DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Transkripsi

1 TUGAS SARJANA MOTOR BAKAR KAJIAN STUDI PENGARUH PENGGUNAAN TURBOCARJER DENGAN INTERKULER TERHADAP PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL 10 PS PENGGERAK KENDARAAN TRUK OLEH : ARDI KUSMAWADI NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 008

2

3

4

5

6

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik baiknya. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada jenjang pendidikan Sarjana (S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis dalam Tugas Sarjana ini mengambil judul KAJIAN STUDI PENGARUH PENGGUNAAN TURBOCARJER DENGAN INTERKULER TERHADAP PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL10 PS; PENGGERAK KENDARAAN TRUK.Dalam penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Namun penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan kekurangan baik dalam penulisan maupun dalam penyajian Tugas Sarjana ini yang disebabkan faktor pengetahuan dan pengalaman penulis. Untuk itu saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini. Dengan tersusunnya Tugas Sarjana ini maka penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar besarnya kepada 1. Kepada Orang tua dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil.. Bapak Ir.Isril Amir selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

8 . Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Tulus Burhanuddin, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh staf Pengajar dan Pegawai di lingkungan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 6. Ucapan terimakasih kepada PT ASTRA INTERNASIONAL Tbk. Dan juga terimakasih kepada Bapak Sudarto selaku asisten kepala bengkel yang telah banyak meluangkan waktunya untuk berdiskusi dengan penulis dan juga telah memberikan data data yang mendukung dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini. 7. Saya ucapkan terimakasih kepada Mahasiswa Teknik Mesin khususnya sesama rekan rekan stambuk 004 yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini. Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Allah SWT, dan semoga kita semua dilindungi dan diberi berkat-nya Medan, Juni 008 Penulis Ardi Kusmawadi Nim :

9

10

11 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i SPESIFIKASI TUGAS SARJANA iii KARTU BIMBINGAN iv DAFTAR ISI v DAFTAR GAMBAR x DAFTAR TABEL xii DAFTAR NOTASI xiii BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.1 Turbocarjer Klasifikasi Turbocarjer Turbocarjer Sistem Tekanan Konstan Turbocarjer Sistem Pulsa Turbocarjer Sistem Converter Pulsa

12 . Bagian Bagian Utama Turbocarjer Turbin Kompresor Interkuler Prinsip Kerja Interkuler Prinsip Kerja dari Sistem Turbocarjer pada Siklus Tekanan Terbatas19.6 Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler terhadap Performansi Motor Bakar Diesel BAB III. METODOLOGI KAJIAN DAN ANALISA TERMODINAMIKA.1 Idealisasi Analisa Termodinamika Mekanisme Kerja Motor Bakar dengan Turbocarjer dan Interkuler.. 7. Siklus Termodinamika Motor Bakar Bahan Bakar Motor Bakar Diesel Rasio Kompresi Analisa Termodinamika Motor Bakar Dengan Turbocarjer dan Interkuler Laju Aliran Gas Buang Masuk Turbin Laju Aliran Udara Melalui Kompresor Penetapan Kajian yang akan digunakan Termodinamika Pada Turbin Termodinamika Pada Kompresor Termodinamika Dalam Interkuler Termodinamika Pada Ruang Bakar

13 .7 Analisa Termodinamika Motor Bakar Tanpa Turbocarjer Dan Interkuler Termodinamika Dalam Ruang Bakar Analisa Termodinamika Motor Bakar Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler.8.1 Termodinamika Pada Turbin Termodinamika Pada Kompresor Termodinamika Pada Ruang Bakar Daya Turbin dan Kompresor Turbocarjer Putaran Turbin dan Kompresor Turbocarjer BAB IV. PERFORMANSI MOTOR BAKAR 4.1 Performansi Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer dan Interkuler Tekanan Indikator Rata rata Tekanan Efektif Rata rata Kerja Indiaktor Kerja Efektif Kerja Mekanik yang Hilang Daya Indiaktor Daya Efektif Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jam Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Momen Putar ( Torsi )

14 4. Performansi Motor Bakar Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Tekanan Indikator Rata rata Tekanan Efektif Rata rata Kerja Indiaktor Kerja Efektif Kerja Mekanik yang Hilang Daya Indiaktor Daya Efektif Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jam Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Momen Putar ( Torsi ) Performansi Motor Bakar Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tekanan Indikator Rata rata Tekanan Efektif Rata rata Kerja Indiaktor Kerja Efektif Kerja Mekanik yang Hilang Daya Indiaktor Daya Efektif Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jam Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Momen Putar ( Torsi ) Perhitungan Performansi Pada Beberapa Putaran

15 4.4.1 Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dan Interkuler Terhadap Daya Efektif dan Tekanan Efektif Motor Bakar Diesel Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dan Interkuler Terhadap Torsi Motor Bakar Diesel Pengaruh Penggunaan Turbocarjer Dengan Interkuler Terhadap Daya Indiaktor Motor Bakar Diesel Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Bakar Diesel Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler terhadap Emisi Gas Buang BAB V. KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

16 DAFTAR GAMBAR Gambar.1 Skema instalasi sederhana turbocarjer dengan interkuler 6 Gambar. Turbocarjer sistem tekanan konstan 7 Gambar. Turbocarjer sistem pulsa 8 Gambar.4 Turbocarjer sistem converter pulsa 9 Gambar.5 Bagian bagian utama turbocarjer 10 Gambar.6 Turbin radial type kantilever 1 Gambar.7 Komponen utama turbin radial 1 Gambar.8 Bagian utama kompresor sentrifugal 15 Gambar.9 Grafik temperatur Vs Sudut engkol Vs Tekanan 16 Gambar.10 intercooler 17 Gambar.11 Sistem kerja interkuler tipe air to air 18 Gambar.1 Grafik efektivnes interkuler dan rasio kerapatan udara 0 Gambar.1 Siklus tekanan terbatas pada mesin diesel 0 Gambar.14 Siklus ideal tekanan terbatas dengan menggunakan Turbocarjer 1 Gambar.1 Mekanisme kerja turbocarjer dengan interkuler 7 Gambar. Diagram P V siklus gabungan 8 Gambar. Diagram P V siklus gabungan dengan menggunakan Turbocarjer Gambar.4 Diagram h s untuk turbin 9 Gambar.5 Diagram h s untuk kompresor 41

17 Gambar.6 Diagram T S siklus gabungan dengan turbocarjer Dan interkuler 4 Gambar.7 Diagram P V siklus gabungan pada motor bakar diesel 57 Gambar.8 Diagram T S siklus gabungan dengan turbocarjer Tanpa interkuler 65 Gambar.9 Grafik performansi kompresor 7 Gambar 4.1 Grafik prestasi motor bakar diesel dengan turbocarjer Dan interkuler 97 Gambar 4. Grafik prestasi motor bakar diesel tanpa turbocarjer Dan interkuler 98 Gambar 4. Grafik daya motor Vs putaran 99 Gambar 4.4 Grafik tekanan efektif Vs putaran 100 Gambar 4.5 Grafik torsi Vs putaran 105 Gambar 4.6 Grafik daya indikator Vs putaran 107 Gambar 4.7 Grafik konsumsi bahan bakar spesifik Vs putaran 109 Gambar 4.8 Grafik konsumsi bahan bakar /jam Vs putaran 111

18 DAFTAR TABEL Tabel.1 Perhitungan analisa termodinamika pada ruang bakar 70 Tabel 4.1 Daya motor bakar diesel dengan turbocarjer dan interkuler 97 Tabel 4. Daya motor bakar diesel dengan turbocarjer tanpa interkuler 98 Tabel 4. Daya motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler 99 Tabel 4.4 Torsi motor bakar diesel dengan turbocarjer dan interkuler 104 Tabel 4.5 Torsi motor bakar diesel dengan turbocarjer tanpa interkuler 104 Tabel 4.6 Torsi motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler 104 Tabel 4.7 Daya indikator dengan turbocarjer dan interkuler 106 Tabel 4.8 Daya indikator dengan turbocarjer tanpa interkuler 106 Tabel 4.9 Daya indikator tanpa turbocarjer dan interkuler 107 Tabel 4.10 Konsumsi bahan bakar spesifik dengan Turbocarjer dan interkuler 108 Tabel 4.11 Konsumsi bahan bakar spesifik dengan Turbocarjer tanpa interkuler 108 Tabel 4.1 Konsumsi bahan bakar spesifik tanpa Turbocarjer dan interkuler 109

19 DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan AF Perbandingan udara dengan bahan bakar Kg udara /kg b.bakar c Panas spesifik tekanan konstan kj/kg 0 K p F Konsumsi bahan bakar spesifik Kg/hp-hr Fh Konsumsi bahan bakar /jam Kg /jam h Entalpi kalor kj/kg h Koefisien perpindahan kalor W/m 0 K HHV Nilai kalor atas bahan bakar Kkal/kg L Jumlah udara aktual Mole/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg ṁ eg ṁ k Laju aliran Gas Buang Masuk Turbin Laju aliran udara melalui kompresor Kg/det Kg/det m Berat molekul udara kg/mole a n Putaran mesin rpm η th Efisiensi thermal η r Efisiensi relatif N e N i η m Daya efektif Daya indikator Efisiensi motor bakar hp hp n Eksponen polytropik

20 η b Efisiensi termal brake η c Efisiensi kompresor η T Nu Efisiensi turbin Bilangan Nusselt P i Tekanan indikator Kg/cm P e Tekanan efektif rata - rata Kg/cm p r P r Tekanan relasi Bilangan prandtl Q in Panas kalor masuk kj/kg R Rasio kompresi R Konstanta gas universal kj/kg 0 K R e Bilangan reynolds T Torsi Kg - m U Energi dalam kj/kg V d Volume langkah torak m v r Volume relasi v Volume spesifik m /kg W i Kerja indikator kg - m β Perbandingan pemotongan Koefisien pembilasan sc µ Koefisien perubahan molar α Faktor kelebihan udara ρ Kerapatan udara Kg/m

21 ϕ δ Faktor koreksi Derajat ekspansi t w Kenaikan temperatur akibat gesekan 0 K γ r λ Koefisien gas sisa pembakaran Laju ledakan

22 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Semakin naiknya harga minyak mentah dunia membuat setiap pabrikan otomotif mengembangkan teknologi pada kendaraan yang hemat bahan bakar dan ramah lingkungan tetapi mempunyai performa / prestasi mesin yang baik tanpa mengubah ukuran / dimensi mesin tersebut. Berdasarkan pemikiran tersebut para ahli perancang otomotif terus berupaya dan berinovasi untuk menciptakan kendaraan yang ramah lingkungan dan hemat bahan bakar. Oleh karena itu, diperlukannya perangkat tambahan diantaranya dengan memakai turbocharger dan interkuler. Mekanisme turbocharger dan interkuler ini di gerakkan oleh gas buang yang dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin dan selanjutnya menggerakkan kompresor. Kompresor tersebut kemudian memompa udara kedalam silinder sehingga akan menaikkan tekanan dan temperatur. Hal ini akan menyebabkan berkurangnya kerapatan udara yang masuk kedalam silinder. Oleh karena itu diperlukannya suatu alat pendingin (intercooler) yang dapat mendinginkan udara sebelum masuk kedalam silinder. Dengan demikian tekanan efektif rata rata dapat meningkat, sehingga daya poros juga meningkat. Berdasarkan adanya performansi motor bakar yang meningkat dan proses pembakaran bahan bakar dapat terjadi dengan sempurna sehingga akan mengurangi terjadinya polusi udara, sehingga pemanasan global dapat dikurangi

23 dari sektor transportasi, oleh karena itulah maka mengkaji pengaruh penggunaan Turbocharger dengan intercooler tersebut. 1. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh penggunaan Turbocharger dengan intercooler pada kendaraan jenis truk dengan daya 10 PS. Analisa tersebut meliputi analisa Termodinamika pada turbocarjer, yaitu : termodinamika turbin, termodinamika kompresor, termodinamika interkuler dan termodinamika pada ruang bakar. 1. Batasan Masalah Adapun Batasan Masalah dalam penulisan Tugas Sarjana ini adalah a. Analisa Termodinamika b. Perbandingan performansi motor diesel dengan dan tanpa turbocarjer dan interkuler c. Analisa grafik performansi motor diesel dengan dan tanpa turbocarjer dan interkuler, 1.4 Metodologi Penulisan Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : a. Survei lapangan, berupa peninjauan langsung kelokasi tempat turbocarjer dan interkuler tersebut digunakan. b. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.

24 c. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar, dan buku elektronik (e-book), serta data-data lain yang berhubungan. d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan dosen pembanding yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ini dibagi menjadi beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan Bab ini berisikan latar belakang penulisan, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika susunan laporan. BAB II : Tinjauan Pustaka Bab ini berisikan landasan teori mengenai teori mengenai Turbocarjer, pemakaian Turbocharger dengan intercooler itu sendiri serta bagian utama Turbocharger yang meliputi jenis turbin, kompresor dan alat pendingin (intercooler) yang dipakai pada kendaraan truk tersebut. BAB III : Metodologi Kajian Dan Analisa Termodinamika Bab ini berisikan data-data Turbocharger, pemilihan parameter, dimana pada data-data tersebut akan dicari analisa Termodinamikanya dan putaran Turbocarjer tersebut.

25 BAB IV : Performansi Motor Bakar Bab ini berisikan mengenai pengaruh penggunaan turbocarjer dengan dan tanpa interkuler yang diperoleh dari setiap analisa termodinamika dan memaparkannya kedalam bentuk tabel dan grafik. BAB V : Kesimpulan dan Saran Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan yang diperoleh dan saran untuk pengembangan Turbocharger dengan intercooler selanjutnya. Daftar Pustaka Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan untuk menyusun laporan ini. Lampiran Lampiran berisikan tabel-tabel, dan grafik-grafik yang digunakan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA.1 Turbocharger

26 Pada prinsipnya supercharger dan turbocharger mempunyai tujuan yang sama, yaitu memperbesar jumlah udara yang masuk ke dalam silinder. Hal ini bertujuan meningkatkan daya motor tanpa memperbesar kapasitas motor tersebut. 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. Sebuah motor diesel empat langkah yang bekerja dengan turbocharger tekanan isapnya lebih tinggi dari tekanan atmosfer sekitarnya. Hal ini diperoleh dengan jalan memaksa udara atmosfer masuk kedalam silinder selama langkah isap. Dengan cara mendinginkan udara bertekanan sebelum masuk kedalam silinder turbocharger dengan intercooler diharapkan bisa memperoleh tekanan efektif rata-rata yang lebih besar dengan mengurangi turunnya kerapatan udara akibat temperatur yang tinggi. Sehingga akan dihasilkan daya yang lebih besar denga ukuran mesin yang sama. Tujuan utama penggunaan turbocharger dengan intercooler adalah untuk memperbesar daya motor (0 80%)(lit, hal 114), 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.

