JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN JUDUL TULISAN

Momentum, Vol. 1, No. 1, April 2005 : 1 - 4Pengaruh Turbocharger Terhadap Daya Pada Motor Diesel

(H. Purwanto)

PENGARUH TURBOCHARGER TERHADAP DAYA PADA

MOTOR DIESEL

H. Purwanto*)Abstrak

Internal Combustion Engine atau motor pembakaran dalam adalah mesin kalor untuk mengubah energi sehingga energi tersebut dapat dimanfaatkan langsung oleh manusia yang salah satu jenisnya adalah motor bakar diesel. Motor bakar diesel ini manfaat dan penggunaannya besar sekali bagi manusia untuk mengubah energi kimia (termal) menjadi energi mekanik (gerak). Untuk meningkatkan daya/tenaga dapat digunakan sebuah alat yang disebut turbocharger yaitu sebuah blower yang digerakkan oleh gas sisa pembakaran untuk memberikan tekanan pada udara masuk pembakaran sehingga memberikan tekanan awal yang lebih tinggi dari pada tekanan normal. Dalam analisa ini dengan penambahan turbocharger untuk mesin diesel 4 langkah 3000 cc, 1300 rpm, 4 silinder segaris akan meningkatkan daya motor dari 74,5264 hp menjadi 150,4516 (belum termasuk rugi-rugi turbo).

Kata kunci : Motor Diesel, Turbocharger, Daya.

Pendahuluan

Salah satu penggerak mula yang banyak digunakan adalah mesin kalor yaitu mesin yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran, proses fisi bahan bakar nuklir, atau proses lain. Ditin- jau dari cara memperoleh energi termal mesin kalor dibagi menjadi dua golongan, yaitu mesin pembakaran dalam dan mesin pembakaran luar.

Mesin pembakaran dalam pada umumnya dikenal dengan motor bakar, dalam kelompok ini terdapat motor bakar torak, sistim turbin gas dan porpusi pancar gas. Proses pembakarannya berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga as hasil pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.

Motor bakar torak menggunakan satu atau beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang dapat bergerak bolak-balik (translasi) karena proses pembakaran. Di dalam silinder itulah pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari proses penghisapan dari luar silinder terjadi. Gerak bolak balik torak akan diteruskan batang penghubung (conecting rod) ke poros engkol, oleh poros engkol gerak tersebut diubah menjadi gerak putar (rotasi).

Gerak translasi dan rotasi yang akhirnya menghasilkan daya yang selanjutnya disebut daya motor disebabkan tekanan pembakaran yang sangat besar pada temperatur tinggi. Besar kecilnya daya motor dapat dipengaruhi oleh :

1. Tekanan pembakaran

2. Volume langkah atau volume mesin

3. Efesiensi mesin (rugi gesek), rugi fluida, dan (rugi pembakaran)

Perumusan Masalah

Untuk dapat meningkatkan daya motor dapat dilakukan dengan menambah tekanan pembakaran sampai batas tertentu tanpa me- rubah volume mesin. Maka penulis meneliti secara analitis matematis dengan penambahan tekanan awal pembakaran.

Batasan Masalah

Berkenaan dengan banyaknya jenis motor bakar torak dan sistim pemasukan udara tekan awal maka penulis membatasi objek penelitian dengan batasan sebagai berikut :

1. Pengkajian dilakukan pada motor bakar torak

2. Motor bakar torak dengan bahan bakar solar motor diesel

3. Dalam satu siklus terjadi 4 langkah proses / motor 4 tak

4. Siklus termodinamika dengan tekanan dan suhu masing - masing proses.

5. Tanpa memperhatikan proses pendinginan mesin

Metodologi Penelitian

Penelitian dilakukan dengan metode literatur dan mengunakan analisa matematis dengan membandingkan data teoritis antara mo- tor diesel yang tidak menggunakan turbocharger dengan motor diesel yang menggunakan turbocharger.

Tinjauan Pustaka

1. Motor Bakar Diesel

Motor diesel merupakan jenis motor pembakaran dalam yang merubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik melalui proses pembakaran menganut prinsip termodinamika.

Motor diesel empat langkah (4-tak) adalah motor diesel yang dalam satu siklusnya terjadi empat proses atau langkah yaitu langkah pengisapan udara, langkah kompresi, langkah usaha/ expansi, dan langkah pembuangan sisa pembakaran.

