Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
MAKALAH TUGAS KELOMPOK PRA-PROPOSAL METODOLOGI PENENLITIAN
ANALISA KERJA MESIN TURBOCHARGER PADA PT.X
Indra Saputra[1],Harsono[2],Imam Hidayat[3]
Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik Industri, Institut Sains dan Teknologi Al-Kamal
Jln.Al-kamal Raya No.3 Kedoya Jakarta Barat
Abstrak
Turbocharger adalah suatu komponen yang dipasang pada kendaraan bermotor yang bertujuan untuk meningkatkan daya motor dengan melakukan penambahan rapat massa udara yang lebih banyak dibandingkan dengan cara pengisian biasa. Turbocharger terdiri dari sebuah turbin dan sebuah kompresor.
Banyak yang mengharapkan daya dari kendaraannya dapat meningkat dengan memasang parangkat. Diharapkan dengan memasang perangkat tersebut, daya dari motor akan meningkat dan juga akselerasinya. Perangkat yang dipakai dalam hal ini adalah Turbocharger.
Dengan penambahan turbocharger, akan membuat campuran udara dengan bahan bakar semakin sempurna atau semakin homogen sehingga pembakaran akan semakin sempurna. Perangkat turbocharger ini mempunyai kelebihan daripada perangkat lainya yang bertujuan unntuk meningkatkan daya. Turbocharger ini digerakkan oleh tekanan gas buang, yang pada umumnya tekanan gas buang dan panas dari gas buang ini tidak dimanfaatkan atau langsung dibuang begitu saja.
Kata-kunci : Turbocharger, efisiensi termal, konsumsi spesifik bahan bakar.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Dalam perkembangan ilmu pengetahuan dibidang teknologi
automotif yang semakin maju saat ini khususnya motor penggerak yang
mengunakan mesin diesel telah banyak diciptakan alat-alat tambahan
pada mesin yang tujuannya adalah supaya penampilan serta efisiensi
mesin secara keseluruhan bertambah. Hal ini sangat penting karena
motor penggerak dengan menggunakan mesin diesel merupakan salah
satu sarana yang sangat penting untuk pembangkit tenaga listrik, salah
satu tujuan pemakaian alat tambahan ini adalah untuk memperbaiki
efesiensi mesin secara keseluruhan. Semua ini adalah merupakan salah
satu cara untuk mengembangkan teknologi dalam mendukung proses
pembangunan saat ini.
Adapun tenaga yang digunakan suatu alat tersebut selalu
membutuhkan energi, Energi ini diperoleh dalam berbagai bentuk dan
proses, salah satu penimbulan energi tersebut ada yang menggunakan
motor bakar atau motor penggerak dimana untuk menghasilkan energi
tersebut dilakukan dengan membakar sejumlah bahan bakar. Semakin
banyak energi yang dibutuhkan makin banyak pula jumlah bahan bakar
yang dibakar sehingga daya yang akan dihasilkan menjadi bertambah
proses ini dapat terjadi apabila tersedia cukup udara untuk pembakaran
bahan bakar tersebut didalam silinder.
Pada mesin diesel pembakaran bahan bakarnya berbeda dengan
motor bakar lain. Dalam mesin diesel ini bahan bakar diinjeksikan
kedalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi atau terkompresi.
Pada kondisi tertentu, daya mesin diesel dapat menurun seperti
disebabkan oleh ketinggian tempat atau daerah dimana udara atmosfir
sangat kurang, juga oleh faktor berat beban atau mesin. Hal ini
memerlukan tambahan sejumlah udara yang lebih banyak sehingga
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
dengan penambahan bahan bakar dapat menimbulkan pembakaran yang
akhirnya menimbulkan kenaikan daya, inilah yang disebut dengan
supercharging,
Untuk menciptakan kondisi supercharge ( kondisi yang
ditimbulkan supercharge ) telah digunakan orang suatu tambahan yaitu
turbocharger.
Banyak hal-hal yang dapat mempengaruhi kemampuan dari motor
bakar turbin gas (turbocharger) sehingga tidak beroperasi sebagai mana
mestinya bagi perusahaan yang memakai supercharger (turbocharger)
hal tersebut merupakan suatu kerugian yang besar bagi perusahaan itu.
Cara pencegahan yang terbaik adalah melakukan perawatan dan
perbaikan sesuai dengan prosedur serta ketentuan-ketentuan standar
yang berlaku.
Pada kesempatan ini penulis menggunakan motor turbin gas
(turbocharger) yang dipakai pada mesin diesel Deutz.
Untuk menentukan kemampuan dari motor turbin gas yang perlu
diperhatikan antara lain:
a. Mengetahui besarnya temperatur pada gas buang.
b. Mengetahui besarnya tekanan yang terjadi.
c. Mengetahi kerja dari turbin dan kompresor.
d. Mengetahui dayanya.
Dari parameter-parameter tersebut penulis ingin mencoba mengetahui
kemampuan dari turbocharger itu sendiri.
1.2. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang yang ada serta hubungan dengan
kemampuan dari turbocharger maka penulis merumuskan masalah dalam
analisa ini yaitu meninjau parameter-parameter yang terdapat dalam
kemampuan motor turbocharger.
1.3. IDENTIFIKASI MASALAH
Kesempurnaan kerja turbocharger adalah penting bagi mesin dan
dengan digunakannya turbocharger berarti kerja mesin akan tergantung
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
kepadanya. Apalagi penggunaan turbocharger pada mesin diesel ini
bukan sekedar untuk mengatasi kekurangan udara akibat ketinggian letak
dari batas laut atau penambahan daya saja tetapi juga sebagai pensuplai
udara ke dalam silinder. Sehingga hubungan turbocharger dan mesin
telah menjadi satu kesatuan yang tak terpisahkan. Dan itu berarti kita pun
menjadi tergantung kepada kesempurnaan kerja turbocharger, dan
apabila turbocharger mengalami kerusakan maka kerja mesin akan turut
pula terganggu dan menyebabkan keseluruhan kerja menjadi terhambat.
Untuk mengetahui kerusakan yang terjadi didalam turbocharger
analisa adalah langkah yang paling tepat dilakukan dengan melalui
urutan-urutan seperti diuraikan pada identifikasi masalah kedalam
beberapa pertanyaan sebagai berikut: Berapakah temperatur yang keluar
dari kompresor ? apa sajakah yang menyebabkan timbulnya masalah-
masalah kerusakan itu ? adakah pengaruh dari kerusakan-kerusakan itu
bagi effesiensi turbocharger ? dan berapakah tekanan yang terjadi
didalam siklus ?
1.4. PEMBATASAN MASALAH
Pada mesin diesel pemasangan turbocharger harus disesuaikan
dengan jenis dan tipe mesin yang digunakan. Karena ada bermacam-
macam tipe mesin, maka turbocharger yang digunakan ada bermacam-
macam pula, untuk itu maka masalahnya dibatasi hanya pada
turbocharger jenis Duetz yang digunakan pada mesin diesel pembangkit
listrik.
Agar penulis lebih terarah sesuai yang diharapkan penulis maka
dilakukan penyederhanaan masalah dengan batasan-batasan masalah
sebagai berikut:
1. Menghitung tekanan yang terjadi didalam siklus
2. Menghitung effisiensi cycle
3. Menghitung temperatur yang terjadi dalam siklus
4. Daya yang dihasilkan turbin (turbocharger)
1.5. MAKSUD DAN TUJUAN
Maksud dan tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui
bentuk kemampuan yang baik bagi turbocharger jenis Duetz dan
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
menambah wawasan dalam memahami karakteristik turbin gas
(turbocharger) sebagai sumber penghasil tenaga listrik.
1.6. METODE PENELITIAN
Data merupakan faktor yang sangat penting dalam menentukan
suatu analisa dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir, penulis
memperoleh data dengan cara sebagai berikut :
1. Studi pustaka
Pada metode ini penulis memperoleh data-data dengan
mempelajari buku-buku serta dokumen-dokumen yang menunjang
dan dapat digunakan sebagai landasan masalah pokok dari tugas
akhir ini.
2. Studi lapangan
Dalam riset ini penulis mendapat data-data dengan mengikuti
langsung pengujian motor turbin gas (turbocharger) pada saat
mesin memasuki start awal pada saat belum memiliki beban
sampai memiliki beban.
1.7. SISTEMATIKA PENULISAN
Untuk mempermudah dalam memahami serta membahas tugas
akhir ini sistematikanya sebagai berikut :
BAB I :Merupakan berisikan pendahuluan berisikan latar belakang
masalah, rumusan masalah, identifikasi masalah, pembatasan masalah,
maksud dan tujuan, metode penelitian serta sistematika penyusunan.
BAB II :Uraian mengenai turbocharger, berisikan tentang prinsip kerja
dari turbocharger, pengertian turbocharger, pengertian supercharging,
tipe-tipe supercharger, turbocharger.
BAB III :Menguraikan konsep pengujian turbocharger pada saat start
dengan load ( perpaduan pengeluaran gas dan udara ) dengan kapasitas
35% pada saat belum melakukan kerja, 60% melekukan kerja dan
80%pada saat kerja setabil, power output, effesiensi dari turbocharger,
pemakaian bahan bakar.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
BAB IV :Kesimpulan dan saran, menyajikan kesimpulan dari hasil
analisa dan saran-saran yang perlu disampaikan berdasarkan hasil
analisa dan kesimpulan.
BAB II
LANDASAN TEORI
Sebuah motor 4 langkah yang bekerja dengan supercharger
tekanan isapnya lebih tinggi dari pada tekanan udara atmosfir sekitarnya.
Hal ini diperoleh dengan jalan memaksa udara atmosfir masuk kedalam
silinder selama langkah isap, dengan pompa udara yang biasa dinamai
supercharger.
