Jurnal Dinamis Vol. I, No. 7, Juni 2010 ISSN 0216 - 7492

23

PENGARUH PENGGUNAAN TURBOCHARGER DENGAN

INTERCOOLER TERHADAP PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL

Mahadi

Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Abstract

The use of turbochargers with intercooler is to increase the engine power (30-80%), diesel engines with turbochargers can work more efficiently, if the engine has to work at an altitude of more than 1500 meters above sea level, the turbocharger is of significant importance in the effort to overcome losses caused by power by reduced atmospheric air density at the location. Power will increase by 66.1% with a turbocharger and intercooler uses the rotation 2500 rpm, with the number of cylinders and the dimensions of the same machine. Effective pressure - average increase of 66.4% at 2300 rpm with the spin machine that same.Torsi dimensions for motor diesel fuel was also increased by 60.8% at 2100 rpm with dimensional rotation engine specific fuel sama.Consumtion also decreased by 5.20% at 2100 rpm rotation for internal combustion engine with turbocharger and intercooler this. Power indicator on these diesel motor fuel increased by 62.6%. With this result may be said that the use of a turbocharger and intercooler is very efficient and very influential on the performance of the diesel engine. Keywords : turbocharger, intercooler and performansi

Abstrak

Penggunaan turbocharger dengan intercooler adalah untuk memperbesar daya motor (30 – 80%) , mesin diesel dengan turbocharger dapat bekerja lebih effisien, apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1500 meter diatas permukaan laut, turbocharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan oleh berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut. Daya akan meningkat sebesar 66,1 % dengan memakai turbocharger dan intercooler pada putaran 2500 rpm dengan jumlah silinder dan ukuran / dimensi mesin yang sama. Tekanan efektif rata – rata meningkat sebesar 66,4 % pada putaran 2300 rpm dengan dimensi mesin yang sama.Torsi untuk motor bakar diesel ini juga meningkat sebesar 60,8% pada putaran 2100 rpm dengan dimensi mesin juga sama.Konsumsi bahan bakar spesifik menurun sebesar 5,20 % pada putaran 2100 rpm untuk motor bakar dengan turbocharger dan intercooler ini. Daya indikator pada motor bakar diesel ini meningkat sebesar 62,6%. Dengan hasil ini boleh dikatakan bahwa penggunaan turbocharger dan intercooler sangat efisien dan sangat berpengaruh terhadap performansi motor bakar diesel tersebut. Kata kunci : turbocharger, intercooler dan performansi

I. PENDAHULUAN

Turbocharger adalah sebuah komponen yang berupa kompresor yang digunakan dalam mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan massa oksigen yang memasuki mesin. Kunci keuntungan dari turbocharger adalah peningkatan tenaga mesin. Ada

perbedaan dalam proses kerja antara supercharger dan turbocharger, yaitu pada penggerak impeler turbin dimana pada supercharger impeler turbin digerakkan oleh gerakan mekanik yang ditransfer dari putaran poros engkol, sedangkan pada turbocharger memanfaatkan gas buang sebagai penggerak impeler turbin.

Jurnal Dinamis Vol. I, No. 7, Juni 2010 ISSN 0216 - 7492

24

Tujuan utama penggunaan turbocharger dengan intercooler adalah untuk memperbesar daya motor (30 – 80%) boleh dikatakan bahwa mesin diesel dengan turbocharger dapat bekerja lebih effisien, apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1500 meter diatas permukaan laut, turbocharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan oleh berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut. Keuntungan memakai turbocharger pada metode tekanan konstan ialah :1). Fluktuasi pada turbin tidak ada. 2). Sangat efisien dan konsumsi bahan bakar yang ekonomis pada perbandingan tekanan kompresor dan turbin yang tinggi. 3).Kecepatan mesin tidak terbatas oleh gelombang tekanan pada saluran gas buang .4). Penentuan titik operasional dari turbin dapat lebih mudah. Kerugian memakai turbocharger pada metode tekanan konstan adalah : 1).Tidak seluruh Energi gas buang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin. 2).Ada sebagian energi yang hilang pada common large chamber 3). Membutuhkan saluran gas yang besar. 4). Kurang responsif pada beban. Bagian – bagian utama turbin turbocharger

Gambar1. Komponen Turbin Aliran Radial

1.1. Kompresor Kompresor adalah suatu alat pemampat / menaikkan tekanan udara diatas tekanan atmosfer. Pada keadaan ini kompresor didalam turbocharger ini berfungsi memampatkan udara / menaikkan tekanan udara yang dihisap dari udara sekitar. Kompresor disini digerakkan oleh turbin turbocharger, dimana turbin ini digerakkan oleh gas buang dari motor bakar. Pada studi ini fungsi dari kompresor itu untuk menaikkan tekanan efektif rata – rata yang berpengaruh terhadap performansi motor bakar tersebut.

