Laporan Kapal Uap Sederhana [PDF]

Citation preview

BAB I (Pendahuluan) 1.1 Latar Belakang Kapal



uap mulai



digunakan



setelah



ditemukannya



mesin



uap



di Inggris oleh James Watt yang memunculkan revolusi industri yang juga merupakan revolusi bahan bakar sebab pada masa itu mulai digunakan batu bara dengan skala yang lebih luas menggantikan kayu bakar. Mesin uap menjadi penggerak dari kapal uap itu sendiri. Terdapat fenomena fisika di dalam penggunaan mesin uap sebagai penggerak kapal uap. Oleh karena itu kita sebagai mahasiswa fisika harus mengetahui bagaimana konsep fisika dapat menjelaskan hal tersebut. Berikut akan dijelaskan percobaan untuk menjelaskan prinsip kerja kapal uap dengan bantuan alat peraga kalap uap sederhana. 1.2 Tujuan percobaan



:



1. Mengetahui Prinsip kerja kapal uap 2. Menyelidiki pengaruh besarnya konversi energy panas menjadi energy uap 3. Menyelidiki pengaruh besarnya konversi energy panas menjadi energy gerak 1.3 Rumusan Masalah : 1. Bagaimana Prinsip kerja kapal uap? 2. Bagaimana



hubungan antara besarnya energy panas yang diberikan



terhadap besarnya energy uap?



3. Bagaimana hubungan antara besarnya energy panas yang diberikan terhadap besarnya energy gerak? 1.4 Hipotesis



:



Semakin besar energy panas yang diberikan pada suatu mesin uap, maka energy uap yang dihasilkan akan semakin besar, dan energy geraknya juga akan bertambah besar seiring dengan hal tersebut.



BAB II (Tinjauan Pustaka) 2.1 Landasan Teori Mesin uap adalah mesin yang menggunakan energi panas dalam uap air dan



mengubahnya



menjadi



energi



mekanis.



Mesin



uap



digunakan



dalam pompa, lokomotif dan kapal laut, dan sangat penting dalam Revolusi Industri. Mesin uap merupakan mesin pembakaran eksternal, dengan cairan yang terpisah dari hasil pembakaran. Sumber panas yang dapat digunakan yaitu tenaga surya, tenaga nuklir, atau tenaga panas bumi. Jika uap berkembang melalui piston atau turbin, akan menyebabkan kerja mekanik. Cara kerja mesin uap berbeda dengan mesin yang berbahan bakar bensin seperti cara kerja motor bakar. Cara kerja Mesin uap secara teoritis lebih sederhana dari motor bakar karena sumber energi sudah terjadi pada pemanas ditempat lain. Mesin uap adalah teknologi yang paling tua dari mesin penggerak tersebut. Keberadaannya yang di mulai berdasarkan ide sederhana dari James Watt menggantikan hewan seperti kuda dan sapi sebagai pembantu kerja manusia pada saat itu baik sebagai kendaraan maupun sebagai mesin penggilingan dipabrik-pabrik gula. Berikut cara kerja mesin uap: Mesin uap bekerja karena perubahan tekanan dan volume sejumlah kecil air bermassa tetap. Air dari pengembun melalui ketel uap masuk kekamar pemuaian dan kembali ke pengembun. Air



dalam pengembun bertekanan kurang dari tekanan atmosfer dan bertemperatur kurang dari titik didih normal. Dengan memakai pompa air dimasukkan dalam ketel yang bertekanan dan temperaturnya lebih tinggi. Di dalam ketel mula-mula air dipanaskan sampai mencapai titik didihnya, kemudian kedua proses ini diuapkan kira-kira pada tekanan yang tetap. Selanjutnya uap yang sangat panas pada tekanan yang sama, dibiarkan mengalir ke dalam silinder. Dalam hal ini uap memuai dengan proses yang mendekati proses adiabatik untuk mendorong piston. Proses ini berlangsung sampai tekanan dan temperaturnya menurun mendekati tekanan dan temperatur turbin di dalam pengembun. Akhirnya, uap mengembun menjadi air dengan tekanan dan temperatur semula. Maka siklus sudah lengkap atau kembali ke awal. Dalam kejadian sebenarnya, pada mesin uap terdapat beberapa proses yang menyebutkan analisis tepat sukar dilakukan. Proses tersebut sebagai berikut: 



Percepatan dan tubulensi karena perbedaan tekanan untuk



mengalirkan uap dari bagian dasar ke bagian lainnya. 



Gesekan







Hantaran kalor melalui dinding ketika pemuaian uap







Pemindahan kalor karena temperatur.