27 Gambar.1 Skema instalasi sederhana turbocharger dengan intercooler Sumber : /Howstuffworks Turbocahrger Design Considerations.html. Klasifikasi Turbocharger Dalam prakteknya ada tiga metode pengoperasian turbocharger yang dipergunakan untuk memanfaatkan energi yang berguna pada gas buang, yaitu: 1). Turbocharger sistem tekanan konstan ( constant pressure system ) ). Turbocharger sistem pulsa ( pulse system ) ). Turbocharger sistem converter- pulsa ( pulse-converter system)..1 Turbocharger sistem tekanan konstan ( constant pressure system ) Pada sistem turbocharger tekanan konstan ini adalah bertujuan untuk menjaga atau memelihara agar tekanan buang pada motor bakar dalam keadaan konstan dan tekanan yang dihasilkan lebih tinggi dari pada tekanan atmosfer sehingga turbin turbocharger dapat beroperasi secara maksimum. Tujuan pembuatan saluran gas buang yang besar dan lebar adalah untuk meyerap tekanan yang tidak konstan dan oleh karenanya energi kinetik didalam

28 saluran gas buang harus dihilangkan. Berikut ini merupakan gambar Turbocharger tekanan konstan Gambar. Turbocharger sistem tekanan konstan ( constant pressure system ) Sumber : Internal combustion engine Edward F. Obert Keuntungan memakai turbocharger pada metode tekanan konstan ialah : 1). Fluktuasi pada turbin tidak ada. ). Sangat efisien dan konsumsi bahan bakar yang ekonomis pada perbandingan tekanan kompresor dan turbin yang tinggi. ). 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. ). Ada sebagian energi yang hilang pada common large chamber ). Membutuhkan saluran gas yang besar. 4). Kurang responsif pada beben.

29 .. Turbocharger sistem pulsa ( pulse system ) Turbocharger sistem pulsa adalah bertujuan untuk menggunakan energi kinetik didalam proses pembuangan ( blowdown ) untuk mengerakkan turbin turbocharger, yang secara idealnya tidak ada terjadi peningkatan tekanan gas buang. Untuk mencapai tujuan tersebut saluran buang yang segaris haruslah lebih kecil, dan dikelompokkan untuk menerima gas buang dari silinder yang mana mengalir pada waktu yang berbeda. Perubahan kecepatan dan tekanan stagnasi dari pada turbin adalah tidak kondusif untuk turbin yang berefisiensi tinggi. Berikut ini merupakan gambar sistem Turbocharger sistem pulsa Gambar. Turbocharger sistem pulsa ( pulse system ) Sumber : Internal combustion engine Edward F. Obert Pada turbocharger dengan sistem pulsa ini, gas buang langsung dialirkan kedalam turbin. Keuntungan memakai turbocharger dengan system pulsa ini adalah : 1). Sebagian besar energi kimia gas buang dapat digunakan langsung. ). Menghasilkan percepatan putaran mesin yang responsive terhadap pembebeanan tiba-tiba.

30 ). Dapat memakai saluran gas buang yang lebih pendek dan diameter yang lebih kecil. Kerugiannya adalah : 1). Pemanfaatan energi gas buang tidak efektif untuk turbin dengan perbandingan tekanan yang lebih tinggi. ). Fluktuasi tekanan yang lebih besar untuk jumlah silinder yang lebih sedikit... Turbocharger sistem converter- pulsa ( pulse-converter system) Pada Turbocharger sistem converter pulsa ini bertujuan untuk mengubah energi kinetik didalam proses pembuangan menjadi peningkatan tekanan pada turbin dengan membuat satu atau lebih diffuser. Beriikut ini merupakan gambar Turbocharger system converter-pulsa Gambar.4 Turbocharger sistem converter- pulsa ( pulse-converter system) Sumber : Internal combustion engine Edward F. Obert Secara umum, mesin-mesin diesel berukuran besar biasanya menggunakan turbocharger sistem pulsa, sedangkan untuk mesin-mesin otomotif menggunakan turbocharger tekanan konstan. Oleh karena itu, pada kajian studi ini digunakan turbocharger sistem tekanan konstan.

31 . Bagian-Bagian Utama Turbocharger Bagian utama turbocharger terdiri dari sebuah turbin gas dan sebuah kompresor. Gambar.5 ini merupakan gambar dari assembling Turbocharger yang telah dilepas bagian-bagiannya. Gambar.5. Bagian-bagian Assembling Turbocharger

32 Sumber: http// /Induction, Exhaust, and Turbocharger System Principles. Keterangan gambar 1. Clamp 18. Exhaust Stud. Hose ( waste gate pressure bleed ) 19. Waste gate housing. Fitting 0. Bearing housing 4. Clip ( waste gate lever ) 1. Nut ( turbine shaft ) 5. Rod ( waste gate ). Compressor 6. Adjusting nut. Turbine Shaft 7. Nut 4. Piston ring seal 8. Control Diaphragm ( waste gate ) 5. Heat shield 9. Bolt 6. Bolt 10. Bracket ( waste gate control diaphragm) 7. Compressor housing backing 11. Locking plate ( compressor housing ) 8. O-ring 1. Compressor housing 9. Piston ring seal 1. O-ring 0. Thrust collar 14. Bolt 1. Thrust bearing 15. Locking Plate ( turbine housing ). Snap ring 16. Clamp Plate ( turbine housing ). Journal bearing 17. Turbine housing 4. Oil drain gasket..1 Turbin

33 Turbin turbocharger digerakkan oleh energi berguna yang dikandung oleh gas buang. Aliran gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar dari dalam ruang bakar menggerakkan sudu-sudu turbin/rotor turbin, diserap energinya dan diubah menjadi bentuk energi mekanis ini merupakan daya poros pada turbin yang dipergunakan untuk menggunakan kompresor. Persamaan laju aliran gas buang masuk turbin. m. eg ' Fi N i L ma ( µ + s ) (lit. hal.8) c 600 Dimana meg laju aliran massa gas buang masuk turbin turbocharger ( kg/det) µ Koefisien molar gas perubahan molar gas sc Koefisien udara pembilasan untuk mesin dengan turbocarjer koefisien udara pembilas nilainya 0,06 0,0 dalam hal ini diambil sebesar 0,15 F Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr) (lit. hal 05) i Untuk mekanisme turbocharger Fi g/bhp hr Dalam hal ini dipilih 1 g/bhp hr N Daya indikator i L Jumlah udara aktual yang dibutuhkan. m berat molekul udara sebesar 8,95 kg / mole a Berdasarkan arah aliran fluida, ada dua tipe turbin yang digunakan pada turbocharger, yaitu aliran radial dan turbin aliran aksial. Turbin aliran radial mempunyai tampak yang sama dengan kompresor sentrifugal, kecuali tentu bahwa gas mengalir secara radial kearah dalm dan buka kearah luar. Turbin aliran radial

34 banyak dipakai dalam ukuran kecil. Turbin ini membentuk rotor yang kompak san tegar bila digabungkan dengan kompresor sentrifugal. Gabungan ini lazim digunakan untuk mengisi turbocharger pada mesin diesel stasioner dan mesin kapal. Juga akhir-akhir ini, untuk kendaran bermototor diesel dan bensin. Turbin gas aliran radial, di lain pihak tidak cocok untuk gas suhu tinggi yang diperlukan untuk menghasilkan efisiensi termal yang baik. Kecuali ukurannya yang kecil, turbin ini kalah efisien dari turbin aliran aksial. Ada berbagai macam turbin radial yang biasanya digunakan pada otomotif, bervariasi mulai dari bentuk sudu turbin, rancangan rumah turbin dan rancanga sudu. Semua hal tersebut sangat berpengaruh pada prestasi yang dihasilkan motor yang menggunakannya, oleh sebab itu banyak faktor yang diperhitungkan untuk mendapatkan suatu turbin sesuai dengan operasi yang diinginkan. Gambar.6 : Turbin Radial Type Kantilever Sumber : Gas Turbin Engineering Hanbook, second edition Meherwan P Boyce Bagian bagian utama turbin turbocarjer

35 Gambar.7 : Komponen Turbin Aliran Radial Sumber : Gas Turbin Engineering Hanbook, second edition Meherwan P Boyce Pada motor diesel ini, sesuai dengan yang disurvey dimana turbocarjer dan interkuler itu digunakan bahwa jenis turbin yang digunakan adalah turbin dengan aliran radial.. Kompresor Kompresor adalah suatu alat pemampat / menaikkan tekanan udara diatas tekanan atmosfer. Pada keadaan ini kompresor didalam turbocarjer ini berfungsi memampatkan udara / menaikkan tekanan udara yang dihisap dari udara sekitar. Kompresor disini digerakkan oleh turbin turbocarjer, 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.

36 Dalam hal ini setelah melakukan survey kompresor sentrifugal yang sangat cocok digunakan pada turbocarjer. Kompresor Sentrifugal Didalam permesinan, yang mana juga disebut sebagai turbo-blowers atau turbo-compressors, satu atau lebih impeller dirotasikan pada kecepatan yang tinggi didalam sebuah rumah kompresor. Udara, yang terlempar masuk kedalam center dari impeller, akan ditingkatkan kecepatannya, lalu udara akan terlempar pada ujung luar ( outer edge ) karena adanya gaya sentrifugal yang terjadi pada impeller. Udara yang meninggalkan impeller dengan peningkatan tekanan dan kecepatan yang tinggi udara akan memasuki diffuser, pada diffuser akan mengubah energi kinetik udara yang mengalir melewati impeller menjadi energi tekanan Persamaan laju aliran udara melalui kompresor :. k m ' Fi NiLma ( 1+ ) (lit. hal.8) sc 600 dimana:. k m laju aliran massa melalui kompresor (kg/det) sc Koefisien udara pembilasan Untuk mesin dengan turbocharger koefisien udara pembilasan nilainya 0,06 ~ 0,, dalam kajian studi ini dipilih koefisien udara pembilasan senilai 0,15. F Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr) i N i Daya indikator (hp) L Jumlah udara aktual yang dibutuhkan (mole/kg)

37 . m berat molekul udara sebesar 8,95 kg /mole a Gambar.8 : Bagian-Bagian Utama Kompresor Sentrifugal Sumber : Diesel Engine Reference Book, Bernard Challen dan Rodica Baranescu Keterangan : a. Impeller. Gaya yang bekerja pada impeller disebabkan adanya laju perubahan momentum udara yang melewati permukaan sudu-sudu. b. Difuser adalah sebuah cincin yang mengelilingi dan mempunyai luas penampang laluan yang secara kontinu memperbesar untuk mengubah energi kinetik udara yang melewati impeller menjadi tekanan. Difuser yang paling edisien mempunyai sudu-sudu radial yang tetap untuk memaksa udara mengalir secara radial. Dengan peningkatan laluan udara kecepatan

38 radial akan berkurang dan tekanan akan naik, sebab energi total udara adalah konstan. c. Rumah kompresor. Rumah seputar kompresor diffuser digunakan untuk mengarahkan aliran tekanan tinggi kearah yang dituju dan pada beberapa sisin rumah kompresor berfungsi juga sebagai diffuser. Gambar.9 : Grafik Temperatur Vs Sudut Engkol Vs Tekanan Sumber : http// /Tesis Dynaware Pada gambar grafik diatas ditunjukkan tekanan suplai dari turbocarjer dan temperatur pembakaran dalam ruang bakar. Hal ini menunjukkan bahwa proses pembakaran terjadi pada beberapa derajat sudut engkol menuju titik mati bawah..4 Intercooler

39 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. Gambar.10 : Intercooler Sumber : Berdasarkan prinsip kerjanya, ada dua macam intercooler, yaitu: a.intercooler air to air b.intercooler air to water 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.

40 .4.1 Prinsip Kerja Intercooler: Udara panas yang mengalir masuk kepipa pipa intercooler sebelum masuk ke dalam silinder, kemudian udara didinginkan oleh intercooler dengan cara mengalirkan udara melalui kisi kisi atau sirip intercooler sehingga udara panas terserap di dalam intercooler dengan demikian udara yang masuk kadalam silinder tetap dingin tetapi tekananya konstan. Gambar.11 : Sistem Kerja Interkuler Tipe Air to Air Sumber : Diesel Engine Reference Book, Bernard Challen dan Rodica Baranescu. Udara di hisap oleh kompresor dengan tekanan dan temperatur yang tinggi, kemudian didinginkan didalam interkuler dengan prinsip kerja air to air, dimana didepan interkuler dipasang fan blower agar udara yang panas disuplai oleh kompresor dapat didinginkan denga cepat, kemudian selanjutnya udara disalurkan ke dalam ruang bakar dengan kerapaatan udara yang baik karena temperatur udara tersebut telah didinginkan.

41 Gambar.1: Grafik Efektivnes Interkuler dan rasio kerapatan udara Sumber : Diesel Engine Reference Book, Bernard Challen dan Rodica Baranescu. Pengaruh efektivnes interkuler dan rasio kerapatan udara terhadap performansi motor bakar diesel yaitu : 1. dari grafik diatas dapat dilihat bahwa motor bakar tanpa pendinginan (no cooling) memiliki kerapatan udara sangat rendah. Hal inilah yang mengakibatkan tekanan didalam ruang bakar berkurang ( tekanan efektif rendah ), tekanan inilah yang langsung berpengaruh terhadap daya poros, torsi, tekanan efektif rata rata dan parameter performansi lainnya pada motor bakar tersebut. dari grafik diatas dapat dilihat bahwa motor bakar yang memakai efektivnes interkuler memiliki kerapatan udara relatif lebih tinggi dibandingkan tanpa motor bakar yang tidak memakai pendingin (no cooling). Hal inilah yang membedakan motor bakar yang memakai pendingin atau tidak, kerapatan udara akan meningkat apabila efektivnes

42 interkuler tersebut semakin tinggi.hal ini akan meningkatkan tekanan efektif rata rata pada motor bakar tersebut.apabila tekanan efektif rata rata meningkat pada kondisi volume silinder yang sama dan dimensi mesin yang sama maka daya dan torsi nya juga akan meningkat.atau pun parameter parameter performansi lainya.hal ini sesuai dengan persamaan: N b Pe. Vd. n. i 60x75xz dimana kalau P e dinaikkan maka akan berdampak langsung terhadap daya poros motor bakar tersebut hal ini dikarenakan harga Pe dan lurus. N b berbanding.4 Prinsip kerja dari sistem Turbocharging pada Siklus Tekanan Terbatas. Siklus ideal termodinamika dari mesin diesel yang beroperasi digambarkan pada Gambar.1 yang menunjukkan energi potensial yang terkandung dan berguna didalam sistem pembuangan.

43 Gambar.1 : Siklus tekanan terbatas pada mesin diesel Sumber : Diesel Engine Reference Book, Bernard Challen dan Rodica Baranescu. Katup buang akan terbuka pada titik mati bawah pada titik 5 dimana tekanan silinder lebih besar dari pada tekanan atmosfer yaitu pada akhir pipa pembuangan, jika katup buang terbuka maka secara isentropik dan reversibel akan menuju pada tekanan atmosfer yaitu pada titik 6, dimana daerah kerja dapat digambarkan pada daerah Daerah kerja yang digambarkan pada daerah titik 5-6-1, dimana pada daerah tersebutlah untuk memanfaatkan energi gas buang ditempatkan turbocharger pada daerah tersebut yang disebut juga dengan blow- down energi Gambar.14 : siklus ideal tekanan terbatas dengan menggunakan Turbocharger Sumber : Diesel Engine Reference Book, Bernard Challen dan Rodica Baranescu. Pada Gambar diatas menunjukkan bahwa turbocharger meningkatkan tekanan pada saluran masuk, dari sini proses masuk (1-1) pada tekanan P 1 dimana

44 P 1 berada pada diatas tekanan atmosfer.p a. Blow-down energi ditunjukkan pada daerah 5-8-9, saluran gas buang pada tekanan P 7 juga berada diatas tekanan atmosfer P a. Proses gas buang yang berasal dari silinder ditunjukkan oleh garis 5,1,11 dimana pada titik 5,1 adalah periode terjadi blow-down energi ketika katup buang terbuka dan tekanan gas yang tinggi diekspansikan keluar pada saluran gas buang. Proses 1,11 menunjukkan proses pembuangan gas sisa yang tinggal ketika piston bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah yang menggerakkan sebagian besar gas buang dari silinder ke saluran pembuangan. Gas tersebut juga berada di atas tekanan atmosfer dan oleh karena itu juga mempunyai energi yang berguna untuk diekspansikan menjadi tekanan atmosfer. Daerah kerjanya dapat ditampilakan pada daerah Energi maksimum yang mampu menggerakkan turbin ditunjukkan pada daerah , Untuk memperoleh energi tersebut maka tekanan masuk turbin seketika itu juga harus meningkat pada titik tekanan P 5 ketika katup buang terbuka, yang diikuti ekspansi isentropik dari gas buang melalui P 7 sampai ke tekanan atmosfer ( P 8 P a ). Selama proses pergerakan pembuangan tekanan masuk turbin yaitu pada titik P 7. Energi yang berguna pada turbin diberikan pada daerah Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler Terhadap Performansi Motor bakar Diesel Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isap, maka hal itu sesuatu yang ideal. Namun, hal tersebut tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya.

