.


D21


(K4-40-08)

OPTIMASI DESAIN MOULD PADA TIN BALL CASTING MACHINE SKALA INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH Eddy Djatmiko, Titiek Ediyanto, Agri Suwandi Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak Saat ini sumber daya alam digunakan dalam berbagai aspek kehidupan untuk kepentingan umat manusia. Timah putih (tin) adalah salah satu produk sumber daya alam. Bangka Belitung merupakan penghasil dan pengekspor timah putih terbesar di Indonesia, tetapi mengalami kesulitan untuk bersaing di pasar global karena biaya pengiriman yang tinggi. Tin diekspor dalam bentuk batangan (bar). Dalam proses pengiriman, bentuk timah batangan terkendala oleh ruang dan pembatasan berat, sehingga mengakibatkan waktu pengiriman yang lama dan mahalnya biaya pengiriman. Dengan mengubah bentuk dari batangan menjadi bola timah (tin ball) akan diperoleh nilai tambah ekonomis dari tin ball tersebut. Pada penelitian terdahulu (Edi dkk, 2008 dan Maulana dll, 2011) bentuk tin ball yang dihasilkan tidak optimal, ditandai dengan adanya cacat produk tin ball tersebut, seperti bentuk yang tidak bulat, sisa hasil timah yang menonjol keluar serta terdapat cacat lubang akibat adanya udara yang masuk pada tin ball. Berawal dari permasalahan tersebut dan dengan semangat memberdayakan industri kecil dan menengah pengolahan timah di Indonesia, maka penelitian ini dilakukan dengan hipotesis bahwa kualitas tin ball yang optimal berada pada desain mould yang optimal. Kata kunci: tin ball, mould, optimal, industri kecil menengah.

Abstract Current resources are used in various aspects of life for the benefit of mankind. Tin is one of our natural resources. Pacific Islands is a producer and exporter in Indonesia's largest tin, but find it difficult to compete in global markets due to high shipping costs. Tin was exported in the form of bars. In the process of delivery, tin bar shape is constrained by space and weight restrictions, resulting in long delivery times and high cost of shipping. By changing the shape of the bar into a ball of tin (tin ball) will obtain economic value-added of the tin ball. In the previous study (Edi et al, 2008 and Maulana et al, 2011) form of the resulting tin ball is not optimal, is characterized by the presence of tin ball defect, such as the shape is not round, the rest of the tin that stood out and there are defects due to air holes into the tin ball. Starting from these problems and with the spirit of empowering small and medium enterprises in Indonesia tin processing, this study conducted with the hypothesis that the optimal quality of tin ball is at the optimal mold design. Keywords: tin ball, mold, optimal, small and medium enterprises. 1. PENDAHULUAN Timah putih (tin) memiliki titik leleh 231,92oC, memiliki berat jenis 7,3 g/cm3, mempunyai sifat konduktivitas panas dan listrik yang tinggi serta bisa dibentuk menjadi bahan campuran dengan logam lain, relatif lebih lunak, dan memiliki formability yang baik. Logam ini tidak beracun, solderable dan memiliki titik didih 2602,22oC. Dalam pengolahannya tin dapat dicetak, di-roll atau di-extruded untuk dijadikan cenderamata atau pun bahan tambahan untuk peralatan otomotif. Hasil olahan timah putih industri kecil dan menengah di Bangka Belitung banyak di-import ke negara-negara berkembang. Dalam pengemasan dan penyimpanannya tin dibuat ke dalam bentuk batangan (bar) sebagai material bahan baku yang kemudian akan diproses kembali untuk digunakan dalam banyak bidang industri.


Dalam proses pengiriman untuk ekspor, bentuk timah batangan terkendala oleh ruang pengiriman dan pembatasan berat, sehingga mengakibatkan waktu pengiriman yang lama dan mahalnya biaya pengiriman. Salah satu permasalahan yang dihadapi masyarakat industri kecil dan menengah di Indonesia adalah belum tersedianya teknologi yang dapat mengubah bentuk timah batangan tersebut menjadi bentuk lain sehingga tidak diperoleh nilai tambah ekonomis dari tin tersebut. Saat ini teknologi yang tersedia di pasar merupakan teknologi impor yang membutuhkan biaya yang sangat tinggi sehingga tidak terjangkau oleh industri kecil di Indonesia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan tin ball casting machine dengan cara mengoptimalisasi desain mould agar hasil tin ball optimal sesuai dengan spesifikasi industri.

D22


2. METODE PENELITIAN Pada gambar 1 diperlihatkan metode penelitian yang akan dilakukan dalam mengoptimalisasi desain mould.Berikut penjelasan dari metode penelitian yang dilakukan: 1. Identifikasi faktor penyebab timbulnya kelemahan pada Tin Ball Casting Machine sebelumnya dengan Cause Effect Diagram / diagram tulang ikan, sehingga didapat faktor penyebab kelemahan dari penelitian sebelumnya. 2. Analisa perhitungan dilakukan setelah mendapatkan faktor penyebab dari cause effect diagram. Adapun perhitungan ulang yang dilakukan meliputi: perhitungan sprue, runner & gate, shrinkage, diameter poros peluncur dan perhitungan pengelasan pada mould. 3. Setelah mendapatkan perhitungan, maka dilakukan perancangan wujud dengan software pro/eng. Dalam melakukan perancangan wujud mesin digunakan bantuan software pro/eng yang dimiliki oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila. Perancangan menggunakan software dimaksudkan agar mempercepat proses desain dan meminimalisir kesalahan dalam proses produksi. Untuk tahun pertama direncanakan membuat desain pengembangan dari tin ball casting machine

Gambar 1. Metode penelitian yang dilakukan

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1. Hasil Identifikasi & Perhitungan No 1

Uraian Hasil identifikasi faktor penyebab

2

Perhitungan sprue, perhitungan ini dilakukan untuk mengetahui apakah daerah aliran sprue masih aman atau tidak

3

Menurut Alex R.H (2011) bentuk runner yang hasilnya baik adalah bentuk trapesium, dari dasar tersebut dibuatlah di desain adalah bentuk trapesium

4

Perhitungan Shrinkage

5

Perhitungan diameter poros peluncur (sliding shaft) dilakukan untuk menentukan batas minimum diameter poros yang aman dalam perancangan dalam proses sliding mould dengan asumsi memiliki satu beban merata pada poros Kekuatan sambungan las dihitung berdasarkan tegangan izin dengan anggapan bahwa hubungan antara tegangan dengan regangan mengikuti Hukum Hooke

6


Hasil Faktor yang paling mempengaruhi adalah desain daripada runner & gate serta shringkage. τ Material > τ Mould ~ 1200 N/ mm2 > 6,75 N/ mm2 Perancangan dan penggunaan material untuk sistem ini dikategorikan aman.  Drt = 3,282 mm  Tinggi profil dan lebar bawah dari trapesium = 2,461 mm  Untuk diameter gate = profil bagian bawah runner = 2,461 mm Diameter rancangan cavity tin ball gravity casting = 12,08 mm Diameter poros yang diperbolehkan untuk poros peluncur minimum adalah 3,04 mm.

τ ER 70 > τ A ~ 500 N/ mm2 > 229,05 N/ mm2 Perancangan pengelasan pada sambungan ini dinyatakan aman.

D23


Dari tabel 1 diperroleh perhitun ngan- perhitunngan yang berhubungann dengan optimasi deesain mouldd.

Tabel 4. Optimasi desain bagian upperr mould

3.1. H Hasil Desain Pengembanga P an Pada tabel 2 dipeerlihatkan hasil desain m mould yang ttelah sesuai dengan hasil peerhitungan. Tabbel 2. Pengem mbangan desain n bagian mou ld

Tabel 5. Pen ngembangan ddesain bagian upper mould

3.2. H Hasil Pembuatan Mould Tabell 3, 4 dan 5 beerikut ditampillkan mould haasil desainn yang telah dbuat. d Tabel 3. Optimasi desain bagiaan upper moulld

mperlihatkan pperbedaan hasil bentuk Tabel 6 mem tin ball darii mould sebeelumnya den ngan hasil pengembangaan mould yanng baru yang dilakukan dengan pengu ujian secara m manual. Tabel 6 Peerbandingan hhasil cetakan tin t ball


D24


4. KESIMPULAN 1. Dari cause effect diagram dan FMEA didapati faktor utama penyebab tidak optimalnya bentuk dari tin ball adalah tidak diperhitungkannya faktor shringkage serta runner dan gate secara optimal, maka dipilihlah bentuk profil trapesium. 2. Pemilihan material yang tidak sesuai dengan perlakuannya akan mempengaruhi deformasi pada mould karena perlakuan panas dan kerja yang berulang-ulang pada mould 3. Penambahan pin pengarah pada middle mould untuk upper dan side mould sangat membantu dalam mengarahkan lubang mould, sehingga tetap pada sumbunya. 4. Penambahan vent sangat membantu mengurangi cacat lubang pada hasil tin ball, karena gas atau udara yang terjebak dapat terdorong keluar oleh material cair melalui saluran vent tersebut. 5. Tinggi cawan penampungan (pouring cup) timah cair dibuat melengkung pada tiap sudutnya agar seluruh timah cair dapat turun dengan cepat ke sprue dengan hasil desain 6. Saluran pendingin dibuat menjadi satu dengan mould agar pendinginan material mould merata dan mengurangi deformasi akibat perlakuan panas yang berulang.

[8] [9]

[10]

[11] [12]

[13] [14]

DAFTAR PUSTAKA [1] Campbell, John, 2004, Casting Practice: The 10 Rules Of Castings, Elsevier. [2] Darmawan, Harsokoesomo. 2004. Pengantar Perancangan Teknik. Penerbit ITB. Bandung [3] Dwi, Agus Anggono, 2005, Prediksi Shrinkage Untuk Menghindari Cacat Produk Pada Plastic Injection, Media Mesin Volume 6 No.2 Juli 2005 ISSN 1411-4348, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. [4] Edi, Agus dkk, 2008, Laporan Akhir Penelitian Perancangan Tin Ball Gravity Casting Machine Kapasitas 40 Cavity, Program Hibah Penelitian Kompetisi A3, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila, Jakarta. [5] Herbert, Rees. 2002. Mold Engineering. Germany: Hanser. [6] Groover, 2007, Fundamentals of Modern Manufacturing: Material Process and Systems, 2nd edition, Wiley. [7] Hakim, Adies Rahman Dkk, 2012, Optimasi Rancang Bangun Alat Bantu Perakitan Press Tool Dengan Metoda Pendekatan Sistematik, Jurnal Ilmiah Teknobiz Vol. 1


[15] [16]

[17] [18] [19]

[20]

[21]

No. 3 ISSN 2088-5784, Pusat Pengabdian Kepada Masyarakat Fakultas Teknik Universitas Pancasila. Kalpakjian, Serope & Schmid, Steven, 2006, Manufacturing Engineering and Technology, 5th Edition, Prentice Hall. Karmiadji, Djoko W. 2011, Optimasi Desain Material, Komponen, Konstruksi, Teori dasar dan Aplikasi, Engineering Clinics FTUP, Jakarta. Maulana Eka, Agri. S & Wina. L, 2011, Tin Ball Casting Machine Design with 40 Cavities Capacity for Small and Medium Enterprises, Proceeding of the 4th International Product Design & Development, ISBN : 978-979-97986-7-1, page 247-255, Department of mechanical and Industrial Engineering, Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Pahl G. & W. Beitz., 1996, Engineering Design A Systematic Approach, SprinerVerlag London. P N Rao. 1998. Manufacturing Technology, Foundry, Forming and Welding, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. New Delhi, India. Paquain J. R. 1962., Die Design Fundamentals, Industrial Press, New York. Ravi. B, Nagahanumaiah & Mukherjee. N.P, 2005, An Integrated framework for die and mold cost estimaiton using design feature and tooling parameter, Springer-Verlag Londo Limited. Suchy, Ivana, 1997, Handbook of Die Design, MacGraw-Hill, New York. Sukardi, Casiman dan M Amin Suhadi , Susanto S, 2012, Optimasi Rancang Bangun Coran Baja Part Scraper Chain dengan Material G 5111 ( SCCrM 3A), Jurnal Ilmiah Teknobiz Vol. 1 No. 3 ISSN 20885784, Pusat Pengabdian Kepada Masyarakat Fakultas Teknik Universitas Pancasila. Thomas.K. 1993. Dasar-Dasar Pneumatik. Erlangga, Jakarta. Ulrich, Karl T., and Eppinger S. D, 1995, Product Design and Development, McGrawHill, Inc. Maihut, Dwi, 2009, Timah, http://dwimaihut.blogspot.com/2009/05/timah.html, diakses pada tanggal 20 Maret 2012 pukul 09.13 WIB. Meadinfo, 2010, JIS S45C - Mild Steel - An Overview, http://www.meadinfo.org/2010/03/s45c-jismechanical-properties.html , diakses diakses pada tanggal 23 Maret 2012 pukul 09.38 WIB. Boyan, 2010, Ilmu Logam 1, http://wwwboyancom-

D25


[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27] [28]

boyan.blogspot.com/2010/11/blog-post.html, diakses pada tanggal 23 Maret 2012 pukul 13.00 WIB. Boyan, 2010, Ilmu Logam 2, http://wwwboyancomboyan.blogspot.com/2010/11/ilmu-logam2.html , diakses pada tanggal 23 Maret 2012 pukul 13.12 WIB. Nuryadi, Kusmayana, Analysis of Heat Transfer in Mold injection molding machine for plastic Screw Type "Plastar TM 180 G2" for Making Box Card Matrix, http://library.gunadarma.ac.id, diakses pada tanggal 30 Maret 2012 pukul 09.24 WIB. ThyssenKrupp Materials France, 2011, TKM 2344 EFS, TKM 2344 EFS SUPRA, AISI: H13-H13 ESR, http://www.thyssenfrance.com/fich_tech_en. asp?product_id=12214, diakses pada tanggal 30 Maret 2012 pukul 10.35 WIB. Moldingzone, 2011, Pengaruh Desain Mold terhadap proses Injection Molding, http://moldingzone.blogspot.com/2011/03/pe ngaruh-desain-mold-terhadap-prosesinjection-molding , diakses pada tanggal 30 Maret 2012 pukul 11.35 WIB. ..........., 2005, DHA 1 Excellent Wear and Heat Check Resistance Hot Work Die Steel, http://www/bssteel/co.th, diakses pada tanggal 03 April 2012 pukul 10.24 WIB. ..........., 2005, Material Specifications Catalogue, www.ozzfoundries.co.za, diakses pada tanggal 3 April 2012 pukul 14.50 WIB. ..........., 2012, ASSAB 8407 SUPREME CATALOGUE, ASSAB.


