PENGARUH PENGGUNAAN TURBOCHARGER DENGAN INTERCOOLER TERHADAP PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL

Transkripsi

1 Jurnal Dinamis Vol I, No 7, Juni 21 ISSN PENGARUH PENGGUNAAN TURBOCHARGER DENGAN INTERCOOLER TERHADAP PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL Mahadi Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Abstract The use of turbochargers with intercooler is to increase the engine power (3-8%), diesel engines with turbochargers can work more efficiently, if the engine has to work at an altitude of more than 1 meters above sea level, the turbocharger is of significant importance in the effort to overcome losses caused by power by reduced atmospheric air density at the location Power will increase by 661% with a turbocharger and intercooler uses the rotation 2 rpm, with the number of cylinders and the dimensions of the same machine Effective pressure - average increase of 664% at 23 rpm with the spin machine that sametorsi dimensions for motor diesel fuel was also increased by 68% at 21 rpm with dimensional rotation engine specific fuel samaconsumtion also decreased by 2% at 21 rpm rotation for internal combustion engine with turbocharger and intercooler this Power indicator on these diesel motor fuel increased by 626% With this result may be said that the use of a turbocharger and intercooler is very efficient and very influential on the performance of the diesel engine Keywords : turbocharger, intercooler and performansi Abstrak Penggunaan turbocharger dengan intercooler adalah untuk memperbesar daya motor (3 8%), mesin diesel dengan turbocharger dapat bekerja lebih effisien, apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1 meter diatas permukaan laut, turbocharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan oleh berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut Daya akan meningkat sebesar 66,1 % dengan memakai turbocharger dan intercooler pada putaran 2 rpm dengan jumlah silinder dan ukuran / dimensi mesin yang sama Tekanan efektif rata rata meningkat sebesar 66,4 % pada putaran 23 rpm dengan dimensi mesin yang samatorsi untuk motor bakar diesel ini juga meningkat sebesar 6,8% pada putaran 21 rpm dengan dimensi mesin juga samakonsumsi bahan bakar spesifik menurun sebesar,2 % pada putaran 21 rpm untuk motor bakar dengan turbocharger dan intercooler ini Daya indikator pada motor bakar diesel ini meningkat sebesar 62,6% Dengan hasil ini boleh dikatakan bahwa penggunaan turbocharger dan intercooler sangat efisien dan sangat berpengaruh terhadap performansi motor bakar diesel tersebut Kata kunci : turbocharger, intercooler dan performansi I PENDAHULUAN Turbocharger adalah sebuah komponen yang berupa kompresor yang digunakan dalam mesin pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan massa oksigen yang memasuki mesin Kunci keuntungan dari turbocharger adalah peningkatan tenaga mesin Ada perbedaan dalam proses kerja antara supercharger dan turbocharger, yaitu pada penggerak impeler turbin dimana pada supercharger impeler turbin digerakkan oleh gerakan mekanik yang ditransfer dari putaran poros engkol, sedangkan pada turbocharger memanfaatkan gas buang sebagai penggerak impeler turbin 23