45 Perbandingan antara jumlah udara yang terisap yang sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap dalam keadaan ideal, dinamai, efisiesnsi volumetrik, η v, yang didefinisikan dalam persamaan berikut : η v berat udara segar terisap pada ( P, T ) berat udara segar sebanyak volume langkah torak pada ( P, T ) besarnya efisiensi volumetrik tergantung pada kondisi isap (P,T) yang ditetapkan, hal ini akan mengakibatkan seberapa besar volume udara yang akan terisap apabila motor bakar tersebut tidak menggunakan pengisian lanjut. Akan tetapi lain halnya kalau dengan menggunakan pengisian lanjut contohnya seperti turbocarjer. Kebutuhan udara akan terus disuplai oleh turbocarjer dan akan meningkatkan tekanan didalam ruang bakar dan hal inilah yang akan berdampak langsung terhadap performansi motor bakar tersebut. Antara lain: 1. Daya Poros Daya poros adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar tersebut setelah mengalami kerugian kerugian gesek antara torak dan dinding silinder, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan pompa bahan bakar, katup dan sebagainya. Sesuai dengan persamaan berikut : η m N N e i N η (hp) e N i m Dimana : N Daya efektif (hp) e η m efisiensi mekanis motor bakar

46 N i Daya Indikator (hp). Daya Indikator Daya indikator adalah daya yang dihasilkan didalam sistem motor bakar tersebut antara piston dan ruang bakar. Sesuai dengan persamaan berikut : N i Pi xvd xnxi 60x75xz (hp) dimana : P Tekanan indikator rata rata (kg/cm) i V Volume silinder (m) d n putaran (rpm) i jumlah silinder z motor 4_langkah (1/). Momen Puntir Momen puntir atau Torsi adalah merupakan suatu performansi motor bakar diesel. Dalam hal ini momen puntir digunakan sebagai kemampuan motor bakar tersebut untuk memutar / memlintri suatu beban dengan beban (kg) dan jarak (m). sesuai dengan persamaan : T N e x60x75 (kg-m) πn N Daya efektif motor bakar (hp) e n Putaran (rpm)

47 4. Tekanan Efektif Rata Rata Tekanan efektif rata rata juga merupakan bagian dari performansi motor bakar diesel, dimana tekanan efektif rata rata ini sangat dipengaruhi oleh kerapatan udara yang disuplai masuk kedalam silinder / ruang bakar. Sesuai dengan persamaan berikut : ρ P RT dimana : P Tekanan suplai masuk ke dalam ruang bakar (kg/cm) R Konstanta gas Universal 5. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik adalah kemampuan motor bakar tersebut menghabiskan bahan bakar dalam satu saturan waktu, sesuai dengan persamaan: η b 6( N ) F ( LHV ) h e sehingga persamaannya menjadi: F h 6( N e ) η ( LHV ) b dimana : N e daya efektif motor (hp) LHV nilai kalor bawah bahan bakar (kkal/ kg) ηb efisiensi thermal brake F h konsumsi bahan bakar /jam (hp/hr)

48 BAB III METODOLOGI KAJIAN DAN ANALISA TERMODINAMIKA.1 Idealisasi 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 menurut (lit.1 hal 8), 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. Tekanan fluida kerja pada saat langkah buang sama dengan tekanan atmosfer. Dari idealisasi diatas, maka akan dapat dianalisa kondisi setiap titik pada siklus kerja. Dengan diperolehnya hasil dari kondisi idealisasi, maka akan dapat diperkirakan hasil dari proses sebenarnya dengan mengalikan hasil yang didapat dari siklus ideal tersebut dengan faktor yang menyatakan penyimpangan keadaan yang sebenarnya.

49 . Mekanisme Kerja Motor Bakar dengan Turbocarjer dan Interkuler Gambar.1 : mekanisme kerja turbocarjer dengan interkuler Sumber : Marine Internal Combustion Engine, N. Petrovsky Keterangan : B kompresor sentrifugal T turbin Radial C Interkuler Udara Mekanisme kerja sederhana turbocarjer dengan interkuler 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

50 turbocarjer dan akan memutar turbin, dengan berputarnya turbin maka kompresor juga akan ikut berputar, ini dikarenakan turbin dan kompresor dihubungkan seporos (dikopel langsung). Menurut ( lit.15 hal.6 ) bahwa putaran turbin turbocharger dapat mencapai rpm. Kompresor yang berputar akan menghisap udara atmosfer kedalam kompresor dan udara yang bertemperatur tinggi dan bertekanan diatas tekanan atmosfer akan disalurkan kedalam interkuler untuk menurunkan temprratur udara sebelum masuk kedalam ruang bakar.ini dikarenakan temperatur udara yang tinggi akan menurunkan kerapatan udara sehingga dapat menurunkan tekanan efektif rata rata.. Siklus Termodinamika Motor Bakar Secara umum ada tida jenis siklus termodinamika yang berlaku pada motor bakar torak, yaitu : Siklus volume konstan ( siklus Otto) siklus tekanan konstan Siklus gabungan ( siklus Dual )

51 Gambar. : P V diagram siklus gabungan (siklus dual) Keterangan : 0 1 Langkah Isap tekanan konstan 1 Langkah Kompresi Isentropis adiabatik a Proses Pemasukan Kalor pada Volume Konstan a Proses Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 4 Langkah Ekspansi Isentropis adiabatik 4 1 Langkah Buang siklus gabungan merupakan siklus ideal bagi motor bakar diesel yang proses pembakarannya berlangsung pada kondisi yang mendekati volume konstan dan terus berlanjut pada tekanan konstan. Dari ketiga jenis siklus tersebut, siklus gabungan sebagai siklus ideal bagi motor bakar diesel yang digunakan untuk menganalisa termodinamika, motor bakar diesel yang akan dikaji pengaruh turbocarjer dengan interkuler disini adalah motor diesel yang menggunakan injeksi langsung tanpa udara ( airless direct injection system ) dan termasuk pada motor putaran tinggi yang sesuai dengan hasil survey dilapangan, dalam hal ini penginjeksian bahan bakar dimulai pada saat beberapa derajat sudut engkol sebelum TMA, sehingga proses pembakarannya berlangsung seperti pada kondisi yang mendekati siklus volume konstan. penginjeksian bahan bakar dihentikan pada saat beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA sehingga proses pembakarannya masih terus berlangsung walaupun torak sudah melewati TMA seperti pada kondisi yang mendekati siklus tekanan konstan..4 Bahan Bakar Motor Bakar Diesel

52 Jenis Bahan Bakar yang digunakan pada motor bakar diesel di Indonesia adalah minyak solar yang diproduksi oleh Pertamina. bahan bakar yang baik merupakan hal yang memegang peranan utama dalam pengoperasian motor bakar agar diperoleh pembakaran yang sempurna. Sifat minyak bahan bakar yang mempengaruhi prestasi dan keandalan dari mesin diesel menurut (lit.16 hal.15), yaitu : - mempunyai nilai kalor yang tinggi - memiliki viskositas tertentu - tidak mudah membentuk endapan - pencemaran terhadap lingkungan rendah Pada motor bakar ini digunakan bahan bakar diesel dengan rumus molekul C n H n+ yaitu C 1 H 8 (Medium Diesel Oil). Menurut (lit.7 hal.10) Bahan bakar ini mempunyai: Berat molekul 184 Nilai Kalor Atas (HHV) Btu/lbm Nilai Kalor Bawah (LHV) Btu/lbm Reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara secara kimia dapat ditulis: C 1 H (O + (,76) N ) 1 CO +14 H O + 0 (,76) N + Q kal Sehingga, C 1 H O + 75, N 1 CO + 14 H O + 75,N + Q kal Adapun perbandingan bahan bakar dengan udara adalah sebagai berikut: F A th C 1 H 8 0 O + 75, N F A th ,6

53 F A th 0, F A th 1 14,9 pada motor bakar diesel faktor kelebihan udara mempunyai peranan yang sangat penting karena motor bakar diesel ini menggunakan pemampatan udara untuk membakar bahan bakar, lain halnya dengan motor bakar bensin yang menggunakan percikan bunga api untuk membakar bahan bakar. Oleh karena itu untuk menjamin terjadinya pembakaran sempurna diambil faktor kelebihan udara sebesar (α) 00% atau.menurut (lit. Hal.8 ) faktor kelebihan udara untuk: - motor bakar diesel (α) 00% - 00% - motor bakar bensin (α) 5% - 0% sehingga, F A act F A th x α 1 F A act 1 14,9 x 1 F A act 1 9,84 maka feul air rationya menjadi : F A act 0,05.5 Ratio Kompresi pada kajian studi ini sesuai dengan hasil survey yang dilakukan perbandingan kompresi motor bakar diesel ini adalah (cr) 18. Adapun batasan

54 perbandingan kompresi yang umum digunakan menurut (lit. hal.89) yaitu berkisaran antara Analisa Termodinamika pada turbocarjer dan Interkuler Gambar. :Diagram P-V siklus gabungan dengan menggunakan turbocharger dan interkuler. Keterangan : 9-1 langkah isap tekanan konstan 1 langkah kompresi isentropik

55 a proses pembakaran pada volume konstan a proses pembakaran pada tekanan konstan 4 langkah ekspansi isentropik 4 5a ekspansi pada pipa gas buang 5a energi yang berguna pada turbin energi maksimum yang mampu menggerakkan turbin 4 1 langkah buang.6.1 Laju Aliran Gas Buang Masuk Turbin m. eg ' Fi N i L ma ( µ + s ) (lit. hal.8) c 600 Dimana m eg laju aliran massa gas buang masuk turbin turbocharger ( kg/det) µ Koefisien molar gas perubahan molar gas sc Koefisien udara pembilasan Untuk mesin dengan turbocharger koefisien udara pembilasan nilainya 0,06 ~ 0,, dalam kajian studi ini diambil koefisien udara pembilasan senilai 0,15. F i Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr) (lit. hal 05) Untuk mekanisme turbocharger F i g/bhp hr Dalam hal ini dipilih 1 g/bhp hr N i Daya indikator L Jumlah udara aktual yang dibutuhkan

56 m a berat molekul udara sebesar 8,95 kg /mole pada analisa termodinamika ini bahan bakar yang digunakan yaitu : C 1 H 8 (medium diesel oil) Bilangan molekul ; C 1 H Persentase : C x100 % 84,786 % 184 H 8 x100 % 15,179 % 184 persentase kandungan: O 1 % N 79 % Dimana secara secara teoritis udara yang dibutuhkan untuk pembakaran bahan bakar 1 kg. ditentukan dari rumus: 1 c h o l' o + (lit. hal 7) 0,1 1 4 l ' o 1 0,1 0, , l ' o ( 0, ,08044) 0,1 l' o 0,5175 mole / kg 0

57 sedangkan jumlah udara aktual yang dibutuhkan untuk pembakaran 1 kg bahan bakar sangat dipengaruhi oleh adanya faktor kelebihan udara (excess air coefficient). Kebanyakan mesin membutuhkan udara lebih banyak dari yang disarankan secara teoritis. Kebutuhan udara aktual sebagai berikut: L ' α. l' (mole/kg) (lit..hal 8) o L. (0,5175) (mole/kg) L 1,05 (mole/kg) Pembakaran dari 1 kg bahan bakar akan menghasilkan : Karbon dioksida c 0,84786 Mco 0,07065 mole / kg 1 1 Uap air h 0,15179 MH O 0,07608 mole / kg Oksigen MO 0,1 (α 1) L o 0,1 ( 1 ) 0,5175 0,1086 mole/kg Nitrogen MN 0,79 α L o 0,79..(0,5175) 0,8176 mole/kg Sehingga total dari pembakaran, yaitu: M g Mco + MH O + MO + MN M g 0, , , ,8176 M g 1,079 mole/kg Dimana koefisien perubahan molarnya:

58 µ 1,079 1,05 µ 1, 06 M g µ L' mole / kg mole / kg Hubungan daya indikator dengan konsumsi bahan bakar indikator yaitu: F h F i atau N i F h F (lit. hal 6) N b Dimana : F h konsumsi bahan bakar indikator spesifik (kg/hr) F i konsumsi bahan bakar indikator (kg/hp- hr) N i daya indikator (Hp) N b daya efektif (Hp) Sehingga, F h FN e F 0,1kg/hp-hr (10 hp) h F 17,9 kg/hr h Sehingga laju aliran massa masuk turbin adalah ; m. eg ( + ) µ s c F N i ' i L ma ,9kg / hr x 1,06mole / kg x 8,95kg / m ( 1,066 0,15) mole eg m. eg 0,170 kg/det

59 .6. Laju Aliran Udara Melalui Kompresor laju aliran udara melalui kompresor sesuai dengan persamaan sebagai berikut:. k m ' Fi NiLma ( 1+ ) (lit. hal 8) sc 600 dimana:. k m laju aliran massa melalui kompresor (kg/det) sc Koefisien udara pembilasan Untuk mesin dengan turbocharger koefisien udara pembilasan nilainya 0,06 ~ 0,, dalam kajian studi ini dipilih koefisien udara pembilasan senilai 0,15. F i N i Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr) Daya indikator (hp) L Jumlah udara aktual yang dibutuhkan (mole/kg) m a berat molekul udara sebesar 8,95 kg /mole Dimana hubungan daya indikator dengan konsumsi bahan bakar indikator menurut (lit. hal.6), yaitu: F F N h i i F F. h N e dimana : F h konsumsi bahan bakar indikator spesifik (kg/hr) F i konsumsi bahan bakar indikator (kg/hp- hr) N i daya indikator (hp) N e daya efektif (hp)

60 Sesuai dengan perhitungan sebelumnya konsumsi bahan bakar spesifik dapat dicari, yaitu sebesar: F 0,1 kg/hp-hr (10 hp) h F 17,9 kg/hr h sehingga, laju aliran massa udara melalui kompresor adalah:. m k F ' L ma h ( 1+ s ) c ,9kg / hr x1,06mole / kgx8,95kg / (1 + 0,15) mole 600 m k. m 0,165 kg/det k.6. Penetapan kajian yang akan digunakan Dalam menganalisa pengaruh penggunaan turbocarjer dengan interkuler ini, beberapa parameter harus dipilih atau diambil berdasarkan literatur. Olehkarena itu parameter yang harus dipilih adalah temperatur gas buang dan tekanan masuk turbin. Menurut (lit. hal.10) bahwa temperatur masuk turbocarjer adalah C, dalam hal ini dipilih sebesar 789,16 0 K. Sedangkan tekanan udara yang disuplai oleh kompresor sebesar P sup 1,4,5 atm. Pada kajian studi ini dipilih P sup sebesar 1,94 atm. Sedangkan tekanan masuk turbin diperoleh menurut (lit. hal.15) sebesar P t (0,8 0,9) P sup. Sehingga besarnya tekanan masuk turbin diperoleh sebesar P t 0,84 (1,94 x 10 5 Pa) 1,6 x 10 5 Pa.