D26


(K4-44-09)

STUDI KOMPARASI SERBUK NICKEL CHROMIUM ALUMINUM METCO 443NS DAN NICKEL ALUMINUM METCO 450NS TERHADAP SIFAT MEKANIS PERMUKAAN PADA PROSES THERMAL SPRAYING Sunardi, Ipick Setiawan, Saepuloh Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Jurusan Teknik Mesin, Cilegon 42435

E-mail: [email protected]

Abstrak Pelapisan dengan metode thermal spraying memiliki peranan penting dalam meningkatkan sifat mekanis permukaan material. Metode ini digunakan untuk melindungi logam induk dari pengaruh lingkungan. Sifat permukaan lapisan yang dikehendaki adalah memiliki kekerasan dan kekuatan ikatan yang tinggi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jenis serbuk terhadap karakterisasi permukaan, seperti kekerasan, kekuatan ikatan dan struktur mikronya. Serbuk yang digunakan dalam penelitian ini adalah nickel chromium aluminum METCO 443NS dan nickel aluminum METCO 450NS. Parameter proses yang bisasa digunakan sebagai variabelnya adalah kecepatan pelapisan, jarak spray dan suhu awal material logam induk. Tiga parameter ini memiliki dampak yang berbeda, seperti kekerasan permukaan, kekuatan ikatan dan strumtur mikronya. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa suhu preheating pada proses thermal spraying berpengaruh secara signifikan terhadap sifat mekanisnya. Peningkatan suhu pemanasan awal pada proses ini dapat meningkatkan kekerasan permukaannya. Sedangkan pada serbuk METCO 443NS, kekerasan mengalami penurunan pada suhu 160oC. Hal ini disebabkan oleh jumlah porositas yang berlebih pada lapisan permukaan material ini. Prosentase porositas memiliki pengaruh signifikan pada kekerasan lapisan. Hasil lain menunjukkan bahwa kekuatan ikatan antara lapisan serbuk dengan logam induk meningkat seiring dengan peningkatan suhu preheating. Kata kunci: thermal spray coating, kekerasan permukaan, METCO 443NS, METCO 450NS.

Abstract Thermal spraying methode has role to increase the mechanical properties at material surface. This methode to protect the base material from the effects of environment. The desired coating layer are high hardness and bonding strength. The purpose of this paper is to know the effect of powder type toward characteristic of surface layer, such as hardness, bonding strength and microstructure. The powder used in this research were nickel chromium aluminum METCO 443NS and nickel aluminum METCO 450NS. Three parameters as process variable are coating speed, distance of spraying and preheating temperature. Three parameter have the difference effect on surface hardness, bonding strength and microstructure. The result of this research show that preheating temperature of thermal spraying process has effect to the mechanical properties significantly. The increasing of preheat temperature in this process able to increase the hardness of its surface. However, for the powder METCO 443NS, the hardness is decrease at temperature 160oC. It is caused by excessive porosity in this layer surface of material. Percentage of porosity have significant effect to the layer hardness. Another result show that bonding strength between coating layer and base material is increase as preheating temperature. Keywords: thermal spray coating, surface hardness, METCO 443NS, METCO 450NS. 1.

PENDAHULUAN Kebutuhan sumber energi yang semakin tinggi menuntut sebuah sistem pembangkit daya yang mampu melayani temperatur kerja yang tinggi pula. Tuntutan lain adalah kehandalan material terhadap pengaruh buruk lingkungan dan fluida kerja yang bersinggungan. Rekayasa dan teknologi material mengalami perkembangan yang sangat pesat dan memegang


peranan penting dalam menjawab persoalanpersoalan di atas. Metode coating, perlakuan panas, nano material dan modifikasi teknologi pembekuan merupakan contoh-contoh usaha yang dilakukan para insiyur untuk memperoleh sifat-sifat material yang diinginkan. Metode coating (pelapisan) merupakan salah satu metode yang cukup populer digunakan di lapangan. Banyak sekali produkproduk hasil pelapisan yang digunakan dalam

D27


bidang teknik, mulai dari persyaratan teknis sederhana hingga persyaratan-persyaratan khusus. Peralatan dan pernik-pernik rumah tangga, bodi kendaraan bermotor dan sudu-sudu turbin pesawat memerlukan proses pelapisan material. Pelapisan material bertujuan untuk melindungi material dari serangan korosi dan menghasilkan sifat-sifat mekanis tertentu pada permukaannya, seperti kekerasan, laju keausan, kekasaran permukaan, porositas dan ketahanan terhadap suhu tinggi. Pada paper ini akan dipaparkan karakteristik lapisan permukaan hasil proses thermal spray coating. Pengaruh jenis serbuk terhadap kekerasan, kekuatan ikatan antara material induk dengan lapisan yang terbentuk sebagai fungsi serbuk serta struktur mikro lapisan coating. Serbuk yang digunakan dalam riset ini adalah METCO 443 NS dan METCO 450NS. Tujuan dari riset ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbedaan tipe serbuk dan suhu pemanasan awal logam induk terhadap karakteristik permukaan lapisan yang dihasilkan. Karakteristik permukaan yang dimaksud adalah kekerasan lapisan permukaan, kekuatan ikatan sambungan antara logam induk dengan lapisan serbuk serta struktur mikro yang dibentuk. 1.1 Proses thermal spraying Thermal spray coating adalah proses pelapisan dimana terdapat material yang dilelehkan atau dipanaskan dan disemburkan ke permukaan material induk. Dengan proses thermal spraying dapat diperoleh ketebalan antara 20 m hingga beberapa milimeter tergantung proses dan sumber panas yang digunakan. Material pelapisan dapat berupa logam, paduan, keramik, plastik maupun komposit. Material pelapis tersebut dapat berupa serbuk atau kawat. Kualitas pelapisan dicirikan oleh besaran porositas, kekerasan, kekuatan ikatan atom, kandungan oksida dan kekasaran permukaannya. Kualitas pelapisan ditentukan juga oleh proses thermal spraying, seperti kecepatan dan jarak spraying serta temperatur pemanasan awal. Proses thermal spray coating banyak digunakan di lapangan dengan beberapa alasan sebagai berikut: 1. Lapisan yang terbentuk minimal 20 m. 2. Memiliki umur pelapisan yang relatif lama, di atas 40 tahun. 3. Kekuatan ikatan antara material induk dengan material lapisan sangat baik. 4. Tingkat porositas lapisan sangat rendah. 5. Ketahanan terhadap korosi tergantung pada ketebalan lapisan. Artinya semakin tebal lapisan yang terbentuk, semakin lama ketahanan material terhadap serangan korosi. Sifat lapisan yang terbentuk pada proses thermal spray coating dipengaruhi oleh beberapa


parameter spray, seperti: komposisi kimia, struktur fase, ukuran kristal serbuk, suhu substrat, gas plasma, sudut spray dan jarak spray [1]. Dari riset yang sama diketahui bahwa penurunan aliran gas H2 dari 9,5 L/min menjadi 8,6 L/min dapat menurunkan kandungan H2 sebesar 2%. Penurunan jarak spray dari 130 mm menjadi 75 mm menyebabkan suhu substrat meningkat. Kekasaran permukaan substrat memiliki pengaruh terhadap kekerasan mikro, porositas dan kekasaran lapisan. Semakin tinggi kekasaran substrat memiliki kecenderungan menurunkan kekerasan mikro, meningkatkan porositas dan kekasaran permukaan lapisan. Kekerasan mikro, porositas dan kekasaran lapisan titik balik pada jarak 12 cm [2]. Porositas lapisan pada umumnya meningkat jika terjadi penurunan laju aliran gas hidrogen dan daya spray. Kekerasan mikro dan modulus Young lapisan mengalami penurunan seiring dengan peningkatan porositas lapisan [3]. Pada riset ini, kualitas lapisan permukaan hasil proses thermal spray coating ditentukan berdasarkan kekerasan dan kekuatan ikatannya. Cacat atau retakan yang terbentuk antarmuka lapisan tidak boleh melebihi standar yang sudah ditetapkan. Kualitas lapisan permukaan juga ditentukan oleh ada atau tidaknya crack pada permukaan yang mengalami bending pada qualitatif bend test [4]. 1.2 METCO 443NS dan METCO 450NS Metco 443NS memiliki rumus kimia (NiCr) 6 Al dengan ukuran partikel antara -125 +45 μm (120 +325 mesh) [5]. Pada proses thermal spray coating, material ini tidak dapat mengikat sendiri tetapi digunakan sebagai pelapisan yang dapat melicinkan. Serbuk Metco 443NS direkomendasikan untuk pelapisan material pada kondisi khusus seperti ketahanan terhadap oksidasi dan korosi pada suhu tinggi. Pelapisan ini juga digunakan sebagai pelapisan dasar untuk keramik. Metco 450NS memiliki rumus kimia Ni 5Al dengan ukuran partikel -90 +45 μm (-170 +325 mesh) [5]. Pelapisan yang dihasilkan dari serbuk ini relatif padat dan tebal dan tahan terhadap oksidasi dan abrasi. Serbuk ini digunakan sebagai pelapisn ikatan tahan oksidasi dan dapat digunakan hingga suhu 800ºC. pengikatan sendiri dan melayani rekasi eksotermis selama penyemprotan, yang menghasilkan ikatan ke substrat yang sangat baik. 2. METODE PENELITIAN 2.1 Material induk dan serbuk lapisan Material dasar (base material) yang digunakan sebagai substrat adalah paduan nickel chromium dengan dimensi 40 x 18 x 2 mm. Menurut CES Edupack, komposisi kimia dan

D28


spesiffikasi materiall induk adalah h (14-46)%Crr, (5486)%N Ni, (100-600)) HV, kekuataan tarik (330--2300) MPa ddan modulus geser g (55-100 0) GPa [5].

(a)

2.4 Penguj ujian kekerasaan dan kekuatan ikatan 2.4.1 Ujii kekerasan Ujii kekerasan di dilakukan padaa skala mikroo dengan ind dentor berbenntuk piramidaa intan yangg memiliki su udut diagonall 136o. Besarr beban yangg digunakan adalah 300 gram. Pengaambilan dataa d setiap sesim men pada 6 titik t spesimenn dilakukan di dengan wak ktu tahan 30deetik.

(b)

Gambbar 1. Spesim men paduan nickel chromium m (a) sebelum m pelapisan dan d (b) sesudah ah pelapissan 2.2 P Parameter prroses thermal spray coatingg Seperti yang y dinyattakan sebeluumnya bahwaa parameter proses pen ngerjaan meemiliki pengaaruh yang signifikan s teerhadap sifatt dan karaktteristik permuukaan lapisan n. Dalam riseet ini, param meter proses yang menjaadi variabel tetap adalahh jarak dan kecepatan k spraay, sedangkann suhu pemannasan awal pada logam in nduknya meruupakan variabbel bebasnyaa. Kecepatan dan jarak spray masinng-masing 5lb/jam dan 5 incchi. Tujuan pemanasan p aw wal logam induk adalahh untuk menghilangkan m n uap air pada permuukaan substratt, meningkatk kan kekuatan ikatan antaraa substrat dengan d mateerial coatingg dan mengontrol perbeedaan ekspan nsi panas seebagai akibatt perbedaan material. m Tem mperatur prehheating yang digunakan dalam d penelitiian ini terbaggi atas 80oC, 120oC dan 1660oC. Diagram Alirr 2.3 D Agar prosses penelitian ini dapat beerjalan dengaan baik, makka diperlukan sebuah alurr kerja sepertti yang ditunjjukkan oleh Gambar G 2 di bbawah ini.

Gambar 2 Diagram alir penelitian S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Gambarr 3. Titik penggujian kekerassan mikro 2.4.2

Ujii kekuatan ikaatan Pen ngujian kekkuatan ikataan (bondingg strength) antara materiaal induk den ngan materiall pelapis perm mukaan menggacu pada standar ASTM M C633-01 tentang metodee pengujian standar s untukk kekuatan ad dhesi atau koohesi pada th hermal sprayy coatings.

g strength) Gambar 4. Mesin uji ttarik (bonding L DAN PEM MBAHASAN 3. HASIL 3.1 Hubun ngan antara ssuhu preheatiing dan kekera asan permukaaan lapisan Gam mbar 5 menuunjukkan perilaku lapisann serbuk padaa proses therm mal spray coa ating terhadapp kekerasan permukaan llapisan. Suhu preheatingg memiliki peengaruh yang cukup signiffikan terhadapp kekerasan lapisan permuukaan yang diihasilkan darii NS. serbuk Metcco 443NS dann Metco 450N Kekeerasan lapiisan permu ukaan yangg dihasilkan oleh serbuk Metco 450N NS cenderungg ngan naiknyaa mengalami peningkatann seiring den suhu preheaating. Peningkkatan kekerassan dari suhuu 80oC ke 12 20oC sebesar 19,10% dan n peningkatann o kekerasan dari 120 C menjadi 160oC terjadii peningkatan n sebesar 199,77%. Kekerrasan lapisann

D29


permuukaan pada suuhu preheatin ng 80oC, 120o C dan o 160 C masing-masing sebesar 19 93,7 HV, 2300,7 HV dan 2776,3 HV.