Supercharger digerakkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin
itu sendiri; atau dengan jalan memanfaatkan energi gas buang untuk
menggerakkan turbin gas dan menggerakkan supercharger. Supercharger
yang digerakkan oleh turbin gas buang dinamai turbocharger.
Sebenarnya turbocharger termasuk ke dalam sistem pemasukan
dan pembuangan gas ( air inlet dan exhaust system ). Dan kesatuan dari
komponen: seperti saluran buang, saluran masuk, ruang bakar, dan bagian
lainnya yang berhubungan dengan turbocharger hingga membentuk suatu
instalasi turbocharger.
Turbocharger ini terletak di tengah bagian dari saluran buang,
dimana bagian turbocharger yang berhubungan langsung dengan saluran
gas masuk ( exhaust gas inlet ) dan saluran keluar ( turbine exhaust gas
outlet ) yang selanjutnya berhubungan dengan cerobong untuk
memanaskan boiler. Sedangkan bagian lainya dari turbocharger yang
berhubungan dengan salutan masuk silinder ( inlet manifold ) adalah
bagian kompresor sebelum memasuki turbocharger, udara akan melewati
saluran pemasukan turbocharger ( air inlet to turbocharger). Saluran yang
berhubungan dengan keluaran kompresor yaitu inlet manifold yang
biasanya di pasang juga pendingin udara untuk manjaga temperatur udara
agar tidak terlalu tinggi.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
2.1. PENGERTIAN SUPERCHARGER
Untuk mencapai kondisi supercharger ( kondisi yang ditimbulkan
supercharging ) dewasa ini telah digunakan suatu alat yang disebut dengan
turbocharger.
Supercharger ini menurut mekanisme kerjanya ada yang digerakkan
oleh energi gas buang, sedangkan menurut jenis penghembus yang
digunakan ada yang menggunakan penghembus jenis sentrifugal. Karena
supercharger memerlukan kenaikan yang besar kepada udara yang diisap,
maka istilah penghembus ini sering disebut dengan istilah kompresor.
Supercharger yang menggunakan kompresor sentrifugal biasanya
menggunakan energi gas buang, pada akhirnya langkah ekspansi gas
buang didalam silinder masih bertekanan cukup tinggi yaitu sekitar 30
sampai 50 psi. Kalau tiba tiba dilepaskan ke dalam saluran buang maka
akan menimbulkan kenaikan tekanan dan kecepatan. Tekanan dan
kecepatan yang terkandungdi dalam energi gas buang inilah yang
dipergunakan untuk menggerakkan kompresor.8
Energi gas buang ini tidak begitu saja dapat menggerakkan
kompresor secara langsung tetapi harus ada bagian lain sebagai
perantaranyaakan menyebabkan kompresor ikut bergerak dalam waktu
yang bersamaan. Karena alat ini harus mempunyai effesiensi yang tinggi
hingga menimbulkan effesiensi yang tinggi pula pada kompresor maka
digunakan turbin yang mempunyai susunan dan bentuk aerodinamis.
Kata turbin ini sendiri berasal dari bahasa latin yang berarti sesuatu
yang berputar, dan karena turbin ini digunakan untuk menggerakkan
kompresor maka alat supercarging ini disebut dengan turbocharger.
Pengertian lain tentang turbocharger seperti dikatakan kates; bahwa
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
turbocharger adalah kompresor sentrifugal yang digerakkan oleh turbin
gabuang.7
Turbin dan kompresor ini dihubungkan oleh satu poros yang sama
dan keduanya diselubungi oleh selubung atau rumah yang juga penting
dalam menambah kecepatan masuk udara yang diisap
2.2. JENIS SUPERCHARGER
Supercharger telah banyak digunakan orang untuk meningkatkan
daya mesin dan menurut jenisnya dapat di tinjau dari :
1. Mekanisme kerjanya.
2. Tipe penghembus yang digunakan.
1. Supercharger menurut mekanisme kerjanya.
Jika ditinjau dari mekanisme kerjanya maka supercharger terdiri
dari 3 macam yaitu :
a. Superchager yang digerakkan oleh mesin itu sendiri.
Pada Supercharger jenis ini tenaga yang di perlukan untuk
mengoperasikannya diperoleh dari daya mesin itu sendiri dengan perantara
roda gigi atau sabuk penghantar dengan cara ini memang diperoleh
kenaikan daya. Tetapi karena tenaga yang digunakan untuk menggerakkan
supercharger diambil dari daya mesin hingga daya keseluruhan dikurangi
daya supercharger tersebut, dan peningkatan daya yang dihasilkan menjadi
kecil sekali.
b. Supercharger yang digerakkan oleh motor listrik.
Pada Supercharger jenis ini tenaga yang dipergunakan untuk
menggerakkan diperoleh dari motor listrik yang di pasang terpisah dari
mesin dan dihubungkan dengan perantaraan sabuk atau rantai yang
sesuai.
c. Supercharger yang digerakkan oleh energi gas buang.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Pada Supercharger jenis ini daya yang diperlukan untuk
menggerakkan supercharger diperoleh dengan memanfaatkan energi gas
buang dari dalam silinder dan karena daya yang dipakai tersebut diperoleh
dari gas buang maka daya keseluruhan yang diperoleh menjadi lebih besar.
2. Supercharger menurut tipe penghembus
Untuk menaikan tekanan udara mesin empat langkah pengisian
udar tidak diisap kedalam silinder atau tidak dimasukkan dengan pengisian
alamiah oleh torak mundur.
Tetapi didorong masuk dengan tekanan tinggi yang dihasilkan oleh
pompa atau penghembus terpisah.
a. Penghembus jenis roots.
silinder dan gerakannya berputar saling berlawanan arah dalam
satu rumah roots tersebut. Silinder silinder ini digerakkan oleh daya mesin
itu sendiri yang dihubungkan dengan roda gigi atau sabuk penghambus
jenis ini terdiri dari 2 atau 3 keping rotor yang berlobang bentuk dan dari
poros mesin ke poros penggerak yang disebut dengan impeller. Proses
kerja jenis penghembus roots ini yaitu udara luar masuk kedalam ruang
antar lobang rotor, melalui lobang masuk dan oleh putaran rotor, udara
tersebut terdesak kelubang pengosongan dan mengakibatkan kenaikan
tekanan.
Sekarang ini banyak digunakan jenis penghembus roots dengan 3
lobang pembentuk piringan atau spiral, sehingga suara dan getaran yang
ditimbulkan juga lebih kecil, pada jenis ini kebocoran menjadi lebih kecil
sehingga tekanan udara yang dihasilkan oleh penghembus dapat mencapai
2 psi untuk mesin kecil, dan 2 sampai 6 psi untuk mesin kecepatan tinggi
dan untuk tugas yang berat.
b. Penghembus jenis sudu.
Pada penghembus jenis ini bahwa poros rotornya adalah eksentrik
dari lobang silinder bergerak kesudu sudu yang bebas didalam alur pada
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
rotor dan juga tepat bersentuhan dengan dinding silinder oleh pengaruh
gaya sentrifugal, kadang kadang diperoleh lagi dengan pegas dan
minyak. Lobang lobang masuk dan buang yang kadang kadang
merupakan deretan alur , tidak mencakup seluruh lebar rotor atau sudu
sehingga ujung terluar sudu selalu bersentuahan denga permukaan. Dapat
dilihat bahwa begitu rotor berputar volume gas atau udara terperangkap
diantara dua sudu dan dipaksa volumenya agar mengecil sebelum dibuang.
Kesulitan utama pada jenis ini adalah pencegahan kebocoran yang kembali
dari sisi tekanan tinggi ke tekanan rendah, ini menyulitkan pada kedua
ujung rotor dimana toleransi yang sempit sulit dipertahankan, khususnya
karena temperatur bervariasi karena gaya gaya yang tak seimbang tak
begitu besar
c. Penghembus jenis sentrifugal
Pada penghembus jenis ini bahwa udara yang terisap masuk
menuju poros dari impeller penghembus dan dibelokkan oleh perputaran
baling baling yang berbentuk sudu berputar dengan aksi gaya sentrifugal
kecepatan udara menjadi lebih tinggi dan melaui diffuser tekanan udar
dinaikan dan di suplai kedalam ruang bakar.
2.3. TURBOCHARGER
Turbocharger adalah type centrifugal, kompresor yang digerakkan
oleh turbin, dimana untuk menggerakkan turbin ini diambil dari panas gas
buang hasil pembakaran. Cara kerja dari turbocharger dimulai dari panas
yang dihasilkan oleh gas buang hasil pembakaran dan dengan panas
tersebut menghasilkan tekanan yang akan menekan sudu-sudu turbin yang
diletakkan di atas diatas saluran buang dari mesin. Turbin dihubungkan
dengan kompresor melalui poros, sehingga gerakan putar turbin diteruskan
ke kompresor.
Kompresor ini berfungsi untuk menghisap udara luar masuk
kedalam silinder, sehingga kerapatan udara di dalam silender lebih tinggi
dan metode ini disebut supercharging. Namun karena penggerak
kompresornya adalah turbin, maka disebut dengan turbocharging.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar (1)
diatas memperlihatkan sebuah turbocharger terpasang.
Dewasa ini, untuk supercharging pada motor diesel untuk langkah
lebih banyak menggunakan turbocharger. Hal ini adalah karena daya untuk
menggerakan tidak membutuhkan daya dari poros mesin itu sendiri,
disamping dapat memanfaatkan kerugian panas dari gas buang. Namun
turbocharger tidak dapat menghasilkan daya diatas daya mesin itu sendiri.
Temperatur udara yang dikompresikan kompresor pada
turbocharger adalah tinggi hal ini disebabkan hantaran panas dari rumah
turbin yang disatukan dengan rumah kompresor, sehingga panas dari gas
buang yang masuk kedalam kompresor menjalar sampai kerumah
kompresor. Oleh karena itu udara yang masuk kerumah kompresor juga
mendapatkan panas selain panas yang terjadi oleh gerakan udara itu
sendiri.
Dalam hal ini dibutuhkan pendinginan udara yang disebut diffuser
dan diletakkan diantara kompresor dan saluran masuk dari silinder. Hal ini
perlu dibuat karena pada motor diesel 4 langkah udara yang masuk tidak
diinginkan mempunyai temperatur yang terlalu tinggi karena melibatkan
panas yang berlebihan pada waktu pembakaran ( ekspansi ) dan panas
yang berlebihan ini dapat merusak komponen-komponen mesin lainnya
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
seperti katup-katup, dudukan katup kepala torak, kepala selinder dan yang
lainnya.
Komponen-komponen dari sebuah turbocharger kita lihat dari
gambar. (2) dari komponen-komponen tersebut yang perlu sekali
diperhitungkan dalam pembuatanya ( ukuran dan bahan ) adalah
kompresor, turbin, bantalan dan poros.
Gambar (2)
Komponen-komponen turbocharger
2.4. CARA KERJA TURBOCHARGER
Gas buang yang masih tinggi ( yang masih memiliki energi ), yaitu
tekanan dan temperatur tinggi masuk kedalam turbocharger di bagian sisi
turbin. Aliran gas ini masuk ke dalam impeller dan mengenai sudu-sudu
dengan gaya yang bekerja pada sudu-sudu tersebut, roda-roda turbin dapat
bergerak dan berputar sedangkan oleh gaya sentripetal yang bekerja pada
turbin, gas tersebut dibuang keluar menuju saluran buang dari turbocharger
( exhaust gas from turbine ). Berputarnya roda turbin dan roda impeller
kompresor dihubungkan pada satu poros yang sama.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Roda kompresor memiliki susunan dan bentuk yang hampir sama
dengan roda turbin, dan dengan sudu-sudu serta pengaruh faktor gelincir
menyebabkan udara terisap masuk. Gaya-gaya yang bekerja pada
kompresor ini menimbulkan kenaikan tekanan udara yang selanjutnya di
keluarkan menuju saluran masuk ruang bakar (inlet manifold) tekanan yang
terlalu tinggi serta pengaruh suhu awal pemasukan udara dan akibat
terjadinya gesekan akan menimbulkan kenaikan temperature udara. Dan
untuk mencegah kenaikan temperatur yang berlebihan pada saluran masuk
( inlet manifold ) biasanya di pasang pendingin udara,penekanan udara
oleh kompresor ini menimbulkan kenaikan daya poros pada saat
pembakaran,dan selanjutya sisa gas buang hasil pembakaran tersebut
keluar menuju turbin dan proses ini berlangsung terus menerus.
Gambar 3 Mechanical Tubocharger
Pada gambar (3) digambarkan al iran -al iran gas buang dan
udara turbocharger dan instalasinya.
Intake Manifold
Exhaust Manifold
Compressor
Udara
Udara
Exhaust gas Pe
Pi,Ti
Pf = Pa
Pa
Gas Turbin
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar 4 Mechanical Tubocharger
Pada gambar (4) digambarkan aliran-aliran gas buang dan udara
turbocharger dan instalasinya.
2.5. PRINSIP KERJA TURBOCHARGER
Proses langkah pembuangan didalam silinder mesin dilakukan oleh
piston (3), menyebabkan gas asap hasil pembakaran terdorong keluar dari
katup buang melalui manifold buang (1) menekan kesuatu roda turbin (6)
sehingga menghasilkan putaran dan sebagian sisa pembakaran keluar
atmosfir melalui cerobong (7).
Blower (5) yang dipasang seporos dengan roda turbin ikut berputar
sehingga menghasilkan tekanan hembusan,yang menyebabkan terjadinya
pemadatan udara masuk (4) dengan tekanan diatas satu atmosfir.
Selanjutnya udara yang bertekanan disalurkan ke manifold masuk
(2), kemudian masuk kedalam silinder melalui katup masuk.
Untuk itu mesin diesel dilengkapi dengan turbocharger bertujuan
untuk memperbesar tenaga mesin tanpa menambah terlampau banyaknya
berat ukuran mesin.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar (5)
Prinsip kerja turbocharger
Keterangan:
1. manifold buang
2. manifold hisap
3. piston
4. udara masuk dari saringan udara
5. kompresor atau blower
6. roda turbin
7. cerobong pembuangan (exhaust).
2.6. konstruksi dari turbocharger intercooler
Unit bagian dari turbocharger terdiri dari :
1. Rumah kompresor (compressor housing).
2. Pusat inti (centre core).
3. Rumah turbin (turbine housing).
1. Rumah Kompresor (blower)
Rumah kompresor terbuat dari bahan almunium bersambungan
dengan bagian pusat inti (centre core) ditopang oleh jaminan baut dan
cincin pelat.
2. Pusat Inti (centre core)
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Pada bagian pusat inti terdapat poros turbin dan turbin serta roda
kompresor (blower), bantalan, ring, cincin pelat, oil, deflector.
Bagian-bagian yang berputar termasuk turbine shaft, compressor
whell, shaft bearing, thrust whaser dan oil seal ring. Komponen-
komponen ini ditunjang oleh bagian center housing. Bagian-bagian yang
berputar pada turbocharger dioperasikan pada kecepatan dan temperatur
yang tinggi, sehingga materialnya dibuat sangat selektif dengan
kepresisian yang tinggi.
Gambar 6
Konstruksi bagian dari turbocharger tanpa intercooler
3. Rumah turbin (turbin housing)
Terbuat dari bahan Cast Steel dan bersambungan dengan bagian
rumah pusat inti (center core) dengan memakai cincin baja penjamin.
Diantara sambunngan rumah turbin dan manifold buang dipasang
gasket yang terbuat dari bahan stainless steel untuk menjamin
sambungan tersebut.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar 7
Konstruksi bagian pusat inti (center core) keadaan terlepas
Keterangan:
1. Compressor Whell
2. Piston Ring
3. O Ring
4. Bearing
5. Thrust Whaser
6. Piston Rings
7. Insert
8. Spacer steeve
9. Thrust Plate
10. Thrust Ring
11. Oil Deflecter
12. Bearing Housing
13. Shaft and turbin whell
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
2.7. KELENGKAPAN MESIN TURBOCHARGER DENGAN INTERCOOLER
a. Intercooler (pendinginan Udara)
Pada Mesin Diesel dengan turbocharger terdapat kelengkapan yang
disebut Intercooler. Intercooler berfunngsi untuk mendinginkan udara masuk dari
blower yang panas karena melewati Turbocharger.
Dengan mendinginkan udara masuk dari Blower ke dalam silinder mesin
diperoleh berat jenis yang lebih besar,sehingga beratnya bertambah (padat).
Hal ini dapat menambah jumlah pembakaran bahan bakar dan
mengakibatkan daya mesin bertambah pula.
Prinsip kerja dari Intercooler ini udara dari blower bersinggungan dengan
pipa-pipa air pendinginan sehingga panas udara akan terserap oleh air pendingin
(raw-water)
Bentuk Intercooler adalah sesuatau yang bulat khusus atau bentuk
tabung yang rata dengan bahan anti karat, dilengkapi dengan sirip-sirip
campuran aluminium. Ada perbedaan-perbedaan dalam hal ini, sehubungan
dengan jumlah aliran udara dan air pendingin yang dipergunakan, tetapi
umumnya udara yang lewat keluar cooler dapat didinginkan sebesar 5oC sampai
10oC.
Untuk memperoleh tekanan efektif rata-rata sekitar 10Kg/Cm2,maka
diperlukan menaikkan tekanan udara masuk sedikitkan 0,5 Kg/Cm2.
Sebagaimana pula suhu dan tekanan berhubungan langsung, maka udara panas
keluar dari blower yang dapat mencapai suhu 8000C yang akan menaikkan suhu
lagi, maka perlu kiranya didinginkan. Sesudah pendinginan ini, udara yang padat
ini ditekan masuk ke dalam silinder yang menaikkan effisiensi proses pengisapan
udara masuk.
Bila udara didinginkan 20oC, maka daya mesin dapat dinaikkan 6 sampai
7% .
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar 8
Kontruksi sistem pendinginan udara mesin diesel MTU turbocharger pada
lokomotif
Keterangan :
1. Exhaust gas manifold elbow
2. Exhaust gas turbocharg
3. Charge air cooler
4. Charge air manifold
5. Condensation water
2.8. SISTEM TURBOCHARGING
Apabila suatu alat supercharger di pasangkan pada sebuah mesin diesel,maka
harus diberlakukan beberapa perubahan pada mesin itu sendiri.7
Karena Supercharger yang digunakan adalah jenis Turbocharger maka sistem
yang diberlakukan tersebut di namakan turbocharging.
2.9. KOMPRESOR
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Kompresor ini berfungsi untuk menghisap udara luar masuk ke dalam silinder
melalui saluran masuk. Impeller kompresor biasanya dibuat dari panduan alumunium (
LM 16 - WP ) atau ( - 355 T 61 ) dan dituangkan jadi satu dengan rumah impeller
yang terbuat dari almunium ( LM 27 M ).
Bentuk dari impeller ini dibuat harus sesuai dengan keperluan aerodinamik,
kekuatan mekanik dan kecakapan menuang.untuk mencapai efesiensi yang
tinggi/bagus dibentukkan impeller yang berbentuk tipis dan baling baling impeller
untuk itu biasanya digunakan yang berbentuk sudu. Untuk mendisain pada tekanan 2
2.5 : 1 kita membutuhkan impeller yang berbentuk miring pada kecepatan 300
350 m/det .
Pada gambar 3 memperlihatkan impeller kompresor unit terkecil dari tipe ini
pada bagian yang miringnya adalah 0,08 m berputar pada 720.000 83.000 rpm.
2.10.TURBIN
Turbin yang banyak digunakan pada turbocharger adalah turbin type aliran
radial yang dilaskan ke poros. Fungsi dari turbin ini adalah menggerakkan kompresor
dengan perantaraan sebuah poros, roda turbin harus dapat menopang kecepatan
putar yang tinggi dari kompresor dan tahan pada temperatur gas buang sampai 900k.
Turbin ini di buat dari baja tahan temperatur tinggi dan rumah turbin dibuat dari besi
SG ( SG iron ) dan harus tahan pada temperatur 900k.6
Penyetop stator untuk yang diaplikasikan pada perbandingan tekanan rendah
ini lebih murah dan menghindarkan sudut gas ( gas angle ) dari stator keluar dari
perubahan aliran massa dan memberikan effesiensi tinggi diatas luasnya.
Pada gambar 4 disebelah dapat kita lihat rangka saluran masuk dan stator
baling-baling digunakan daerah melintang A-A adalah sudut tangensial ini di desain
untuk dapat mencurahkan masa yang sama rata berkeliling sekeliling rotor, perobahan
sudut aliran ini merobah kapasitas aliran efektif dari turbin.
2.10.1 Bantalan dan Poros
Bantalan diperlukan untuk poros turbin dan kompresor untuk menghemat
biaya, simple dan murah dalam perawatannya sistem pelumasan dari bantalan ini
hendaknya didisain supanya dapat menggunakan pelumasn dari mesin itu sendiri
pada umumnya bantalan jurnal yang paling utama di perhatikan dalam mendisain
bantalan adalah harus sesuai dengan sistem tersebut. Jarak antara poros dengan
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
gelang 0,02 0,05 mm dan antara gelang dengan rumah bantalan 0,07 0,1 mm.
Daya yang digunakan untuk mengatasi kerugian gesek pada bantalan sama sekali
tidak berarti pada keadaan khusus 5 10 % dari daya turbin pada kecepatan penuh.
2.10.2 Tupang tindih (over lapping)
Perubahan utama yang dilakukan dalam mesin adalah pengaturan waktu katup
pemasukan dan pembuangan, waktu pembukaan katup pemasukan di majukan dan
waktu penutupan katup buang di perlambat, kedua katup dibuat untuk tetap terbuka
secara serentak untuk sekitar 50 sampai 100 derajat, pemilihan tergantung kepada
kecepatan normal mesin. Pembakaran yang secara serentak ini disebut dengan
tumpang tindih atau berimpit sebagian ( overlapping ). Dalam mesin diesel maka
tumpang tindih dibuat 80 sampai 100 derajat, karena kelebihan udara harus dialirkan
dari pengisi lanjutan untuk mengimbangi udara yang lari melalui katup buang.
Kelebihan ini bervariasi dari sekitar 40% sampai lebih menurut perpindahan torak,
bentuk nok tekanan pengisian lanjut dan kecepatan mesin.
2.10.3.Kelonggaran Volume
Dengan cara menurunkan perbandingan kompresi secara teoritis suatu
kenaikan perbandingan kompresi akan meningkatkan efisiensi panas dan menurunkan
penggunaan bahan bakar. Tetapi kenaikan perbandingan kompresi akan menaikkan
pula tekanan gas maksimum dan teperatur pembakaran terlebih lagi apabila
digunakan turbocharger.
Untuk mencegah timbulnya tegangan dan tekanan yang meningkat yang
biasanya ditandai oleh bunyi ketukan dan perenggangan yang berlebihan dari bagian
mesin maka perbandingan kompresi harus diturunkan sampai ke nilai sebelum suatu
turbocharger digunakan.
Dengan penurunan ini akan sedikit menurunkan efisiensi panas tetapi keluaran
daya akan meningkat karena jumlah bahan bakar yang dibakar mnjadi sedikit lebih
banyak, sebuah mesin diesel yang pada pengisisan alamiah perbandingan
kompresinya sekitar 18:1 maka dengan digunakannya turbocharger pada mesin diesel
itu perbandingan kompresinya disesuaikan menjadi sekitar 14:
2.10.4.Menambah kecepatan injeksi bahan bakar
Setelah dilakukan beberapa perubahan baik pada perbandingan kompresi dan
pengaturan waktu berimpit pada bagian katup maka sesuai dengan pengertian
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
supercharger bahwa selain menambah udara masuk dan oleh penambahab tersebut
sehingga banyak pula bahan bakar yang akan dibakar persatuan waktu sesuai
pengaturan waktu dari berimpit sebagian.
Ini berarti kecepatan injeksi bahan bakar harus dipercepat, kecepatan injeksi bahan
bakar berarti banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bahan bakar
dalam satu persatuan waktu atau dalam derajat perjalanan engkol.8 Kalau kecepatan
dari injeksi ini tinggi maka jumlah bahan bakar tertentu akan diinjesikan dalam waktu
yang singkat, dan kalau di kehendaki suatu kenaikan kecepatan injeksi maka perlu
dipergunakan ujung nozel dengan lobang yang lebih besar untuk mempercepat
jangka waktu injeksi bahan bakar.
2.11. PEMBONGKARAN ATAU PELEPASAN TURBOCHARGER
1. Sebelum pembongkaran atau pelepasan, pelajari dulu buku petunjuk dan beri
perhatian secara mendalam tentang cara urutan kerja yang benar dan alat-alat yang
diperlukan.
2. Siapkan tempat untuk suku cadang yang akan dibersihkan.Pergunakanlah peralatan
yang sesuai dan dengan cara bertahap-tahap untuk bongkar pasang.
3. Atur bagian-bagian yang telah dilepas sedemikian rupa hingga bagian-bagian dari
blower dan turbin berada terpisah.
4. Perhatiankan bagian-bagian mesin yang rusak, perhatikan khusus harus diberikan
pada sudu turbin dan blower dan bagian-bagian labirin.
5. Cucilah semua bagian-bagian tersebut tapi jangan menggunakan pembersih yang
bersifat korosif jangan memakai sikat kawat atau sejenisnya, ini akan memudahkan
tergoresnya bagian-bagian yang berpresisi tinggi.
Gambar (9)
a.dalam keadaan terlepas.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
b.keadaan utuh bulat.
2.12. HAL HAL UNTUK DIJAGA SELAMA OPERASI DIESEL TURBOCHARGER
Yakinkanlah bahwa minyak pelumasan tersebut ada didalam supercharger yang
melumasi sendiri pada bagian turbo.
Hindarilah keadaan-keadaan yang tiba-tiba pada putaran mesin.
Dengarkanlah suara dari blower yang bekerja dan yakinlah bahwa tak ada suara-
suara aneh terjadi.
Bila ada suara aneh atau mesin dihentikan periksa akan sumber suara tersebut.
Bila tiba-tiba terjadi penurunan putaran atau tiba-tiba mesin seakan-akan mau
berhenti karena tak seimbang, hindarilah perubahan-perubahan tersebut kecuali
untuk keadaan memaksa atau darurat.
Setelah menjalankan mesin pada putaran tinggi atau beban penuh,jalankan mesin
secara idle (pelan-pelan tanpa beban) untuk waktu 3 sampai 8 menit sebelum mesin
dihentikan, bila ini tak dilaksanakan bantalan poros turbin akan rusak.
2.13.ALIRAN PELUMASAN PADA TURBOCHARGER
Tidak peduli bagaimanapun baiknya sebuah mesin di rancang dari segi
efisiensi panas dan kekuatannya dan bagaimanapun baiknya pembuatan dari segi
bahan dan pengerjaanya, kalau pelumasan dari semua bagian yang bergerak tidak
diperhatikan dengan baik, maka mesin akan tidak berjalan sama sekali atau
menunjukkan keausan berat dan umur pendek.5
Tentang pelumasan barang kali merupakan yang paling penting dari seluruh
perincian operasi turbocharger. Minyak pelumas yang buruk atau penggunaanya yang
salah dari minyak baik, menyebabkan banyak gangguan yang dialami dalam operasi
turbocharger.
Turbocharger mendapat pelumasan pada saat engine mulai beroperasi. Pada
saat engine atau mesin beroperasi, oli dari dalam panic oli ( oli pan ) mengalir melalui
saluran isap ke pompa oli (oli pump ), dan dari pompa oli ditekan dan dialitkan menuju
pendingin oli ( oli cooler ) dan sebelum memasuki turbocharger oli disaring oleh
penyaring oli ( filter oli ). Oli masuk ke dalam turbocharger dalam keadaan bersih
melalui suatu saluran ( oli supply line ), dan setelah melumasi bagian-bagian dalam
turbocharger oli kembali di bagian bawah rumah pusat, dan melalui suatu saluran ( oli
drain line ) oli kembali menuju ke panci oli.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar (10)
saluran pensuplai dan pengeluaran oli dan penunjang turbocharger
Setelah oli disalurkan melalui saluran pensuplai ( oli supply line ) oli menuju
bagian atas rumah pusat ( center nousing ) dan masuk ke lobang saluran ( oli inlet port
) yang kemudian mmenuju saluran saluran lain untuk melumasi poros,bantalan poros
( bearing ), bantalan tekan ( trusht bearings ), gelang piston ( piston rings ). Dan untuk
mencegah masuknya oli kebagian kompresor dan turbin,disekat oleh gelang penyekat
( seal ring ).
Gambar (11)
aliran oli dalam turbocharger
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Dan setelah melumasi dan mengeringkan,mendinginkan komponen
komponen turbocharger, oli keluar melalui lobang pengeluaran akibat gaya gravitasi,
menuju saluran balik oli ( oil drain line ) dan kembali ke panic oli ( oli pan ).
Pemberian pelumasan paada turbocharger ini tidak boleh terhenti walupun
hanya dalam sedetik saja.
Pada turbocharger Caterpillar biasanya dilengkapi dengan sebuah katup (
bypass value ), dimana apabila tekanan oli rendah dan filter tidak bekerja dengan baik
atau mengalami kemampatan, maka katup setelah melewati pendinginan oli. Dan dari
katup itu oli dari pompa oli bergerak menuju turbocharger hal ini biasanya berbahaya
karena oli yang langsung masuk dari pompa oli menjadi tidak tersaring, dan dapat
menimbulkan kerusakan pada turbocharger.
Gambar (12)
katup bypass ( bypass valve ) saat terjadi gangguan pada filter atau
tekanan oli rendah dan saat keadaan normal.
2.14. MEMELIHARA MESIN DIESEL TURBOCHARGER
Perawatan yan baik adalah kunci keawetan untuk semua jenis mesin
diesel. Terlebih lagi bila mesin tersebut menggunakan turbocharger, karena
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
beban kerja perangkat turbocharger itu sungguh luar biasa karena beroperasi
pada suhu gas buang sekitar 9000c(derajat celcius).
Sewaktu mesin ini dioperasikan pada beban penuh, kecepatan
putarannya bias mencapai 115.000 rpm. Bagaimana paling kritis dari sebuah
perangkat turbocharger yang perlu mendapatkan perhatian khusus adalah
penyangga atau penopang porosnya.
Kebanyakan turbocharger memakai bantalan pemikul model bebas
(full floating bearing). Bantalan ini menyebabkan beban kerja berkurang
lantaran poros dan rumahnya akan berputar bebas. Jadi beban kerja turbin
maupun kompresor ditopang sepenuhnya oleh rumah poros, menyebabkan
umur bantalan poros akan lebih awet.
Sangat penting dan perlu diperlihatkan, setiap diesel yang menggunakan
turbocharge, oli pelumasan mesinnya akan cepat menurun, karena minyak
pelumasan disamping untuk pendinginan oli mesin juga bertugas untuk
melumasi alat turbocharge itu sendiri.
Dengan demikian, oli mesin berikut saringan udara perlu adanya
perawatan yang teratur.2
Bila perlu gunakan oli sintetik yang terbaik dengan memakai minyak
pelumas Diesel Shell Rimula x (15W40 CH4), shella rimula D 40 CF, shel
helix diesel super 15W 40. Menekan pedal gas atau accelerator terlampau
dalam sesaat dapat menyebabkan rusaknya bantalan poros turbin dan
kompresor. Bila terus dipaksakan maka bantalan itu akan mendapatkan
pelumasan yang tak mencukupi.
Bantalan akan lebih cepat aus dan rusak,untuk itu ada baiknya mesin
dibiarkan dulu bekerja pada putaran langsam sekurangnya 30 detik. Hal ini
mesti dipatuhi, terlebih setelah dilakukan penggantian oli pelumas atau
saringan udara.
Mematikan mesin diesel turbocharge
Mematikan mesin yang dilengkapi turbocharge maupun supercharge
tidak aman jika dilakukan begitu saja, apalagi sehabis mesin itu digunakan
secara maksimal pada kecepata dan beban tinggi. Bila dilakukan sembarangan
saja, mengakibatkan turbin, bantalan dan porosnya akan mendapatkan
pendinginan dari oli pelumas dan air pendingin.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Efek sampingnya, bantalan dan bagian yang ditopangnya dalam hal ini
poros, turbin dan kompresor akan cepat rusak. Putaran mesin diesel sebaiknya
dibiarkan langsam beberapa saat sebelum mesin dimatikan. Tujuannya agar
sirkulasi oli pelumas dan air pendingin tak berhenti seketika sehingga tehangan
temperature atau suhu yang terjadi pada poros, turbin dan bantalannya juga tak
menurun seketika. Membiarkan mesin berputar langsam poros turbin dan
komponen lain akan mendapat pendinginan yang efektif karena temperatur
gas buang saat itu tidak terlampau tinggi yaitu sekitar 300-400oc.
Penggunaan turbocharger
Untuk penggunaan dengan turbocharger exhaut manifold mesin diesel
dibagi sebagai berikut:
Mesin 4,6 silinder : dilengkapi dengan 2 buah saluran gas buang
(exhaust manifold).
Mesin 5,9 silinder : dilengkapi dengan 3 buah saluran gas buang
(exhaust manifold).
Mesin 7,8 silinder : dilengkapi dengan 4 buah saluran gas buang
(exhaust manifold).
Gambar (13)
Perlengkapan sistem turbocharger sebuah mesin diesel.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar (14)
Kontruksi dari turbocharger
Pada mesin diesel yang menggunakan turbocharger maka garis buang berada
di bawah garis isap. Hal ini disebabkan pada langkah isap, udara dimasukkan ke
dalam silinder oleh kompresor, sehingga memiliki tekanan yang lebih tinggi dibanding
tekanan atmosfir.
Gambar 15 : Siklus tekanan terbatas mesin diesel yang menggunakan turbocharger
Proses (0 1), langkah isap, dalam proses ini udara dipaksa masuk ke dalam
silinder oleh penghembus atau kompresor pada tekanan konstan, sehingga tekanan
pengisian lebih tinggi dibandingkan tekanan pengeluaran dari tekanan atmosfir. Dalam
hal ini udara seolah-olah melakukan kerja sebesar :
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Vo) - (Vi Po j
1-Wo
Positif berarti fluida kerja melakukan kerja.
Proses (1 2) langkah kompresi. Pada proses ini udara dimampatkan secara
isentropik (adiabatik dan reveriabel). Jadi kerja Q = 0 dan DS = 0 sehingga kerja yang
dilakukan adalah :
Ue- Ui DU j
2-W1
Negatif : Berarti fluida kerja dikenai kerja
W1 2 = Kerja pada langkah kompresi m/kg
J = Faktor pengubah satuan 4/7 mkg/kcal
Ui = Ue = Energi dalam kcal
Proses (2 3) pemasukan kalor pada volume konstan. Sesudah torak
mencapai TMA (Titik Mati Atas) kalor (Q2 3a) segera dimasukkan pada volume
konstan. Fluida kerja tidak melakukan atau dikenai kerja sehingga W/J = 0. Oleh sebab
itu
Q2 3a = U3a U2 = Gov (T3a T2) positif pemasukan kalor
Q2 3a = Jumlah kalor yang masuk. Kcal
Gov = Berat gas kalor spesifik. Kcal/oK
T3a dan T2 = Temperatur mutlak. oK
Proses (3a 3). Pemasukan kalor pada tekanan menurun. Jadi Q = 0 dan kerja
yang dihasilkan :
433 V - V DU- J
4 -W
Proses (4-5) proses pengeluaran kalor. Setelah torak mencapai TMB (Titik Mati
Bawah) maka sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder, sehingga temperatur
kerja dari fluida akan turun. Proses ini berlangsung pada volume konstan, maka kalor
yang dikeluarkan adalah :
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Q4 5 = DU = Gov (T4 T5) Negatif. Menyatakan kalor dari dalam silinder, atau
Q keluar = Gov (T4 T5)
Proses (5 6) langkah buang. Pada proses ini fluida kerja didorong keluar dari
dalam silinder pada tekanan konstan. Jadi fluida kerja sebesar :
J
U6)- (U5 P
J
6-W5
Selanjutnya proses proses ini akan berulang kembali dan apabila siklus
dijalani, siklus ini dinyatakan lengkap.
2.15 TEKANAN EFEKTIF RATA - RATA
Tekanan efektif rata-rata (Prata-rata) adalah kerja yang dihasilkan per siklus
dalam satu silinder dibagi volume langkah isap torak. Untuk mengetahui efek super
charging terhadap tekanan efektif rata-rata. Lebih dahulu ditinjau mesin diesel dengan
tanpa supercharging.
Prata-rata = V
W
VL
W
Dimana :
W = Kerja yang dihasilkan / siklus
V = Volume langkah
Kerja yang dihasilkan / siklus adalah
W = Qm mtu
Dimana : Qm = Jumlah kalor yang dimasukkan pad awaktu torak berada
pada titik mati atas (TMA)
mtu = Efisiensi thermal dari siklus udara
Sehingga dengan menggabungkan persamaan (1) dan (2) didapat :
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Prata-rata = 21 VV
tuQm
Dimana : V1 = Volume silinder
V2 = Volume ruang bakar
Dengan menggunakan supercharger atau turbocharger mesin menjadi
supercharging atau turbocharging sehingga volume udara yang diisap bertambah.
Dengan bertambahnya udara maka tekanan rata-rata (Pe) semakin besar untuk
beberapa motor diesel 4 langkah putaran sedang yang menggunakan supercharger
atau turbocharger. Pe bisa mencapai 20 kg/cm2. Bahkan pada motor diesel putaran
tinggi bisa mencapai 17 kg/cm2. Dalam hal ini tekanan isap sekitar 3 kg/cm3. Dengan
penggunaan supercharger atau turbocharger temperatur udara akan naik, sehingga
menyebabkan turunnay volume udara (V). namun dengan dipergunakannya alat
pendingin (intercooler) kerugian (turunnya harga Y) tersebut dapat diimbangi.
Dengan bertambahnya Pe berarti kalor yang dihasilkan setiap langkah juga
lebih besar, sehingga kepala silinder, katup-katup, dudukan katup dan kepala torak
akan bertambah panas. Untuk itu diperlukan konstruksi mesin yang lebih bagus
disamping memperpanjang komponen-komponen tersebut dengan udara segar yang
dimasukkan sewaktu langkah isap.
2.15.1 Power Output
Dengan penggunaan supercharging pada motor diesel 4 langkah akan
membuat tenaga yang dihasilkan (power output) dari mesin tersebut lebih kasar untuk
setiap siklus kerja dibandingkan dengan mesin diesel 4 langkah tanpa supercharging
atau turbocharging. Hal ini bisa dicapai, karena dengan penggunaan supercharging
didapat keuntungan keuntungan lebih besar sehingga :
1. Udara yang diinduksi setiap siklus kerja lebih besar, sehingga menambah volume
isap
2. Efisiensi mekaniknya akan lebih besar
3. Selama proses pertukaran gas, sejumlah kerja yang dilakukan, dihasilkan kembali
pada supercharger atau turbocharger.
4. Dengan supercharging mengakibatkan temperatur gas lebih bersih dan berkurang
dalam silinder. Berkurang gas sisa akan membantu dalam pembakaran dan
memperbaiki efisiensi volumetrik.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Dengan bertambahnya volume udara yang diinduksi setiap siklus, akan
menambah faktor kelebihan udara yang akan menyebabkan makin banyak bahan
bakar yang dapat dibakar. Hal ini akan membuat bertambahnya daya yang dihasilkan.
Faktor kelebihan udara ( ) ini dapat dicari dengan persamaan di bawah ini :
= st
bb
ud
R
G
G
Dimana : Gud = Berat udara yang dimasukkan
Gbb = Berat bahan bakar
Rst = Perbandingan udara bahan bakar stoikonometri
Harga Rst ini adalah
Rst = bb
ud
G
G
Sehingga dengan bertambahnya Gud akan menambah perbandingan faktor kelebihan
udara ( ).
Pada gambar memperlihatkan pengaruh dari supercharging terhadap tenaga
yang dihasilkan dan efisiensi kerja dari sebuah mesin. Dari gambar tersebut dapat
dilihat bahwa daya yang dihasilkan maximum pada perbandingan supercharging
sekitar 2 3.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Diagram efek supercharging pada daya dan effisiensi
2.15.2 Efisiensi Mekanik
Pertambahan tekanan pada supercharging akan menambah muatan gas dan
oleh sebab itu dibutuhkan komponen komponen dari mesin yang lebih kuat serta
bertambahnya luas ukuran mesin. Untuk membuat komponen-komponen dari mesin
yang lebih kuat, sudah tentu akan menambah berat dari komponen tersebut. Hal ini
akan menambah tenaga gesek dari komponen mesin yang bersentuhan /
bersinggungan. Tetapi dengan penggunaan supercharging akan menambah bmep jauh
lebih besar jika dibandingkan dengan pertambahan tenaga gesek. Sebagai gambaran,
pada motor diesel 4 langkah dengan penggunaan supercharging akan menambah
tenaga gesek sebesar 7,5% namun untuk bmep-nya bertambah 40% untuk
supercharging 60% sehingga efisiensi mekanik dari motor diesel 4 langkah yang
menggunakan turbo charging lebih besar dibandingkan dengan yang tanpa
supercharging.
Pada gambar memperlihatkan efisiensi mekanik untuk motor diesel 4 langkah 6
silinder dengan menggunakan supercharging.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Diagram efisiensi mekanik dari mesin diesel supercharged
2.15.3 Efisiensi Volumetrik
Efisiensi volumetric adalah perbandingan berat udara yang diisap dengan
volume langkah torak untuk setiap langkah isap. Pada mesin diesel 4 langkah, jika
jumlah udara yang terisap pada kondisi isapnya sama dengan banyak volume langkah
toraknya disebut suatu yang ideal. Efisiensi volumetric dapat didefinisikan dengan
persamaan berikut :
(P.T) padarak langkah to olumesebanyak vsegar udaraBerat
(P.T) pada sapsegar teri udaraBerat V
Besarnya efisiensi volumetrik tergantung pada kondisi isap (P.T) yang
ditentukan. Namun efisiensi ideal (harga perbandingan di atas = 1) tidak akan tercapai
pada kondisi tanpa supercharging. Hal ini disebabkan beberapa faktor diantaranya
dengan pemakaian saringan udara pada saluran masuk yang menghambat sebagian
udara yang diisap, sehingga (P.T) sesudah saringan menjadi lebih rendah dari pada
(P.T). Pada motor diesel 4 langkah. Pada kondisi tanpa supercharging, besarnya
efisiensi volumetrik berkisar 0,80.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Dengan supercharging, jumlah udara yang dimasukkan akan lebih besar dari
pada mesin yang tanpa supercharging. Efisiensi volumetrik pada kondisi supercharged
dapat didefinisikan dengan persamaan di bawah ini :
edsuperchargkeluar saluran kondisi padadiukur yang
rak langkah to olumesebanyak v udaraJumlah
siklusper terisapyangsegar udaraJumlah U
Dengan bertambahnya jumlah udara yang diisap pada pemakaian
supercharging akan menaikkan efisiensi volumetrik dan harganya di atas 0,8.
2.16 . PEMAKAIAN BAHAN BAKAR
Tenaga untuk men gerakkan supercharger besarnya berbeda untuk setiap
supercharging. Jika supercharger digerakkan secara langsung oleh mesin. Sebagaian
tenaga yang dihasilkan oleh mesin akan digunakan untuk menggerakkan
supercharger. Namun sebagian tekanan muatan dari supercharger tidak digunakan
sepenuhnya. Ini akan mengakibatkan kerugian. Dengan demikian pemakaian bahan
bakar spesifik secara mekanik menggerakkan supercharger akan kelebihan pada
sebagian muatannya. Pad amotor diesel 4 langkah dengan menggunakan
supercharging pemakaian bahan bakar spesifik lebih rendah dibandingkan dengan
mesin dalam kondisi tanpa supercharger. Ini disebabkan karena pembakarannya lbih
baik dan bertambahnya efisiensi mekanik. Pada supercharger yang penggeraknya
adalah gas buang dari mesin tidak membubuhkan usaha dari mesin, dan dengan
menggunakan gas buang tersebut dapat dimanfaatkan kerugian panas sebesar 5%.
Dengan demikian akan bertambah efisiensi mesin, sehingga mengakibatkan
pemakaian bahan bakar dapat dikurangi. Hal di atas berlawanan dengan penggunaan
supercharging pada mesin otto, dimana pemakaian bahan bakar lebih besar jika
dibandingkan dengan mesin dalam kondisi tanpa supercharger. Hal ini disebabkan
karena tekanan efektif di dalam silinder akan naik dan ini dapat menyebabkan knoking
dan preigtation.
Pada gambar memperlihatkan perbandingan pemakaian bahan bakar dari
supercharger yang berbeda.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Gambar
Diagram perbandingan pemakaian bahan bakar dari mesin dengan supercharger yang
berbeda
2.17 BAHAN BAKAR
Bahan bakar adalah bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses
pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran panas.
2.17. 1 Jenis jenis Bahan Bakar
Bahan bakar yang biasa digunakan di Industri Kilang minyak adalah sebagai berikut
:
a. Gas
Gas sebagai bahan bakar bisa diperoleh dari product Refinery (Refinery Off gas)
dan dari gas alam (Natural gas).
b. Naphtha
Pada umumnya dipakai sebagai bahan bakar di Hydrogen Plant disamping
Refinery Off gas dan Natural gas.
c. LPG
Dapat dipakai sebagai bahan bakar dengan cara diuapkan terlebih dahulu di
Vaporizer dan biasanya digunakan sebagai back up / cadangan / alternative
terakhir jika Refinery Off gas dan Natural gas tidak mencukupi atau pada saat
start up Kilang.
d. Diesel / Kerosene
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Pada umumnya dipakai untuk Boiler, pembangkit listrik, mesin turbin dan
biasanya dipakai pada saat initial start up mesin gas turbin.
e. Fuel Oil
Biasanya terdiri dari fraksi berat (Residue, Slurry atau Decant Oil) baik secara
individual maupun blendingan dengan fraksi yang lebih ringan (distillate),
biasanya digunakan di furnace dan Boiler.
2.17. 2 Komposisi Bahan Bakar
Bahan bakar umumnya tersusun dari unsur-unsur :
C (karbon),
H (hidrogen),
O (oksigen),
N (nitrogen),
S (belerang),
Abu, dll
combustible matter : unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu
unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan panas,
non-combustible matter : Unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar
namun tidak dapat terbakar adalah O, N, bahan mineral atau abu dan air.
Berikut komposisi beberapa komponen bahan bakar gas (fuel gas system) yang ada
di Kilang UP-VI Balongan, sbb
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
2.17. 3 Sifat sifat Bahan Bakar
a. Nilai Bakar atau Heating Value
Nilai bakar adalah panas yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna 1
kilogram atau satu satuan berat bahan bakar padat atau cair atau 1 meter kubik atau
1 satuan volume bahan bakar gas, pada keadaan standard.
Nilai bakar atas atau gross heating value GHV atau higher heating
value (HHV) adalah panas yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu
satuan berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar
gas, pada tekanan tetap, suhu 25oC, apabila semua air yang mula-mula berwujud
cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali.
Nilai bakar bawah atau net heating value NHV atau lower heating value
(LHV) adalah panas yang besarnya sama dengan nilai panas atas dikurangi
panas yang diperlukan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar dan air yang
terbentuk dari pembakaran bahan bakar .