2 Jurnal Dinamis Vol I, No 7, Juni 21 ISSN Tujuan utama penggunaan turbocharger dengan intercooler adalah untuk memperbesar daya motor (3 8%) boleh dikatakan bahwa mesin diesel dengan turbocharger dapat bekerja lebih effisien, apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1 meter diatas permukaan laut, turbocharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan oleh berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut Keuntungan memakai turbocharger pada metode tekanan konstan ialah :1) Fluktuasi pada turbin tidak ada 2) Sangat efisien dan konsumsi bahan bakar yang ekonomis pada perbandingan tekanan kompresor dan turbin yang tinggi 3)Kecepatan mesin tidak terbatas oleh gelombang tekanan pada saluran gas buang 4) Penentuan titik operasional dari turbin dapat lebih mudah Kerugian memakai turbocharger pada metode tekanan konstan adalah : 1)Tidak seluruh Energi gas buang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin 2)Ada sebagian energi yang hilang pada common large chamber 3) Membutuhkan saluran gas yang besar 4) Kurang responsif pada beban Bagian bagian utama turbin turbocharger 11 Kompresor Kompresor adalah suatu alat pemampat / menaikkan tekanan udara diatas tekanan atmosfer Pada keadaan ini kompresor didalam turbocharger ini berfungsi memampatkan udara / menaikkan tekanan udara yang dihisap dari udara sekitar Kompresor disini digerakkan oleh turbin turbocharger, dimana turbin ini digerakkan oleh gas buang dari motor bakar Pada studi ini fungsi dari kompresor itu untuk menaikkan tekanan efektif rata rata yang berpengaruh terhadap performansi motor bakar tersebut Gambar2Bagian-Bagian Utama Kompresor Sentrifugal Pada saat sekarang ini teknologi otomotif yang sedang berkembang itu adalah intercooler Alat ini adalah peralatan sederhana di dalam sebuah mobil, tetapi memiliki fungsi yang luar biasa Intercooler memiliki beberapa nama sebutan antara lain air cooler, after cooler dan charger cooler Tetapi apapun namanya alat ini memiliki fungsi yang sama yaitu mendinginkan udara yang masuk keruang mesin Gambar1 Komponen Turbin Aliran Radial 24

3 Jurnal Dinamis Vol I, No 7, Juni 21 ISSN atmosfer dan tekanan fluida kerja pada saat langkah buang sama dengan tekanan atmosfer Gambar 3 Sistem Kerja intercooler tipe air to air Intercooler air to air adalah intercooler yang bekerja mendinginkan udara berdasarkan udara yang melewati kisi kisinya Sedangkan air to water adalah intercooler yang bekerja mendinginkan udara berdasarkan udara yang melewati kisi kisinya yang juga di bantu dengan air yang melewatinya Pada perencanaan turbocharger ini dipilih jenis intercooler air to air, karena memiliki efisiensi yang tinggi dan bentuknya dapat lebih mudah disesuaikan Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh penggunaan Turbocharger dengan intercooler pada mesin diesel, analisa tersebut meliputi analisa Termodinamika pada turbocharger dan intercooler II METODOLOGI KAJIAN 21 Analisa Termodinamika Proses - proses termodinamika yang terjadi didalam motor bakar torak sangatlah kompleks untuk dianalisa menurut teori Maka untuk memudahkan analisa proses tersebut, perlu dilakukan beberapa idealisasi yaitu : Fluida kerja dianggap sebagai gas sempurna (gas ideal), proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja, proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropik, pada akhir ekspansi, yaitu pada waktu torak mencapai TMB, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperaturnya turun mencapai tekanan dan temperatur Gambar 4 P V diagram siklus gabungan (siklus dual) 22 Mekanisme Kerja Motor Bakar dengan turbocharger dan Intercooler Gambar mekanisme kerja Keterangan : B = kompresor sentrifugal; T = turbin Radial; C = air intercooler Mekanisme kerja sederhana diatas adalah ketika piston melakukan langkah buang, dimana gas buang yang masih bertemperatur tinggi dan juga mempunyai tekanan yang tinggi pula diekspansikan keluar kesaluran buang (exhaust manifold) dan gas yang keluar dari saluran buang mempunyai laju aliran yang tinggi yang kemudian masuk ke turbin turbocarjer dan akan memutar turbin, dengan berputarnya turbin maka kompresor juga akan ikut berputar, ini dikarenakan turbin dan kompresor dihubungkan seporos (dikopel langsung) 2