61 Sehingga diperoleh parameter yang akan digunakan pada analisa termodinamika sebagai berikut :. m eg 0,170 kg/ det. m k 0,165 kg / det 5 789, 16 T a 0 K 5 p5 a 1,6 x10 Pa.6.4 Termodinamika pada Turbin Gambar.4 Diagram h s untuk turbin Sumber : fluid mechanics thermodiynamics of turbomachinery. S.I..Dixon

62 Turbin ini digerakkan oleh gas buang dari motor bakar yang dihubungkan langsung dengan kompresor, sehingga kerja yang diperlukan untuk memutar kompresor adalah kerja yang dihasilkan turbin. Dimana kerja yang dihasilkan oleh turbin adalah: W T. h m( h h ) (lit.8.hal.5) tt 01 dari data perencanaan telah diketahui bahwa T 5a T 01 dan T 6 T 0, sehingga T ,16 0 K P 01 1,6 x 10 5 Pa ṁeg 0,170 kg/det pada temperatur T 01, diperoleh entalpinya T ,16 0 K h , kj/kg untuk mencari temperatur keluar turbin secara stagnasi isentropik dapat dicari dengan persamaan ; T 0s T 01 P P 0 01 k 1 k tekanan udara keluar turbin isentropik dapat ditentukan, dalam hal ini dimana tekanan keluar turbin akan sama dengan tekanan udara atmosfer P 0 1,01 x10 5 Pa. T0 s T 0 s 5 0 1,01x10 Pa 789,16 K 5 1,6x10 Pa 689,11 0 K 1,4 1 1,4 dimana diambil efisiensi isentropik dari turbin

63 ηt 0,75 0, (lit.8 hal.8) dalam hal ini diambil efisiensi isentropik 0,8 sehingga dengan menggunakan efisiensi turbin, maka didapat temperatur keluar turbin dalam keadaan stagnasi ,16 K T0 0, ,16 K 689,11 T 0 709,11 0 K 0 K Menurut (lit.10 hal.80) pada T 0 709,11 0 K diperoleh: h 0 7,8 kj/kg.6.5 Termodinamika pada Kompresor Gambar.5 Diagram h s untuk kompresor

64 Sumber : fluid mechanics thermodiynamics of turbomachinery. S.I..Dixon Gambar.5 menunjukkan diagram h s untuk kondisi udara masuk dan keluar kompresor menuju ruang bakar. Dimana keadaan udara masuk stagnasi menunjukkan pada titik 1, sedangkan keadaan udara keluar kompresor stagnasi pada titik, titik s menunjukkan kondisi keluar kompresor pada keadaan stagnasi isentropik. Pada kajian studi ini temperatur udara dan tekanan masuk kompresor sebesar; T K P 01 1,01 x10 5 Pa Dimana kerja kompresor : W c. ( h0 h01) m (lit.8.hal.7) pada temperatur T K, diperoleh entalpi h 01 0,488 kj/kg pada kajian studi ini daya kompresor sama dengan daya turbin, karena daya yang digunakan kompresor pada turbocharger sama dengan daya pada turbin. Sesuai dengan hukum termodinamika pertama, bahwa:.. Q W 0( KJ ) (lit.8 hal.0) Di dalam turbocarjer proses alirannya adalah adiabatik, sehingga. Q. W, dan persamaannya menjadi :. eg m W t W k ( h01 h0 ) m k ( h0 h01). 0,170 kg/det (810, kj/kg 7,8 kj/kg) 0,165 kg/det ( h 0-0,488 kj/kg)

65 h 0 9,06 kj/kg pada h 0 9,06 kj/kg, diperoleh dari tabel (lit.8 hal 80): T 0 91,86 0 K Pada kompresor berlaku efisiensi isentropik, ( T ) T s 0 01 η k ( T T ) (lit.9.hal.41) 01 dimana efisiensi isentropik kompresor: η k 0,7 ~ 0,9 dalam hal ini di pilih η k 0,7, sehingga : 0 0,7 0 ( T0 s 0 K ) 0 0 ( 91,86 K 0 K ) T 0 s 65,0 0 K Dimana hubungan isentropik dari kompresor : T T 0s 01 P P 0 01 k 1 k (lit.9 hal.19) P ,0 K 1,01x10 Pa 0 0 K 1,4 1,4 1 P 0 1,94 x 10 5 Pa

66 sehingga diperoleh tekanan dan temperatur yang disuplai kompresor pada keadaan stagnasi adalah: T 0 91,86 0 K P 0 1,94 x 10 5 Pa.6.6 Termodinamika Dalam Interkuler Gambar.6 : diagram T S siklus gabungan dengan turbocarjer dan interkuler Keterangan : a 1 a suplai udara oleh kompresor turbocarjer 1 a 1 proses penurunan temperatur didalam interkuler 1 Langkah kompresi isentropis a Proses pemasukan kalor pada volume konstan a Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan 4 Langkah ekspansi isentropis 4 1 Langkah buang

67 4 5a proses pemasukan gas dan tempeatur kedalam turbin turbocarjer 5 a a Proses Pembuangan Gas dari dalam Turbocarjer Sebelum melakukan analisa penurunan temperatur di dalam interkuler perlu dilakukan pemilihan parameter diantaranya: Diameter tube 8 mm N jumlah baris m jumlah tabung per baris 8 L panjang tabung 5 cm pada kajian study ini sesuai dengan data yang diperoleh pada saat survey bahwa jenis intercooler yang digunakan yaitu : air to air, maksudnya fluida pendinginnya adalah udara. (Perpindahan kalor dari permukaan tabung ke udara) (kalor yang dibawa oleh udara) q A s h Tm. m C p (T a1 T a ) (lit.5 hal.50) Dimana :. m laju aliran massa udara (kg/det) A s permukaan perpindahan kalor total πdnlm T m beda suhu antar fluida dan permukaan dinding Ta1 temperatur udara keluar interkuler T temperatur udara masuk interkuler a temperatur borongan (temperatur udara setelah kompresor ) masuk kedalam intercooler adalah:

68 T 91,86 0 K a sifat sifat udara pada temperatur dinding 0 0 K adalah: C p 1008,5 J/kg 0 K k 0,09 W/m 0 K μ,0 x 10-5 kg/m.s P r 0,707 ρ P 0 RT a ρ 5 1,94 x10 N / m 0,87kJ / kgk x 91,86 0 K ρ 1,69 kg / m bilangan Reynolds adalah : R e ρu supd (lit.6 Hal.7 ) µ dimana : U sup kecepatan segitiga impeler kompresor sesuai dengan (lit. hal.47) bahwa U sup m/det dalam hal ini dipilih 50 m/det R e R e 1,69kg / m x 50m / det x 0,008m 5,0 x10 kg / m s ,59 ( aliran turbulen) bilangan Nusselt adalah : Nu hd k 0,8 0,0R e P r n (lit.6 hal.9) dimana : n 0,4 untuk pemanasan

69 0, untuk pendinginaan h koefisien perpindahan kalor w/m 0 K Nu hd k hd k 0,8 0,0R e P r 0,0 (167078,59) n 0,8 0,707 0, hd k 1,5 0 1,5 x 0,09W / m K h 0,008m h 11,88W / m K 0 Permukaan perpindahan kalor total adalah : A s πdlnm A s π (0,008) (0,5) () (8) A s 0,10048 m Sehingga keseimbangan energi diperoleh: q A s h Tm m C p (T 1a T 0a ) 0 0 T ,88 K 0 0,10048 m.11,88w / m 0 K 0,165kg / det.1008,5j / kg a1 T 1 a 46,5 0 K [ T 91,88 K ] a 0 menurut (lit. hal.0) Bahwa kemampuan interkuler menurunkan temperatur yang masuk sebesar C. Pada kajian studi ini kemampuan interkuler menurunkan temperatur yang masuk sebesar 45,5 0 C.

70 .6.7 Analisa Termodinamika Pada Ruang Bakar Adapun untuk perhitungan termodinamika pada ruang bakar adalah menggunakan siklus tekanan terbatas dengan turbocarjer yang ditunjukkan pada gambar. yaitu Pada saat udara masuk kedalam intercooler terjadi penurunan tekanan sebesar: p penurunan tekanan pada pipa - pipa masuk p (0,0 0,05) P sup dalah hal ini diambil 0,05 p (0,05) P sup p (0,05) 1,94 x 10 5 P a p 0,0985 x 10 5 P a sehingga, a).pada langkah isap 0 1 P 0 P sup - p P 0 1,94 x 10 5 P a 0,0985 x 10 5 P a P 0 1,84 x 10 5 P a T a1 46,5 0 K Kerapatan udara setelah keluar intercooler: P 0a ρ (lit.6 Hal.7) RT 1a

71 dimana : P 0a tekanan setelah keluar intercooler (P a ) R Konstanta gas Universal sebesar, 0,87 KJ/kg K T 1 a Temperatur keluar intercooler (K) Maka kerapatan udara setelah interkuler dapat dicari : ρ P 0a RT 1a ρ 1,84 x10 5 P 0,87kJ / kgk (46,5) ρ 1,81 kg/m a 0 K b).kondisi Titik 1 kondisi temperatur masuk ruang bakar menurut (lit. hal 9) di uraikan sesuai persamaan berikut : T 1 T b + t w 1+ γ + γ T r r r dimana : piston,yaitu: γ r koefisien gas sisa pembakaran, 0 untuk sistem turbocarjer t w kenaikan temperatur akibat kontak dinding silinder dengan sebesar K (lit. hal 81) dalam hal ini diambil 1 0 K T r temperatur yang terkandung didalam gas sisa, karena nilainya terlalu kecil maka dianggap 0.

72 Sehingga, ,5 K + 1 K + 0 T T1 59, 5 0 K Kerapatan udara pada ruang bakar adalah: ρ P1 RT 1 ρ 5 1,84x10 Pa 0 0 0,87kJ / kg K(59,5 K) ρ 1,748 kg / m volume spesifik pada titik 1: RT1 v 1 p 0 0,87kJ / kg K 1,84 x10 v ( 59,5 K ) Pa v 0,57 m / kg 1 Pada T 1 59,5 0 K menurut (lit.8 hal.80), diperoleh : U 57,19 kj / Kg 1 p,10 r1 v 114,066 r1 h 60,896 kj / kg 1 c).kondisi Titik

73 Pada kondisi titik ini merupakan langkah kompresi dari titik 1. pada langkah kompresi ini terjadi secara isentropik. Dimana pada data sebelumnya perbandingan kompresi sebesar r 18. Menurut (lit.1 hal.9) hubungan kompresi rasio adalah: r V V 1 V r 1 18 V Keterangan V 1 Volume langkah (m ) V Volume sisa (m ) Dimana pada keadaan kompresi berlaku hubungan : v v r1 r V V 1 v r v r1 V V 1 114,066 v r 18 v r 6,7018 menurut (lit.8 hal.80) pada v r 6, 7018 diperoleh : T 1047, 54 0 K p r 110,1 U 799,984 kj / kg h 1100,661 kj / kg 1 kondisi tekanan pada titik keadaan isentropik berlaku hubungan :

74 p p r r1 P P 1 P p P1 p r r ,1 P 1,84x10 Pa,10 P 96,4 x10 5 Pa volume spesifik pada titik : v 1 r v v 0,57 m 18 / kg v 0,018 m /kg d).kondisi Titik a - Pada kondisi titik - a terjadi pemasukan kalor pada volume konstan dan dilanjutkan dengan pemasukan kalor pada tekanan konstanyaitu terjadi pada titik a, menurut (lit. hal. 50) bahwa perbandingan tekanan maksimum : λ P a P P P Untuk λ Mesin dengan pengabutan mekanis peningkatan tekanannya 1,7 ~, dalam hal ini dipilih λ 1,7 Sehingga tekanan maksimum yang diperoleh adalah : λ P a P P P

75 P a P P a 1,7 5 96,4 x10 Pa (1,7) 5 P a 16,9 x10 Pa karena pada titik a titik pada tekanan konstan maka besar tekanan P P a. P 5 P a 16,9 x10 Pa Menurut (lit.1 hal ). Hubungan antara temperatur titik a adalah pada volume konstan. T a T P a P v v a λ keterangan : λ dinamai laju ledakan sehingga, temperatur T a dapat dicari: T a T T a λ ,54 Kx1,7 T 0 a 1780, 81 K menurut (lit.8 hal 80) pada 1780, 81 K diperoleh: T a 0 U a 1468,154 kj / kg h a 1979,0 kj / kg pemasukan kalor pada titik - a, yaitu: (lit.. hal.0) qin qa + q a

76 Dimana q in (panas yang masuk ke dalam siklus sesuai dengan persamaan berikut) q in (0,0) (41868 kj/kg) q in 181,644 kj/kg q in (FA) (LHV) (lit.10 hal.85) sehingga entalpi pada titik dapat diperoleh: q in ( U a U ) + ( h h a ) q ( U ) + ( h in a U U a + P. v a a h U + + J q in P a. v J a ) 5 16,9x10 Pa(0,018m h 799,984kJ / kg + 10kg m / kj / kg) + h 69,70 kj / kg 181,644kJ / kg menurut (lit.8 hal.80) dari tabel pada h 69,70 kj / kg diperoleh: 0 T 50, 0 K U 018,08 kj / kg p 66,678 r v 0, r e). Kondisi Titik 4 Dimana pada persamaan gas ideal diketahui : P a T V a a P V T dimana pada keadaan tekanan konstan berlaku rumus :

77 V T a a V T V V V a V a 0 50,0 K ,81 K 1, V V V V V4 1 a V V V 4 V V 4 1 1, ( 18) 1,66 untuk keadaan ekspansi isentropik berlaku rumus : V 4 V v v r 4 r V v ( v ) 4 r 4 r V v (1,66) (0,465565) r 4 v 6,4844 r 4 menurut (lit.8 hal.80) dari tabel pada v r 4 6, diperoleh : T4 1046, 96 0 K P r 4 110,14918 U 799,486 kj / kg 4 h 1099,996 kj / kg 4

78 sehingga tekanan di titik 4, yaitu: p p r 4 r P4 P 5 110, P 4 16,9 x10 Pa 66,678 P4 4,9 x 10 5 Pa f). Kondisi Titik 5a berlaku rumus idealisasi isentropik, yaitu: P r5a P r 4 P 5a P 4 dimana telah diketahui tekanan masuk turbin P 5 a 1,6 x 10 5 Pa sehingga, P r 5a P r 4 P5 P a 4 5 1,6x10 Pa 110, ,9x10 Pa P r 5 a 5 P r5 a 6,49 menurut (lit.8 hal.80) dari tabel pada P r5 a 6, 49 diperoleh : 0 T5 a 788, 5 K U a 58,40 kj / kg 5 h a 809,599 kj / kg 5

79 v r5 a 14,48818 g). Kondisi titik 5 pada kondisi ini berlaku rumus idealisasi isentopik dimana : P P r5 r5a P P 5 5a dimana telah diidealisasikan bahwa tekanan keluar turbin sama dengan tekanan atmosfer yaitu sebesar: P5 1,01 x10 5 Pa sehingga, P r5 P r5a P5 P5 a 5 1,01x10 Pa 6,49 1,6x10 Pa P r 5 5 P,59004 r5 menurut (lit.8 hal.80) dari tabel pada P, r diperoleh: T5 695, 19 0 K U 508,86 kj / kg 5 h 708,404 kj / kg 5

80 .7 Analisa Termodinamika Motor Bakar Tanpa Turbocarjer dan Interkuler pada motor bakar ini siklus yang digunakan yaitu : siklus tekanan terbatas (siklus gabungan) tanpa turbocharger yang ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar.7 Diagram P-V siklus gabungan pada motor diesel Keterangan : 0-1 : Langkah isap tekanan konstan 1 : Langkah kompresi isentropis - a : Proses Pembakaran pada volume konstan a - : Proses Pembakaran pada tekanan konstan 4 : Langkah ekspansi isentropis 4-1 : Langkah buang pada volume konstan.7.1 Perhitungan Termodinamika didalam Ruang Bakar

81 a). Langakah isap titik 0 P0 T0 1,01 x 10 5 Pa 0 0 K Kerapatan udara luar : ρ P 0 RT 0 ρ 5 1,01 x10 Pa 0 0 0,87kJ / kg K(0 K) ρ 1,16 kg / m b).kondisi Titik 1 Kondisi temperatur masuk ruang bakar dapat dituliskan sesuai dengan persamaan berikut ini T 1 T o + t w 1+ γ + γ T r r r dimana : γ r koefisien gas sisa pembakaran, 0 untuk sistem turbocarjer t w kenaikan temperatur akibat kontak dinding silinder dengan piston,yaitu: sebesar K (lit. hal 81) dalam hal ini diambil 1 0 K Sehingga, T r temperatur yang terkandung didalam gas sisa, karena nilainya terlalu kecil maka dianggap 0.