Gambbar 5. Hubunngan suhu preh heating dengan an kekeraasan material uk Metco 4443NS Sedangkan pada serbu mengalami peninggkatan kekerrasan hingga suhu galami penuurunan. 120oC dan selannjutnya meng Kekerrasan lapisann permukaan pada suhu 80oC, 120oC dan 160oC masing-masin ng adalah 25 1 HV, 261,5 HV dan 228,,3 HV. Pening gkatan kekerassan ini sebesaar 4,18% daan langsung terjadi penuurunan kekerasan yang cuukup signifikaan sebesar 122,70%. Penurrunan kekeraasan ini diseebabkan terjaadinya peningkatan prosenntase porositaas lapisan. Laapisan dengaan porositas tinggi memilliki kecenderrungan densittas yang rendaah. Hubungan an ntara suhu prreheating dan n 3.2 H kkekuatan ikattan lapisan deengan materiaal iinduk Kedua jennis serbuk, baik b Metco 4443NS dan M Metco 450NS S memiliki keecenderungann yang sama,, yakni kekuaatan ikatan an ntara material induk dengaan lapisan hasil coa ating menggalami peningkatan seirring dengan n naiknya suhu preheating. Yang menarik m adalah h pada suhu 1120oC, keduaa jenis serbukk memiliki keekuatan ikatann yang hampiir sama. kekuaatan ikatan (boonding strengtth) Kekuatan tarik antarra material induk dengaan lapisan permukaan p yaang dibentukk oleh serbukk Metco 443N NS pada suhu u 80oC, 120o C dan o 160 C masing-massing adalah 6.775,9 6 psi, 77.626,8 Metco psi daan 8.756,2 psii. Sedangkan untuk u serbuk M 450NS pada suhu 80oC, 120oC dan 160oC m masingmasinng adalah 5.7990,4 psi, 7.548 8,2 psi, dan 99.005,5 psi. Kekuatan ikkatan semakiin tinggi berrkaitan dengaan waktu pem mbekuan materrial serbuk. Arrtinya, semakkin lama waaktu pembeku uan memungkkinkan terbenntuknya stabiilitas atom yang y baik. H Hal ini ditunjjukkan oleh semakin s keciilnya cacat (ddefect) S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

pada lapisaan batas antar ara material induk i dengann lapisan serbuk pelapis.

g dengan Gambar 6 Hubungan suuhu preheating tingggi kekerasaan lapisann Semaakin permukaan memiliki keecenderungan menurunkann kekuatan ikatannya pada serbuk Metco o 443NS. Hall ini disebab bkan prosentaase cacat semakin tinggii dengan berrtambahnya ssuhu prehetin ng. Sehinggaa pore atau microvoid m ini ddapat menjadii retakan awall pada lapisan n coating. Seddangkan serbu uk Metco NS S 450NS mem miliki kecendeerungan sebaliiknya. 3.3 Strukttur mikro Dari Gambar 7 dapat diilihat bahwaa prosentase dan diameterr rata-rata po orositas padaa suhu 120 0oC cenderuung lebih kecil jikaa dibandingkaan dengan koondisi pada su uhu 80oC dann o 160 C. Haal ini yang menyebabkaan terjadinyaa perbedaan kekerasan k dann kekuatan ikattan atom.

Gambar 7 Struktur mikr kro lapisan perrmukaan serbuk Metcoo 443NS padaa suhu preheating yaang bervariasii (pembesarann 200x) Struk ktur mikro yyang terbentuk antara duaa permukaan material padaa suhu 120oC menunjukkann terbentukny ya interface defect. Cacaat seperti inii memiliki peengaruh terhaadap kekuatan n ikatan antarr permukaan. Sedangkan porous cu ukup banyakk terbentuk paada spesimen pada suhu 16 60oC. Kondisii ini memung gkinkan terjaddinya penurun nan kekerasann lapisan perm mukaan. Hal berbeda terjadi paada lapisann permukaan hasil therm mal spray coaating dengann serbuk Metcco 450NS. Daari Gambar 7 dan Gambarr 8 terlihat jeelas bahwa innterfce defect pada lapisann

D30


batas relatif lebih baik jika dibandingkan dengan serbuk Metco 450NS.

Gambar 8 Struktur mikro lapisan permukaan serbuk Metco 450NS pada suhu preheating yang bervariasi (pembesaran 200x) 4. KESIMPULAN Temperatur preheating mempengaruhi karakteristik permukaan lapisan hasil proses thermal spray coating. Ada beberapa hal yang dapat disimpulkan dari riset ini, antara lain: 1. Semakin tinggi suhu preheating memiliki kecenderungan meningkatkan kekerasan dan kekuatan ikatan antar lapisan permukaan. 2. Pada suhu preheating di atas 160oC, kecenderungan serbuk Metco 450NS memiliki kekerasan dan kekuatan ikatan yang lebih baik jika dibandingkan dengan serbuk Metco 443NS. DAFTAR PUSTAKA [1] M.S. Morsi, S.A.A. El Gwad, M.A. Shoeib, K.F. Ahmed, Effect of Air Plasma Sprays Parameters on Coating Performance in Zirconia-Based Thermal Barrier Coating, 2012, International Journal Electrochemical Science, Vol. 7 (2012), 2811-2831. [2] A. Sarikaya, 2005, Effect of some parameters on microstructure and hardness of alumina coatings prepared by the air plasma spraying process, Surface & Coating Technology 190 (2005), 388-393. [3] X.C. Zhang, B.S. Fu, F.Z. Xuan, S.T. Tu, H.D. Wang, Y.X. Fu, 2009, Porosity and effective mechanical properties of plasmasprayed Ni-based alloy coatings, Applied Surface Science 255 (2009), 4362-4371. [4] A. Bhatia, 1999, Thermal Spraying Technology and Applications, Continuing Education and Development, Inc., New York. [5] Sulzer Metco, 2006, Thermal Spray Material Guide, Sulzer.


D31


(K4-45-10)

UPAYA MENURUNKAN SHORT SHOOT PROSES INJECTION DI PT. XYZ DENGAN MENERAPAN SIX SIGMA Lukman Arhami Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13320 E-mail: [email protected]

Abstract The aim of this research is (1) applies the methods of six sigma to reduce defect a short shoot at the injection; ( 2 ) give their input to the company regarding quality improvements. The value of sigma to the process of injection of 3.8 meanwhile the target of this research is reached the value of 4.5 sigma. Efforts being made among others: (1 ) to implement what has been gained on a table action planning for failure modes; (2) the duties of the implementation of this applied in each part associated in the company. The implementation of this should be monitored, improvement to prevent the same will not recur. Tools that can be used, is by using control chart and making mistake proofing (pokayoke). Keywords: six sigma, short shoot, process of injection. 1. PENDAHULUAN PT. XYX Indonesia adalah perusahaan manufaktur yang bergerak di bidang produksi plastik untuk komponen otomotif. Konsumen utamanya : Yamaha Motor, Honda Motor dan Suzuki Motor. Era globalisasi berimplikasi terhadap Persaingan yang ketat yang menuntuk agar perusahaan mampu melakukan Peningkatan efisiensi kerja, proses kualitas yang handal dengan target zero claim dari customer. Tujuan penelitian ini adalah: (1) Menerapkan metode Six Sigma untuk mengurangi short shoot pada bagian injection; (2) Memberi masukan kepada perusahaan mengenai perbaikan kualitas. 2. METODE PENELITIAN Mulai

Studi pustaka

Studi lapangan

Perumusan masalah

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Laporan Masalah: Tabel 1: Customer Claim Part Name

Qty NG

Cover Under 1 Leg Shield 1 Cover (Silver) Fan Cover Under 1 Cover

80 pcs 29 pcs 1 pcs -

Freq Claim 1x 1x 1x 1x 2x 1x

Cover Under 1 Leg Shiled 1 Air Filter Assy Plug Oil Lever Cover Cover Handle 1 Cover Handle 1 Cover Under 1 Leg Shiled 1 Leg Shiled 1 Cover (Silver) Front Femder Cover (Silver) Cover (Silver)

8 pcs 3 pcs 96 pcs 3 pcs 3 pcs 3 pcs 1 pcs 20 pcs 6 pcs 12 pcs 22 pcs

3x 4x 1x 1x 2x 1x 1x 4x 3x 4x 3x 1x 1x 1x

Jenis Claim Burry tidak putus Burry halus Belang Tidak pasang collar Burry tidak putus Check Sheet tidak kirim Burry tidak putus Burry Stopper patah Material cacat Paint NG Dekok Dekok Burry Gelombang Burry Painting cacat Miring Painting cacat Painting cacat

Tujuan penelitian

DEFINE ‐ Pengumpulan dan Pengambilan data ‐ Mengidentifikasi obyek penelitian

IMPROVE Usulan perbaikan pada potential cause terhadap defect

Analisa

MEASURE Menentukan CTQ pelanggan Pengukuran Baseline Kinerja Mengkonversikan nilai DPMO ke sigma level

ANALYZE ‐ Mengidentifikasi akar masalah

Kesimpulan dan saran

Selesai


Gambar 2: Pareto Jumlah Keluhan

D32


Sebelum melakukan pengukuran lebih lanjut, perlu diidentifikasi terlebih dahulu karekteristik cacat appearance Berdasar hasil pengamatan terhadap proses produksi di mesin injection, dapat diidentifikasi jenis-jenis cacat/defect yang sering dijumpai pada produk plastik yang merupakan cacat appearance, yaitu : (1) Silver ; (2) Short Shoot; (3) Tare’ (4) Weld Line; (5) Gores; (6) Berminyak; (7) Cembung; (8) Gate Flash; (9) Belang dan (10) Over cutting. Dalam penelitian ini dibatasi pada cacat Short Shoot.

3.2.1 Define : CTQ C ritic a l T o Q u a lity T re e

KEBUTUHAN

PENENTU

C TQ s

D ip e rlu k a n p ro s e d u r y a n g je la s a g a r m a te ria l tid a k m u d a h te rtu k a r

M A T E R IA L

P e n g g u n a a n m a te ria l re c y cle le b ih d ip e rh a tik a n ko m p o sisin y a

K u a lita s m a te ria l d a ri p ro s e s p e n c a m p u ra n m a te ria l d e n g a n m a s te rb a tch

P e m o to n g a n b u rry ya n g se m p u rn a s u p a ya tid a k te rk e n a c a c a t

P e m a sa n g a n k o m p o n e n ya n g le n g k a p

PRODUK YANG B E R K U A L IT A S T IN G G I

S e ttin g m e sin ya n g d is ta n d a ris a s ik a n

PROSES

P e n g e m a s a n b a ra n g se su a i d e n g a n ju m la h d a n sta n d a r ya n g d ite n tu k a n

H a n d lin g ya n g se m p u rn a a g a r k o n d is i p ro d u k tid a k ru s a k

P e la tih a n d a n p e n g a w a sa n o p e ra to r a g a r tid a k a d a b a ra n g ca c a t

P ro d u k b e n a r-b e n a r te rlin d u n g sa a t d ikirim

P E N G IR IM A N

P ro d u k m e m iliki id e n tita s y a n g le n g k a p (la b e l d a n sta m p )

C h e c k s h e e t p e m e rik sa a n se la lu d ila m p irk a n

Gambar 4: CTQ Tabel 2: Problem Statement Masalah

Gambar 3: Contoh cacat Short Shoot

3.2 Analisa dan Pengolahan Data

Jumlah

Jumlah Kumulati f

Short

5238

5238

Tare

713

5951

W.Line

566

6517

Gores

475

6992

Berminya k Cembung

438

7430

318

7748

G.Flase

314

8062

Eelang

274

8336

O. Cutting

204

8540

Jumlah

Gambar 4: Fase Six Sigma


% Frek

% Frek Kumulatif

61.33%

61.33%

8.35%

69.68%

6.63%

76.31%

5.56%

81.87%

5.13%

87.00%

3.72%

90.73%

3.68%

94.40%

3.21%

97.61%

2.39%

100.00%

8540

Pernyataan masalah (problem statement) Berdasarkan diagram dan tabel tersebut tampak bahwa permasalahan yang berkaitan dengan appearance produk terutama short shoot menjadi masalah dominan di bagian injection, yaitu mencapai 61,33% dari total keseluruhan jumlah masalah. Dengan demikian pernyataan permasalahan untuk project charter ini adalah “Peningkatan kualitas produk plastik yang disebabkan oleh banyaknya cacat short shoot pada proses injection

D33



Ukuran Sampel

Jumlah cacat short shoot

278 366

4 3

U CHART 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

40

37

34

31

28

25

22

19

16

13

0.00 7

10 5 7 3 0 3 4 6 8 5 3 2 4 7 9 5 3 11 0 6 9 10 7 6 8 6 8 4 2 7 14 6 8 2 10 0 4 3 4 7

SAY Cover Upper 3XA Roller

10

320 412 345 279 355 366 298 301 421 322 401 356 397 334 335 367 314 327 356 332 317 412 322 435 433 289 377 411 266 322 433 298 321 422 290 353 278 344 273 233

41 42

4

5TL Cover Side 2 4US Cover 3CT Base Tail Light 29N Lid 5TP Cover Engine KPH Bottom 5YP Leg Shield STL Roller 4US Cover Under 3XA Leg Shield 61 J Armrest 051 Insulator Carb 3AY Cover 2 4ST Cover Grip 4US Case STPCap 4ST Bottom Plate STL Cover 1 4US Leg Shielct 5YP Insulator 4ST Rear Fender 3XA Froni Fender 5YP Bottom Plate 29N Cover 2 STL Cover Side 1 KPH Cover Front T 051 Cover 4ST Roller 5CT Bracket 4ST Cover 2 STL Cover Side 1 3XA Rear Fender 4US Lid KPH Cap Case KPH Case 3XA Rear Fender STL Base Tail 4US Rear Fender 3XA Bottom Plate 4ST Cover 1

Nama Part

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 33 39 40

No.