4 Jurnal Dinamis Vol I, No 7, Juni 21 ISSN Analisa Termodinamika pada turbocarjer dan Gambar 6 Diagram P-V siklus gabungan dengan menggunakan turbocharger dan intercooler Keterangan : 9-1 = langkah isap tekanan konstan 1 2 = langkah kompresi isentropik 2 3a = proses pembakaran, volume konstan 3a 3 = proses pembakaran, tekanan konstan 3 4 = langkah ekspansi isentropik 4 a = ekspansi pada pipa gas buang a 7 8 = energi yang berguna pada turbin = energi maksimum yang mampu menggerakkan turbin 4 1 = langkah buang 24 Laju Aliran Udara Melalui Kompresor m k 1 q sc ' Fi NiLm 36 out th 1 laju aliran massa melalui qin kompresor (kg/det), sc Koefisien udara pembilasan, dalam kajian studi ini dipilih koefisien udara pembilasan senilai,1, F i = Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr), N i = Daya indikator (hp), L = Jumlah udara aktual yang dibutuhkan (mole/kg), m a = berat molekul udara sebesar 28,9 kg /mole a 2 Penetapan kajian yang akan digunakan Dalam menganalisa pengaruh penggunaan turbocarjer dengan interkuler ini, beberapa parameter harus dipilih atau diambil berdasarkan literatur Oleh karena itu parameter yang harus dipilih adalah temperatur gas buang dan tekanan masuk turbin Temperatur masuk turbocarjer adalah 6 C, dalam hal ini dipilih sebesar 789,16 K Sedangkan tekanan udara yang disuplai oleh kompresor sebesar P sup = 1,4 2, atm Pada kajian studi ini dipilih P sup sebesar 1,94 atm Tekanan masuk turbin sebesar P t = (,8,9) P sup Besarnya tekanan masuk turbin diperoleh sebesar P t =,84 (1,94 x 1 Pa) = 1,63 x 1 Pa, parameter : m eg,17 kg/ det mk,16kg/ det T a 789, 16 K p a 1,63x1 Pa 26 Termodinamika pada Turbin dan Kompresor Kerja yang dihasilkan oleh turbin W T h tt ( 1 h2) m h Kerja yang dihasilkan oleh kompresor W c m ( h2 h1) 26

5 Momen Puntir /Torsi (kg-m) Konsumsi Bahabn Bakar Spesifik (kg/hp-hr) Tekanan Efektif (kg/cm2) Daya Motor (hp) Daya Indikator (hp) Jurnal Dinamis Vol I, No 7, Juni 21 ISSN III HASIL PEBAHASAN : 31 Perhitungan Performansi Pada Beberapa Putaran Tanpa Gambar 7 Grafik Daya Motor Vs Putaran Tanpa Gambar 8 Tekanan Efektif Vs Putaran 32 Pengaruh Penggunaan Terhadap Torsi Motor Bakar Diesel Tanpa 33 Pengaruh Penggunaan Terhadap Daya Indikator Motor Bakar Diesel Tanpa Gambar 1 Daya indikator Vs Putaran 34 Pengaruh Penggunaan Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Bakar Diesel,148,146,144,142,14,138,136,134,132 Gambar 11 Bahan bakar spesifik Vs Putaran Tanpa 3 Pengaruh Turbocharger dan intercooler terhadap Motor Bakar Diesel Gambar 9 Grafik Torsi Vs Putaran 27

6 Konsumsi Bahan Bakar / Jam (kg/jam) Jurnal Dinamis Vol I, No 7, Juni 21 ISSN Tanpa Turbomachinery, 4 th edition, Jordan Hill, Oxford, David Burghradt, M, Engineering Thermodynamics With Applications 2 nd edition, Harper and Row, New York, 1982 Gambar 12 Konsumsi bahan bakar /jam Vs Putaran DAFTAR PUSTAKA 1 Arismunandar, W, dan Tsuda, K, Motor Diesel Putaran Tinggi,Cetakan Kesepuluh, Pradnya Paramita, Jakarta, 24 2 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, 1968 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 SR, dan Airjaz Akhan, Turbomachinary Design and Theory, Marcel Dekker, New York, 23 8 Dixon, SL, Fluid Mechanics, Thermodynamics of 28