BAB III (Metodologi Praktikum) 3.1 Alat dan Bahan



:







Kapal Uap Sederhana







Lilin







Bak Air atau Ember







Stopwatch







Pematik api







Penggaris







Suntikan



3.2 Langkah Kerja



:



1. Siapkan Bak atau ember kemudian isi bak atau ember tersebut dengan air sampai mencapai ¾ volum 2. Masikan pula air ke dalam kaleng kapal sebanyak 30 ml 3. Letakkan 6 batang lilin pada kapal uap sederhana 4. Letakkan kapal pada bak atau ember yang berisi air 5. Nyalakan api pada lilin dan pada waktu yang sama tekan tombol start pada stopwatch 6. Tunggu hingga air pada kapal menguap 7. Lihat lah apa yang selanjut nya terjadi dan catatlah hasil pengamatan pada table pengamatan



8. Ulangi langkah 3 dengan mengisi ulang volum air sesuai dengan table pengamatan 3.3 Gambar Percobaan



BAB IV (Hasil dan Pembahasan) 4.1 Hasil Percobaan No



Jumlah



Volume



Lilin



Air



Waktu mulai bergerak



Waktu mencapai



Jarak



Kecepatan



ujung bak



1



6



30 ml



2:50



00:14



42 cm



3



2



6



60ml



4:58



00:14



42 cm



3



3



6



90 ml



7:03



00:14



42 cm



3



4



6



120 ml



9:13



00:15



42 cm



2,47



5



6



150 ml



11:21



00:17



42 cm



2,8



4.2 Perhitungan Menghitung kecepatan 



Diketahui



: s = 42 cm t = 14 s



Ditanya



: v …..?



Jawab



:



⁄ 



Diketahui



: s = 42 cm t = 14 s



Ditanya



: v …..?



Jawab



:



⁄ 



Diketahui



: s = 42 cm t = 14 s



Ditanya



: v …..?



Jawab



:



⁄ 



Diketahui



: s = 42 cm t = 14 s



Ditanya



: v …..?



Jawab



:



⁄ 



Diketahui



: s = 42 cm t = 14 s



Ditanya



: v …..?



Jawab



:



⁄



4.3 Pembahasan Percobaan kali ini bertujuan untuk menyelediki prinsip kerja mesin uap yang diperagakan oleh sebuah alat peraga yang dinamakan kapal uap sederhana.



Bukan hanya menyelidiki prinsip kerja saja namun di dalam percobaan ini akan diselidiki



hubungan antara banyak nya volum air di dalam tangki terhadap



kecepatan kapal uap. Percobaan dimulai dengan memasukkan air kedalam kapal uap sederhana. Mula-mula tangki di isi 30 ml dengan menggunakan suntikan. Kemudian disiapkan juga bak air tempat kapal akan berlayar. Adapun kali ini bak yang disiapkan adalah bak mandi, hal ini karena belum disiapkannya bak air yang cocok untuk percobaan kapal uap ini. Setelah itu sumber energy kalor disiapkan yaitu dengan menghidupkan 6 buah lilin yang sudah diletakkan berjejer pada papan kecil. Ketika kapal uap diletakkan ke dalam bak dan sumber energy kalor di letakkan pada kapal uap, maka bersamaan dengan itu stopwatch ditekan untuk menghitung waktu dan dimatikan saat kapal sudah mulai bergerak. Dan disaat itu juga stopwatch yang lain ditekan untuk menghitung waktu tempuh kapal uap mencapai ujung bak. Hal diatas diulang pada kondisi volum yang berbeda-beda. Dan dipatkan data sebagai berikut : No Jumlah Lilin 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5



Volume Air 30 ml 60ml 90 ml 120 ml 150 ml



Waktu mulai bergerak 2:50 4:58 7:03 9:13 11:21



Waktu mencapai ujung bak 00:14 00:14 00:14 00:15 00:17



Jarak 42 cm 42 cm 42 cm 42 cm 42 cm



Dari data diatas dapat diamati bahwa terdapat pengaruh antara volum dengan waktu kapal uap untuk mulai bergerak. Yaitu semakin banyak volum air



yang dimasukan ke dalam kapal uap, maka waktu kapal untuk mulai bergerak akan semakin lama juga. Dan sebaliknya semakin kecil volum air yang dimasukan kedalam kapal uap, maka waktu yang diperlukan kapal untuk mulai bergerak akan semakin cepat. Hal ini dikarenakan semakin banyak volum maka untuk mendidihkan air akan diperlukan waktu yang lama karena partikel-partikel air yang akan dipanaskan volumnya bertambah banyak. Namun hubungan antara banyaknya volum air dengan kecepatannya terlihat hamper sama saja. Semakin banyak volum air yang dimasukkan ke dalam kapal uap, kecepatan kapal uap terlihat cenderung sama. Hal ini mungkin dikarenakan semakin ditambah nya volum air kedalam kapal uap membuat kapal menjadi semakin berat sehingga menghambat kapal untuk bergerak sehingga kapal bergerak cenderung dengan kecepatan yang sama besar dengan menggunakan volum yang lebih kecil.



BAB IV (Penutup) 4.1 Kesimpulan Dari Percobaan diperoh kesimpulan sbb: 



Kapal uap dapat bergerak karena ada konversi enegri yaitu dari energy panas menjadi energy uap. Energy uap lah yang mendorong kapal sehingga dapat bergerak maju.







Semakin banyak volum air maka waktu yang dibutuhkan kapal untuk bergerak akan semakin lama







Semakin besar volum air di dalam tangki tidak mempengaruhi laju kapal uap.



4.2 Saran 



Sebaiknya percobaan dilakukan di permukaan air yang tenang agar tidak ada gaya luar yang mempengaruhi kapal bergerak