Sample Count

3.2.2 : Pengukuran (Measure) Tabel 3: Data Defect Proses Injection No. Nama Part Ukuran Jumlah Sampel cacat short shoot

UCL LCL

-0.01

U -0.02

u Sample Number

MEASURE : Nilai Sigma & Yield Proses Total Produksi 1215805 Total Defect 14481 Defect Per Total Opportunity

14481/1215805

0.01191

Defect Per Million Oppurtinity

DPO * 1000000

11910.6

NILAI SIGMA (dilihat dari tabel)

3.8
D34


Tabel 4.Tabeel Perhitungan n Nilai Sigmaa Proses

DPO

Yield

Proses Innjection 0.01191

3.3.3 FMEA A

% %Yield

y = e -DPO Y = e -OOH91 = 0.98816

998.81%

ASURE : Nilai Sigma & Yiield Proses MEA The Coost of Quality Sigma Level Defectt Per Million Opporrtunities 2 308,537 (Noncoompefitiv i ) 3 66,8077

Cost of Quality Not applicable 25 - 40% of salees

4

6.210 (IIndustry averagge)

15 -25% of saless

5 6

233 3.4 (W World class)

5 -15% of saless <1 of sales

3.3 Analyze 3.3.1 Fishbone Diaagram Material

Manus sia

Terlalu u banyak Materia al recycle Kurang pelatihan

Lelah/sakit Material tida ak standar Komposisi mixing tidak sesuai

Material kurang panas

Tidak ada pelatihan yang terstruktur dan terencana

Kurang teliti dan K konsentrasi

Kurang motivasi

Kerja malam

Kebijakan perusahaan yang kurang baik

Suhu materrial tidak sesu uai

Banyakn nya cacat silver dan short shoot es injection pada prose Kurang analis sa/ pengalaman ope erator Metode setting mesin

Terlalu banyak Material recycle

Variasi kondisi mesin menyulitkan setting

3.3.4 Valuee of FMEA

Lubang air kotor

Chiller tidak berfungsi dengan baik

Aliran coolant pada mold tidak baik

Tidak ada ang jelas standar ya

Pendinginan kuran ng sempurna

Air tersumbat

Air terlalu panas Tidak semua proses mempunyai prosedur standar

sure clamping Press kurang Setting mesin

Tonase mesin tidak sesuai

Aliran/flow of material tidak lancar

Metode

Mesin

3.3.2 CFME Diaagram Causse Failure Mode Effect

ANALYZE : FMEA Dari tabel Faillure Modes and Effectt FMEA) dihaasilkan bebeerapa moduss Analysis (F kegagalan yang y memilikii nilai resiko tertinggi : Rank 1, RP PN 294 Pen ndinginan ppada cetakan n/mold yangg kurang sem mpurna, akan membuat alliran materiall terhambat ataupun a udaraa akan terjeb bak (air trap)) sehingga produk cacat akkan mungkin sekali terjadi.. Kapasitas produksi p yangg tinggi mem mbuat sulitnyaa proses peraw watan ideal. Rank 2, RPN N 288 Settting mesin m menjadi fakto or yang tidakk kalah pentin ngnya. Settinng mesin ini menjadi sulitt dilakukan karena k ada ttiga jenis meerk mesin dii perusahaan yang maasing-masing mempunyaii


D35


karakteristik yang berbeda. Selain itu faktor eksternal seperti suhu pada mold, suhu pada chiller dan material yang dipakai mempengaruhi unsurunsur dalam setting mesin tadi. Rank 3, RPN RPN 252 Komposisi material yang tidak sesuai adalah salah satu penyebab cacat short shoot. Material yang terlalu panas dan komposisi material recycle yang terlalu banyak dicampur dengan material dasar membuat aliran material menjadi terhambat.

3.4.2 Action Planning For Failure Modes Solusi danTanggung jawab Irnpietnentasi No.

1. 2. 3.

3.4 Improve 3.4.1 Action Planning For Failure Modes

4.

Tabel 4.9 : (lanjutan) Action Planning for Failur Modes

5.

Rank 5

6

Failure Mode Pendingi nanpada mesin f curang

Actionab le Cause Kapasitas chiller dan jumlah mesin

Operatot Tidak kutang ada pelatihan pelatihan

Design Actmn/Poteait ial Solutions

Design Validation

Analisakapas itas chiller dan jomlah mesin Penambah an chiller sesuai analisa Pembuat an mat eri pelatihan

Data chillei dan kapasit Laporan pembelia n chiller Materipel atihan

Pembuatanjad Jadwal wal pelatihan pelatihan 7

Kap asita s pfod

Tonase mesin tidak sesuai,

Analisa kapasitas ptoduksi Pembuatanj adwal produksi sesuai

Data kapasi tas produ Jadwal produksi


6. 7. 8.

Solusi Potensial

Analisa pemakaian efefctif mold setiap produksi Dibuat jadwal yang terencana dan setiap cetakan/mold Analisa setting mesin terbaik dari setiap mold

Staf PE

Dibuatjadwal yang terencana dan setiap cetakan/mold Analisa komposisi material terbaik

Staf PC

Staf PE Staf PE

Staf Material Control

Dibuat kotnposisi terbaik dari material recycle dan dibuat prosedur standar Analisa suhu terbaik pada proses mixing


Dibuat komposisi terbaik dari mixing material dan dibuat prosedur standar


9.

Analisa kapasitas chiller dan jumlah mesin 10- Penambahan chiller sesuai analisa 11

Tanggung Jawab


Staf PE Staf PE

Pembuatan materi pelatihan

StafHRD

12. Pembuatan jadwal pelatihan

StafHRD

13

Staf Pro Control Staf Prod Control

Analisa kapasitas produksi

14. Pembuatan jadwal produksi sesuai tonase mesin

D36


4.5 Control : Fase control atau tahap pengendalian adalah tahap yang bertujuan untuk terus mengevaluasi dan memonitor hasil-hasil dari tahapan sebelumnya atau hasil implementasi yang telah dilakukan pada fase improve. Tahap ini juga bertujuan untuk memastikan bahwa kondisi yang sudah diperbaiki dapat berlangsung terus menerus atau berkesinambungan, dan tidak berjalan dalam waktu yang singkat saja. 4.5.1. Control Chart Control chart dapat digunakan perusahaan untuk memonitor output proses produksi agar dapat dilakukan deteksi cepat atas variasi yang abnormal 4.5.2 Pembuatan Mistake proofing (pokayoke) Mistake proofing adalah salah satu teknik untuk membuatkan suatu kondisi yang akan mencegah kemungkinan terjadinya kesalahan

6. Pelaksanaan improvement ini harus dimonitor, agar kejadian yang sama tidak terulang kembali. Tools yang dapat digunakan, adalah dengan menggunakan control chart dan pembuatan mistake proofing (pokayoke) DAFTAR PUSTAKA [1] Gaspersz, Vincent, Pedoman Implementasi Program Six Sigma, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2002 [2] Harry, Mikel and Ricard Schroeder, Six Sigma: The Breakthrough Management Strategy Revolutionizing The World Top Corporation, Random House, 2000 [3] Tunggal, Amin Widjaja, SIX SIGMA Gambaran Umum - Penerapan Proses – Metode-metode yang Digunakan untuk Perbaikan, Harvarindo, 2002

5. KESIMPULAN 1. Dari hasil penelitian ini, didapatkan nilai sigma untuk proses injection sebesar 3.8. Target dari penelitian ini adalah mencapai nilai 4.5 sigma. 2. Langkah-langkah yang dilakukan antara lain :(a) Melaksanakan apa yang telah didapatkan pada tabel Action Planning for Failure Modes; (b) Tugas-tugas pelaksanaan ini diaplikasikan di masing-masing bagian yang terkait di perusahaan. 3. Pendinginan pada cetakan/mold yang kurang sempurna, akan membuat aliran material terhambat ataupun udara akan terjebak (air trap) sehingga produk cacat akan mungkin sekali terjadi. Kapasitas produksi yang tinggi membuat sulitnya proses perawatan ideal. 4. Setting mesin menjadi faktor yang tidak kalah pentingnya. Setting mesin ini menjadi sulit dilakukan karena ada tiga jenis merk mesin di perusahaan yang masing-masing mempunyai karakteristik yang berbeda. Selain itu faktor eksternal seperti suhu pada mold, suhu pada chiller dan material yang dipakai mempengaruhi unsur-unsur dalam setting mesin tadi. 5. Komposisi material yang tidak sesuai adalah salah satu penyebab short shoot. Material yang terlalu panas dan komposisi material recycle yang terlalu banyak dicampur dengan material dasar membuat aliran material menjadi terhambat.


D37


(K4-47-11)

PENGUKURAN KINERJA PERUSAHAAN DENGAN METODE SUPPLY CHAIN (SUPPLY CHAIN OPERATION REFERENCES) (STUDI KASUS DI PT X Y Z) Tri Bambang AK Universitas Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Mesin, Jakarta 13320 E-mail: [email protected]

Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur kinerja perusahaan, khususnya dibidang distribusi parts. Hasil penelitian kiinerja perusahaan PT X Y Z dapat diukur melalui parameter yang disebut Key Performance Indicator yang didalamnya terdiri dari Moving Turn Over, Adjusted Turn Over, Overall Availability dan Stock Availability. Adapun fungsi moving tun over untuk menghitung pergerakan parts dalam dua belas bulan, adjusted turn over untuk mengendalikan proses moving turn over yang terjadi agar tetap sesuai dengan sasaran target yang dicapai, overall availability merupakan perhitungan ketersediaan parts secara keseluruhan dan stock availability adalah jumlah ketersediaan parts yang dihitung berdasarkan item yang dipenuhi. Penilaian dari ke empat indikator dengan menggunakan skala konversi atau prosentase dengan kriteria yaitu nilai 1 (sangat kurang), 2 (kurang), 3 (cukup), 4 (baik) dan nilai 5 (sangat baik). Dari ke empat indikator performansi Supply Chain perusahaan terdapat satu indikator yang mempunyai nilai skor yang tinggi dan tiga indikator lainnya mempunyai skor yang rendah, yang terdiri dari Adjusted Turn Over (1.36) perbaikan yang perlu dilakukan adalah lebih teliti dalam melakukan perencanaan distribusi dan peramalan permintaan produk yang mengacu pada bulan-bulan sebelumya dengan metode yang sesuai dengan perusahaan dan Overall Availability (68.2) perbaikan yang perlu dilakukan adalah sebaiknya perusahaan menyediakan jumlah transportasi yang memadai guna mencegah kekurangan stock (stocked out). Kata kunci: Turn over, adjusted turn over, overall availability and stock availability

Abstract The aim in this research to measure performance company, especially in distribution parts. The result of PT X Y Z is key performance can be measure through parameter called Key Performance Indicator who consist of Moving Turn Over, Adjusted Turn Over, Overall Availability and Stock Availability. The function of Moving Turn Over to calculate moving total parts in twelve months, Adjusted Turn Over is used to control the process of Moving Turn Over happened to remain in accordance with the target goal is reached, Overall Availability is a calculation of parts availability for the whole and Stock Availability is number of parts availability who calculated based on full item. Measurement from four indicators can be used conversion scale or procentage by concerning value 1 (worst), value 2 (less), value 3 (enough), value 4 (good) and value 5 (greatest). Those four indicators of performance Supply Chain is having one indicator who has highest value and three others indicator are having a low value, it’s consist of Adjusted Turn Over (1.36) necessary is forecasting by using forecast method of a goods demand in company and Overall Availability (68.2) necessary is should company able to provide tranportasion who filled. Keywords: Turn over, adjusted turn over, overall availability and stock availability 1. PENDAHULUAN Persaingan bisnis yang semakin ketat di era globalisasi ini menuntut perusahaan untuk menyusun kembali strategi dan taktik bisnisnya sehari-hari. Jika dilihat secara lebih mendalam, ternyata esensi dari persaingan terletak pada bagaimana sebuah perusahaan dapat mengimplementasikan proses penciptaan produk dan jasanya secara lebih murah, lebih baik, dan lebih cepat dibandingkan pesaing bisnisnya.