Gambar.2.Bagian-Bagian Utama Kompresor Sentrifugal

Pada saat sekarang ini teknologi otomotif yang sedang berkembang itu adalah intercooler. Alat ini adalah peralatan sederhana di dalam sebuah mobil, tetapi memiliki fungsi yang luar biasa. Intercooler memiliki beberapa nama sebutan antara lain air cooler, after cooler dan charger cooler. Tetapi apapun namanya alat ini memiliki fungsi yang sama yaitu mendinginkan udara yang masuk keruang mesin.

Jurnal Dinamis Vol. I, No. 7, Juni 2010 ISSN 0216 - 7492

25

Gambar 3. Sistem Kerja intercooler tipe

air to air

Intercooler air to air adalah intercooler yang bekerja mendinginkan udara berdasarkan udara yang melewati kisi – kisinya. Sedangkan air to water adalah intercooler yang bekerja mendinginkan udara berdasarkan udara yang melewati kisi – kisinya yang juga di bantu dengan air yang melewatinya. Pada perencanaan turbocharger ini dipilih jenis intercooler air to air, karena memiliki efisiensi yang tinggi dan bentuknya dapat lebih mudah disesuaikan. Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh penggunaan Turbocharger dengan intercooler pada mesin diesel, analisa tersebut meliputi analisa Termodinamika pada turbocharger dan intercooler. II. METODOLOGI KAJIAN

2.1. Analisa Termodinamika Proses - proses termodinamika yang terjadi didalam motor bakar torak sangatlah kompleks untuk dianalisa menurut teori. Maka untuk memudahkan analisa proses tersebut, perlu dilakukan beberapa idealisasi yaitu : Fluida kerja dianggap sebagai gas sempurna (gas ideal), proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja, proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropik, pada akhir ekspansi, yaitu pada waktu torak mencapai TMB, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperaturnya turun mencapai tekanan dan temperatur

atmosfer dan tekanan fluida kerja pada saat langkah buang sama dengan tekanan atmosfer.

Gambar 4. P – V diagram siklus gabungan (siklus dual)

2.2. Mekanisme Kerja Motor Bakar dengan turbocharger dan Intercooler

Gambar 5 . mekanisme kerja Turbocharger dengan intercooler

Keterangan : B = kompresor sentrifugal; T = turbin Radial; C = air intercooler Mekanisme kerja sederhana Turbocharger dengan intercooler diatas adalah ketika piston melakukan langkah buang, dimana gas buang yang masih bertemperatur tinggi dan juga mempunyai tekanan yang tinggi pula diekspansikan keluar kesaluran buang (exhaust manifold) dan gas yang keluar dari saluran buang mempunyai laju aliran yang tinggi yang kemudian masuk ke turbin turbocarjer dan akan memutar turbin, dengan berputarnya turbin maka kompresor juga akan ikut berputar, ini dikarenakan turbin dan kompresor dihubungkan seporos (dikopel langsung).

Jurnal Dinamis Vol. I, No. 7, Juni 2010 ISSN 0216 - 7492

26

2.3. Analisa Termodinamika pada turbocarjer dan Interkuler

Gambar 6. Diagram P-V siklus gabungan dengan menggunakan turbocharger dan

intercooler. Keterangan : 9 -1 = langkah isap tekanan konstan 1 – 2 = langkah kompresi isentropik 2 – 3a = proses pembakaran, volume

konstan 3a – 3 = proses pembakaran, tekanan

konstan 3 – 4 = langkah ekspansi isentropik 4 – 5a = ekspansi pada pipa gas buang 5a – 5 – 7 – 8 = energi yang berguna

pada turbin 10 – 6 – 7 – 8 = energi maksimum yang

mampu menggerakkan turbin 4 – 1 = langkah buang 2.4. Laju Aliran Udara Melalui

Kompresor

3600

1'.aii

csk

mLNFm

in

out

thq

q1 laju aliran massa melalui

kompresor (kg/det), sc Koefisien

udara pembilasan, dalam kajian studi ini dipilih koefisien udara pembilasan senilai 0,15., Fi = Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr), Ni= Daya indikator (hp), L’= Jumlah udara aktual yang dibutuhkan (mole/kg), ma = berat molekul udara sebesar 28,95 kg /mole

2.5. Penetapan kajian yang akan

digunakan

Dalam menganalisa pengaruh penggunaan turbocarjer dengan interkuler ini, beberapa parameter harus dipilih atau diambil berdasarkan literatur. Oleh karena itu parameter yang harus dipilih adalah temperatur gas buang dan tekanan masuk turbin. Temperatur masuk turbocarjer adalah 500 – 600 0C, dalam hal ini dipilih sebesar 789,16 0K. Sedangkan tekanan udara yang disuplai oleh kompresor sebesar Psup= 1,4 – 2,5 atm. Pada kajian studi ini dipilih Psup sebesar 1,94 atm. Tekanan masuk turbin sebesar Pt = (0,8 – 0,9) Psup. Besarnya tekanan masuk turbin diperoleh sebesar Pt = 0,84 (1,94 x 105 Pa) = 1,63 x 105 Pa, parameter :

170,0.

egm kg/ det

det/165,0.

kgmk

KT a

0

5 16,789

Paxp a

5

5 1063,1

2.6. Termodinamika pada Turbin

dan Kompresor

Kerja yang dihasilkan oleh turbin

)( 0201

.

hhmhW tTT

Kerja yang dihasilkan oleh kompresor

)( 0102

.

hhmWc

Jurnal Dinamis Vol. I, No. 7, Juni 2010 ISSN 0216 - 7492

27

III. HASIL PEBAHASAN :

3.1. Perhitungan Performansi Pada Beberapa Putaran

0

20

40

60

80

100

120

140

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400

Putaran (rpm)

Da

ya

Mo

tor

(hp

)

Dengan Turbocarjer dan

Interkuler

Dengan Turbocarjer

Tanpa Interkuler

Tanpa Turbocarjer dan

Interkuler

Gambar 7. Grafik Daya Motor Vs Putaran

0

2

4

6

8

10

12

14

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400

Putaran (rpm)

Te

ka

na

n E

fek

tif

(kg

/cm

2)

Dengan Turbocarjer dan

Interkuler

Dengan Turbocarjer Tanpa

Interkuler

Tanpa Turbocarjer dan

Interkuler

Gambar 8 . Tekanan Efektif Vs Putaran

3.2. Pengaruh Penggunaan Turbocharger dengan intercooler Terhadap Torsi Motor Bakar Diesel

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400

Putaran (rpm)

Mo

me

n P

un

tir /T

ors

i (k

g-m

)

Dengan Turbocarjer dan

Interkuler

Dengan Turbocarjer Tanpa

Interkuler

Tanpa Turbocarjer dan

Interkuler

Gambar 9. Grafik Torsi Vs Putaran

3.3. Pengaruh Penggunaan

Turbocharger dengan intercooler Terhadap Daya Indikator Motor Bakar Diesel

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400

Putaran (rpm)

Da

ya

In

dik

ato

r (h

p)

Dengan Turbocarjer dan

Interkuler

Dengan Turbocarjer

Tanpa Interkuler

Tanpa Turbocarjer dan

Interkuler

Gambar 10. Daya indikator Vs

Putaran 3.4. Pengaruh Penggunaan

Turbocharger dengan intercooler Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Bakar Diesel

0,132

0,134

0,136

0,138

0,14

0,142

0,144

0,146

0,148

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400

Putaran (rpm)

Ko

ns

um

si

Ba

ha

bn

Ba

ka

r

Sp

es

ifik

(k

g/h

p-h

r)

Dengan Turbocarjer dan

Interkuler

Dengan Turbocarjer

Tanpa Interkuler

Tanpa Turbocarjer dan

Interkuler

Gambar 11. Bahan bakar spesifik Vs

Putaran

3.5. Pengaruh Turbocharger dan

intercooler terhadap Motor Bakar Diesel

Jurnal Dinamis Vol. I, No. 7, Juni 2010 ISSN 0216 - 7492

28

0

5

10

15

20

25

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400

Putaran (rpm)

Ko

nsu

msi

Bah

an

Bakar /

Jam

(kg

/jam

)

Dengan Turbocarjer danInterkuler

Dengan TurbocarjerTanpa Interkuler

Tanpa Turbocarjer danInterkuler

Gambar 12. Konsumsi bahan bakar

/jam Vs Putaran

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, W, dan Tsuda, K,”Motor Diesel Putaran Tinggi”,Cetakan Kesepuluh, Pradnya Paramita, Jakarta, 2004.

2. Arismunandar Wiranto, ”Penggerak Mula Motor Bakar Torak”, Cetakan Keempat, Penerbit ITB Bandung, Jakarta, 1988.

3. Petrovsky, N, “Marine Internal Combustion Engine”, Mir Publisher, Moscow, 1988.

4. Edward F. Obert, “Internal Combustion Engines”, third edition, Scranton, Pennsylvania, 1968.

5. Holman, J. P ” Perpindahan Kalor ”, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta Pusat, 1984.

6. Taylor, Professor C, F, ”The Internal Combustion Engine In Theory and Practice”, Vol. II, M. I. T. PRESS, USA, 1985.

7. Rama Gorla S.R, dan Airjaz A.khan, ”Turbomachinary Design and Theory”, Marcel Dekker, New York, 2003.

8. Dixon, S.L, “Fluid Mechanics, Thermodynamics of

Turbomachinery”, 4th edition, Jordan Hill, Oxford, 1998.

9. David Burghradt, M,”Engineering Thermodynamics With Applications” 2nd edition, Harper and Row, New York, 1982.