Laporan Stirling Engine PDF [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESEARCH BASED LEARNING (RBL) TERMODINAMIKA-I SEMESTER-III



STIRLING ENGINE



Disusun oleh:



Ananda Fiqry Alkahfi



102216045



Bimansyah Pratama



102216058



Dean Arif Sultan



102216063



Himawan Agus Prasetyo



102216046



Indra Mahendra



102216026



Rahmat Fatjra



102216027



Septian Tirta Suryananda



102216006



Yosef Kurniawan Siahaan



102216062



PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PERTAMINA 2017



1. TUJUAN PERCOBAAN



-



Untuk memenuhi tugas mata kuliah Termodinamika 1.



-



Untuk mengaplikasikan hukum Termodinamika 1



-



Mengetahui cara pembuatan stirling engine



2. TEORI DASAR Mesin Stirling merupakan mesin pembakaran eksternal yang menggunakan udara atau gas seperti helium, hydrogen, nitrogen, methanol dan sebagai fluida kerjanya. Mesin ini bekerja berdasarkan prinsip peredaran termodinamika motor udara panas pada siklus tertutup. Mesin stirling digerakkan oleh ekspansi gas ketika mesin dipanaskan dan diikuti dengan kompresi gas ketika didinginkan.



Mesin ini berisi sejumlah gas yang dipindahkan antara sisi dingin dan panas secara terus-menerus. Piston displacer memindahkan gas antara dua sisi tersebut dan piston power mengubah volume internal karena ekspansi dan kontraksi gas. Stirling engine memiliki beberapa tipe, yaitu:



a.) Tipe Alpha Mesin stirling tipe alpha ini merupakan mesin stirling dengan 2 piston, dimana 2 piston ini sebagai hot-piston dan cold-piston. Tipe ini memiliki kelebihan pada desainnya yang lebih simpel, lebih mudah dalam perawatan serta perbaikannya. Tipe ini juga memiliki kekurangan yaitu membutuhkan material yang lebih banyak dan efisiensi tipe ini lebih rendah dari tipe lainnya.



Gambar 2.1. Mesin stirling tipe alpha



b.) Tipe Beta Mesin stirling tipe ini hanya memiliki satu buah piston power yang berada pada sebuah silinder sebagai displacer-piston. Dimana displacer piston ini tidak menghasilkan power dari proses expanding gas didalamnya, hanya menjalankan pergantian fluida kerja dari hotheat exchanger ke cold-heat exchanger. Mesin ini memliki desain yang kompleks, sehingga berkebalikan dengan mesin tipe alpha. Mesin tipe ini memliki efisiensi yang paling tinggi diantara tipe lainnya.



Gambar 2.2. Mesin stirling tipe beta



c.) Tipe Gamma Mesin stirling tipe Gamma ini hampir sama dengan mesin stirling tipe beta, namun piston powernya terpasang secara terpisah dari piston displacer.



Gambar 2.3. Mesin stirling tipe gamma



Stirling engine memiliki 4 tahapan dalam siklusnya, berdasarkan hukum termodinamika sehingga menghitung energy pada siklus stirling dapat menggunakan persamaan berikut, 𝐸 = 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 Dimana,



E = Energy (J) P = Pressure (pa) V = Volume (m3) n = molar quantity of gas (mol) R = universal gas constant (JK-1mol-1) T = temperature (K)



Gambar 2.4 Siklus Stirling



Daya bisa dihitung dengan persamaan 𝑝 = 𝑊(𝐸)𝑐𝑦𝑐. 𝑟𝑝𝑚𝑠𝑒𝑐 Dimana: p



= power/daya (W)



W(E)cyc = energy of cycle



Dimana: 𝑊(𝐸)𝑐𝑦𝑐. = 𝑃. 𝑉 Sementara telah disebutkan besarnya pressure pada persamaan sebelumnya, sehingga : 𝑑𝑊 = 𝑃. 𝑑𝑉



𝑑𝑊 =



𝑛𝑅𝑇 𝑉.𝑑𝑉



𝑊 = 𝑛𝑅(𝑇ℎ𝑜𝑡 − 𝑇𝑐𝑜𝑜𝑙). (𝐼𝑛𝑉ℎ𝑜𝑡 − 𝑙𝑛𝑉𝑐𝑜𝑜𝑙)



Besarnya efisiensi dari sebuah mesin dapat dinyatakan sebagai berikut



𝜂=



Δ𝑄𝐻−Δ𝑄𝐶 Δ𝑄𝐶



Persamaan diatas meengabaikan besarnya energi yang hilang. Sehingga besarnya efisiensi dari mesin stirling bisa dihitung menggunakan rumus Carnot di bawah ini.



