|
2.1
|
Turbocharger merupakan sebuah peralatan, untuk menambah jumlah udara yang masuk kedalam slinder dengan memanfaatkan energi gas buang. Turbocharger merupakan perlatan untuk mengubah sistem pemasukan secara alami dengan sistem paksa. Kalau sebelumnya pemasukan udara mengandalkan kevakuman yang dibentuk karena gesekan piston pada langkah isap, maka dengan turbocharger udara ditekan masuk kedalam silinder menggunakan kompresor yang diputar oleh turbin gas buang (Sukoco dan Arifin, 2008).
Untuk menghasilkan pembakaran yang sempurna, maka diperlukan tambahan udara yang dialirkan kedalam ruang selinder mesin pada sejumlah aliran bahan bakar tertentu. Bila kepekatan udara bertambah sebelum ditambahkan kedalam silinder , seluruh bahan bakar terbakar dan daya mesin bertambah. Untuk itu mesin diesel yang dilengkapi dengan turbocharger bertujuan untuk memadatkan udara masuk kedalam silinder mesin. Sehingga daya mesin lebih besar dibanding mesin dengan dimensi yang sama (Karyanto, 2000).
Turbocharger adalah sebuah kompresor yang digunakan dalam motor pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan massa oksigen yang memasuki motor. Kunci keuntungan dari turbocharger adalah sebuah peningkatan tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat (http://id.wikipedia.org/wiki/Turbocharger)
Gambar 1. Turbocharger (http://id.wikipedia.org/wiki/Turbocharger)
2.2 Prinsip Kerja Turbocharger
Karyanto (2000), mengatakan bahwa
prinsip kerja turbocharger adalah
proses pembuangan gas buang didalam silinder motor dilakukan oleh piston yang mendorong gas buang
hasil pembakaran sehingga gas buang didalam ruang bakar terdorong keluar
melalui katup buang menuju saluran buang exhaust manifold. Gas buang
menekan kesuatu roda turbin sehingga menghasilkan putaran. Blower yang
dipasang seporos dengan roda turbin
menghasilkan putaran akibat terdorong oleh gas sisa hasil pembakaran yang
keluar melalui cerobong mesin, sehingga menghasilkan tekanan udara, hembusan
udara yang mengakibatkan terjadinya pemadatan udara masuk dengan tekanan diatas
satu atmosfer kedalam silinder.
Selanjutnya udara yang bertekanan disalurkan ke suction
manifold, kemudian masuk kedalam
silinder melalui katup masuk.
Gambar 2. Skema Turbocharger (Karyanto,
2000).
Keterangan gambar :
- Exhaust manifold
(saluran pembuangan)
- Suction manifold
(saluran pemasukan)
- Piston
- Saluran masuk
udara baru
- Roda blower
6. Roda turbin
7. Saluran keluar gas bekas
Prinsip kerja turbocharger, mengkompresi udara ke mesin untuk meningkatkan jumlah molekul oksigen yang masuk ke silinder. Tingginya molekul oksigen yang masuk mendorong tambahan pasokan bahan bakar. Dengan demikian, lebih banyak bahan bakar yang dibakar, hingga daya yang diproduksi meningkat (http://www.mobilku.com/).
Gambar 3. Prinsip kerja turbocharger (http://www. mobilku. com/).
2.3 Konstruksi Turbocharger
Menurut Karyanto (2000), Menyatakan
bahwa unit bagian dari turbocharger terdiri dari :
1. Rumah kompresor (Blower)
Rumah kompresor terbuat dari bahan
aluminium bersambungan dengan bagian pusat inti (centre core) ditopang oleh
jaminan baut dan cincin pelat.
2. Pusat inti (centre core)
Pada bagian rumah pusat inti terdapat
poros turbin dan turbin serta roda kompresor (blower), bantalan , ring, cincin
pelat, oil deflector.
Bagian-bagian yang berputar termasuk turbine shaft, kompresor wheel, shaft bearing, thrust washer dan oil seal ring.
Komponen-komponen ini ditunjang oleh
bagian center housing. Bagian-bagian yang berputar pada turbocharger dioperasikan pada kecepatan
dan temperatur yang tinggi, sehingga materialnya dibuat sangat selektif dengan
kepresisian yang sangat tinggi.
3. Rumah turbin (turbin
housing)
Terbuat dari bahan cast steel dan
bersambungan dengan bagian rumah pusat inti (centre core) dengan memakai
cincin baja penjamin.
Diantara sambungan rumah turbin dan
manifold buang dipasang gasket yang terbuat dari bahan stainless steel untuk
menjamin sambungan tersebut.
Gambar 4. Kontruksi bagian turbocharger (Karyanto, 2000).
Gambar 5. Kontruksi bagian pusat inti keadaan terlepas (Karyanto, 2000)
Kontruksi turbocharger terdiri dari sebuah turbin gas dan sebuah kompresor, keduanya dipasang satu poros. Turbin gas berfungsi sebagai pemutar kompresor dengan memanfaatkan energi panas gas buang. Kontruksi turbocharger seperti terlihat pada gambar barikut ini.
Turbin Gas
|
Pendingin
|
Kompresor
|
Gambar 6. Kontruksi Turbocharger (http//www.turbodriven.com/)
Gas buang dari exhaust manifold disalurkan menuju rumah sudu turbin gas hingga turbin berputar. Putaran turbin disalurkan kekompresor melalui poros penghubung hingga kompresor juga berputar. Putaran turbocharger bisa mencapai 100.000 rpm lebih, putaran yang begitu tinggi yang menghasilkan jumlah udara yang jauh lebih banyak dibandingkan dengan pengisian alami (Sukoco dan Arifin, 2008).
2.4 Kelengkapan Mesin Dengan Turbocharger
2.4.1.
Intercooler
Pada turbocharger udara panas yang keluar dari blower mencapai suhu 800C, maka perlu kiranya didinginkan dengan intercooler. Sesudah proses pendinginan, maka udara yang padat ini ditekan masuk kesilinder yang mana akan menaikkan efisiensi proses pengisapan udara masuk. Bila udara didinginkan 200C, maka daya mesin dapat dinaikkan 6 sampai 7 %.(Wiranto Arismunandar, 1988)
Intercooler berfungsi untuk mendinginkan
udara masuk dari blower yang panas karena melewati turbocharger. Dengan mendinginkan udara masuk dari blower kedalam
silinder mesin diperoleh berat jenis udara yang lebih besar sehingga berat dan jumlah molekul udarapun bertambah. Hal ini dapat menambah jumlah
bahan bakar yang
ikut terbakar dan
mengakibatkan daya mesin bertambah.
Prinsip kerja dari intercooler ini
adalah udara dari blower bersinggungan dengan pipa-pipa air pendingin, sehingga
panas udara akan terserap oleh aliran air pendingin.
Pada umumnya udara yang keluar dari
intercooler dapat diturunkan suhunya sebesar 50
C sampai 100 C. Untuk memperoleh tekanan efektif rata-rata sekitar
10 kg/cm2, maka diperlukan kenaikan udara masuk sedikit-dikitnya 0,5 kg/cm2.
(Karyanto, 2000)
Gambar 7. Intercooler pada saluran udara masuk (http://.www.mobilku.com/).
Sukoco dan Arifin (2008), mengatakan bahwa prinsip kerja turbocharger yaitu, pada saat motor diesel dihidupkan gas buang yang mengalir keluar melalui exhaust manifold dan turbin gas sebelum ke udara luar. Gas buang memutar turbin sekaligus melalui poros penghubung memutar kompresor. Dengan demikian kompresor menghisapudara luar lewat saringan udara dan menekannya keintake manifold. Peningkatan tekanan udara dalam intake manifold akan diikuti oleh kenaikan temperaturnya, sehingga untuk dapat menambah jumlah (volume) udara yang masuk, dilakukan penurunan temperature udara. Penurunan temperature akan diikuti oleh turunya tekanan, sehingga kompresor dapat menambah jumlah udara yang masuk kedalam slinder. Penurunan temperature udara dilakukan dengan menggunakan pendingin yang disebut dengan intercooler.
2.4.2. Saringan udara (air cleaner)
Saringan udara termasuk komponen yang
punya peranan penting dan tidak bisa diabaikan dalam mesin diesel. Karena udara
yang masuk kedalam silinder mesin harus sebersih mungkin (Karyanto, 2000).
1. Saringan udara dengan minyak
Udara mula-mula masuk melalui saringan
pendahuluan, dimana debu dan kotoran berukuran besar dipisahkan oleh gaya
sentrifugal kekotak saringan. Selanjutnya, udara masuk melalui minyak yang
menangkap partikel debu yang halus, kemudian masuk melalui lapisan saringan
yang memisahkan minyak dari udara. Dengan demikian minyak akan menjadi kotor
sehingga perlu diganti secara periodik
(Arismunandar dan Koichi Tsuda, 1997).
2. Saringan udara dengan kertas
Saringan tersebut dipakai untuk jangka waktu yang lama, jika dibersihkan secara periodik. Pembersihan saringan kertas dilakukan dengan meniupkan udara dari bagian dalam saringan. Namun setelah suatu jangka waktu tertentu, sebaiknya kertas saringan tersebut diganti dengan yang baru. Hal itu disebabkan karena akhirnya saringan tersebut akan tersumbat juga (Arismunandar dan Koichi Tsuda, 1997).