82 T 1 T o + t w 1+ γ + γ T r r r T K + 1 K 1 T K Pada T K menurut (lit.8 hal.80), diperoleh : U 5,85 kj / Kg 1 p 1,4069 r1 v 158,0806 r1 h 16,555 kj / kg 1 Dimana volume spesifik pada keadaan ini: ν 1 RT P 1 0 0,87kJ / kg K(16K) ν 1 5 1,01x10 Pa ν 0,91 1 m / kg c).kondisi Titik pada kondisi titik ini merupakan langkah kompresi yang terjadi secara isentropik. Dimana pada daa sebelumnya perbandingan kompresi sebesar r 18. Menurut (lit.1 hal.9)untuk proses kompresi isentropik berlaku hubungan : r V1 V

83 V r 1 18 V Keterangan V 1 Volume langkah (m ) V Volume sisa (m ) Dimana pada keadaan kompresi berlaku hubungan : v v r1 r V V 1 v r v r1 V V 1 158,0806 v r 18 v 8,7855 r menurut (lit.8 hal.80) pada v r 8, 7855 diperoleh : T 99, 14 0 K p 71,7104 r U 707,648 kj / kg h 977,11 kj / kg 1 kondisi tekanan pada titik keadaan isentropik berlaku hubungan : p p r r1 P P ,7104 P 1,01x10 Pa 1,4069

84 P 54,18 x10 5 Pa volume spesifik pada titik : v 1 r v v 0,91 m 18 / kg v 0,0507 m / kg d).kondisi Titik a - Pada kondisi titik - a terjadi pemasukan kalor pada volume konstan dan dilanjutkan dengan pemasukan kalor pada tekanan konstanyaitu terjadi pada titik a, menurut (lit. hal. 50) bahwa perbandingan tekanan maksimum : λ P a P P P Untuk λ Mesin dengan pengabutan mekanis peningkatan tekanannya 1,7 ~, dalam hal ini dipilih λ 1,7 Sehingga tekanan maksimum yang diperoleh adalah : λ P a P P P P a P 1,7 P a 5 54,18 x10 Pa (1,7) 5 P a 9,106x10 Pa karena pada titik a titik pada tekanan konstan maka besar tekanan P P a.

85 P 5 P a 9,106x10 Pa Menurut (lit.1 hal ). Hubungan antara temperatur titik a adalah pada volume konstan. T a T P a P v v a λ keterangan : λ dinamai laju ledakan sehingga, temperatur T a dapat dicari: T a T T a λ 0 99,14 K (1,7) T 0 a 1597, K 0 menurut (lit.8 hal 80) pada 0 T a , K diperoleh: U a 195,87 kj / kg h a 175,676 kj / kg pemasukan kalor pada titik - a, menurut (lit. hal.0),yaitu: qin qa + q a Dimana q in kalor yang masuk memenuhi persamaan berikut : q in (0,0) (41868 kj/kg) q in 181,644 kj/kg q in (FA) (LHV) (lit.10 hal.85) sehingga entalpi pada titik dapat diperoleh: q in ( U a U ) + ( h h a )

86 q P av ( Ua U ) + ( h Ua J in + P v J a a h U + + q in a ) h 5 9,106 x10 Pa (0,0507m 707,648 kj / kg + 10kg m / kj h 547,11 kj / kg / kg) + 181,644 kj / kg menurut (lit.8 hal.80) dari tabel pada, h 547,11 kj / kg diperoleh: T 5, 4 0 K p r 700, 95 v 0,55849 r U 1905,50 kj / kg e). Kondisi Titik 4 Dimana pada persamaan gas ideal diketahui bahwa : P a T V a a P V T dimana pada keadaan tekanan konstan berlaku rumus : V T a a V T V V a 0 5,4 K ,0 K V V a 1,9

87 V V V V V4 1 a V V V 4 1 1,9 ( 18) V V 4 β 1, untuk keadaan ekspansi isentropik berlaku rumus : V 4 V v v r 4 r V v ( v ) 4 r 4 r V v r 4 1, (0,55849) v r 4 7, menurut (lit.8 hal.80) dari tabel pada v 7, r diperoleh : T4 1005, 91 0 K p 9,97888 r 4 U 764,60 kj / kg 4 sehingga tekanan di titik 4, yaitu: pada kondisi ini berlaku rumus idealisasi isentopik dimana : p p r 4 r P4 P sehingga,

88 Pr P 4 P Pr 4 5 P 4 9,106 x10 Pa P4,1 x10 5 Pa 9, ,56.8 Analisa Termodinamika Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Pada motor bakar diesel dengan turbocarjer tanpa interkuler ini siklus yang digunakan yaitu : siklus gabungan, tetapi tidak ada penurunan temperatur udara setelah kompresor, sehingga udara dari kompresor langsung masuk ke ruang bakar.

89 Gambar.8 : Diagram T S Siklus gabungan dengan turbocarjer tanpa interkuler Keterangan : 0 1 a Langakah isap dengan Kerja kompresor aktual 0 1 s Langakah isap dengan Kerja kompresor ideal 1 Langakah kompresi isentropik a Proses pemasukan Kalor pada volume konstan a Proses pemasukan kalor pada Tekanan konstan 4 Langakah ekspansi isentropik 4 1 Langakah Buang 4 5 a Proses pemasukan gas dan temperatur kedalam Turbin Turbocarjer aktual 4 5 s Proses pemasukan gas dan temperatur kedalam Turbin Turbocarjer idea a : Kerja turbocarjer 5 a 0 Proses Pembuangan gas dan temperatur dari turbocarjer secara aktual 5 s 0 Proses Pembuangan gas dan temperatur dari turbocarjer secara ideal.8.1 Analisa Termodinamika Turbin Turbocarjer Dengan menggunakan diagram h s untuk turbin turbocarjer sesuai dengan gambar.4. Sesuai dengan perhitungan sebelumnya Dimana kerja yang dihasilkan oleh turbin adalah: W T. h m( h h ) (lit.9.hal.5) tt 01 dari data pemilihan kajian telah diketahui bahwa T 5a T 01 dan T 6 T 0, sehingga T 01 lebih tinggi dari tenperatur turbocarjer yang memakai interkuler, yaitu sebesar T K P 01 1,6 x 10 5 Pa

90 ṁeg 0,170 kg/det dengan menggunakan cara perhitungan yang sama dengan analisa perhitungan terbocarjer dengan interkuler maka diperolerh T K dengan entalpi sebesar : h 8,0 kj / kg 01 untuk mencari temperatur keluar turbin secara stagnasi isentropik dapat dicari dengan persamaan ; T 0s T 01 P P 0 01 k 1 k tekanan udara keluar turbin isentropik dapat ditentukan, dalam hal ini dimana tekanan keluar turbin akan sama dengan tekanan udara atmosfer P 0 1,01 x10 5 Pa. T0 s T 0 s ,57 0 K 5 1,01x10 Pa K 5 1,6x10 Pa 1,4 1 1,4 dimana diambil efisiensi isentropik dari turbin ηt 0,75 0, (lit.8 hal.8) dalam hal ini diambil efisiensi isentropik 0,8 sehingga dengan menggunakan efisiensi turbin, mak didaoat temperatur keluar turbin dalam keadaan stagnasi K T0 0, K 698,57 0 K

91 T 0 718,85 0 K Menurut (lit.8 hal.80) pada T 0 718,85 0 K diperoleh: h 7,85 kj / kg 0.8. Termodinamika pada Kompresor Dengan menggunakan digram h s untuk kompresor turbocrjer sesuai dengan gambar.5. Sesuai dengan perhitungan turbocarjer dengan interkuler sebelumnya dan dengan menggunakan cara yang sama untuk menghitung analisa kompresor pada turbocarjer tanpa interkuler. Pada kajian studi ini temperatur udara dan tekanan masuk kompresor sebesar; T K P 01 1,01 x10 5 Pa Dimana kerja kompresor : W c. ( h0 h01) m (lit.9.hal.7) pada temperatur T K, diperoleh entalpi h 01 0,488 kj/kg pada kajian studi ini daya kompresor sama dengan daya turbin, karena daya yang digunakan kompresor pada turbocharger sama dengan daya pada turbin. Sesuai dengan hukum termodinamika pertama, bahwa:.. Q W 0( KJ ) (lit.8 hal.0) Di dalam turbocarjer proses alirannya adalah adiabatik, sehingga. Q. W, dan persamaannya menjadi : W t W k

92 . eg m ( h01 h0 ) m k ( h0 h01). ( 8,0kJ / kg 7,85kJ / kg) 0,165kg / det( h 0,488kJ / kg) 0,170kg / det 0 h 94,51 kj / kg 0 pada h 94,51 kj / kg, diperoleh dari tabel (lit.8 hal 80): T , 9 K Pada kompresor berlaku efisiensi isentropik, ( T ) T s 0 01 η k ( T T ) (lit.9.hal.41) 01 dimana efisiensi isentropik kompresor: η k 0,7 ~ 0,9 dalam hal ini di pilih η k 0,7, sehingga : 0 0,7 0 ( T0 s 0 K ) 0 0 ( 9,9 K 0 K ) T s , 0 K Dimana hubungan isentropik dari kompresor : T T 0s 01 P P 0 01 k 1 k (lit.9 hal.19) P ,0 K 1,01x10 Pa 0 0 K 1,4 1,4 1 P 0 1,94 x 10 5 Pa sehingga diperoleh tekanan dan temperatur yang disuplai kompresor pada keadaan stagnasi adalah: T 0 9,9 0 K

93 P 0 1,94 x 10 5 Pa.8. Analisa Termodinamika Pada Ruang Bakar dengan menggunakan cara yang sama maka analisa setiap titik pada ruang bakar dapat di tabelkan sebagai berikut : Tabel.1 : Perhitungan analisa termodinamika pada ruang bakar Titik 1 Titik Titk a 0 T1 406, 9 K 5 P1 1,89 x10 Pa v 1 0,69 m / kg ρ1 1,58 kg / m U 1 91,06 kj / kg h 1 407,680 kj / kg p r1,46 v r1 8,94949 v 4,66860 r 0 T 1159, 18 K 5 P 96,94 x10 Pa v 0,0496 m / kg 0 U 897, 18 K h 10,09 kj / kg p 166,149 r 0 T a 1970, 60 K 5 p a 164,79 x10 Pa U a 1649,68 kj / kg h a 14,89 kj / kg v a 0, m 0496 kg

94 Titik Titik 4 Titk 5a 0 T 469 K 5 P 164,79 x10 Pa v 0,69 m / kg ρ 1,58 kg / m U 15,05 kj / k h 84,771kJ / kg p 4191,580 r v 0,94045 r v r 4 5, T4 1087, 81 K 5 P4 5 x10 Pa v 0,69 m / kg 4 0 U 4 84, 876 K h ,11 kj / kg p r 4 18, T5 a 801, 049 K 5 p5 a 1,6 x10 Pa U 5 a 59,4 kj / kg h5 a 8,599 kj / kg p r5 a 8, Daya Turbin dan Kompresor Turbocarjer Menurut (lit.9 hal.7) daya turbin pada turbocharger dapat dituliskan sesuai dengan persamaan : W t. m eg ( h h0 ) 01 keterangan : W t daya turbin turbocharger (hp) ṁ eg laju aliran gas buang masuk tubin (kg/det), pada perhitungan sebelumnya telah diperoleh ṁ eg 0,170 kg/det h 01 entalpi gas buang masuk turbin dalam keadaan stagnasi (kj/kg) pada perhitungan sebelumnya telah diperoleh sebesar 810, kj/kg.

95 h 0 entalpi gas buang keluar turbin dalam keadaan stagnasi (kj/kg) pada perhitungan sebelumnya telah diperoleh sebesar 7,8 kj/kg. Maka, daya turbin dapat diperoleh sebesar : W t. m eg ( h h ) 0 01 ( 810,kJ / kg 7,8kJ ) W t 0,170kg / det / kg W t 14, 77 kw W t 19, 79 hp sedangkan untuk daya kompresor menurut (lit.9 hal.7) dapat dituliskan sesuai dengan persamaan berikut : W c. m k ( h h ) 0 01 keterangan : W c daya kompresor turbocharger (hp) ṁ k laju aliran udara melalui kompresor (kg/det) pada perhitungan sebelumnya telah diketahui sebesar 0,165 kg/det h 0 entalpi udara keluar kompresor dalam keadaan stagnasi (kj/kg) pada perhitungan sebelumnya telah diketahui sebesar 9,06 kj/kg. h 01 entalpi udara masuk kompresor dalam keadaan stagnasi (kj/kg) pada perhitungan sebelumnya telah diketahui sebesar 0, 488 kj/kg. Sehingga, daya kompresor dapat diperoleh sebesar : W m c. k ( h h ) 0 01

96 ( 9,06kJ / kg 0,488kJ kg) W c 0,165kg / det / W c W c 14, 77 19, 79 kw hp.10 Putaran Turbin dan Kompresor Seperti yang dijelaskan sebelumnya pada termodinamika turbin turbocharger, bahwa turbin dan kompresor satu poros, sehingga putaran dan daya turbin dengan kompresor adalah sama. Dengan grafik dibawah ini dapat dicari putaran turbin dan kompresor.