Langkah pengisapan yaitu suatu proses dimana torak bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB). Pada proses ini katub yang ditutup dan katub isap dibuka yang pengaturannya dilakukan oleh poros nok yang telah disinkronkan dengan putaran engkol. Sehingga tekanan udara didalam silinder lebih rendah dibandingkan tekanan udara luar, maka udara akan terhisap ke dalam silinder.

Langkah kedua yaitu langkah kompresi dimana torak dari TMB ke TMA dimana kondisi kedua katub tertutup. Udara yang berada di dalam silinder akan terkompresi sehingga tekanan di dalam silinder menjadi besar dan temperatur menjadi tinggi. Pada beberapa saat torak sebelum mencapai TMA disemprotkan solar dengan tekanan yang sangat tinggi kedalam silinder dengan kondisi udara yang terkompresi sehingga akan terjadi pembakaran dengan sendirinya.

Langkah ketiga adalah lang kah expansi dimana tekanan yang sangat tinggi didalam silinder akan mendorong torak yang telah sampai pada TMA menuju TMB, langkah ini disebut dengan langkah usaha karena dari keempat langkah hanya langkah expansi ini yang menghasilkan daya dari proses pembakaran sedangkan ketiga langkah lainnya justru memerlukan daya.

Langkah pembuangan adalah langkah torak dari TMB ke TMA, pada langkah ini katub buang dibuka dan katup isap ditutup sehingga udara sisa pembakaran akan dipompa keluar mesin. Proses ini akan berulang secara terus menerus, untuk kerja awal dibutuhkan stater dan setelah itu energi atau daya dari langkah expansi akan disimpan dalam roda gila untuk langkah isap kompresi dan buang dan sisanya akan menghasilkan daya netto motor diesel.

2. Siklus Termodinamika

Motor diesel empat langkah mengacu pada siklus diesel empat langkah dan untuk memu- dahkannya dibuat diagram tekanan-volume (PV) teoritis (gambar 1).

Tekanan akhir kompresi

Pc = Pa . (() n1

(1)dimana:

Pa = Tekanan awal kom- presi

( = Perbandingan kom- presi

Temperatur akhir kompresi

Tc = Ta . (() n1-1

(2)Dimana :

Ta = Temperatur awal kompresi

Temperatur akhir pembakaran

{(( . QL)/ [(sup. Lo 1 + (r)]} + (Mcv)a . Tc = ( (Mcv)g . Tz.

(3)Tekanan hasil pembakaran

Pz = Pc . ( . (Tz/Tc)

(4)Dimana :

( = efisiensi bahan bakar

Tekanan akhir expansi

Tb= Tz / (( n2-1)

(5)Tekanan akhir kompresi

Pb= Pz / (( n2)

(6)3. Turbocharger

Turbocharger adalah sebuah kopel dari dua mesin yaitu antara turbin gas dan blower.

Turbin dihubungkan dengan saluran pembuangan motor diesel (Exhaust Manipol) melalui saluran pipa buang. Sisa pembakaran yang masih mempunyai tekanan cukup tinggi dimanfaatkan untuk memutar sudu-sudu turbin. Turbin berfungsi sebagai penggerak blower dengan sudu-sudunya berfungsi untuk udara luar dan menekan dengan paksa udara masuk ke dalam silinder.4. Bahan Bakar Solar

Bahan bakar yang digunakan adalah solar dari jenis alkana dengan rumus kimia C16H34 komposisi atom C dan H dalam solar tersebut adalah:

Prosentase Carbon (C) = 84,96%C

Prosentase Hidrogen (H)= 15,04%H

Sedangkan udara mempunyai komposisi (fraksi volume);

Oksigen (02) = 21 %

Nitrogen (N2) =79%

Dan nilai kalor untuk solar = 10100 kkal/k

Analisa Data

1. Perhitungan termodinamika motor diesel tanpa turbocharger

Dalam perhitungan termodinamika kita asumsikan fluidanya adalah gas ideal dan tekanan awal udara isap sama dengan tekanan udara luar yaitu 1 kg/cm2 . Dari hasil perhitungan diperoleh data dan grafik berikut.