Menurut Maleev (1995), persyaratan yang harus dipenuhi oleh saringan udara dapat disebutkan sebagai
berikut :
1. Tahanan yang kecil pada lintasan udara agar tidak
menurunkan efisien volumetris dari mesin.
2. Efisiensi tinggi yaitu kapasitas menahan debu
dengan disain yang menjamin partikel
dari bahan saringan tidak dapat terlepas dan terhisap kedalam mesin.
3. Pembersihannya mudah.
4. Kemampuan untuk beroperasi tanpa pengawasan terus
menerus atau selang waktu pembersihan yang terlalu sering.
5. Kecil dan ringkas.
6. Biaya awal tidak terlalu mahal.
7.
Kalau perlu
biaya operasi, tidak mahal.
2.5 Sistem Pelumasan Turbocharger
Sistem pelumasan pada turbocharger pada umumnya berasal dari sistem pelumasan mesin induk, dimana setelah melumasi mesin induk minyak pelumas menuju ke turbocharger dan kemudian kembali kekarter . Minyak pelumas yang dipergunakan harus sesuai untuk bantalan dan harus diganti selama waktu tertentu seperti pada skema gambar dibawah ini.
Gambar 8. Sistem pelumasan turbocharger
(http://id.wikipedia.org/wiki/Turbocharger)
2.6 Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Turbocharger
2.6.1. Keuntungan
Bila Menggunakan Turbocharger
1.
Peningkatan kekuatan
untuk rasio berat
Sebuah turbocharger dapat meningkatkan daya dan torsi mesin diesel sebesar 30% -40% dari versi konvensional. (Karyanto, 2000).
2. Mengurangi kebisingan mesin
Turbin casing bertindak sebagai kumpulan penyerapan kebisingan mesin gas buang. Demikian pula, bagian inlet kompresor mengurangi kebisingan yang dihasilkan oleh pulsa dalam intake manifold. Akibatnya, mesin turbocharger biasanya tenang dari pada konvensional lainnya (Maleev, 1995).
3. Bahan Bakar Ekonomis
Sebuah mesin turbocharger
memiliki efisiensi volumetrik yang lebih tinggi dibandingkan konvensional,
dengan mencapai pembakaran yang lebih lengkap, yang menghasilkan konsumsi bahan
bakar yang lebih rendah. (Wiranto Arismunandar, 1988).
4. Pengurangan Asap
Mesin turbocharger menghasilkan fase pembakaran lebih efisien dan bersih, yang mengurangi produksi asap pada mesin (http//www.boddunan.com/).
5. Membantu dalam meredam gas buang
Turbocharger dapat meredam bunyi
letupan yang dihasilkan oleh gas buang yang keluar, karena pada turbocharger tersebut dilengkapi dengan
alat peredam suara (silencer).
(Maleev, 1995)
6. Efisiensi mekanis motor dapat dinaikkan
Kerugian-kerugian mekanis akibat terjadinya gesekan mempunyai hubungan dengan ukuran dan jumlah putaran motor. Pembesaran kerugian gesekan karena adanya penggunaan turbocharger hanya disebabkan karena bertambahnya putaran motor saja. Oleh karena adanya motor diesel yang dilengkapi dengan turbocharger mempunyai tingkat efisiensi mekanis yang lebih besar, bila dibandingkan dengan motor diesel yang tanpa turbocharger pada daya yang sama. Hal ini karena pada motor diesel yang menggunakan turbocharger tidak perlu memperbesar konstruksi utama motornya (Maleev, 1995).
7. Dapat bekerja ditempat yang mempunyai ketinggian.
Semakin tinggi letak suatu tempat dari permukaan laut, maka akan semakin rendah tekanan atmosfirnya. Hal ini berarti kerapatan udara yang akan masuk kedalam silinder pembakaran motor akan berkurang dan sebagai akibatnya bahan bakar yang dapat dibakar didalam silinder akan berkurang juga, sehingga dapat menyebabkan tenaga motor berkurang dari semula. Penurunan ini akan lebih kecil pada motor yang dilayani oleh turbocharger (Wiranto Arismunandar, 1988).
8.
Harga Mesin Lebih Murah
Mesin yang menggunakan turbocharger pada umumnya lebih murah
dibanding dengan pengisapan natural dengan tenaga yang sama.(Astu Pudjanarsa
dan Djati Nursuhud, 2000).
9. Sebuah turbocharger
tak menyerap tenaga dari poros utama.
Dalam hal turbocharger, tak ada hubungan langsung secara mekanis sehingga karenanya tenaga blower atau kompresor tidak mengakibatkan kerugian pada daya poros utama (Yanmar Diesel Engine,1986)..