97 Gambar.9 : grafik performansi kompresor Sumber : The Motor Vehicle, T.K.Garett, K.Newton dan Wsteeds. Dimana data sebelumnya telah diketahui, yaitu : Tekanan udara masuk kompresor (Pa) T 01 Tekanan udara yang disupai kompresor (Pa) T 0 Laju aliran udara melalui kompresor (kg/det) ṁ k Efisiensi isentropik kompresor ( η ) 0,7 c Putaran poros turbin dan kompresor (rpm) N Dari grafik diatas diperoleh putaran turbin dan kompresor dengan tekanan suplai kompresor sebesar 1,94 x 10 5 Pa.. m. m P P T 01 T , ,01 bar,85 P P ,94 x10 Pa 5 1,01 x10 Pa diketahui efisiensi isentropik kompresor sebesar ( η ) 0,7. Sehingga, putaran kompresor dan turbin diperoleh : N T N 4850 N 844,4 ( 0) c

98 N rpm BAB IV PERFORMANSI MOTOR BAKAR Pada motor diesel tanpa turbocarjer kerapatan udara sangat bergantung pada kondisi udara atmosfer yang diisap. Pada tekanan udara yang lebih tinggi dan temperatur yang lebih rendah, berat udara yang diisap akan bertambah, sebaliknya pada tekanan udara yang lebih rendah dan temperatur yang lebih tinggi, berat udara yang diisap akan berkurang. Dari perhitungan analisa temodinamika pada bab sebelumnya telah diperoleh data sebagai berikut : a. Motor Diesel Dengan Turbocarjer dan Interkuler λ laju ledakan 1,7 β perbandingan pemotongan 1, P tekanan setelah kompresi 96,4 x10 δ derajat ekspansi 1,66 5 Pa

99 b. Motor Diesel Tanpa Turbocarjer dan Interkuler λ laju ledakan 1,7 β perbandingan pemotongan 1,9 P tekanan setelah kompresi 54,18 x10 δ derajat ekspansi 1, Pa c. Motor Diesel Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler λ laju ledakan 1,7 β perbandingan pemotongan 1,5 P tekanan setelah kompresi 96,94 x10 δ derajat ekspansi 14,4 4.1 Performansi Motor Bakar Diesel Dengan Turbocarjer dan Interkuler Tekanan Indikator Rata Rata menurut (lit. hal.54), tekanan indikator rata rata pada siklus gabungan adalah: 5 Pa p it p λβ 1 λ ( β 1) + x 1 n r 1 n 1 δ 1 x 1 n 1 r 1 1 n 1 dimana : λ laju ledakan T a 1,7 T β perbandingan pemotongan V 1, V a n eksponen polytropik 1,15 ~ 1, (lit. hal.5) diambil n 1,0 V4 δ menurut (lit. hal.14) adalah perbandingan V

100 V4 r 18 dimana 1, 664 V β 1, sehingga, tekanan indikator dapat diperoleh sebesar : p it p it p λβ 1 λ ( β 1) + x 1 n r 1 n 1 δ 1 x 1 n 1 r 1 1 n 1 96,4x10 17 Pa 1,7(1,) 1 1,7(1, 1) + x 1 1,0 1 (1,66) 1 1 x 1 1, ,0 1 1,0 1 p 5,6 x10 5 Pa (0,54 + 4,1 1,9 ) it p 15,8 kg/cm it untuk faktor koreksi tekanan indikator rata rata adalah: Dimana : p i ϕ p it (lit. hal.55) ϕ 0,95 ~ 0,97 faktor koreksi dari diagram untuk mesin 4_langkah 0,96 ~ 0,98 faktor koreksi dari diagram untuk mesin _langkah dalam hal ini faktor koreksi diambil ϕ 0,95 untuk mesin diesel 4_langkah. Maka tekanan indikator rata rata nya menjadi: p i ϕ p it p i 0,95 (15,8 kg / cm ) p i 14,51 kg / cm 4.1. Tekanan Efektif Rata - Rata Tekanan efektif rata rata yang terjadi adalah:

101 p e η m (lit. hal.61) pi dimana : η m efisiensi mekanis yang menggunakan turbocharger 0,8 ~ 0,88 dalam hal ini diambil η m 0,807 p i tekanan indikator rata rata (kg/cm ) p e tekanan efektif rata rata (kg/cm ) maka, tekanan efektif rata rata dapat diperoleh: η m p p e i p e 0,807 (14,51 kg / cm ) p e 11,70kg / cm 4.1. Kerja Indikator Kerja indikator sesuai dengan persamaan berikut: W i πd pi L (kg-m) (lit. hal.) 4 Dimana : p Tekanan indikator rata rata (kg/cm ) i D Diameter silinder (m) Sesuai dengan hasil survei diperoleh diameter 0,104 m L panjang langkah piston (m) Sesuia dengan hasil survei diperoleh panjang langkah piston 0,118 m Sehingga, W i (0,104 m) 14,51x10 kg / m 0, 118 m 4 4 π

102 Wi 145,7 kg-m Kerja Efektif kerja efektif sesuai dengan persamaan berikut: W e p V (lit. hal.57) e d dimana : V d πd 4 L (m ) sehingga diperoleh kerja efektif sebesar: W e W e (0,104 m) 11,70 x10 kg / m 0, 118 m 4 117, 4 π kg m Kerja Mekanik Yang Hilang kerja mekanik yang hilang memenuhi persamaan berikut: W m W i W e W m ( 145,7 kg m) (117, kg m) W m 8, 15 kg m Daya Indikator Daya indikator dapat diperoleh dengan persamaan : N i pivd ni 60x75xz (lit. hal.58) Keterangan N i Daya Indikator ( hp) P i Tekanan indikator rata-rata (kg/cm )

103 V d Volume langkah torak (m ) z untuk mesin 4 langkah z,untuk langkah z 1 n Putaran mesin ( rpm) i Jumlah silinder mesin 4 14,51x10 kg / m N i 0, m 60x75x (500rpm) 4 N i 161,5 hp Daya Efektif Daya efektif rata rata dapat diperoleh dengan menggunakan efisiensi mekanis adalah: N e η m (lit. hal.60) N i dimana : η m efisiensi mekanis yang menggunakan turbocharger 0,8 ~ 0,88 dalam hal ini diambil η m 0,805 sehingga, diperoleh besar daya efektif adalah: N e 0,805 (161,5) hp) N e 10 hp Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jam Konsumsi bahan bakar tiap jam dituliskan sesuai persamaan berikut: Dimana : ηb 6N e η b (lit. hal.6) FhQL efisiensi termal efektif

104 η η η η η η b m i m th r N e Daya efektif (Hp) F h Konsumsi bahan bakar tiap jam (kg/hr) Q L Nilai kalor bawah (LHV) (kkal/kg) Efisiensi relatif dapat dicari dengan persamaan: W i η r (lit. hal.) Wt dimana: W i kerja indikator (kg-m) W t kerja thermal siklus ideal (kg-m) kerja thermal siklus ideal : W P V (lit. hal.) t it d W t 4 15,8x10 kg / m (0, m ) W t 15, 08 kg m sehingga, efisiensi relatif dapat diperoleh: W i η r (lit. hal.) Wt η r 145,7 15,08 kg m kg m η r 0,95 efisiensi thermal siklus : q out η th (lit.1 hal.) qin

105 η th η th 799,486kJ / kg 57,19kJ / kg 1 181,644 kj / kg 61 % sehingga diperoleh efisiensi thermal efektif : η η η η (lit. hal.6) b m th r η b η b (0,805)(0,61)(0,95) 0,47 sehingga konsumsi bahan bakar tiap jam nya dapat dicari : η b 6N F Q h L e F h 0,47 6 (10hp) (10006,69) ( kkal / kg) F h 17,4 kg / hr Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik sesuai dengan persamaan: 17,4 kg / hr F 10 Hp F h F (lit. hal.6) N e F 1,8 g / hp hr Torsi menurut (lit.1 hal.4) momen putar atu torsi dirumuskan sebagai berikut : πn N b. T

106 T N x60x75 b πn sehingga dapat diperoleh: T 115hpx60x75 xπx100rpm T 9 kg-m 4.. Performansi Motor Bakar Diesel Tanpa Turbocarjer dan Interkuler 4..1 Tekanan Indikator Rata Rata menurut (lit. hal.54), tekanan indikator rata rata pada siklus gabungan adalah: p it p λβ 1 λ ( β 1) + x 1 n r 1 n 1 δ 1 x 1 n 1 r 1 1 n 1 dimana : λ laju ledakan T a 1,7 T β perbandingan pemotongan V 1,9 V a

107 n eksponen polytropik 1,15 ~ 1, (lit. hal.5) diambil n 1,0 δ menurut (lit. hal.14) adalah perbandingan V V 4 V4 r 18 dimana 1, V β 1,9 sehingga, tekanan indikator dapat diperoleh sebesar : p it p it p λβ 1 λ ( β 1) + x 1 n r 1 n 1 δ 1 x 1 n 1 r 1 1 n 1 54,18x10 17 Pa 1,7(1,9) 1 1,7(1,9 1) + x 1 1,0 1 1, x 1 1, ,0 1 1,0 1 p,18 x10 5 Pa (0,66 + 4, 1,9 ) it p it 9,7 kg / cm untuk faktor koreksi tekanan indikator rata rata adalah: Dimana : p i ϕ p it (lit. hal.55) ϕ 0,95 ~ 0,97 faktor koreksi dari diagram untuk mesin 4_langkah 0,96 ~ 0,98 faktor koreksi dari diagram untuk mesin _langkah dalam hal ini faktor koreksi diambil ϕ 0,95 untuk mesin diesel 4_langkah. Maka tekanan indikator rata rata nya menjadi: p i ϕ p it

108 p i 0,95 (9,7 kg / cm ) p i 8,90 kg / cm 4.. Tekanan Efektif Rata - Rata Tekanan efektif rata rata memenuhi persamaan berikut : p e η m (lit. hal.61) pi dimana : η m menurut (lit. hal 7) efisiensi mekanis untuk motor bakar diesel tanpa turbocarjer 0,75 0,85 dalam hal ini diambil η m 0,79 p i tekanan indikator rata rata (kg/cm ) p e tekanan efektif rata rata (kg/cm ) maka, tekanan efektif rata rata dapat diperoleh: η m p p e i p e 0,79 (8,90 kg / cm ) p e 7,0 kg / cm 4.. Kerja Indikator kerja indikator sesuai dengan persamaan berikut: W i πd pi L (kg-m) (lit. hal.) 4 Dimana : p Tekanan indikator rata rata (kg/cm ) i

109 D Diameter silinder (m) Sesuai dengan hasil survey diperoleh diameter D 0,104 m L panjang langkah piston (m) Sesuia dengan hasil survey diperoleh panjang langkah piston L 0,118 m Sehingga, W i W i Wi πd pi L kg-m 4 4 π (0,104 m) 8,90x10 kg / m 0, 118 m 4 89,16 kg-m 4..4 Kerja Efektif menurut (lit. hal.57) kerja efektif sesuai dengan persamaan berikut: W e p e V d dimana : V d πd 4 L (m ) sehingga diperoleh kerja efektif sebesar: W e W e (0,104 m) 7,0 x10 kg / m 0, 118 m 4 70, 4 kg m 4 π 4..5 Kerja Mekanik Yang Hilang menurut (lit. hal.57) kerja mekanik yang hilang memenuhi persamaan berikut: W m W i W e

110 W m ( 89,16kg m ) ( 70,4kg m) W m 18, 7 kg m 4..6 Daya Indikator Daya indikator dapat diperoleh dengan persamaan : N i pivd ni 60x75xz (lit. hal.58) Keterangan N i Daya Indikator ( hp) P i Tekanan indikator rata-rata (kg/cm ) V d Volume langkah torak (m ) z untuk mesin 4 langkah z,untuk langkah z 1 n Putaran mesin ( rpm) i Jumlah silinder mesin 4 8,90x10 kg / m N i 0, m 60x75x (500rpm) 4 N i 99,07 hp 4..7 Daya Efektif Daya efektif rata rata adalah: N b η m (lit. hal.60) N i dimana : η m efisiensi mekanis motor bakar diesel tanpa turbocharger 0,75 ~ 0,85 dalam hal ini diambil η m 0,80 sehingga, diperoleh besar daya efektif adalah:

111 N b 0,79 (99,07)hp N b 78, 6 hp 4..8 Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jam Konsumsi bahan bakar tiap jam dituliskan sesuai persamaan berikut: 6N b η b (lit. hal.6) FhQL Dimana : ηb efisiensi termal efektif η η η η η η b m i m th r N b Daya efektif (Hp) F h Konsumsi bahan bakar tiap jam (kg/hr) Q L Nilai kalor bawah (LHV) (kkal/kg) Efisiensi relatif dapat dicari dengan persamaan: dimana: W i η r (lit. hal.) Wt W i kerja indikator (kg-m) W t kerja thermal siklus ideal (kg-m) kerja thermal siklus ideal : W P V t it d W t 4 9,7x10 kg / m (0, m ) W t 9, 87 kg m sehingga, efisiensi relatif dapat diperoleh:

112 η r Wi W t 89,16 η r 9,87 kg m kg m η r 0,94 efisiensi thermal menurut (lit.1 hal.) adalah: η η η th th th η th q 1 q 1 out in ( U 4 U1 ) ( U U + h h ) a a [ 764,60 kj / kg 5,85 kj / kg] 1 ( 195,87kJ / kg 707,648kJ / kg) + (547,11kJ / kg 175,676kJ / kg) 0,61 sehingga diperoleh efisiensi thermal efektif : η η η η b m th r η b η b (0,79)(0,61)(0,94) 0,45 sehingga konsumsi bahan bakar tiap jam nya dapat dicari : 6N e η b (lit. hal.6) FhQL F h 0,45 6 (78,6hp) (10006,69) ( kkal / kg) F h 10,98 kg / hr 4..9 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

113 Konsumsi bahan bakar spesifik sesuai dengan persamaan: 10,98 kg / hr F 78,6 hp F h F (lit. hal.6) N e F 140, g / hp hr Torsi menurut (lit.1 hal.4) momen putar atau torsi dirumuskan sebagai berikut : πn 1 N e. T (lit.1 hal.4) sehingga momen putar atau torsi tersebut dapat diperoleh: T 75hpx60x75 xπx00rpm T kg-m 4. Performansi Motor Bakar Diesel Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler 4..1 Tekanan Indikator Rata Rata menurut (lit. hal.54), tekanan indikator rata rata pada siklus gabungan adalah: p it p λβ 1 λ ( β 1) + x 1 n r 1 n 1 δ 1 x 1 n 1 r 1 1 n 1 dimana :

114 λ laju ledakan T a 1,7 T β perbandingan pemotongan V 1,5 V a n eksponen polytropik 1,15 ~ 1, (lit. hal.5) diambil n 1,0 δ menurut (lit. hal.14) adalah perbandingan V V 4 V4 r 18 dimana 14, 4 V β 1,5 sehingga, tekanan indikator dapat diperoleh sebesar : p it p it p λβ 1 λ ( β 1) + x 1 n r 1 n 1 δ 1 x 1 n 1 r 1 1 n 1 96,94x10 17 Pa 1,7(1,5) 1 1,7(1,5 1) + x 1 1,0 1 14,4 1 1 x 1 1, ,0 1 1,0 1 p 5,70 x10 5 Pa (0,45 +,90 1,9 ) it p it 1,65 kg / cm untuk faktor koreksi tekanan indikator rata rata adalah: Dimana : p i ϕ p it (lit. hal.55) ϕ 0,95 ~ 0,97 faktor koreksi dari diagram untuk mesin 4_langkah 0,96 ~ 0,98 faktor koreksi dari diagram untuk mesin _langkah