Usaha untuk menciptakan rangkaian proses tersebut bukanlah merupakan target semasa saja, melainkan sifatnya dinamis, dalam arti harus selalu diupayakan secara terus-menerus dan berkesinambungan. Sejauh perusahaan masih bisa terus berusaha memperbaiki kinerjanya, sejauh itu pulalah perusahaan dapat tetap bertahan dalam ketatnya kompetisi global. Tetapi sumber daya dan kompetensi yang dibutuhkan seringkali tidak dimiliki oleh perusahaan secara individu, sehingga

D38


kerja sama atau kolaborasi dengan perusahaan lain dalam suatu persaingan bisnis sangat diperlukan untuk mendukung proses inovasi produk dan mencapai efisiensi serta efektivitas bisnis. Sebagai akibatnya, penciptaan nilai pelanggan dalam suatu jejaring bisnis menjadi isu penting dalam perkembangan kolaborasi antar perusahaan untuk memperbaiki daya saing perusahaan. Berdasarkan fenomena yang terjadi di negara-negara maju terutama yang dialami oleh perusahaan-perusahaan multinasional. Salah satu contohnya adalah negara Jepang dan Korea Selatan. Ternyata kunci dari peningkatan kerja rangkaian proses tersebut terletak pada kemampuan perusahaan dalam bekerja sama dengan para mitra bisnisnya, yang dalam hal ini adalah mereka yang memberikan pasokan-pasokan kebutuhan perusahaan dalam berbagai bentuk. Pengintegrasian secara optimal antara proses-proses internal di dalam perusahaan dengan proses-proses para mitra bisnis tidak sekedar meningkatkan efisiensi, efektifitas dan kualitas internal semata, namun lebih jauh lagi menciptakan suatu keunggulan kompetitif (competitive advantage) tertentu bagi perusahaan terkait. Disamping itu, perusahaan berlomba-lomba memenuhi kehendak para konsumen karena memang the name of game haruslah berorientasi pada pelanggan (customer). Dari segi harga misalnya, semua terus berlomba-lomba mencari caara untuk mendapatkan harga yang kompetitif. Untuk mengatasi hal ini dapat ditempuh strategi manajemen Supply Chain atau pun Supply Chain Optimization, yaitu memecah perbatasanperbatasan antar perusahaan yang secara tradisional memisah-misahkan pelaku pengaadaan barang atau jasa, dan memecah-mecah pula daya kemampuannya untuk meningkatkan efisiensi. Oleh karena itu, tercipta dan berkembanglah suatu sistem atau konsep yang disebut konsep Supply Chain. Dengan sengaja istilah tersebut tidak diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia, karena memang dalam logistic atau pun purchasing management, istilah tersebut telah terkenal dalam bahasa inggrisnya. Kalau mau diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia, mungkin dapat digunakan istilah rantai pengadaan atau rantai penyediaan. PT X Y Z sebagai salah satu industri manufaktur yang memproduksi alat-alat berat seperti dozer, motor grader dan skider dengan teknologi mutakhir terus berupaya untuk mewujudkan diri sebagai perusahaan manufaktur yang terdepan di dunia industri. Untuk mencapai itu maka dibutuhkan suatu metode yang dapat menciptakan alur informasi untuk mendistribusikan barang atau jasa tersebut. Menyadari pentingnya efesiensi dan efektifitas tersebut, maka PT X Y Z terus mengembangkan dan mencari sistem


manajemen guna mengendalikan produknya. Hal inilah yang mendorog penulis untuk mengadakan penelitian secara terperinci dan mencoba memperkenalkan metode Supply Chain yang nantinya dapat memberi masukan kepada perusahaan, mengenai mengumpulkan atau mencari, mengubah dan mendistribusikan barang dan jasa ke pelanggan terakhir. 2. METODOLOGI PENELITIAN Mulai

Studi lapangan

Studi pustaka

Perumusan masalah

Tujuan penelitian

Studi Dokumentasi

Disain Sistem ScoR Tahap Plan Tahap Source

Tahap Make Tahap Deliver Tahap Return

Analisa

Kesimpulan dan saran

Selesai

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Tahap Plan Dari Stock Order Process, dapat diketahui bahwa yang menjadi pihak: supplier, manufacture, distribution hingga customers dalam tahapan ini adalah:  Supplier : Catterpillar ADC (Asia Distribution Centre)  Manufacture: PT Trakindo Utama  Distribution: PT Cipta Krida Bahari  Customer : PT Chonoco Philips 3.2 Tahap Source 3.2.1 Hasil analisa yang peneliti lakukan terhadap data dari Software Dealer Business System Life Cycle Parts Parameter 2012 bahwa secara otomatis sistema akan merecord

D39


menjadi stock apabila dalam waktu 4 bulan telah ada 2 kali call dalam aktifitas level fast moving (parts yang lebih cepat terjual) dan memenuhi kriteria. Sedangkan apabila kurang dalam jangka waktu yang telah ditetapkan tersebut masih belum terdapat call, maka sistem tidak akan merecord secara otomatis dan berubah menjadi Nonstock. 3.2.2 Berdasarkan software Dealer Business System (DBS), waktu tunggu untuk kembali menjadi stock di sarankan oleh sistem adalah minimum 7 hari untuk kategori level parts yang paling sering kali cepat terjual. Sedangkan untuk parts yang paling lama terjual kepada customer, maka diberikan waktu tunggu untuk kembali mengisi stock selama 14 hari. Hal ini dikarenakan untuk mencegah penumpukan parts yang masih dalam proses pengiriman dan mengurangi biaya beban yang disebabkan penimbunan parts di warehouse. 3.3 Tahap Make Dalam tahapan ini berfungsi untuk menentukan minimum atau maksimum berdasarkan lead time, call atau demand, harga dan fakto-faktor Economic Order Quantity (EOQ) digambarkan melalui parameter matrix. 3.3.1 Dari hasil ordering parameter matrix 2012, dapat diketahui bahwa prosentase per tahun demand batasan tertingginya adalah 8%. Minimum hari yang digunakan untuk mengisi kembali stock parts adalah 7 hari. Lead time maksimum yang diperlukan untuk pengiriman melalui matrix 1 (sea freight) adalah 35 hari (untuk mengantisipasi gangguan alam dan sebagainya). Sedangkan untuk lead time dengan menggunakan transportasi udara minimum adalah 17 hari. 3.32 Untuk mencapai efisiensi dan efektifitas bisnisnya dalam rangka memenuhi kebutuhan konsumen. PT X Y Z mempunyai forwarder, dalam hal ini anak perusahaan yang bergerak dibidang pendistribusian logistik, yaitu PT Cipta Krida Bahari. Sehingga memudahkan dalam proses pengiriman parts baik dari cabang ataupun Singapura. 3.4 Tahap Deliver 3.4.1 Hasil analisa serta pengamatan yang peneliti lakukan selama proses pengiriman, baik pengiriman ke customer ataupun antar cabang harus disertai dengan surat kelengkapan, seperti dokumen surat jalan. 3.4.2Hambatan-hambatan selama proses pengiriman, seperti kesalahan serial parts


dokumen customer atau parts yang hendak dikirim mengalami berubah bentuk atau cacat. 3.5 Tahap Return Prosedur yang harus dilakuan dalam pengembalian parts adalah: a. Menempatkan setiap jenis parts ke dalam peti pengiriman yang berbeda kemudian berikan label pada sisi luar masing-masing peti. b. Memastikan bahwa peti tepat pada posisi diatas palet sebelum dikemas. c. Memberikan lapisan pelindung yang terbuat dari bahan kayu sebagai pembatas antara setiap lapisan parts. 4. KESIMPULAN 1. Dari hasil data penjualan parts selama tahun 2006, moving turn over diperoleh dari total penjualan parts dalam waktu 1 tahun dibagi dengan rata-rata parts selama 1 tahun adalah 4,63. Hal ini menunjukkan bahwa dalam kurun waktu satu tahun perusahaan telah memperoleh pengiriman parts secara langsung melalui ADC (Asia Distribution Centre) sebanyak 4 kali. Dalam hal ini peneliti menilai kurang efektif, dikarenakan perusahaan akan lebih banyak menghabiskan biaya untuk pengiriman secara langsung melalui antar negara. 2. Usulan perbaikan yang dapat diambil oleh perusahaan adalah sebaiknya perusahaan order parts secara langsung melalui ADC (Asia Distribution Centre), jika memang benar-benar perusahaan tidak mempunyai stock lagi (stocked out). 3. Berdasarkan daftar tabel penjualan parts 2006, Adjusted Turn Over merupakan parts yang direject selama 1 tahun dibagi dengan rata-rata parts yang diterima. Dapat diketahui bahwa hasil Adjusted Turn Over adalah 1,3. Hal ini berarti bahwa perusahaan masih perlu melakukan continous improvement guna mendapatkan perputaran value investasi yang tinggi. 4. Usulan perbaikannya adalah perusahaan dapat melakukan forecast (peramalan stock parts yang mengacu pada bulan-bulan sebelumnya). 5. Dalam menentukan Overall Availability total penjualan parts dengan menggunakan rumusan prosentase, yaitu jumlah item yang dipenuhi dibagi dengan keseluruhan proses. Prosentasi yang di dapat melalui tabel penjualan parts tahun 2006 yaitu 68,2%. Hal ini menunjukkan bahwa proses yang terdapat didalamnya masih kurang efisien dan efektif.

D40


6. Usulan untuk dilakukan perbaikannya adalah sebaiknya perusahaan perlu lebih teliti dalam merencanakan penyaluran dan pengelolaan yang sudah sesuai dengan persaingan dalam kondisi pasar dan seharusnya perusahaan bisa melihat peluang guna mencapai targetnya. Salah satunya adalah membina kerja sama yang lebih lebih dengan para mitra bisnisnya 7. Menentukan nilai stock availability dengan menggunakan rumusan item yang dipenuhi dibagi dengan ketersediaan stock parts yang ada di warehouse. Total prosentase stock availability yang diperoleh adalah 89,6%. Hal ini menunjukkan bahwa perusahaan selalu menjaga ketersediaan stock di warehouse. DAFTAR PUSTAKA Buku [1]. Anatan, Lina dan Lena Ellitan. Supply Chain Management Teori dan Aplikasi. Bandung: PT Alfa Beta. 2008. [2]. Arifin, Johar. Solusi Total Bisnis UKM Berbasis Komputer Dengan Micosoft Excel. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. 2011. [3]. Bolstorff, Peter dan Robert Rosenbaum. Supply Chain Excellence. Jakarta: PT Gramedia Pustaka. 2002. [4]. Husein, Umar. Konsep Metode Penelitian Untuk Skripsi dan Tesis Bisnis. Jakarta: PT Raja Grafindo. 2008. [5]. Nugroho, Amien. “Busi”, Ensiklopedi Otomotif. Jakarta: Penerbit Gramedia Pustaka Umum, 2005 [6]. Indrajit, Richardus Eko dan Richardus Djokopranoto. Konsep Management Supply Chain. Jakarta: PT Grasindo. 2007. [7]. Rangkuti, Freddy. Flexible Marketing. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. 2004. [8]. Riduan. Belajar Mudah Penelitian untuk Guru dan Karyawan. Jakarta: PT Alfa Beta, 2009. Internet [1]. http://www.bimanusa.co.id/index.php?option= com_k2&view=item&id=38:motor-grader. Diakses tanggal 10 September 2011. [2]. http://id.wikipedia.org/wiki/Warehouse. Diakses tanggal 29 Maret 2012. [3]. http://jaringnews.com/ekonomi/umum/5913/p erusahaan-multinasional-mutlak-harus-patuhihukum-domestik. Diakses tanggal 29 Maret 2012.


D41


(K4-50-12)

ANALISIS DESAIN PENINGKATAN GAYA DORONG PADA MOTOR ROKET RX-220 Pirnadi Universitas Pancasila, Program Studi Teknik Mesin, Jakarta 12640 Bidang Struktur Mekanika LAPAN

Abstrak Makalah ini menganalisis hasil desain teknik dalam meningkatkan gaya dorong motor roket RX-220, yaitu roket satu tingkat dengan diameter tabung luar 220 (mm) dan panjang 3000 (mm) untuk keperluan penelitian regular. Pemikiran dasar untuk peningkatan gaya dorong motor roket, merupakan roket generasi yang didesain oleh LAPAN Tarogong, masih dalam pengembangan. Permasalahannya, adalah bagaimana teknik meningkatkan gaya dorong motor roket RX-220, agar diperoleh gaya dorong yang effektif. Gaya dorong motor roket paling tidak dipengaruhi oleh berbagai unsur sebagai perubah desain, seperti: Impuls spesifik (Isp) propelan dan tebal propelan (tp), luasan ruang pembakaran (Ap), ½ sudut kemiringan convergensi (Ѳ dan ½ sudut divergensi nosel (Ѳ . Maka dari ke-empat (4) unsur inilah diambil sebagai perubah desain dalam peningkatan gaya dorong motor roket RX-220, dilakukan dengan perhitungan numerik menggunakan ukuran model sama, menghasilkan gaya dorong yang lebih besar, lebih ringan dan sederhana. Disimpulkan, dengan persyaratan yang ditetapkan, yaitu dari ke-4 perubah di atas, maka peningkatan konfigurasi bentuk (Ap) dan karakteristik (Isp) propelan akan menghasilkan gaya dorong yang lebih optimal, bila dibanding dengan memperbesar diameter tabung roket yang berisiko semakin berat dan jangkauan yang berkurang. Kata kunci: propelan, nosel, dan uji terbang.