NATURAL GAS UNTREATED OFF GAS UNSAT. OFF GAS FUEL GAS EXISTING FUEL GAS ex PLBB
ex DOH JBB 14-C-201 16-V-107 62-V-101 31-V-601
Hydrogen % Vol - 83.51 31.81 30.70 93.94
Nitrogen % Vol 3.01 0.58 5.08 3.86
Methane % Vol 82.95 5.43 30.30 41.04 1.36
Carbon Monoxide % Vol - 1.02 0.56
Carbon Dioxide % Vol 3.49 0.70 0.35 1.12
Ethylene % Vol 14.88 9.12
Ethane % Vol 3.80 1.72 10.85 7.61 1.38
Propane % Vol 3.60 2.07 0.49 1.42 1.17
Propylene % Vol 0.01 3.44 2.09
i-Butane % Vol 0.73 0.97 0.16 0.46 0.49
n-Butane % Vol 0.90 3.14 0.23 0.60 0.39
1+ i Butene % Vol 0.19 0.18
Trans-2-Butene % Vol 0.22 0.18
Cis-2-Butene % Vol 0.19 0.15
i-Pentane % Vol 0.32 0.26
n-Pentane % Vol 0.60 0.91 0.36 0.11 0.1
Hexane % Vol 0.94 0.52 0.39 0.47 0.91
Hydrogen Sulfide % Vol 0.47
Hydrogen Sulfide ppm Vol 7.82 25.00 33.60
H2O ppm Vol 2.17
100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
SG 0.7111 0.2801 0.6091 0.5828 0.1587
NHV BTU/Cuft 1,011 880 399
GHV BTU/Cuft 1,117 948 458
Mole Weight 20.58 7.95 17.64 16.89 4.6
KOMPOSISI UNIT
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Berikut table 3.2 HHV dan LHV komponen penyusus fuel gas system.
Nilai bakar dari bahan bakar di kilang utamanya ditentukan oleh ratio carbon/hydrogen.
Unsur hidrogen memiliki nilai bakar yang lebih tinggi dari unsur karbon. Maka, jika ratio
C/H lebih rendah berarti nilai bakar yang lebih tinggi.
Berikut curve hubungan antara H/C ratio dengan nilai kalor.
b. Kandungan Air di dalam Bahan Bakar
Air yang terkandung dalam bahan bakar padat terdiri dari :
kandungan air internal atau air kristal, yaitu air yang terikat secara kimiawi.
kandungan air eksternal, yaitu air yang menempel pada permukaan bahan dan
terikat secara fisis.
--0.621H2O
--0.967N2
--1.528CO2
2,4302,4300.967CO
10,70011,6002.63C3H12
10,80011,7002.07C4H10
10,70011,5002.03C4H8
10,90011,9001.56C3H8
10,80011,6001.50C3H6
11,20012,3001.05C2H6
11,10011,9000.975C2H4
11,80013,1000.55CH4
29,00034,4000.069H2
LHV
kcal/kg
HHV
kcal/kg
Spesific Gravity
(udara = 1.0)
Bahan bakar
--0.621H2O
--0.967N2
--1.528CO2
2,4302,4300.967CO
10,70011,6002.63C3H12
10,80011,7002.07C4H10
10,70011,5002.03C4H8
10,90011,9001.56C3H8
10,80011,6001.50C3H6
11,20012,3001.05C2H6
11,10011,9000.975C2H4
11,80013,1000.55CH4
29,00034,4000.069H2
LHV
kcal/kg
HHV
kcal/kg
Spesific Gravity
(udara = 1.0)
Bahan bakar
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Air dalam bahan bakar cair merupakan air eksternal, berperan sebagai pengganggu.
Air dalam bahan bakar gas merupakan uap air yang bercampur dengan bahan bakar
tersebut.
Air yang terkandung dalam bahan bakar menyebabkan penurunan mutu bahan bakar
karena:
Menurunkan nilai bakar dan memerlukan sejumlah panas untuk penguapan,
Menurunkan titik nyala,
Memperlambat proses pembakaran, dan menambah volume gas buang.
Keadaan tersebut mengakibatkan:
Pengurangan efisiensi heater / boiler
Menambah biaya perawatan
Menambah biaya transportasi, merusak saluran bahan bakar cair (fuel line) dan
ruang bakar.
c. Titik Nyala (flash point temperature)
Titik nyala adalah temperatur terendah di mana uap-uap yang terbentuk dari suatu
bahan bakar dapat terbakar tanpa bahan tersebut sendiri terbakar.
d. Titik Bakar (fire point temperature)
Titik bakar adalah temperatur di mana bahan bakar yang dinyalakan akan terbakar
terus menerus (biasanya kira-kira 30 - 40C lebih tinggi dari titik nyala).
e. Titik Sulut (Auto-igntion temperature)
Apabila campuran bahan bakar dimasukkan kedalam ruang bakar dan secara
bertahap dipanasi, maka akan terbakar dengan sendirinya pada suhu tertentu, suhu
ini disebut self ignition temperature atau titik sulut
Titik sulut adalah suhu terendah di mana bahan dapat terbakar dengan sendirinya.
Biasanya "temperatur operasi" lebih rendah dari titik sulut suatu bahan yang mudah
terbakar .
Berikut tabel 3.3 flash point dan autoignition beberapa komponen fuel gas.
Bahan bakar Flash point
oC
Autoignition
oC
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Methan - 188 537
Ethan -135 472
Propan -104 470
Butan -60 365
n-Oktan
I - Oktan
10
-12
206
418
n-Cetan 135 205
methanol 11 385
Ethanol 12 365
f. Viskositas atau Kekentalan
Viskositas merupakan sifat bahan bakar (fuel oil) yang sangat penting yaitu
memungkinkan bahan bakar tersebut dapat dipompakan atau tidak (pumpable) dan
mudah dinyalakan atau tidak (flamable).
Fuel oil di jaga viskositasnya sekitar 25 44 cSt.
Untuk menjaga viskositas tersebut dengan cara mengkondisikan temperatur tanki
fuel oil tetap terjaga dengan coil pemanas dan menjaga temperatur supply (100
110oC) menggunakan heat exchanger dengan media pemanas steam.
g. Kadar Belerang (sulfur content)
Di dalam bahan bakar terdapat sulfur yang ikut bereaksi pada proses pembakaran
dengan reaksi sbb :
S + O2 SO2
2 SO2 + O2 2 SO3
Selanjutnya SO2 dan SO3 bereaksi dengan uap air (H2O) yang berasal dari udara
pembakaran maupun dari bahan bakarnya sendiri .
SO2 + H2O H2SO3
2 SO3 + H2O H2 SO4
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Hasil reaksi tersebut di atas terikut dalam flue gas hasil pembakaran sehingga
mempunyai sifat korosi asam. Namun tingkat korosi flue gas tersebut tergantung dari
:
- Konsentrasi SO3 dan H2O.
- Temperatur flue gas to stack, selalu dijaga lebih tinggi dari dew point temperatur.
Kemudian sifat sifat bahan bakar yang lainnya seperti :
- Berat Jenis (Spesific Gravity)
- Kandungan volatile matter (VM)
- Kandungan Abu (Ash Content), dll.
2.18. PROSES PEMBAKARAN
2.18.1. Reaksi pembakaran / combustion
Pembakaran adalah reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang
menghasilkan berbagai produk pembakaran (salah satunya gas buang) dan
menghasilkan panas
Reaksi yang menghasilkan panas disebut eksotermik.
Karena komposisi kimia bahan bakar pada umumnya merupakan ikatan
hydrocarbon yang terdiri dari karbon (C) dan hydrogen (H), maka reaksi yang terjadi
dalam proses pembakaran adalah sebagai berikut :
C + O2 CO2 + 32840 kJ/kg karbon
2 H2 + O2 H2O + 119440 kJ/kg hydrogen
reaksi tersebut diatas adalah reaksi pembakaran sempurna, pada umumnya, oleh
karena pengelolaan bahan bakar yang kurang baik, suplai udara pembakar yang
tidak cukup atau hal-hal lainnya, maka dapat menyebabkan terjadinya pembakaran
tidak sempurna, sehingga persamaan reaksinya menjadi sebagai berikut :
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
C + O2 CO + 9290 kJ/kg Karbon
2 H2 + O2 H2O + 119440 kJ/kg hydrogen
Berdasarkan persamaan-persamaan reaksi tersebut diatas menunjukan
adanya reaksi tidak sempurna akan menyebabkan nilai kalor yang dihasilkan
menjadi lebih kecil, tidak effisien, beracun (CO) dan menghasilkan partikel-partikel
karbon yang terikut di dalam flue gas dan dapat menyebabkan polusi udara.
Pada operasi furnace indikasi lain sebagai parameter bahwa pembakaran
tersebut tidak sempurna adalah warna flame kemerahan dan tampak berasap dari
stack / cerobong.
Untuk memperoleh reaksi pembakaran yang baik diperlukan:
a) Perbandingan tertentu antara bahan bakar dengan udara.
b) Pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan udara.
c) Permulaan dan kelangsungan penyalaan campuran.
2.18.2. Syarat syarat Terjadinya Proses Pembakaran.
Berada dalam explosion limit
Bahan bakar dalam fase gas dan oksigen harus tercampur sempurna.
Perbandingan bahan bakar dan oksigen harus berada dalam explosion limits
Adanya Energi penyalaan (ignition energy)
Campuran bahan bakar harus dapat dinyalakan.
Memulai reaksi pembakaran diperlukan energi penyalaan.
Jika panas yang dibutuhkan kecil, maka percikan api dari busi sudah cukup,
sedangkan jika panas yang dibutuhkan besar karena bahan bakar harus diuapkan
maka diperlukan nyala api yang cukup besar.
Pada proses pembakaran, uap akan bereaksi dengan oksigen sedemikian rupa,
sehingga pada bidang antar-muka udara-bahan tidak timbul gelombang tekanan
melainkan api.
Dalam hal ini bahan bakar yang panas dapat menyebar ke lingkungan di sekitamya.
Agar Pembakaran dapat terus berlangsung, maka syarat-syarat berikut harus
terpenuhi:
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Bahan bakar yang cukup
Oksigen yang cukup
Temperatur yang cukup tinggi
Bila salah satu dari faktor-faktor tersebut tidak terpenuhi, maka proses pembakaran
tidak mungkin terjadi.
2.18.3. Kebutuhan Udara Pembakaran
a. Kebutuhan Udara Teoritis
adalah jumlah udara yang dibutuhkan per kilogram bahan bakar yang
mengandung oksigen tepat habis membakar bahan bakar. Gas buang tidak lagi
mengandung oksigen, disupply ke furnace melalui primary air register.