115 dalam hal ini faktor koreksi diambil ϕ 0,95 untuk mesin diesel 4_langkah. Maka tekanan indikator rata rata nya menjadi: p i ϕ p it p i 0,95 (1,65 kg / cm ) p i 1,96 kg / cm 4.. Tekanan Efektif Rata - Rata Tekanan efektif rata rata sesuai dengan persamaan adalah: dimana : p e η m (lit. hal.61) pi η m menurut (lit. hal 61) efisiensi mekanis untuk motor bakar diesel dengan turbocarjer 0,80 0,88 dalam hal ini diambil η m 0,80 p i tekanan indikator rata rata (kg/cm ) p e tekanan efektif rata rata (kg/cm ) maka, tekanan efektif rata rata dapat diperoleh: η m p p e i p e 0,80 (1,96 kg / cm ) p e 10,6 kg / cm

116 4.. Kerja Indikator Kerja indikator sesuai dengan persamaan berikut: W i πd pi L (kg-m) (lit. hal.) 4 Dimana : p Tekanan indikator rata rata (kg/cm ) i D Diameter silinder (m) Sesuai dengan hasil survei diperoleh diameter 0,104 m L panjang langkah piston (m) Sesuia dengan hasil survey diperoleh panjang langkah piston 0,118 m Sehingga, W i W i Wi πd pi L kg-m 4 (0,104 m) 1,96x10 kg / m 0, 118 m 4 19,84 kg-m 4 π 4..4 Kerja Efektif menurut (lit. hal.57) kerja efektif sesuai dengan persamaan berikut: W e p e V d dimana : V d πd 4 L (m ) sehingga diperoleh kerja efektif sebesar: W e (0,104 m) 10,6 x10 kg / m 0, 118 m 4 4 π

117 W e 10, 79 kg m 4..5 Kerja Mekanik Yang Hilang menurut (lit. hal.57) kerja mekanik yang hilang memenuhi persamaan berikut: W m W i W e W m ( 19,84kg m ) ( 10,79kg m) W m 6, 05 kg m 4..6 Daya Indikator Daya indikator dapat diperoleh dengan persamaan : N i pivd ni 60x75xz (lit. hal.58) Keterangan N i Daya Indikator ( hp) P i Tekanan indikator rata-rata (kg/cm ) V d Volume langkah torak (m ) z untuk mesin 4 langkah z,untuk langkah z 1 n Putaran mesin ( rpm) i Jumlah silinder mesin 4 1,96x10 kg / m N i 0, m 60x75x (500rpm) 4 N i 144,7 hp 4..7 Daya Efektif Daya efektif rata rata adalah: N b η m (lit. hal.60) N i

118 dimana : η m efisiensi mekanis motor bakar diesel tanpa turbocharger 0,75 ~ 0,85 dalam hal ini diambil η m 0,80 sehingga, diperoleh besar daya efektif adalah: N b 0,80 (144,7) Hp) N b 115, 41hp 4..8 Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jam Konsumsi bahan bakar tiap jam dituliskan sesuai persamaan berikut: 6N b η b (lit. hal.6) FhQL Dimana : ηb efisiensi termal efektif η η η η η η b m i m th r N b Daya efektif (Hp) F h Konsumsi bahan bakar tiap jam (kg/hr) Q L Nilai kalor bawah (LHV) (kkal/kg) Efisiensi relatif dapat dicari dengan persamaan: dimana: W i η r (lit. hal.) Wt W i kerja indikator (kg-m) W t kerja thermal siklus ideal (kg-m) kerja thermal siklus ideal : W P V t it d

119 W t 4 1,65x10 kg / m (0, m ) W t 16, 75 kg m sehingga, efisiensi relatif dapat diperoleh: η r Wi W t η r 19,84 16,75 kg m kg m η r 0,95 efisiensi thermal menurut (lit.1 hal.) adalah: η η η th th th η th q 1 q 1 out in ( U 4 U1 ) ( U U + h h ) a a [ 84,876 kj / kg 91,06 kj / kg] 1 ( 1649,68kJ / kg 897,18kJ / kg) + (84,771kJ / kg 14,89kJ / kg) 0,61 sehingga diperoleh efisiensi thermal efektif : η η η η b m th r η b η b (0,80)(0,61)(0,95) 0,46 sehingga konsumsi bahan bakar tiap jam nya dapat dicari : η b 6N F Q h L e F h 0,46 6 (115,41hp) (10006,69) ( kkal / kg)

120 F h 15,84 kg / hr 4..9 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik sesuai dengan persamaan: 15,84 kg / hr F 115,41 hp F h F (lit. hal.6) N e F 17, g / hp hr Torsi Momen putar atau torsi dirumuskan sebagai berikut : πn 1 N e. T (lit.1 hal.) T N x60x75 e πn sehingga momen putar atau torsi tersebut dapat diperoleh: T 11hpx60x75 xπx00rpm T 5 kg-m 4.4 Perhitungan Performansi Pada Beberapa Putaran

121 Gambar 4.1: grafik prestasi motor diesel dengan turbocarjer dengan interkuler Sumber : Penggerak mula motor bakar torak, Wiranto Arismunandar Dari grafik diatas dapat diperoleh data performansi motor bakar diesel dengan turbocarjer dan interkuler dengan metode interpolasi sebagai berikut Tabel 4.1: Daya Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer dan Interkuler Putaran (rpm) Tekanan efektif (kg/cm ) Volume silinder (m ) Jumlah silinder Daya motor (hp) ,01 0, , ,815 0, , ,475 0, , ,875 0, , ,15 0, , ,4657 0, , ,70 0, , ,575 0, , ,678 0, , ,15 0, , ,75 0, ,18671 Tabel 4.: Daya Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer tanpa Interkuler. Putaran (rpm) Tekanan efektif (kg/cm ) Volume silinder (m ) Jumlah silinder Daya motor (hp) 100 8,9106 0, ,58056

122 1500 9,61 0, , ,1707 0, , ,5715 0, , ,9581 0, , ,1806 0, , ,41 0, , ,411 0, , ,61 0, , ,1 0, , ,0075 0, ,7618 Dan untuk motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler mengunakan grafik yang berdasarkan literatur sebagai berikut : Gambar 4. : grafik prestasi motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler Sumber Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Wiranto Arismunandar. Dengan demikian diperoleh data performansi motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler dengan metode interpolasi sebagai berikut. Tabel 4.: Daya Motor Bakar Diesel tanpa Turbocarjer dan Interkuler.

123 Putaran (rpm) Tekanan efektif (kg/cm ) Volume silinder (m ) Jumlah silinder Daya motor (hp) ,6 0, , ,6 0, , ,4 0, , ,1 0, , ,0 0, , , 0, , ,7 0, ,605 Dari data diatas dapat ditampilkan dalam bentuk grafik Daya Motor (hp) Putaran (rpm) Dengan Turbocarjer dan Interkuler Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Gambar 4. : Grafik Daya Motor Vs Putaran Dari gambar grafik diatas dipat dilihat bahwa dengan menggunakan turbocarjer dan interkuler daya efektif dapat meningkat hingga 10 hp pada putaran 500 rpm, sedangkan motor bakar yang menggunakan turbocarjer tanpa interkuler daya maksimum 115 hp pada putaran 500 rpm. Dan untuk motor bakar tanpa turbocarjer dan tanpa interkuler daya maksimum yang diperoleh 78 hp pada putaran 00 rpm. Hal ini disebabkan karena pengisian lanjut yang dilakukan oleh turbocarjer untuk meningkatkan tekanan suplai udara yang masuk kedalam ruang bakar yang berakibat dengan meningkatnya tekanan efektif rata rata pada motor

124 bakar tersebut. Dan khusus untuk motor bakar dengan turbocarjer dan interkuler udara yang disuplai masuk ke dalam ruang bakar meningkat akan tetapi kerapatan udara tersebut juga meningakat, hal ini disebabkan karenan adanya proses pendinginan udara sebelum masuk kedalam ruang bakar sehingga tekanan yang dihasilkan pada ruang bakar jauh relatif lebih tinggi dibandingkan tanpa pendinginan udara, hal inilah yang membedakan motor bakar yang menggunakan pendinginan udara dan yang tidak menggunakan pendinginan udara. 14 Tekanan Efektif (kg/cm) Putaran (rpm) Dengan Turbocarjer dan Interkuler Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Gambar 4.4 : Tekanan Efektif Vs Putaran sehingga dari grafik diatas dapat dilihat begitu besar pengaruh penggunaan turbocarjer dengan interkuler tersebut. Tekanan efektif maksimum untuk motor bakar dengan turbocarjer dan interkuler terjadi pada putaran 00 rpm dimana besarnya yaitu : 1,4657 kg/cm untuk motor bakar dengan turbocarjer dan interkuler sedangkan untuk motor bakar dengan turbocarjer tanpa interkuler besar nya yaitu :11,806 kg/cm. dan tekanan efektif maksimum untuk motor bakar tanpa turbocarjer dan inerkuler terjadi pada putaran 100 rpm yang diperoleh sebesar:7,65 kg/cm. hal ini disebabkan oleh pengisian lanjut udara yang dilakukan

125 oleh turbocarjer. Dimana pada turbocarjer ini udara yang disuplai masuk ke dalam ruang bakar dengan bantuan kompresor yang di gerakkan oleh turbin turbocrjer, sedangkan turbin turbocarjer itu sendiri digerakkan oleh gas buang yang berasal dari mesin itu sendiri. Akan tetapi berbada halnya kalau memakai alat pendingin udara sebelum masuk kedalam ruang bakar, kerapatan udara tersebut akan meningkat yang berakibat pada naiknya tekanan efektif rata rata Pengaruh Penggunaan Turbocarger dengan Interkuler terhadap Daya Efektif dan tekanan efektif Motor Bakar Diesel a. Kenaikkan daya motor dengan menggunakan Turbocarjer dan Interkuler N b N n N N n T int er x100% 78,5 10 N b x100% 78,5 N b 66,1% Motor bakar yang menggunakan turbocarjer dengan interkuler dapat menaikkan daya sebesar 66,1% hal ini sesuai dengan (lit. hal.114) bahwa tujuan utama penggunaan turbocarjer menaikkan daya (0 80 %). b. Kenaikkan daya motor dengan menggunakan Turbocarjer tanpa Interkuler N b N n N N n T x100%

126 78,5 115, N b x100% 78,5 N b 47,8 % Dari hasil persentase dapat dilihat bahwa motor bakar yang menggunakan turbocarjer tanpa interkuler kenaikkan daya kurang begitu besar, hal ini dikarenakan kerapatan udara mempengaruhi besar kecilnya tekanan efektif rata rata dan hal ini berdampak langsung terhadap daya efektif motor bakar diesel tersebut. c. Daya motor tanpa menggunakan Turbocarjer dan Interkuler Daya motor yang tidak menggunakan turbocarjer dan interkuler adalah daya motor yang telah dipersiapkan pabrikan sebagai perbandingan kenaikkan daya yang menggunakan perangkat tambahan Turbocarjer dan tanpa Interkuler. Sesuai hasil survey dimana turbocarjer dan interkuler itu digunakan bahwa tipe mesin yang lama yan masih mengadopsi sistem SOHC ( Single OverHead Camshaft ) yakni yang mempunyai satu katup isap (intake) dan satu katup buang (exhaust).yakni besarnya daya yang terpasang adalah : N b 78, 5 hp untuk pengaruh kenaikan persentase tekanan efektif rata rata adalah sebagai berikut : a. Tekanan Efektif yang menggunakan Turbocarjer dan Interkuler P e P en P P en etin x100%

127 7,0 11,7 P e x100% 7,0 P e 66,4 % b. Tekanan Efektif yang menggunakan Turbocarjer Tanpa Interkuler P e P en P P en et x100% 7,0 10,41 P e x100% 7,0 P e 48 % c. Tekanan Efektif Tanpa menggunakan Turbocarjer dan Interkuler Dalam hal ini tekanan efektif yang tidak menggunakan turbocarjer sangat dipengaruhi oleh kondisi udara luar. Sehingga kalau kondisi udara luar pada tekanan atmosfer maka motor tersebut hanya mampu menghisap udara pada tekanan atmosfer. Hal ini yang membedakan memakai atau tidaknya turbocarjer (alat pengisian lanjut) pada motor bakar. Pada kasus ini tekanan efektifnya yang sesuai untuk daya maksimum diperoleh tekanan efektif rata rata pada mesin yang tidak menggunakan turbocarjer dan tanpa interkuler yaitu sebesar :. tekanan efektif inilah yang sebagai perbandingan dengan P e 7,0 kg / cm turbocarjer dan tanpa interkuler Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler Terhadap Torsi Motor Bakar Diesel Dengan cara dan metode yang sama maka tabel daya dan torsi dapat diperoleh dan dipaparkan dalam bentuk tabel sebagai berikut: Tabel 4.4: Torsi Motor Bakar Diesel dengan Turbocrjer dan Interkuler

128 Tekanan efektif (kg/cm ) Daya motor (hp) Momen puntir atau torsi (kg-m) Putaran (rpm) Volume silinder (m ) Jumlah silinder ,01 0, ,9561 1, ,815 0, ,198 4, ,475 0, , , ,875 0, ,4669 7, ,15 0, ,14 9, ,4657 0, ,6675 9, ,70 0, ,786 7, ,575 0, ,19, ,678 0, ,979 1, ,15 0, ,1556 5, ,75 0, , ,559 Tabel 4.5: Torsi Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer tanpa Interkuler. Tekanan efektif (kg/cm ) Daya motor (hp) Momen puntir atau torsi (kg-m) Putaran (rpm) Volume silinder (m ) Jumlah silinder 100 8,9106 0, , , ,61 0, ,751 0, ,1707 0, ,9877, ,5715 0, ,4881, ,9581 0, ,4685 4, ,094 0, ,619 5, ,41 0, ,8848, ,411 0, ,145 0, ,61 0, ,14 7, ,1 0, ,81777, ,0075 0, , ,1685 Untuk tabel motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler menggunakan tabel yang sama dengan mencari daya pada motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler. Tabel 4.6: Torsi Motor Bakar Diesel Tanpa Turbocarjer dan Interkuler. Tekanan efektif (kg/cm ) Daya motor (hp) Momen puntir atau torsi (kg-m) Putaran (rpm) Volume silinder (m ) Jumlah silinder ,0 0, ,570 19, ,897 0, ,5118,0064

129 100 7,65 0, ,5466 4, ,6 0, ,7745, ,0 0, ,8069, ,45 0, ,86 0, ,87 0, , ,795 Dari tabel torsi diatas dapat dilihat bahwa torsi maksimum yang dialami oleh motor bakar tanpa tubocarjer dan interkuler yaitu terjadi pada putaran 100 rpm dimana tekanan efektifnya juga maksimum pada putaran tersebut. Sedangkan untuk motor bakar dengan turbocarjer dan tanpa interkuler torsi maksimum terjadi pada putaran 00 rpm, hal ini dapat di paparkan kedalam bentuk grafik berikut ini Momen Puntir /Torsi (kg-m) Putaran (rpm) Dengan Turbocarjer dan Interkuler Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Gambar 4.5 : Grafik Torsi Vs Putaran Dari gambar grafik diatas dapat dilihat bahwa torsi yang maksimum di tunjukkan oleh motor bakar dengan turbocarjer dan interkuler, hal ini disebabkan karena daya efektif pada motor bakar dengan turbocarjer dan interkuler memiliki daya yang maksimum dibandingkan dengan motor bakar dengan turbocarjer tanpa interkuler dan juga motor bakar tanpa turbocarjer dan tanpa interkuler Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler Terhadap Daya Indikator Motor Bakar Diesel Tabel 4.7 : Daya Indikator dengan Turbocarjer dan Interkuler