Abstract This paper analyzes the results of design techniques to improve thrust RX-220 rocket motor, the rocket one level with the outer tube diameter 220 (mm) and length 3000 (mm) for regular study. Thought basis for increased thrust rocket motor, is a generation of rockets designed by LAPAN Tarogong, still under development. The problems, are how to improve the technique of rocket motor thrust RX-220, in order to obtain an effective thrust. Thrust rocket motors least influenced by various elements of the change of the design, such as specific impulse (Isp) of propellant and propellant thickness (tp), an area of the combustion chamber (Ap), ½ convergensi tilt angle (Ѳk) and ½ nozzle divergence angle (Ѳd). So of the four (4) is taken as an element of change in the design of improved rocket motor thrust RX-220, performed numerical calculations using the same model size, resulting in a greater thrust, lighter and simpler. It was concluded, the requirements, that is, from the fourth modifiers above, the increase in configuration form (Ap) and characteristics (Isp) of propellant will produce a more optimal thrust, when compared with the rocket tube diameter increase the risk of severe and range reduced. Keywords: propellant, nozzle, and flight test. 1. PENDAHULUAN LAPAN saat ini sedang meneliti dan mendesain roket kecil bertenaga dorong besar. Karakteristik (Isp) dan tipe konfigurasi (Ap) propelan bahan bakar motor roket (padat / cair) yang cukup dominan untuk menghasilkan gaya dorong yang besar. Adapun tujuan makalah ini, adalah untuk menganalisis dan menentukan faktor yang cukup dominan dalam peningkatan gaya dorong yang dihasilkan oleh roket. Hal ini dilakukan untuk mendayagunakan roket dalam menghasilkan gaya dorong besar dan jarak jangkauannya jauh. Dimensi dengan roket yang sama besar dapat menghasilkan gaya dorong yang lebih besar. Roket tetap ringan, sederhana, mudah dibuat dan


material ada di pasaran bebas. Dalam makalah ini, hanya akan dianalisis jenis propelan padat saja, dan seterusnya hanya akan disebut dengan propelan. Struktur motor roket dipilih material ringan, tetapi memenuhi syarat, yaitu: kaku, mampu menahan beban dan temperatur yang ada. Propelan berbentuk blok silinder pejal atau berrongga yang berada di dalam ruang bakar motor roket yang dilengkapi dengan convegen-divergen nosel pada ujungnya, dapat lihat pada Gambar 1.1. Memang cukup sulit memperoleh material untuk motor roket dan noselnya, mengingat ruang bakar bertekanan cukup tinggi dan temperatur yang sangat tinggi. Analisis di atas dan diterapkan pada desain peningkatan gaya dorong motor roket RX-220 ini,

D42


secaraa general padda roket generrasi terakhir dditeliti oleh L LAPAN saat ini. i

mbar 1.1 Tekniik pembakaran n propelan (paadat) Gam Contoh skettsa dapat dilih hat pada Gambbar1.2. Rokett terbaru RX--220 ini baru dilakukan duua kali uji sttatik tetapi beelum berhasil, dan uji diinamik roket belum dilakkukan. Panj njang tabung roket hampiir 3000 (mm m) dengan diaameter luar ttabung roket 220 (mm), material m baja campuran teebal 4 (mm) memakai proopelan padat bentuk b grain bbintang tujuh komposit

t dan nosel Gambbar 1.2 Skettsa dinding tabung motorr roket RX-2220 Gaya doronng roket akaan ditentukann oleh kesem mpurnaan pembakaran prropelan di dalam ruangg bakar motorr roket, yaitu besarannya iimpuls spesiffik (Isp). Kebberhasilan pem mbakaran proopelan ini akkan dipengaruuhi oleh berbagai hal, missalnya: letak igniter (alatt penyala), konfigurasi k bbentuk propeelan dengan luasan l ruang bakar, dan bbentuk conveergen-divergenn nosel motorr roketnya. M enurut hukum m sederhana dari d karakterisstik propelan padat, besar gaya doronng yang dihasilkan atas dasar karaktteristik dan dimensinya, d saalah satunya aadalah panjanng (lp) sebaggai volume ruang r bakar maka, terlihaat bahwa: Waktu pem mbakaran (tb)) sebanding ddengan tebal= = ((d_po- d_pii)/2) propelan dalam (mm). Gaya doorong roket umumnya, akan sebannding dengann kwuadrat panjang proopelan, (l_p^22). Total impuuls spesifik prropelan, berbaanding lurus dengan panjanng pangkat tig ga (l_p^3). Tekanan ruang r bakar (P Pc) tidak tergaantung oleh ppanjang propeelan (lp). S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4

Diaameter luar tabung rok ket, do dann diameter dalam tabung, ddi diambil tetaap; Diaameter dalam m propelan, dpi sebagaii perubah tetaap, diameter luuar propelan. ½ sudut konvvegen, (Ѳ_k k); ½ sudutt divergen no osel, (Ѳ_d) beentuk konfigu urasi dirubah-rubah (divarriabelkan). Masalah komposisi k m material prop pelan, tidakk dibahas, sebab yang dib ibutuhkan han nya besarnyaa Impuls spesifiknya saja.. Demikian pula p materiall nosel juga tidak t dibahas,, dianggap telah memenuhii persyaratan yang diperlukkan, hanya sajja besar sudutt konvergen-d divergen akan an divariabelk kan. Masalahh kekuatan material m tabunng begitu ju uga, bersamaa nosel dan propelan diianggap telah h memenuhii persyaratan yang diberlakkukan. Pembahasan n akan diifokuskan pada p teknikk peningkatan n gaya doronng gas hasil pembakarann propelan paada nosel mottor roket RX X-220. Hal inii dilakukan dengan d bantuuan data-dataa yang telahh dihasilkan oleh o Bidang PPropulsi LAPA AN Tarogong,, dan studi liiteratur. Dari data-data yan ng disebutkann di atas, terrlihat pada G Gambar 1.3, yaitu: y contohh beberapa beentuk konfiguurasi grain propelan p yangg biasa digunakan pada mootor roket dan n dipilih yangg terefektif.

n propelan Gambarr 1.3 Contoh ttipe-tipe grain ASAN TEORII 2. LANDA Propelan (padat)) merupakan n salah satuu bahan bak kar motor rroket, pembakaran akann menghasilkaan gas panas bbertekanan tin nggi dan gayaa dorong besar. Tekanan gas hasil pembakaran inii harus ditahaan oleh dindiing motor rok ket dan nosell menghasilkaan kecepatann aliran (aksiaal). Beberapaa criteria yang digunakaan dalam analisis a hasill pembakaran n bahan baka kar motor rok ket di ruangg bakar, dalam m meningkatkkan gaya doro ongnya, antaraa lain: 1. Aliran gas panas haanya satu (1) dimensi, d yaituu arah aksial, a lihat G Gambar 1.1a dan Gambarr 1.1b dan d dalam tabbung motor ro oket dianggapp tidak ada a tekanan tuurun. 2. Arah pembakaran p ppropelan adalaah radial atauu aksial dan tidak ad ada penurunan n temperatur,,

D43


maka diperlukan liner untuk menahan temperatur dinding ruang bakar. 3. Perpindahan termal dengan perumusan standar dan data-data literatur untuk meminimalis material dinding tabung roket, tipis, murah, ringan tapi kekuatanya memenuhi syarat. Dalam rangka, untuk meningkatkan gaya dorong gas hasil pembakaran propelan di ruang bakar motor roket RX-220 yang dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti: tingkatkan impuls spesifik propelan, perbesar luasan ruang bakar, panjangkan struktur propelan (volume pembakaran), dan konfigurasi bentuk nosel dengan berbagai dimensi diameternya. Konfigurasi bentuk convergen-divergen nosel motor roket RX-220 ini didasarkan pada pertimbangan mudah fabrikasinya, sederhana, ringan, dan kuat. Dalam hal ini digunakan referensi hasil uji statik yang dilakukan oleh LAPAN Tarogong pada tanggal 15 Mei 2012 lembar ke-1 dengan nomor sheet: Grafik UjiStatik RX 2020-01 dan lembar ke2 dengan nomor sheet: Grafik UjiSatik RX2020-02, pada lembar lampiran 1 dan 2. Dapat ditambahkan bahwa, di sini digunakan roket dengan diameter tabung luar 200 (mm) menghasilan gaya dorong rata-rata sebesar 1900 (kg) untuk lembar ke-1 dan sebesar 2200 (kg) untuk lembar ke-2. Sesuai dengan data-data yang digunakan, maka dapat diperoleh besar Isp dari propelan, yaitu: data lembar ke-1 adalah 205 (s) dan lembar ke-2 adalah 208 (s). Hasil-hasil uji statik ini, sebagai dasar untuk meningkatkan gaya dorong roket dengan cara lain, misalnya perbesar diameter tabung roket (tebal propelan) dan panjangnya. Sedangkan cara lain dilakukan untuk peningkatan, Isp propelan dengan berbagai komposisinya, di sini tidak dibahas. Meskipun faktor ini yang sangat dominan dalam meningkatkan hasil gaya dorong motor roket. Menurut hipotesa bahwa kecepatan adalah nol (sangat kecil) dalam ruang bakar, maka perpindahan panas dianggap adiabatik. Referensi dari metode Euler’s adalah gaya dorong motor roket terbesar pada saat tekanan gas keluar nosel (Ps=Pa), maka berlaku persamaan, berikut: Fa = q W s


(2.2)

Dimana: Fr

: gaya dorong total roket

As : luasan keluar nosel Po : tekanan gas panas di throat To : temperatur gas panas di throat

Gambar 2.1 Kontur nosel motor roket (1/2) Perhitungan panas yang terbentuk sesuai dengan definisi dari referensi umumnya, digunakan kondisi: tekanan (1 bar), temperatur 0 (oK) atau 298,16 (oK) dengan komposisi H2, D2, F2, Cl2, N2, dalam kondisi gas dan C, Al, dalam kondisi padat. Catatan ke-1, bahwa reaksi pembakaran adalah lebih energetik daripada reaksi penguraian, maka energi yang tersedia lebih besar daripada beda panas pembentukan dan massa M dengan massa awal kecil. Ke-2, besaran energi riel yang ada dalam nosel yang dilakukan phenomena dari kluaran pada temperatur tinggi dari kebakaran. Menurut parameter karakteristik motor roket, terdapat koefisien debit massa (q) pada suatu nosel dapat ditulis sebagai fungsi dari throat, berikut:

(2.3)

Dimana: Ac : luasan throat Wc : kecepatan aliran gas pada throat : massa volumik gas pada throat Fungsi dari karakteristik gas di dalam ruang bakar berlaku perumusan, berikut:

(2.1)

Dimana: Fa : gaya dorong roket (aksial) q : debit massa gas terbakar Ws : kecepatan gas keluar nosel Ps : tekanan gas keluar nosel Pa : tekanan udara luar (atmosfir) Motor roket mencapai gaya dorong maksimum pada ruang bakar (Pa = 0), setelah dilakukan penyederhanaan, maka diperoleh:

ISBN 978-602-17026-0-4

Fr = q Ws + Ps As

(2.4)

Dimana: γ : perbandingan panas spesifik gas Po : tekanan dalam ruang bakar To : temperatur dalam ruang bakar Maka koefisien debit, besarnya, adalah:

(2.5)

D44


Dimanna: r : R/M R : konstantaa universaille dari gas M : massa molekuler dari gas g

dan n

C Catatan: koeffisien debit gas keluar tthroat, adalahh hanya tergaantung pada komposisi k cam mpuran gas daan temperaturr pembakaran, yaitu karaktteristik propeelan. Persamaaan debit dapat, ditulis berikuut:

(2.6)

K Koefisien mottor roket, suaatu koefisien tanpa dimennsi didefinisikkian sebagai pembandingg gaya doronng roket yang dihasilkan den ngan Po Ac, beerikut:

(2.7))

D Dan

=

)

(2.8))

A Atau

: 9,81

.

3. PERHITUNGAN PE EMBAHASA AN Untuk menetapkan dimensi noseel motor rokett ng ditetapkann RX-220, perlu adanya batasan yan untuk dasarr dalam desaain dan analissis, misalnya:: tekanan terrbesar dan teemperatur terrtinggi ruangg bakar, akan n pengaruhi kekuatan material nosel.. Konfigurasii bentuk rokket berdiameter luar tetapp untuk men nghitung gayya dorong motor m roket,, diusahakan memenuhi syarat, agarr misi rokett berhasil. Deengan jalan m merubah berb bagai perubahh di atas, maaka akan dipeeroleh hasil-h hasil simulasii dan perhitungan yang disimpulkan n memenuhii persyaratan yang ditetapkkan. 3.1. Simula asi Uji Statik Simulaasi uji sttatik dilaku ukan untukk mengetahui Isp propellan dengan mengetahuii besarnya: Fmaks. dan Fav.,, temperatur gas g buang, Ispp riel, dan waaktu lama pem mbakaran, lihat Gambar 3.1,, grafik uji statik RX2020--01 dan Gamb bar 3.2, grafikk uji statik RX X2020-02, tannggal 15 Mei 2012. 2

1

+

(2.9))

D Dimana, data-ddata dapat dip pilih, berikut: dipilih dari: 1,10; 1,20; 1,25; 1 1,30; 1,440 CF dipilih anttara: 1,0; 1,2;; 1,3; 1,4; 1,55; 1,6; 1,7; 1,88; 1,9; 2,0; 2,1 1; 2,2; dan 2,33 Gambar 3.1 Grafik hasiil uji statik 15 5 Mei 2012 : 10; 20; 50; 100; 1 200; 500 0; 1000; 20000; dan 55000 M Masalah impuls spesifik k (Isp) proopelan meruppakan perbanddingan antara gaya dorong motor roket dengan debbit berat prop pelan yang keluar melaluui nosel seecara umum dapat ditulliskan, sebaggai berikut: = =

dalam (s) =

(2.10) (2.11)

Gambar 3.2 3 Grafik hassil uji statik 15 5 Mei 2012

Caatatan: Umum mnya impulss spesifik di diambil (Isp) riel = 0,95 ,


D45


a.

Perhitungan impuls spesifik teoritik dari data-data hasil pengujian ke-1, sebagai berikut: Gaya dorong rata-rata, Fav = 1900 (kg) Waktu pembakaran, tb = 8 (detik) = 74 (kg) Berat propelan, Wp Impuls spesifik teoritik, Isp =

b.

=

= 205 (detik)

Menurut hasil pengujian, Isp riel = 213 (detik) Disimpulkan impuls spesifik Isp teoritik 0,95 Isp riel, ok. Perhitungan impuls spesifik teoritik dari data-data hasil pengujian ke-2, sebagai berikut: Gaya dorong rata-rata, Fav = 2200 (kg) = 7 (detik) Waktu pembakaran, tb = 74 (kg) Berat propelan, Wp Impuls spesifik teoritik, Isp =

=

Menurut hasil uji, Isp riel = 220 (s), Disimpulkan impuls spesifik Isp teoritik 0,95 Isp riel, ok. Dapat dicatat, dengan berat propelan yang sama besar, Wp = 74 (kg) dan waktu penyalaan, tb beda dihasilkan gaya dorong yang berbeda. Jelas, bahwa besar impuls spesifik, Isp ke-2 pengujian tidak sama, dan komposisi propelan juga tidak sama. Memang Isp propelan cukup berperanan dalam meningkatkan gaya dorong roket, maka lebih menguntungkan bila dipertinggi Ispnya, yaitu dengan memperbaiki komposisinya. Sebab bila panjang/tebal propelan, atau diameter tabung diperbesar, ada tambahan berat struktur yang berbanding lurus. Contoh: Data hasil simulasi uji statik, antara Isp dengan F motor roket yang telah dilakukan oleh Bidang Propulsi LAPAN Tarogong, dapat dilihat pada Tabel 3.1 diambil secara acak.