𝜂𝑐 =



(𝑇1 − 𝑇2) 𝑇1



dengan T1 = Thot dan T2 = Tcool. Sementara efisiensi secara umum adalah hasil pembagian daya masukan oleh daya keluaran. Maka besarnya efisiensi yang lebih akurat bisa dih itung dengan persamaan berikut 𝜂𝑐 = dimana pout = phot dan pin = pcool.



3. METODE PERCOBAAN A. Alat dan Bahan •



Alat 1. Gunting



2. Jangka 3. Penggaris 4. Gergaji besi 5. Pulpen 7. Tang •



Bahan 1. Kaleng minuman 2. Tali pancing 3. Balon 4. Stik Es krim



𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛



5. Kawat tembaga 6. Tutup botol 7. Wol besi 8. Triplek 9. CD



Tabel 3.1 Daftar alat dan bahan RBL No.



Nama Alat atau bahan



Harga (Rp)



1



Kaleng minuman (3)



2



Tali Pancing



3



Kawat tembaga



13.000,00



4



Balon



14.000,00



5



Tutup botol



6



Stik Es Krim



7



Triplek



-



8



CD



-



9



Wol besi (steelwol)



-



Total pengeluaran (Rp)



20.000,00 5.000,00



4.000,00



56.000,00



B. Prosedur Percobaan



1. Bagian atas kaleng dipotong agar bagian atas kaleng terbuka. 2. Kawat dibentuk hingga membentuk Crankshaft 3. Steelwol dibentuk seperti kaleng dengan ketinggian ¾ dari kaleng. 4. Kawat tembaga dikaitkan pada Steelwol. 5. Balon dipotong bagian lehernya, kemudian disisipkan kertas karton seukuran diameter kaleng 2 buah untuk bagian atas (luar dan dalam) balon. 6. Kertas karton dilem agar merekat pada balon, setelah itu bagian tengah kertas karton dilubangi sebagai tempat kawat tembaga keluar dari dalam kaleng. 7. Flywheel dibuat menggunakan CD bekas sebanyak 2 buah.. 8. Semua komponen dirangkai menjadi seperti gambar



9. Bagian bawah kaleng dibakar menggunakan lilin ± 1 menit. 10. Flywheel diputar sebentar agar membantu mesin berjalan.



4. PEMBAHASAN Dalam percobaan pembuatan stirling engine kali ini, mesin tidak berhasil beroperasi. Percobaan sudah dilakukan beberapa kali, namun tetap gagal, analisis dilakukan setiap kali dilakukan percobaan. Dari beberapa kali percobaan, kami menganalisis: 1. Kaleng, awalnya kami menggunakan kaleng susu 189ml. Namun setelah dilakukan pengujian, mesin tidak beroperasi. Lalu kami berasumsi bahwa volume kaleng terlalu kecil, sehingga kami memutuskan untuk mengganti kaleng dengan ukuran yang lebih besar, setelah dilakukan percobaan, mesin tetap tidak beroperasi. 2. Bagian Crankshaft, awalnya membuat Crankshaft, namun setelah dicoba akhirnya gagal. Setelah itu dianalisis bahwa ternyata Crankshaft nya kurang balance, yang kami asumsikan bahwa itu salah satu penyebabnya. Kemudian kami mencoba membalans Crankshaft nya, tetapi tetap saja Engine tidak berjalan setelah dicoba. 3. Connecting rod, kami membuat connecting rod dengan stik es krim bekas. Pada awalnya kami menyambungkan connecting rod dengan diafragma dengan metode fix, yaitu dengan cara mengelem stik es krim pada balon yang merupakan diafragma. Setelah itu kami mencoba melakukan pengujian stirling engine, namun mesin tetap gagal beroperasi. Akhirnya kami mengasumsikan bahwa masalah terletak di sambungan antara connecting rod dengan diafragma, setelah berdiskusi akhirnya kami memutuskan untuk mengubah sambungannya menjadi sambungan pin dengan membuat lubang pada sambungan dan dihubungkan dengan kawat tembaga. Setelah dilakukan perubahan, mesin akhirnya diuji kembali, namun tetap gagal beroperasi. 4. Diafragma, awalnya kami menggunakan balon ukuran kecil yang menyebabkan diafragma menjadi terlalu kencang/tegang, yang berakibat pada sulitnya crankshaft untuk melakukan putaran. Setelah itu kami mencoba balon dengan ukuran dengan lebih besar untuk



mengurangi tegangan sehingga lebih elastis, namun setelah dilakukan pengujian kembali, mesin tidak beroperasi.



5. REFERENSI -



Kristianto, Andy. 2017. Efisiensi Kinerja Siklus Mesin Stirling.



-



https://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine