*

OlehR. SUHARTO

Dosen Jurusan Teknik Mesin POLITEKNIK Semarang

Disampaikan Pada Pelatihan BASIC GENERATOR & TRANSFORMER Untuk Karyawan Pertamina di Hotel Patrajasa SemarangTanggal 07 Maret 2011PRIME MOVER, TRANSMISSION OF GENERATOR

Materi 1PRIME MOVER

A. Apa yang disebut Penggerak Mula ?. 1. Alat pesawat yang mengubah energi mekanis fluida menjadi energi mekanis rotasional 2. Alat untuk penggerak generator/alternator Proses Energi Prime Mover (PM)Generator/alternator Listrik Energi Listrik Sistem Perubahan Energi Uap menjadi Energi Listrik GPMTransmisi

Mengapa PM diperlukan ?

1. Proses perubahan energi tanpa PMEnergi mekanis yang dihasilkan oleh proses energi masih bersifat berubah-ubah Belum dapat memberikan power energi rotasional Belum dapat memberikan gaya yang besar Dengan PM energi dapat dirubah menjadi energi rotasionalBelum mampu digunakan untuk menggerakan generator/alternator 2. Proses perubahan energi dengan PMEnergi fluida dapat dirubah menjadi energi rotasionaldapat menghasilkan gaya yang besarmudah dikendalikan mudah pengkoplingan dengan generator /alternator

C. Bagaimana mewujudkan PM ? Untuk mewujudkan PM terkait dengan proses sistem perubahan energi

Misalnya penggerak mula yang dihasilkan dari :

Tenaga Uap, PM mengunakan turbin uapTenaga Air, PM menggunakan turbin airTenaga angin, PM menggunakan turbin atau kincir anginTenaga Diesel, PM mengunakan poros engkolTenaga Gas, PM menggunakan turbin gas

5. Bagaimana sistem proses dapat diwujudkan ?

a. Turbin Uap, proses sistem dari energi fluida menjadi energi mekanis rotasional, sistem sebagai berikut :

Energi uap hasil proses generator/pembangkit uapTurbin memproses energi mekanis tak beraturan menjadi energi rotasional, Dikopel dengan generator listrik Generator/alternator alat merubah energi mekanis menjadi energi listrik

Sistem Pembangkitan Energi Uap Menjadi Energi Listrik

EkonomizerSuperheater~Generator /alternatorCondenserCondensateFeed-Water heater Condensate PumpFeed-Water pumpMake-upWater Evaporator Raw-Water tank TurbineBoiler Water Sistem PLTU Steam

Sistem Boiler AshDiagram sederhana ketel uap

Steam Prime Mover

ShaftExhoust Steam Bearing Rotor Clearance (ruang rugi)Stationary bladeMoving bladeLive Steam Exhoust Steam Live Steam Impulse Turbine

Overall efficiency steam station

Generator effisiency : 97 % Thermal effisiency turbine : 28 %Boiler effisiency : (87 -90)%Effisiens pembangkit uap keseleruhan : (18-24)%

Turbin Air Adalah turbin hidraulis merubah energi potensial air menjadi kerja mekanis

Energi air hasil proses generator/pembangkit Air Turbin memproses energi mekanis tak beraturan menjadi energi rotasional, Dikopel dengan generator listrik Generator/alternator alat merubah energi mekanis menjadi energi listrik

- Sistem Proses konversi energi

Resorvoir Surge tank penstockPower houseTurbin High head plant

- Daya keluaran energi air

kilowattQ = discharge m3/secw = density of water = 1000 kg/m3h = head m = efisiensi turbin dan generator

- Turbin hidralis dan unjuk kerjaPenstock Saluran air buangan 90 %100 80 70 50 60 20 40 30 10 30 40 50 20 70 60 80 90 100Efisiensi Keluaran pada beban maksimum (%) kaplanPelton PropellerDengan sudu tetap francisTurbin hidroulis dan unjuk kerja

- Power turbin hidraulis : satu unit daya menghasilkan : 2 615 MW, bahkan dapat mencapai daya 7000 MW

- Klasifikasi Turbin Hidraulis :

Turbin propeller atau turbin aksial, digunakan untukketingigan air rendah (10-100 ft), dengan sudu tetap, murah, efisiensi konversi relatif tinggi, untuk aliran rendah efisiensi menjadi jelek Turbin kaplan, sudu dapat diatur, efisiensi tinggi pada kondisi beban yang berbeda Turbin francis, banyak dipakai, merupakan turbin radial, digunakan untuk ketinggian sedang (15 1500 ft), efisiensi sangat baik Turbin pelton, adalah turbin impuls hidaulis dipakai pada ketinggian 150 ft, mempunyai efisiensi tinggi pada berbagi aliran

Motor Bakar

Perbedaan Mesin Bensin dan DieselPrinsip kerja engine: berbedaKomponen-komponen engine bensin dan disel: hampir sama

ItemMotor DieselMotor BensinSiklus PembakaranSiklus Sabathe/DieselSiklus OttoTekanan kompresi16-22 Kg/cm29-12 Kg/cm2Ruang bakarRumitSederhanaPercampuran bahan bakarDiinjeksikan pada akhir langkahDicampur dalam karburatorMetode penyalaanTerbakar sendiriPercikan busiBahan bakarSolarBensinGetaran suaraBesarKecilEfisiensi panas (%)30-4022-30

PERBANDINGAN

Mesin 4 langkahMesin 2 langkahLebih hemat karena terbuangnya bahan bakar saat proses pembilasan pada mesin 2 langkah hampir tidak adaHasil langkah kerja dua kali lebih banyak dibanding mesin empat langkah, maka tenaga yang dihasilkan lebih besar dengan kapasitas yang samaKerja putaran rendah lebih halus, karena langkah tenaga tidak terputus oleh langkah buang yang tidak sempurna seperti pada mesin 2 langkahBiaya perawatan lebih mudah dan murah, karena jumlah komponen yang digunakan sebagai mekanisme sedikitSuara mesin cukup terdengar, karena mekanisme mesin empat langkah lebih banyak komponenya dan rumitPembuangan yang tidak sempurna dan putaran mesin tidak dicapai dengan cepat dan mudah, karena waktu pembilasan setengah dari mesin empat langkahMesin empat langkah cocok untuk mesin dengan silinder banyak, karena menghasilkan tenaga yang lebih halusPutaran rendah kurang stabil, karena pemasukan menggunakan tekanan negatif pada crankcase akibatnya putaran rendah menjadi tidak teratur

Mesin Diesel

Prinsip Kerja Motor Bensin

Konstruksi Mesin Bensin

Blok silinder

Kepala Silinder

MEKANISME KATUP

Metode Menggerakkan Katup1.Timing Gear; 2. Timing Chain; 3. Timing Belt

KARBURATOR

SISTEM EFI (ELECTRIC FUEL INJECTION)

Elemen Mesin pada POMPA SENTRIFUGAL

DAYA MOTORDaya motor adalah besarnya kerja motor selama waktu tertentu. Campuran bahan bakar dan udara yang terbakar dalam ruang bakar akan menghasilkan gas pembakaran yang bersuhu dan bertekanan tinggi.

Secara teoritis daya efektif (Ne) mesin dirumuskan :Keterangan:Ne = daya efektif (kW) D = diameter silinder (cm)s = langkah piston (cm) n = putaran mesin (rpm)Pe = tekanan efektif rata-rata (kg/cm2) z = jumlah silindera = faktor putaran (4T = 2, 2T = 1)1 dk = 0,735 kWDaya pada sebuah motor dapat dipengaruhi oleh ukuran diameter silinder, langkah torak, perbandingan kompresi, dan rendemen/efisiensi.

Volume Silinder (Displacement)

Volume silinder yang ditentukan oleh diameter silinder dan langkah piston merupakan dua faktor penting dalam mentukan kemampuan motor, karena semakin besar diameter silinder dan langkah piston berarti semakin banyak pula bahan bakar yang dapat dibakar sehingga tenaga yang dihasilkan akan semakin besar. Langkah piston dihitung sebagai jarak antara titik mati atas (TMA) dengan titik mati bawah (TMB). Sedangkan diameter silinder dapat diukur dengan menggunakan alat pengukur diameter silinder atau disebut dengan Cylinder Bore Gage.

Perbandingan Kompresi (Compression ratio)Perbandingan antara volume campuran bahan bakar dan udara yang masuk silinder selama langkah hisap sampai torak mencapai TMB dengan volume sisa pada bagian atas silinder saat torak mencapai TMA (volume ruang bakar). Maka, perbandingan kompresi (compression ratio) adalah perbandingan antara volume silinder ditambah volume ruang bakar yang dibagi dengan volume ruang bakar. keterangan:Vs = volume silinder (cm3)Vrb = volume ruang bakar (cm3)Perbandingan kompresi dapat diperbesar sehingga tekanan pembakaran akan bertambah besar yang menghasilkan daya yang semakin besar pula, tetapi tidak boleh melewati batasan tertentu karena akan menyebabkan terjadinya knocking/detonasi yang mengakibatkan turunnya daya mesin. Perbandingan kompresi untuk motor bensin yaitu 8 11.

Efisiensi Volumetric dan Efisiensi Pengisian(Volumetric Efficiency and Charging Effeiciency)

Besarnya tenaga hasil pembakaran dipengaruhi oleh jumlah campuran udara dan bahan bakar yang dapat masuk ke dalam silinder selama langkah hisap. Pada kenyataannya jumlah campuran yang dihisap oleh motor berbeda dan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: tekanan, suhu, gas sisa, dan saat kerja katup (valve timing). Hal ini yang menyebabkan perencanaan kemampuan pemasukan yang sesungguhnya (actual intake performance), efisiensi volumetrik, dan efisiensi pengisian digunakan sebagai ukuran rata-rata.

Bila suhu absolut dan tekanan masing-masing adalah T dan P dan keadaan standar T0 = 150 dan P0 = 760 mmHg, efisiensi volumetrik dan efisiensi pengisiannya yaitu :

Efisiensi Thermis (Thermal Efficiency)

Merupakan perbandingan antara panas yang berguna dengan panas masuk. Misalnya panas yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar yang dimasukkan ke dalam silinder adalah Q1 dan panas yang hilang (panas keluar) pada dinding silinder serta bagian-bagian lainnya adalah Q2.Efisiensi thermis = (Q1- Q2 )/ Q1 Diagram kesetimbangan panas motor

Efisiensi Mekanis (Mechanical Efficiency)

Sebagian gaya indikator tiap langkah kerja digunakan uintuk proses motor tersebut. Pemakaian tenaga lain untuk melawan tahanan gesek dari bantalan, piston, dan komponen mesin yang lain. Semua tenaga yang hilang akibat gaya-gaya diatas disebut kerugian gesek (Nf) dimana:Ne = Ni - Nf Perbandingan tenaga pengereman yang dihasilkan mesin dan daya indikator disebut efisiensi mekanik (m).

Kerja efektif mesin yang terukur mempunyai nilai lebih kecil dari pembakaran yang sesungguhnya (kerja indikator), karena adanya kerugian yang ditimbulkan karena gesekan, pendinginan, dan gas buang. Dalam pengukuran prestasi mesin menggunakan metode yang berbeda-beda tergantung dari berbagai standar dan kondisi pengujian yang dilakukan.

Torsi

Torsi adalah gaya untuk menggerakkan, menarik atau menjalankan sesuatu. Torsi dihasilkan dengan mengalikan gaya (F) dengan jarak (r). Pada suatu motor gerakan torak yang naik turun akan diubah menjadi gerak putar oleh poros engkol. Gerakan putar pada poros engkol akan membentuk suatu lintasan yang berbentuk lingkaran. Gaya putar pada poros engkol inilah yang disebut momen putar (torsi) pada motor. Besarnya nilai torsi pada motor akan tergantung pada besarnya daya (P) yang dihasilkan oleh motor tersebut. Hubungan antara daya dan torsi akan ditunjukkan sebagai berikut :Misalkan suatu gaya F Newton bekerja pada tuas sepanjang r meter yang diikatkan pada ujung poros engkol misalkan pada roda penerus.

Momen putar adalah gaya kali jarak (M=F.r)(Sumber : BPM. Arends dan H. Berenschot, 1992 : 21)

Dianggap gaya F berdiri tegak lurus pada tuas dan bekerja berlawanan dengan arah putaran motor. Maksudnya untuk menentukan besarnya gaya F yang diperlukan untuk mengatasi kerja motor yang arahnya berlawanan arah.

Bila gaya F berputar sekali mengelilingi lingkaran, maka F telah melakukan lintasan sejauh keliling lingkaran,yaitu :

Dimana, S = keliling lingkaran dalam meter r = jari-jari lingkaran dalam meter Besarnya kerja (W) menjadi: W = F.2..r (Nm)Dalam hal ini:W : kerja dalam Nm F : gaya dalam Newton r : jari-jari dalam meter

Bila motor mempunyai n putaran per detik, maka kerja tiap detik atau sering disebut daya (P) adalah:

Karena F.r membentuk momen putar atau torsi (T), maka rumusnya menjadi:

Dalam hal ini:P= daya dalam Wattn= putaran per detikT= torsi dalam NmBila yang diminta besarnya momen putar atau torsi, maka dipakai rumus:

Putaran mesin biasanya dalam satuan RPM (putaran per menit) maka untuk mencari torsi maka n dibagi 60 agar menjadi putaran dalam detik, sehingga rumusnya menjadi:

atau Berdasarkan rumus di atas dapat diketahui besarnya torsi bila telah diketahui besarnya daya (P) dan putaran mesin (n) yang dihasilkan motor tersebut. (Nm) (Nm) (Nm/s atau Watt) (Nm/s atau Watt)

Perbandingan Kinerja Engine Generator

Daya Generator (kW)MerkCaterpillar CumminsEngine (HP)Efisensi (%)Engine (HP)Efisensi (%)25033973.7538065.7960091565.5790066.67800119966.72120066.671000150266.6149067.11

****************