= 208 (detik)

Tabel 3.1 Contoh data-data hubungan Isp dengan gaya dorong roket Hasil Uji Statik (2009-2012) No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Data Tgl. 03/02/2009 12/02/2009 10/03/2009 12/04/2009 19/04/2009 08/05/2009 10/07/2012 10/07/2012 10/07/2012 10/07/2012 10/07/2012 10/07/2012

Fmaks. 71.933 64.833 46.875 25.267 35.051 55.391 0.13641 0.12021 0.13641 0.12021 0.14135 0.23417

Frata-2 (kgf) 48.3583 1.5535 29.1952 17.1498 24.6363 34.1205 0.11889 0.099581 0.11889 0.0999581 0.11478 0.18169

Terlihat, bahwa memang hasil uji statik motor roket di Bidang Propulsi LAPAN Tarogong masih rendah dan perlu ditingkatkan lagi agar gaya dorongnya mendekati hasil Negara lain, yaitu sekitar Isp hingga tiga ratusan (300 an detik) lebih. Mengingat impuls spesifik ini pengaruhnya terhadap besarnya gaya dorong roket sangat dominan, bila dibandingkan dengan peningkatan dengan metode yang lain. Misalnya dengan memperbesar diameter tabung roket yang akan mengakibatkan tambahan berat yang signifikan terhadap propelan dengan impuls spesifik sama.


Wp (kg) 0.505 0.495 0.5595 0.588 123.122 0.61636 0.6269 0.6289 0.6269 0.6289 0.6305 0.6170

t (detik) 15278 1.553 2.838 2.3019 3.0455 2.8668 1.1250 1.3750 1.1250 1.3750 1.2300 0.7650

ISP (s) 146.303 165.9 148.09 102.62 123.122 158.6992 213.3395 217.7258 213.3395 217.7258 223.9321 225.5338

3.2. Optimalisasi Desain Performan roket optimal, kekuatan tabung ruang bakar perlu mendapatkan perhatian khusus, sebab dengan luas throat diperkecil, meningkatkan gaya dorong, tekanan kerja naik maka kekuatan struktur tabung ruang bakar, bias pecah. Luasan throat nosel yang optimum perlu dilakukan simulasi dengan metode cobo-coba sampai diperoleh thrust (F) dan tekanan kerja (P c ) tertentu, diuraikan di atas.

D46


Untuk menganalisis peningkatan gaya dorong motor roket RX-220, data dan besaran-besaran perubah dan dimensi yang lain ditetapkan dulu agar lebih efektif, misalnya untuk roket RX-220, sebagai berikut: - Diameter luar tabung motor roket, do dibatasi antara: 200 – 300 (mm) - Impuls spesifik propelan, Isp dibatasi antara: 150 – 350 (s) - Diameter dalam tabung motor roket, di dibatasi antara: 190 – 290 (mm) - Diameter throat nosel, dt = 70 (mm) - ½ sudut convergensi nosel, Ѳ ) dibatasi antara: 28 – 45 (o), rata-rata diambil 36(o). - ½ sudut divergensi nosel, Ѳ ) dibatasi antara: 12 – 18 (o), rata-rata diambil 15(o).

Gambar 3.3 Contoh model tiga (3) propelan (seri) dalam 1 tabung - nosel Sementara itu, bentuk grain propelan yang dipilih adalah bintang-12 (star-12) dengan jari-jari luar grain = 220 (mm), tebal web = 12 (mm) dan panjang propelan = 3000 (mm), lihat Gambar 3.3. Setelah dilakukan analisis dan perhitungan gaya dorong roker RX-220, dengan mengindentikan tabung yang relatif panjang dan diameter besar hingga 3000 (mm) sebaiknya disusun minimal (3) – (4) buah grain yang berbeda dan aliran api letak igniter, berikut: a. Posisi 1, dekat dengan igniter susunan grain dengan bintang yang jumlahnya lebih banyak, agar mudah terbakar, ujung-ujung grainnya lebih runcing. b. Posisi 2, agak jauh dengan igniter susunan grain hollow, sebab kondisi sudah panas akibat (a) sebelumnya, maka akan mudah terbakar. c. Posisi 3, agar lebih efektif dibuat tipe grain hallow agak lebih besar untuk memberikan kesempatan gas buang posisi sebelumnya. Secara total akan dihasilkan gaya dorong lebih besar dengan gabungan ke-empat posisi penempatan propelan dalam seri. d. Dengan mensubsitusikan harga-harga data perubah yang telah ditetapkan pada piranti lunak simulasi sistem propulsi dan telah dikembangkan sendiri oleh peneliti Bidang Propulsi-LAPAN, maka diperoleh contoh data hasil dan ditabelkan, sebagai hasil perhitungan optimalisasi untuk setiap titik di sepanjang jari-jari throat terhadap tekanan ruang bakar dan gaya dorong roket, yang dipengaruhi oleh luasan ruang bakarnya.


4. KESIMPULAN Dari analisis yang dilakukan pada teknik peningkatan gaya dorong motor roket RX-220, untuk ukuran fisik yang sama, dapat diambil beberapa kesimpulan, sebagai berikut: 1. Letak igniter berpengaruh pada kecepatan pembakaran dan berpengaruh terhadap gaya dorong yang akan dihasilkan. Sebaiknya letak igniter ini yang strategis atau dibuat agak panjang dengan banyak lubang api, agar seluruh panjang grain propelan cepat terbakar. Dengan percepat proses pembakaran propelan maka gaya dorong meningkat dengan tajam. 2. Konfigurasi susunan grain propelan didesain dengan baik, agar lebih efektif dengan minimal ada tiga (3) atau empat (4) tipe grain pada setiap panjang tabung roket dan dipilih tipe grain yang disesuaikan luasan ruang dan kondisi api pembakar, seperti terlihat pada Gambar 3.3. Gaya dorong motor roket meningkat sebab luas penampang grain ikut menentukan banyaknya gas hasil (total) dan cepatnya pembakaran sesuai posisi igniternya. 3. Penentuan propelan harus sangat selektif, mengingat monopropelan biasanya tidak stabil yang bersifat performannya menjadi sangat tinggi. Sedangkan O2-air dengan katalisator tersusun gas yang terbentuk dari O2 dan uap air dengan Isp di bawah 160 (s), untuk hidrosine dengan katalisator oxide metallic dengan decomposisi dan formation bintang-2 dari amoniak dan hydrogen, kondisi cair hidrozine tak ada masalah dengan Isp = 185 (s). 4. Ternyata, Isp propelan padat yang dihasilkan oleh LAPAN adalah masih sekitar 200 an (s), dari hasil uji statik selama tahun 2009 dan 2012, dapat dilihat pada Tabel 3.1. Hal ini terus diusahakan untuk menaikkan harga Isp propelan tersebut oleh Bidang Propulsi LAPAN dengan uji coba dan berbagai

D47


campuran untuk mencapai Isp yang lebih tinggi. Atau besaran Isp ini dapat dihitung dari grafik hasil uji statik pada 15 Mei 2012, dengan mengambil gaya dorong rata-rata yang dihasilkan oleh motor roket. Sedangkan besar Isp yang diperoleh dari referensi relatif cukup tinggi, yaitu di atas tiga ratusan (detik). DAFTAR PUSTAKA [1] Bidang Propulsi. LAPAN, “Laporan Bidang Propulsi”. T. A. 2005, 2005. [2] J.W.Cornelise, “Rocket propulsion & Space Flight Dynamics”, Publishing London, 1979. [3] Kraige L.G. “Engineering Mechanics (static)” 4nd Edition, John Willey & Sons, USA, 1987. [4] Marty, D.,“Conception Des Vehicules Spatiaux”, Masson, Paris-New York, 1986. [5] S.M.Yahya.,“Fundamentals of Compressible Flow With Aircraft & Rocket Propulsion”, SI-Unit, International Publisher, New DelhiIndia, 2005. [6] Sutton G.P.,”Rocket Propulsion Elements”, John Willey & Son Inc., New-York, 2001.


D48


(K4-53-13)

PERANCANGAN TUNGKU CRUCYBLE UNTUK PELEBURAN ALUMINIUM, TIMAH DAN KUNINGAN Hendri Sukma, Ismail, Ramon Trisno Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila, Jakarta E-mail: [email protected]

Abstraks Produksi komponen berbagai jenis peralatan mesin/mobil/motor yang terbuat dari bahan logam non-ferro, seperti aluminium, timah dan kuningan, di negara kita Indonesia masih sangat rendah dibandingkan dengan produksi yang dihasilkan oleh negara-negara lain seperti Taiwan, China, Korea dan Jepang. Hal ini salah satunya disebabkan oleh ketersediaan bahan baku dengan kualitas yang baik masih sangat terbatas. Disamping itu karena teknologi yang digunakan masih konvensional, maka penggunaan energi berupa bahan bakar pada proses peleburan belum efisien, sehingga biaya produksi secara keseluruhan masih sangat tinggi, sehingga harga produk menjadi tidak kompetitif. Dapur krus terdiri dari komponen utama berupa tabung kulit luar/tabung baja, bahan isolasi, baru api/castable, kowi/crucyble/krus, tutup tungku, penyangga/kaki dan alat bakar/burner. Dapur krus dibuat sebanyak 3 (tiga) buah untuk ketiga jenis material yang akan dilebur, yaitu aluminium, timah dan kuningan.Krus dibuat dari bahan SUS-316L dengan tebal 3 mm, yang dapat dapat menampung sekitar 20 kg logam. Dalam penelitian ini dibuat gambar rancangan tungku krus sesuai dengan kapasitas yang telah direncanakan menggunakan perangkat lunak Pro/Eng Versi 4.0.Tungku krus dibuat satu set, sedangkan krus dibuat 3 set untuk membuat coran padauan Pb-Sn, coran paduan aluminium- tembaga dan coran aluminium murni. Dari hasil analis, diperoleh hasil sebagai yaitu diameter tungku krus 550 mm, tinggi tungku krus 460 mm, tinggi knstruksi 1200 mm, bahan bakar LPG (isi 20 kg dua tabung ). Dapur krus dirancang dengan kapasitas produksi 20 kg/batch. (skala laboratorium), suction blower 0,5 kW, kapasitas 1,6 m3 per menit, alat bakar (burner) 1 setkapasitas 6,5 m3/jam LPG, temperatur kerja 10000C maximum, dan menggunakan termometer dengan range temperatur 0 – 12000C Kata kunci: peleburan, logam non ferro, tungku crucyble, bahan bakar LPG.

Abstract Various types of component manufacturing for car, motorcycle or machine tools from non-ferrous metals such as aluminium, tin and brass is still very low in our country compare with Taiwan, China, Korea and Japan. The use of conventional technology and low efficiency in using the fuel cause the limitations and expensive of row material. Crucible furnace consists of key components such as the outer tube / steel tube, insulation materials, new fire / castable, KOWI / crucyble / crucible, cover furnace, buffer / legs and burn tools / burner. Kitchen crucible made 3 (three) pieces for all three types of material to be melted : aluminum, tin and brass. Crucible made of SUS-316L with 3 mm thick, which can accommodate about 20 kg of metal. This research made crucible furnace design drawings in accordance with the planned capacity using the software Pro / Eng Version 4.0. Crucible furnace is a set, while the crucible made 3 sets to mixed Pb-Sn castings, aluminum alloy castings-pure copper and aluminum castings. Tthe results obtained are 550 mm diameter crucible furnace, crucible furnace height 460 mm, height 1200 mm , fuel LPG (20 kg contents of two tubes). Crucible furnace designed with a production capacity of 20 kg / batch. (laboratory scale), suction blower 0.5 kW, capacity of 1.6 m3 per minute, fuel equipment (burner) 1 setkapasitas LPG 6.5 m3/hr, maximum working temperature 1000oC, and use a thermometer with a temperature range of 0 – 1200oC. Keywords: smelting, non-ferrous metal, crucyble furnaces, LPG fuel. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Produk coran logam non-ferro, seperti aluminium, timah dan kuningan, di Indonesia sebagian besar diproduksi oleh industri Usaha Kecil Menengah (UKM) sehingga produksinya masih sangat rendah, karena mutunya kurang memadai,


sehingga kurang laku dipasaran. Produk UKM tersebut masih kalah bersaing dengan produk coran yang berasal dari Jepang, Korea, Taiwan maupun dari China. Hal ini disebabkan oleh : - Kurang memahami teknologi proses peleburan yang baik

D49


Kurang memahami penggunaan energi bahan bakar yang efisien - Kurang bisa membuat susunan paduan sesuai permintaan pasar - Kurang mengetahui proses pengenda-lian produksi - Kurang pengetahuan proses akhir (refinerry process) Semua hal tersebut di atas akan mengurangi kualitas dan daya saing hasil produksi. Umumnya produk coran produksi lokal penampilannyya bagus, tapi masa kerjanya pendek. Penelitian ini dilakukan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar dan meningkatkan kualitas hasil peleburan logam nonferro dalam usaha peningkatan mutu hasil coran logam paduan non-ferro dalam negeri sehingga memiliki daya saing yang tinggi. Kendala dalam pengembangan industri peleburan atau pengecoran logam, khususnya logam non-ferro seperti aluminium, timah dan kuningan, di Indonesia adalah rendahnya mutu produk coran dan harga yang tidak kompetitif. Teknologi pengecoran logam yang digunakan oleh industri kecil menengah umumnya masih merupakan teknologi yang konvensional, sehingga sulit mampu menghasilkan produk coran dengan kualitas yang. Disamping itu karena penggunaan teknologi yang masih konvensional, maka penggunaan bahan bakar untuk proses peleburan masih belum efisien, sehingga biaya produksi menjadi tinggi dan harga produk menjadi tidak kompetitif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan kualitas proses peleburan sehingga dapat dicapai efisiensi penggunaan bahan bakar pada proses peleburan logam non-ferro seperti aluminium, timah dan kuningan. Kalau hasil penelitian ini dapat diimplementasikan, maka industri kecil menengah yang bergerak di bidang peleburan logam non-ferro akan mendapat keuntungan sebagai berikut:  Penggunaan bahan bakar yang semakin efisien.  Dengan penghematan penggunaan bahan bakar ini maka biaya produksi akan dapat dikurangi sehingga harga jual produk akan semakin kompetitif.  Teknologi proses yang baru ini akan dapat meningkatkan kualitas hasil peleburan, sehingga dapat bersaing dengan produk impor. -