(Gambar 3. Grafik Termodinamika hasil per- hitungan tanpa turbocharger)

Tekanan awal kompresi = 0,925 kg/cm2

Temperatur awal udara kompresi = 299,5 0K dengan kenaikan komponen

politropik n = 1,38

Tekanan akhir kompresi = 35,301 kg/cm2

Temperatur akhir kompresi = 423 0K

Temperatur akhir pembakaran Tz = 856,03 0K

Tekanan hasil pembakaran Pz = 65 kg/cm2Temperatur akhir ekpansi Tb = 625,7 0K dengan harga komponen adiabatik 1,27

Tekanan akhir expansi P = 2,371 kg/cm2

Dengan menghitung karateristik kerja siklus maka daya motor diesel adalah 74,5 Hp dengan data/spesifikasi volume langkah 3000 cm0 4 silinder, putaran mesin n = 1300 rpm.2. Perhitungan termodinamika motor diesel dengan turbocharger

Turbocharger adalah sebuah alat untuk memberikan tekanan awal kompresi lebih tinggi dari tekanan awal udara luar sehingga diharapkan tekanan akhir kompresi akan lebih tinggi lagi yang pada akhirnya akan meningkatkan tekanan expansi sehingga dihasilkan daya yang lebih tinggi. Proses analisanya hampir serupa dengan memperhatikan beberapa faktor tertentu misalnya kekuatan bahan/kontruksi dari mesin diesel. Tekanan yang dihasilkan dari turbocharger adalah 1,19325 kg/cm2

Gambar 4. Grafik termodinamika hasil perhitungan dengan turbocharger

Tekanan awal kompresi = 1,1932 kg/cm2

Temperatur awal udara kompresi = 329,74 0K dengan kenaikan komponen polintropik n = 1,38

Tekanan akhir kompresi = 45,53 kg/cm2

Temperatur akhir kompresi = 798 0K

Temperatur akhir pembakaran Tz = 1875,8 0K

Tekanan hasil pembakaran Pz = 101,12 kg/cm2Temperatur akhir ekpansi Tb = 874,7 0C dengan harga komponen adiabatik 1,27

Tekanan akhir expansi P = 3,863 kg/cm2

Dengan menghitung karateristik kerja siklus maka daya motor diesel adalah 150,4516 Hp dengan data/spesifikasi diesel yang sama yaitu volume langkah 3000 cm0 4 silinder, putaran mesin n = 1300 rpm.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil perhitungan maka dapat disimpulkan

1. Penggunaan turbocharger dapat menaikan tekanan dan temperatur pembakaran yang tinggi.

2. Untuk dapat meningkatkan daya pada motor diesel dapat digunakan turbocharger.3. Turbocharger dapat dipasangkan pada saluran buang motor bakar diesel.4. Dengan turbocharger peningkatan daya dari 74,52 hp menjadi 150,45 hp tanpa mem perhatikan rugi energi dalam turbocharger dan rugi material serta kontruksi mesin.

Daftar Pustaka

Aris Munandar, W. dan Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita Jakarta, 1983

Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Penerbit ITB Bandung

Ditzel, Fritz, Prof., Dipl., Ing dan Dakso Sriyono, Ir. Turbin, Pompa dan Kompresor, Penerbit Erlangga Jakarta, 1988

Holman JP., Perpindahan Panas, Erlangga jakarta, 1990

Khovakh M. Motor Vehiclr Engine, MIR Publisher Moskow, 1979

Maleev V.L., M.E., Dr., A.M., Internal Combustion Engine, Mc. Graw Hill Book Company, 1973

Niemann. G., Machine Element Design and Calculation in Mechanical Engineering, Alied Publisher PrivateLimited, India, 1987.

Petrosky. N., Marine Internal Combustion Engine, MIR Publisher Moscow, tampa tahun

*) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang

Jl Menoreh Tengah X/22 Semarang

EMBED AutoCAD.Drawing.15

EMBED AutoCAD.Drawing.15

EMBED AutoCAD.Drawing.15

Gambar 1 Diagram Siklus Motor Diesel 4 Langkah

EMBED AutoCAD.Drawing.15

Gambar 2 Turbocharge

41

_1173547538.dwg

_1173617320.dwg

_1173580820.dwg

_1173546328.dwg