130 Tekanan Efektif (kg/cm ) Daya motor (hp) Daya Indikator (hp) Putaran (rpm) Volume silinder (m ) Jumlah silinder ,01 0, , , ,815 0, ,198 86, ,475 0, , , ,875 0, , , ,15 0, ,14 18, ,4657 0, , , ,70 0, , , ,575 0, ,19 15, ,678 0, , , ,15 0, , , ,75 0, , ,041 Tabel 4.8 : Daya Indikator dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tekanan Efektif (kg/cm ) Daya motor (hp) Daya Indikator (hp) Putaran (rpm) Volume silinder (m ) Jumlah silinder 100 8,9106 0, , , ,61 0, ,751 77, ,1707 0, ,9877 9, ,5715 0, , , ,9581 0, ,4685 1, ,1806 0, , , ,41 0, , , ,411 0, ,145 15, ,61 0, ,14 1, ,1 0, , , ,0075 0, , ,914 Tabel 4.9 : Daya Indikator Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Tekanan Efektif (kg/cm ) Daya motor (hp) Daya Indikator (hp) Putaran (rpm) Volume silinder (m ) Jumlah silinder ,0 0, ,570 54, ,897 0, , , ,65 0, , , ,6 0, , , ,0 0, ,8069 9, ,45 0, ,86 91, ,87 0, , ,90891

131 Daya Indikator (hp) Putaran (rpm) Dengan Turbocarjer dan Interkuler Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Gambar 4.6 : Daya indikator Vs Putaran Untuk gambar grafik daya indikator, penggunaan turbocarjer dan interkuler masih mempunyai peranan penting dimana dalam hal ini ditunjukkan oleh garfik yang paling tinggi yaitu gambar grafik motor bakar yang menggunakan turbocrjer dan interkulerlah yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan motor bakar dengan turbocarjer tanpa interkuler dan juga motor bakar tanpa turbocarjer dan tanpa interkuler. Hal ini juga disebabkan karena efisiensi mekanis yang menggunakan turbocarjer dan interkuler relatif lebih baik dibandingkan dengan motor bakar tanpa interkuler dan motor bakar tanpa turbocarjer dan interkuler Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Bakar Diesel Tabel 4.10 : Konsumsi bahan bakar spesifik dengan Turbocarjer dan Interkuler Efisiensi thermal brake Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp-hr) Putaran (rpm) Nilai kalor bawah (kj/kg) (η b ) Daya motor (hp) Konsumsi bahan bakar /jam(kg/hr) ,69 0, ,9561 8, ,1979

132 ,69 0,4587 7,198 9, , ,69 0,46 86, ,8588 0, ,69 0, ,4669 1,566 0, ,69 0,47 115,14 15,6679 0, ,69 0, , ,814 0, ,69 0, ,786 17,7046 0, ,69 0,465 17,19 17,44 0, ,69 0, ,979 17,58 0, ,69 0, , , , ,69 0, , , ,144 Tabel 4.11 : Konsumsi bahan bakar spesifik dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Nilai kalor bawah (kj/kg) Efisiensi thermal brake (η b ) Daya motor (hp) Konsumsi bahan bakar /jam(kg/hr) Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp-hr) Putaran (rpm) ,69 0, , , , ,69 0, , , , ,69 0,459 9,845 1, , ,69 0, ,66 14, , ,69 0,4601 1,96 16,8784 0, ,69 0,45 17,4 19,148 0, ,69 0, , , , ,69 0, ,774 19,1548 0, ,69 0,445 1, , , ,69 0, , ,058 0, ,69 0, ,914 15, , Tabel 4.1 : Konsumsi bahan bakar spesifik tanpa turbocarjer dan interkuler Nilai kalor bawah (kj/kg) Efisiensi thermal brake (η b ) Daya motor (hp) Konsumsi bahan bakar /jam(kg/hr) Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp-hr) Putaran (rpm) ,69 0, ,6847 7, , ,69 0,447 69,9504 9, , ,69 0, , ,1044 0, ,69 0, ,4991 1,6966 0, ,69 0,4496 9,968 1,086 0, ,69 0, ,540 1,9918 0, ,69 0, , ,0461 0,14508

133 Dari tabel diatas dapat dipaparkan dalam bentuk grafik. Dan hal ini menunjukkan bahwa penggunaan turbocarjer pada konsumsi bahan bakar spesifik sangat baik karena persentasenya lebih rendah dibandingkan dengan turbocarjer tanpa interkuler dan juga tanpa turbocarjer dan interkuler itu sendiri Konsumsi Bahabn Bakar Spesifik (kg/hp-hr) 0,148 0,146 0,144 0,14 0,14 0,18 0,16 0,14 0, Putaran (rpm) Dengan Turbocarjer dan Interkuler Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Gambar 4.7 : Konsumsi bahan bakar spesifik Vs Putaran Persentase penurunan konsumsi bahan bakar spesifik yang terendah: a. Motor bakar diesel dengan Turbocarjer dan Interkuler F F n F n F Tin x100% 140, 1 F x100% 140, F 5,0 % b. Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler F F n F n F Tin x100% 140, 17, F x100% 140,

134 F,1% c. Motor Bakar Diesel Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Untuk motor bakar tanpa turbocarjar dan interkuler konsumsi bahan bakarnya tinggi dan ini sebagai perbandingan pada motor bakar diesel dengan turbocrjer dan tanpa interkuler.dalam hal ini konsumsi bahan bakar yang dihasilkan setelah melakukan analisa termodinamika pada motor bakag tanpa turbocarjer yaitu sebesar F 140, g/hp-hr,harga ini sebagai perbandingan untuk semua perhitungan konsumsi bahan bakar. Konsumsi bahan bakar spesifik yang terendah yang dialami motor bakar diesel dengan turbocarjer dan tanpa interkuler terjadi pada putaran 100 rpm, sedangkan untuk motor bakar diesel tanpa turbocarjer dan interkuler konsumsi bahan bakar terendah terjadi pada putaran 00 rpm, hal inilah yang membedakan motor bakar diesel yang memakai turbocarjer dan tanpa interkuler. Konsumsi Bahan Bakar / Jam (kg/jam) Putaran (rpm) Dengan Turbocarjer dan Interkuler Dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler Tanpa Turbocarjer dan Interkuler Gambar 4.8: Konsumsi bahan bakar /jam Vs Putaran

135 Konsumsi bahan bakar / jam untuk motor bakar diesel yang paling tinggi ditunjukkan oleh motor bakar diesel dengan turbocarjer tanpa interkuler berdasarkan grafik diatas Pengaruh Penggunaan Turbocarjer dengan Interkuler Terhadap Emisi Gas Buang a. Pengaruh Turbocarjer terhadap Emisi Gas Buang Dengan menggunakan mekanisme turbocarjer atau pengisian lanjut makafaktor kelebihan udara yang masuk kedalam ruang bakar lebih besar dibandingkan motor bakar tanpa pengisian lanjut. Oleh karena itu pada bab sebelumnya telah diketahui bahwa dengan menggunakan mekanisme pengisian lanjut udara teoritis dapat ditingkatkan hingga 00 % atau lebih. Sehingga persamaan reaksi pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar adalah sebagai berikut: C panas ( O +, N ) bco + ch O + dn 1H 8 + a 76 dengan menggunakan prinsip kesetimbangan dari karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen, dapat ditentukan sebagai berikut : Maka diperoleh nilai: C b 1 H c 8 O b+c a N d,76a a 0 b 1

136 c 14 d 75, sehingga persamaannya menjadi: C panas ( O +,76N ) 1CO + 14H O + 75, + 0 N 1H 8 dengan menggunakan mekanisme turbocarjer maka kelebihan udara teoritis sebesar 00 %. Sehingga persamaannya menjadi : C panas ( O +,76N ) 1CO + 14H O + 0O + 150, 1H N Total mol hasil pembakaran (product) ,4 197,4 CO 1 mol 1 x 100% 6,58 % 197,4 H O 14 mol 14 x 100 % 7,09 % 197,4 O 0 mol 0 x 100 % 10,1 % 197,4 N 150, mol 150,4 197,4 x 100% 76,19 % Untuk emisi gas buang yang dihasilkan didalam proses pembakaran bahan bakar C H 1 8 dengan menggunakan mekanisme turbocarjer yaitu dihasilkan unsur CO yang relatif lebih kecil sekitar 6,58 % untuk setiap 1 mol terbakarnya bahan bakar. b. Motor Bakar Diesel Tanpa Menggunakan Mekanisme Turbocarjer (Pengisian Lanjut )

137 Untuk motor bakar diesel tanpa menggunakan pengisian lanjut, udara yang masuk kedalam ruang bakar hanya melalui proses isap yang dilakukan oleh piston hal ini membuat udara yang disuplai relatif lebih sedikit. Sehingga, persamaan reaksi pembakaran yang terjadi sebagai berikut : C panas ( O +, N ) bco + ch O + dn 1H 8 + a 76 dengan menggunakan prinsip kesetimbangan dari karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen, dapat ditentukan sebagai berikut : C b 1 H c 8 O b+c a N d,76a Maka diperoleh nilai: a 0 b 1 c 14 d 75, sehingga persamaannya menjadi: C panas ( O +,76N ) 1CO + 14H O + 75, + 0 N 1H 8 analisis molarnya sebagai berikut : Total mol hasil pembakaran (product) ,4 10, CO 1 mol 1 x 100% 1,7 % 10,

138 H O 14 mol 14 x 100 % 1,69 % 10, N 75, mol 75, 10, x 100% 7,58 % Dari persentase diatas dapat dilihat bahwa motor bakar tanpa pengisian lanjut mempunyai gas buang karbon dioksida CO 1,7 % dari setiap pembakaran 1 mol bahan bakar diesel. Hal ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan pengisian lanjut emisi gas buang yaitu berupa CO dapat dikurangi sehingga polusi udara dari sektor transportasi dapat dikurangi dengan menggunakan mekanisme turbocarjer (pengisian lanjut). BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan

139 1. Motor Bakar Diesel dengan daya 10 PS penggerak kendaraan truk dengan 4 silinder mempunyai laju aliran gas buang sebesar meg 0,170 kg / det.. Dan laju aliran udara yang melalui kompresor sebesar. m k 0,165 kg / det 5. Tekanan yang disuplai oleh kompresor adalah sebesar P 1,94 x Pa sup 10. Daya dan Putaran turbocarjer yang dihasilkan dari laju aliran gas buang motor bakar diesel 4_silinder, yaitu sebagai berikut : Turbin Daya. W T 19,79 hp Putaran ( N T ) rpm Kompresor Daya. W T 19,79 hp Putaran ( N T ) rpm Pada Turbocarjer putaran dan daya Turbin dan Kompresor adalah sama, hal ini dikarenakan turbin dan kompresor pada turbocarjer seporos atau di kopel langsung. 4. Performansi Motor Bakar Diesel dengan Turbocarjer dan Interkuler: Daya meningkat sebesar 66,1 % dengan memakai turbocarjer dan interkuler pada putaran 500 rpm dengan jumlah silinder dan ukuran / dimensi mesin yang sama.

140 Tekanan efektif rata rata meningkat sebesar 66,4 % pada putaran 00 rpm dengan dimensi mesin yang sama. Torsi untuk motor bakar diesel ini juga meningkat sebesar 60,8% pada putaran 100 rpm dengan dimensi mesin juga sama. Konsumsi bahan bakar spesifik menurun sebesar 5,0 % pada putaran 100 rpm untuk motor bakar dengan turbocarjer dan interkuler ini Daya indikator pada motor bakar diesel ini meningkat sebesar 6,6%. Dengan hasil ini boleh dikatakan bahwa penggunaan turbocarjer dan interkuler sangat efisien dan sangat berpengaruh terhadap performansi motor bakar diesel tersebut. 5. Performansi motor bakar diesel dengan Turbocarjer Tanpa Interkuler: Daya meningkat sebesar 47,8 % dengan memakai turbocarjer tanpa interkuler pada putaran 500 rpm dengan jumlah silinder dan ukuran / dimensi mesin yang sama. Tekanan efektif rata- rata meningkar sebesar 48 % pada putaran 00 rpm hal ini sangat sesuai untuk motor bakar yang menggunakan pengisian lanjut seperti turbocarjer ataupun mekanikal supercarjer. Torsi pada motor bakar diesel ini pun ikut meningkat sebesar 4,4 % pada putaran 100 rpm untuk motor bakar diesel dengan turbocarjer tanpa interkuler ini.

141 Konsumsi bahan bakar spesifik pada motor bakar diesel dengan turbocarjer tanpa interkuler ini menurun sebesar,1 %. Daya indikator meningkat sebesar 45,4 %. dari hasil diatas boleh dikatakan motor bakar dengan turbocarjer tanpa interkuler mempunyai pengaruh terhadap performansi motor bakar tersebut akan tetapi tidak sebaik prestasi atau pengaruh yang dihasilkan oleh motor bakar diesel yang menggunakan turbocarjer dan interkuler. 6. Untuk emisi gas buang kendaraan yang menggunakan Turbocarjer atau (pengisian lanjut) memiliki kandungan CO dari hasil pembakaran sesuai dengan analisis molar diperoleh sebesar 6,58 %. Sedangkan untuk kendaraan yang tidak menggunakan Turbocarjer atau pengisian lanjut memiliki kandungan CO dari hasil pembakaran sebesar 1,7 % dari setiap jumlah bahan bakar yang terbakar. Sehingga pengurangan polusi udara dari sektor transportasi dapat dikurangi dengan menggunakan perangkat tambahan yaitu dengan Turbocarjer (pengisian lanjut). DAFTAR PUSTAKA

142 1. Arismunandar, W, dan Tsuda, K, Motor Diesel Putaran Tinggi,Cetakan Kesepuluh, Pradnya Paramita, Jakarta, Arismunandar Wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Cetakan Keempat, Penerbit ITB Bandung, Jakarta, Petrovsky, N, Marine Internal Combustion Engine, Mir Publisher, Moscow, Edward F. Obert, Internal Combustion Engines, third edition, Scranton, Pennsylvania, Koestoer, Raldi Artono, Perpindahan Kalor untuk Mahasiswa Teknik, Edisi Pertama, Salemba Teknika, Jakarta, Holman, J. P Perpindahan Kalor, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta Pusat, Taylor, Professor C, F, The Internal Combustion Engine In Theory and Practice, Vol. II, M. I. T. PRESS, USA, Rama Gorla S.R, dan Airjaz A.khan, Turbomachinary Design and Theory, Marcel Dekker, New York, Dixon, S.L, Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery, 4 th edition, Jordan Hill, Oxford, David Burghradt, M, Engineering Thermodynamics With Applications nd edition, Harper and Row, New York, Bernard Challen and Rodica Baranescu, Diesel Engine Reference Book, nd edition, Jordan Hill, Oxford, http// /Induction, Exhaust, and Turbocharger System Principles.

143 1. http// / Intercooler. 14. Garrett, T.K, K. Newton dan W.S teeds, The Motor Vehicle, Mir Publisher, Moskow, Hermann Hiereth, dan Peter Prenninger Charging The Internal Combustion Engine, Springer Wien, New York V.L. Maleev, M.E.,DR. A.M dan penerjemah Priambodo, Bambang, Operasi Dan Pemeliharaan Mesin Diesel, cetakan kedua, Erlangga, Jakarta, http// / Tesis Dynaware Product_Catalogue_008_en, pdf 18. http// / Turbocharger, pdf. 19. http// / 8600%0intercooler%060%0DS, Pdf.

144 LAMPIRAN

145

146

147

148