2. METODA PENELITIAN Metode yang digunakan dalam perancangan efisiensi bahan bakar pada proses peleburan bahan logam non-ferro seperti aluminium, timah dan kuningan ini adalah sebagai berikut : 1. Perencanaan Kebutuhan 2. Survey lapangan dan studi kepustakaan


3. Perancangan konsep 4. Perancangnan detail 5. Pembuatan model 2.1 Dapur Krus (Crucyble) Dapur ini di Indonesia kurang populer dipakai. Digunakan untuk membuat logam non-fero yang ukurannya kecil.Cotohnya spare-part ukuran kecil dari coran logam aluminium, seperti spare-part sepeda motor. Dapur ini banyak ditemukan di laboratorium logam, untuk membuat benda uji coran dari bahan paduan aluminium, tembaga, kuningan, timah dll. Adapun parameter-parameter dalam perancangan tungku krus (crucyble) ini adaalh sebagai berikut: a. Dapur krus terdiri dari komponen utama berupa tabung kulit luar/tabung baja, bahan isolasi, baru api/castable, kowi/crucyble/krus, tutup tungku, penyangga/kaki dan alat bakar/burner. b. Dapur krus dibuat sebanyak 3 (tiga) buah untuk ketiga jenis material yang akan dilebur, yaitu aluminium, timah dan kuningan. c. Krus dibuat dari bahan SUS-316L dengan tebal 3 mm, yang dapat dapat menampung sekitar 20 kg logam. d. Membuat gambar rancangan tungku krus sesuai dengan kapasitas yang telah direncanakan menggunakan perangkat lunak Pro/Eng Versi 4.0. Deskripsi Alat Tungku peleburan logam yang dirancang secara skematis dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Gambar skematik dapur dapat dilihat pada Gambar 1

Gambar 1. Gambar skematik dapur Krus Ukuran luar dapur sangat bervariasi, kapasitasnya dibuat atas dasar kebutuhan.Di laboratorium dibuat dari kapasitas 5 kg sampai 50 kg per proses. Ukuran Krus/kowi /cawan untuk mencairkan logam dibuat sesuai kebutuhan ukuran bahan yang akan dibuat.Bahan dari krus : graphite klas satu, dapat juga dari logam asalkan pada saat kerja, bahan ini tidak larut kedalam logam cair, karena akan mempengaruhi mut produksi.

D50


Paduan n Al – murni ppada temperattur 7000C Jenis tu ungku : Kruss ( crucyble ). Materiaal Krus SUS 316-L. Titik cair materiall krus 16 6500C. Tungku u dirancang uuntuk kerja sampai padaa temperaatur 10000C Krus dibuat 3 set, ssesuai dengan n jenis logam m campurran yang akann diproduksi. Bahan bakar b gas LP PG.

Bahan baakar dapur dapat mengguunakan listrikk (heat resistant), bahan bakar padatt, cair maupuun gas. Susuunan badan dapur d terdiri dari : bagiann luar terdappat pelat bajaa, bagian dalaamnya terdappat, bahan isolasi, batu u api (fire-bbrick), castabble (semen appi cor), krus/kowi.Memilih bahan ini haarus disesuaikan dengan kebutuhan tempperatur kerja dapur.Perbeedaan tempeeratur kerja akan memppengaruhi jeniis bahan dan ketebalannya. k

-

2.2 A Analisa dan Perhitungan P

Dalam perhitungan ini kita cairrkan aluminium

-

paduann

API Paba as (Q) + nitroogen + Bahann bakar + udaara CO2 + H2O + SO2 + NO2 ( udara kenyang/rich ) Atau API Panas((Q) + nitrogenn Bahann bakar + udarra +CO2+ H2O + SO2 + NO2+NOx+ +SOx+H2+ O (ud dara miskin/leean)

ponen Dapur Krus 3.2 Komp Bagian-bagian ddapur Krus terrdiri dari :  Kulit luar/ppipa baja  Bahan isolaasi  Batu api / C Castable  Kowi/crucyyble/krus  Tutup tunggku  Penyanggaa / kaki  Alat bakar /burner 1. Kulit Luar Dapur Krrus

mbakaran (stoi-chiom metric Bino rmal pem valuee) 100% Debit b bahan bakaar pada stoichhiometric meenghasilkan panas makksimal. Udaraa kenyang (riich) diberikan n pada saat j umlah debit udara lebih 5% dari udarra yang dibuttuhkan pada bahan bakar 100% stc. Udara U miskin (lean) diberiikan pada saaat jumlah deb bit udara diku kurangi 5% ddari udara yanng dibutuhkan n pada bahan bakar 100% % stc.

Gambar G 3. Baadan dapur Krrus Bahan pelatt baja/ pipa tebbal 3 mm; BD = 7,7 Cv = 0,12 kcal/kg.h.0C Volume pelat baja Gambar 2. Binormal peembakaran ASIL DAN PE EMBAHASA AN 3. HA 3.1 S Spesifikasi tu ungku skala laboratorium m. S Spesifikasi tunngku yang akaan dirancang ddan akan ddibuat adalah sebagai berik kut : - K Kapasitas prodduksi 20 kg logam paduaan per pproses. - Jeenis logam paaduan : Al-CU U, Pb-Sn, Al -m murni. K Kadar hydrogeen minimum. - T Temperatur keerja tungku : Paduann Al – C Cu pada tempeeratur 8500C - P Paduan Pb – Snn pada tempeeratur 4500C S Teknik Mesin Program Studi Fakultas Teknik T Univ versitas Pan ncasila ISBN N 978-602-17026-0-4







 5,2  4,6  2,6 2  2,252  0,003  3,14  0,241 kg Berat pelat baja  0,24 41  7,7  1,86 8 kg 2. Kowi/Krrus Krus dibuat dari bahan SSUS-316L ; 3 BD : 7,85 gr/cm g Cv : 0,124 Dibuat tiga buah Krus uuntuk 3 jenis paduan yangg akan di cairkan untuk ppraktikum mata m pelajarann pengecoran logam. Krus akan menampung m 200 kg cairan alluminium.

D51


BD. Aluminium : 2,7 gr/cm3

20000

2,7

Volume Krus



Diameter krus

= 20 cm ( diberikan ).

Tinggi Krus ( h )

0,9



 8230,4 cm 3

8230,4  26 cm 3,14  10 2





Bahan Krus dari SUS 316L : BD = 7,85 tebal 3 mm Berat Krus = [( 3,14x2x2,6)+(3.14x1x1)+{3,14x(6,25-2,25)}] x 7,85 x0,003 =0,7542 kg

Gambar 6. Castable C-14 5. Tutup Tangki

Gambar 4. Tangki Krus 3. Semen Isolator BD sement isolator IC 900 : 0,9 Cv semen isolator : 0,11 kcal/kg.h.0C Volume isolator =

Gambar 7. Tutup tungku Krus Berat tutup

 5,1   4,5   3,14  5,2        23,512 m3  2   2   Berat isolator : 23,512  0,9 = 17,8 kg

Berat castable

2

2

2

 6,5  = 3,14     0,003  7,7  7,67 kg  2  2

6 = 3,14     0,25  2,35  16,6 kg 2 6. Kaki / Penyangga Tungku. Penyangga dibuat dari kanal U-70. Penyangga ini tidak mengambil panas dari bahan bakar

Gambar 5. Semen Isolator

4. Castable C-14 BD castable C-14C Cv castable C-14C Volume castable =

: 2,35 : 0.72 kcal/kg.h.0C

 4,5  2  3,6  2  3 3,14 x 5,2       29,758 m 2 2     

Gambar 8. Penyangga 7 Sonic Nozel. Sonic nozel untuk LPG. Tekanan atas (up-stream pressure) P1 = 2bar = 200 kPa

Berat castable = 29,758 x 2,3 = 68,5 kg


D52


Kalori yang dikeluarkan =

6,2  121,16  751,19 kCal Q  0,006756  A  C  P1

4.

Dimana : F = debit gas [m3/jam] A = luas penampang nozel [mm2] C = discharge koefisien =.0,9 P1 = tekanan atas (upstrem pressure) [kPa] Faktor koreksi = 0,79

A D

751,19  0,79  487,99 mm 0,006756  0,9  200 487,99  12,47 mm 3,14

Kebutuhan udara tiup. Debit udara =

 6,2  11,4214  3    1,18 m / min 60   8. Alat Bakar / Burner Prinsip alat bakar : pipa didalam pipa, debit gas LPG 146 liter/menit dengan debit udara tiup 1180 liter/menit. Angin tiup berasal dari blower sedangkan gas LPG berasal dari botol LPG, diset pada tekanan keluar ( out-let pressure ) 200 kPa .Panjang nyala LPG 30 cm.

Dari hasil perhitungan sesuai rumus yang kita gunakan , diperoleh ukuran dapur krus sebagai berikut :  Diameter tungku krus : 550 mm  Tinggi tungku krus : 460 mm  Tinggi knstruksi : 1200 mm  Bahan bakar : LPG ( isi 20 kg dua tabung )  Kapasitas produksi : 20 kg/batch. ( skala lab. )  Suction blower : 0,5 kW,kapasitas 1,6 m3 per menit.  Alat bakar ( burner ) : 1 set, kapasitas 6,5 m3/jam LPG  Temperatur kerja : 10000C maximum.  Termometer : range 0 – 12000C  Penggunakan : untuk produksi coran Al – Cu, Pb – Sn, Aluminium murni. DAFTAR PUSTAKA

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Gambar 9.. Blower angin dan alat bakar/burner 4. KESIMPULAN Adapun spesifikasi tungku yang dirancang agar dapat meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar pada proses peleburan material adalah sebagai berikut: 1. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar pada proses peleburan logam non ferro 2. Efisiensi juga dapat ditingkatkan melalui penggunaan oksigen sebagai media pembakar yang sebelumnya menggunakan udara 3. Tungku krus dibuat satu set, sedangkan krus dibuat 3 set untuk membuat coran padauan PbSn, coran paduan aluminium- tembaga dan coran aluminium murni. Yang diganti hanya tabung krus-nya saja.


[8]

[9]

[10]

[11]

Catalogue product specification, PT.Indoporlent Refractories. Perry’s Chemical Engineers Handbook, Sixth Edition, 1984 M.J.Djoko, Setyardjo, Ketel Uap, Pradnya Paramita, 1987 Moh.Taib, Sutan Sati, Buku Politeknik, Mandar Maju, Bandung, 1999. Akrivandin, B.L.Markov, Funch For Metallurgy, Metallurgy, Moscow, 1967. M.A.Kacenko, Heating Device For Metal Industry, Mashgis-Machinebuilding, Moscow, 1962. American Society for Metal, Metals Handbook 8TH Edition Vol.5 Forging And Casting, American Society for Metal, 1970 William Braker and Allen L. Mossman, Matheson Gas Data Book Sixth Edition, Division Searle Medical Products USA.Inc. 1980. American Society for Metal, Metals Handbook 9TH Edition Vol.2 Nonferrous Alloy And Pure Metals, American Society for Metal, 1988 American Society for Metal, Metals Handbook 9TH Edition Vol.15 Casting, American Society for Metal, 1988. Moran, Michael J, Fundamental engineering Thermodynamics, fifth ed. SI unit, John Wiley& Sons Inc. 2006.

D53


UCAPAN TERIMA KASIH

Kami sampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terima kasih atas antusias serta kerjasamanya dalam mendukung kegiatan SEMNAS TM 2012 kepada: 1.

Ir. Nafsan Upara, MT (PT. ELNUSA Tbk.)

2.

Ir. Rudi Hermawan, MM, MT (CV. Deva Angkasa)

3.

Rinto Hendroyuwono, ST (PT. Atar Jaya Solusi)

4.

Ir. Bambang Sulaksono, MT (PT. Delima Tata)

5.

Ir. Agus Riyanto, MM (PT. Solid Logistik)

6.

Ir. Estu Prayogi, KKK (PT. Tokai Dharma Indonesia)

7.

Dr. Ir. Jos Andi, MM (PT. Jos Anugerah Tjipta)

8.

Ir. Deky Dwi Sartono (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)

9.

Fahmi Aiba, ST (PT. Aetra Air Jakarta)

10. Anando Hendra Setiawan, ST (PT. Antam) 11. Ir. Herman Priyatna (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila) 12. Ir. Mahendra Riyanto (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila) 13. Ir. Zainul Fati’in (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila) 14. Isradi Zainal, ST, MM, MT (PT. INSURIN) 15. Ir. Adi Rachmanto, MBA (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila) 16. Ir. Dudy Supriyadi (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila) 17. Ir. Kooshadianto (Alumni Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasila)


ix

proceeding SEMINAR NASIONAL TEKNIK MESIN 2012 PENGHEMATAN PENGGUNAAN ENERGI BAHAN BAKAR FOSIL SERTA PENGEMBANGAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF DI INDONESIA

Recommend Documents