Umumnya, tidak mungkin membakar bahan bakar dengan kebutuhan udara
teoritis. Hal ini karena tidak mungkin memperoleh campuran ideal bahan bakar dan
udara. Namun, jika pembakaran dilaksanakan dengan kebutuhan udara teoritis,
maka :
gas buang akan mengandung sebagian bahan bakar yang tidak terbakar dan
karbon monoksida (CO).
Kehilangan energi krn panas ikatan kimia tdk sepenuhnya digunakan.
Gas buang akan mengandung bahan-bahan pencemar lingkungan /
environmental pollution.
Untuk setiap komponen dari bahan bakar dapat dihitung kebutuhan oksigen
teoritis untuk pembakaran sempurna.
Sebagai contoh akan dihitung nilai pembakaran metana (CH4). Reaksi
pembakarannya sbb:
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + panas
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
(16) + (64) (44) + (36)
1 kmol methana bereaksi dengan 2 kmol oksigen menghasilkan 1 kmol carbon
dioxida dan 2 kmol air (uap).
Persamaan Reaksi menunjukkan :
16 kg CH4 membutuhkan 2 * 32 = 64 kg O2.
secara teoritis oksigen yang diperlukan adalah 4 kg oxygen /kg methana. kebutuhan
udara teoritis adalah 1/0.21 * 4 kg = 19.05 kg udara per kg methana.
spesifikasi Bahan Bakar Gas ( Natural Gas)
Komposisi Unit Jumlah
Nitrogen (N2) % Vol 3,01
Metana (CH4) % Vol 82,95
Butana (C4H10) % Vol 1,63
Etana (C2H6) % Vol 3,6
Propana (C3H8) % Vol 3,8
Carbondioksida (CO2) % Vol 3,49
Pentana (C5H12) % Vol 0.6
Hexana (C6H14) % Vol 0,92
Hidrogen Sulfida (H2S) Ppm 7,82
H20 Ppm 2,17
SG Kg/m3 0,711
LHV Btu/cuft 1.001
HHV
Tabel 3.4. S Btu/cuft
1.117
Mole Weight 20,571
Sumber : Pertamina
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
2.19. BERAT MESIN
Dengan supercharging, berat mesin akan bertambah,hal ini disebabkan oleh
berat komponen komponen supercharger atau turbocharger itu sendiri ditambah
berat mesin yang membutuhkan kontruksi yang lebih kuat. Selain itu mesin juga
membutuhkan tempat yang lebih luas dibandingkan dengan mesin tanpa
supercharging. Sebagai contoh mesin dengan menggunakan supercharger atau
turbocharger berat komponen komponen di bawah 8% dari mesin itu sendiri. Namun
jika di bandingkan pada pertambahan daya dengan penggunaan turbocharging yang
bias mencapai 50% maka tambahan berat mesin tersebut dapat ditutupi. Untuk itu
dalam mendisain turbocharger atau supercharger, diusahakan bentuknya simple
supaya tidak terlalu berpengaruh terhadap berat mesin tersebut, karena dibidang
otomitif berat mesin merupakan suatu pertimbangan yang sangat penting.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 MAKSUD DAN TUJUAN PENELITIAN
Maksud dan tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui bentuk kemampuan
yang baik bagi turbocharger jenis Duetz dan menambah wawasan dalam memahami
karakteristik turbin gas (turbocharger) sebagai sumber penghasil tenaga listrik.
3.2 METODE PENELITIAN
Data merupakan faktor yang sangat penting dalam menentukan suatu analisa
dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir, penulis memperoleh data dengan cara
sebagai berikut :
3. Studi pustaka
Pada metode ini penulis memperoleh data-data dengan mempelajari buku-
buku serta dokumen-dokumen yang menunjang dan dapat digunakan
sebagai landasan masalah pokok dari tugas akhir ini.
4. Studi lapangan
Dalam riset ini penulis mendapat data-data dengan mengikuti langsung
pengujian motor turbin gas (turbocharger) pada saat mesin memasuki start
awal pada saat belum memiliki beban sampai memiliki beban.
3.3 SIKLUS TERMODINAMIKA TURBOCHARGER
Siklus termodinamika pada mesin diesel biasanya disebut dengan siklus diesel
atau siklus tekanan konstan, yaitu siklus yang hampir mirip dengan siklus otto tetapi
proses pembakaran kalornya berlangsung pada tekanan tetap atau konstan.
Motor bakar penyalaan kompresi atau mesin diesel yang menggunakan
turbocharger mempunyai perbandingan pemampatan yang lebih tinggi dari motor
bakar lain yang menggunakan penyalaan cetus api seperti motor bensin tetapi
perbandingan kompresinya itu akhirnya dibatasi oleh tekanan maksimum yang
diizinkan karena alasan struktural dan getaran. Jadi untuk mendapatkan keluaran
spesifik yang lebih tinggi dalam satuan daya kuda per liter perpindahan piston, motor
bakar penyalaan pemampatan atau kompresi yang menggunakan turbocharger akan
beroperasi pada siklus campuran.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Siklus campuran disebut juga siklus terbatas, yaitu siklus gabungan antara
siklus otto dengan siklus diesel, dengan pemasukkan kalor dari siklus terjadi pada
volume dan tekanan konstan.
Gambar 15 : Siklus tekanan terbatas mesin diesel yang menggunakan turbocharger
3.4 PERHITUNGAN TURBOCHARGER
Turbocharger memiliki dua komponen utama yaitu turbin dan kompresor digerakkan
oleh gas buang dari motor bakar.
Di bawah ini merupakan diagram idealisasi dari diesel engine tanpa menggunakan
turbocharger dan dengan menggunakan turbocharger.
Gas Air-Mixer
Gas
Mixture
Colled
C T
Exhaust
T1 = 34
T4
T3
T2
T2'
Combution Chamber
P3
P2
P1 = 0,98
T2S
q
q
1
qmf
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
c T
CCT2'
resever
P-5
P-6
T2
T3
Perbandingan kompresi atau rasio tekannya
rpc = 1
2
P
P
P2 = P1
/K1K
1
1
2
T
T
Temperatur isentropis udara keluar kompresor
C TT
TT
12
1
1
2
T2 T1 = (T21 T1) / C
Temperatur udara keluar dari kompresor
T2 = T1 x rpc (K-1)/K (K)
K = Cp/Cv
Kerja isentropis yang dibutuhkan kompresor
WC = Cpa . pi (T2 T1)
Cp = Panas jenis tekanan konstan kJ/kg.K
Cv = Panas jenis pada volume konstan kJ/Kg.K
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Temperatur aktual yang terjadi
T2 = T1 + C
TT 12S
T41 = T3
2S
1
T
T
T4 = T3 t (T3 T41)
Q1 = Cp (T3 T2)
Q2 = Cp (T1 T4)
1/
1/
1
2
1
4
3
1
1
2 Tp P
P
T
T
T
T
Kerja spesifik
Wnet = Q1 Q2
= WT WC
Tekanan (pressure)
P3 = P2 1
2
T
T
P4 = P3 1
2
P
P
Daya yang dilakukan turbin
WT = ma Cp (T3 T4)
Wt = ma (h3 h4)
Effisiensi kompresor
C =
12
1
1
2
TT
TT
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Effisiensi lantropis turbin
t =1
43
43
TT
TT
Efisiensi cycle
cycle = 1 1)/-(rp
1
= 1 1)/-(1
4
1 rp . T
T
Efisiensi dari (T.P) ratio tekanan
Ratio kerja
rw = WT
Wnet
= WT
WC- WT
= 1 - 1)/-(rp
T3
T1
T
P
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
Efisiensi termis teoritis
= 1
K/1-K
1
2
P
P
atau
= 1 1
43
1
1
4
TT
TT
Efisiensi kompresor dan turbin
rpout = 1)m(
1
3 T
TT . C
rpmax = 1/2
13
1t1/1T3/T11
TT
Jumlah aliran udara = netW
P
W = (mf + ma) CP (T3 T4)
Kecepatan dari arus keluar gas
mex = ma + mf
mf = ma mg
Turbin power
WT = mex + CPex x (T3 T4)
Kompresor power
Wc = ma cp (T2 T1)
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
saran
MULAI
TINJAUAN
PUSTAKA
PENGUMPULAN DATA
PENGOLAHAN DATA
PERHITUNGAN BEBAN
PENDINGIN
HASIL DAN ANALISIS
KESIMPULAN DAN
SARAN
SELESAI
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian
DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar,Wiranto dan Koichi Tsuda ; Motor Diesel Putaran Tinggi.
Jakarta : Penerbit pradnya paramita, 1983.
2. Arismunandar,Wiranto ; Penggerak Mula Motor Bakar Torak Bandung : ITB
1988.
3. Karyanto vol 1. Perlengkapan mesin diesel.
4. Pelatihan, Pemeliharaan dan Perbaikan Perangkat Industri pada Motor Diesel
( Power Generator ) M & R ITB Bandung.
5. Jurnal teknik mesin. Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra
Surabaya. Vol.3. No.1 april 2001.
6. Tata Mc Graw Hill. Publishing Company limited Power Plant engineering.
7. Bambang prambodo. (tans). V.L.Maleev, operasi dan pemeliharaan mesin
diesel. Jakarta. Erlangga. 1986.
8. Kates, edgar j.Diesel and High compression Gas engine fundamental.
Bombay, india D.B. Tarapotevale sons and co private limited 1986.
9. DR. Ir. FILINO HARAHAP, M.Sc. Termodinamika teknik, PENERBIT
ERLANGGA. Jl.Kramat IV no.11 jakarta 10430 (anggota IKAPI).
10. Sutanto. (Trans). S.C.Dikon.Mekanika Fluida Ternodinamika Mesin Turbo.
Tugas Kelompok Metodologi Penelitian