10. Tak ada hubungan mekanis secara langsung antara turbocharger dan mesin.
Dalam hal ini turbin mengatur langsung jumlah udara yang mengatur langsung jumlah udara yang mengalir kesaluran udara masuk kedalam mesin Menurut (Yanmar Diesel Engine,1986).
2.6.2. Kerugian Bila Menggunakan Turbocharger.
Adapun kelemahan ataupun kerugian menggunakan turbocharger,
1. Bila turbocharger
mengalami gangguan maka dapat berpengaruh terhadap daya mesin.
2. Minyak pelumas lebih boros karena digunakan juga
untuk melumasi komponen-komponen yang terdapat pada turbocharger.
3. Menambah pekerjaan bagi operator mesin, karena harus terus memperhatikan kerja dari
turbocharger .
4.
Motor membutuhkan kualitas
minyak tinggi dan perubahan minyak lebih sering, karena mengalami kondisi kerja
yang lebih keras harus melumasi bantalan dari turbin dan kompresor sering pada
suhu yang sangat tinggi. (http//www.boddunan.com/)
5.
Motor dengan turbocharger memerlukan bahan yang lebih
baik dan pelumasan serta sistem pendinginan yang lebih efisien.
(http//www.boddunan.com/)
2.7
Manajemen Perawatan dan Operasi Diesel Turbocharger
2.7.1.
Manajemen Perawatan
Manajemen adalah suatu proses dengan menggunakan STARS (Science, Talent, Art, Resource dan Skill) untuk bersama-sama menggerakan sumber daya manusia untuk mencapai tujuan yang telah ditetapkan oleh organisasi (Maimun, 1995).
Perawatan dapat berjalan dengan baik
sesuai dengan tujuannya maka harus dilakukan kegiatan sebagai berikut :
1. Perencanaan (Planning)
Perencanaan adalah penentuan lebih dahulu apa yang
dikerjakan, jadi yang
termasuk dalam perencanaan adalah menetapkan peraturan-peraturan dan pedoman pelaksanaan tugas, menetapkan
urutan pelaksanaan yang harus dituruti, menentukan biaya yang diperlukan dan
rangkaian biaya yang akan dilaksanakan dimasa depan.
2. Pengorganisasian (Organizing)
Organisasi berhubungan dengan kegiatan kerja dalam departemen-departemen dan seksi-seksi, dan dengan pembagian tanggung jawab, otoritas tugas kepada semua anggota perusahaan.
3. Pelaksanaan (Actuating)
Pelaksanaan mencakup
kegiatan yang dilakukan seorang pimpinan untuk mengawali dan melanjutkan
kegiatan yang telah ditetapkan oleh unsur perencanaan dan pengorganisasian agar
tujuan dapat tercapai, pelaksanaan mencakup penetapan dan perumusan kebutuhan
manusiawi dari pegawai-pegawainya, memberi penghargaan, memimpin, mengembangkan
dan memberi kompensasi kepada mereka.
4. Pengawasan (Controlling)
Pengawasan mencakup kelanjutan tugas-tugas untuk melihat apakah kegiatan yang dilakukan sesuai yang direncanakan. Pelaksanaan kegiatan dievaluasi, penyimpangan yang tidak diinginkan diperbaiki supaya tujuannya dapat tercapai dengan baik.
2.7.2.
Perawatan
Turbocharger
Menururt Karyanto (2000), Hal-hal yang perlu dijaga selama mengoperasikan turbocharger.
1. Memastikan minyak pelumas, melumasi
bagian turbin yang ada dalam turbocharger.
2. Menghindari keadaan-keadaan yang
tiba-tiba pada putaran mesin.
3. Mengamati suara blower yang
bekerja dan memastikan tidak ada suara-suara aneh yang terjadi pada blower.
4. Bila terdapat suara aneh atau
ketidak seimbangan pada mesin turbocharger,
turunkan putaran (beban) atau mematikan mesin. Kemudian periksa akan sumber
suara tersebut.
5. Hindarilah penurunan putaran mesin
secara tiba-tiba sehingga mesin seakan-akan ingin berhenti kecuali dalam
keadaan memaksa atau darurat.
6. Hindari putaran mesin yang pelan
pada jangka waktu yang lama, ini akan menyebabkan blower kotor dan efisiensi
berkurang. Selain itu membuat turbin kotor dan juga memaksa gas buang akan
menerobos melalui seal-seal masuk kedalam bagian blower.
7. Setelah menjalankan mesin pada
putaran tinggi atau beban penuh, jalankan mesin secara idle (pelan tanpa beban)
selama kurang lebih 3 menit sampai dengan 5 menit sebelum mesin dimatikan, bila
ini tidak dilaksanakan, akan dapat merusak bantalan poros turbin.
Maimun (1995), mengatakan bahwa metode
pemeliharaan yang dapat dilakukan dalam pemeliharaan motor dibagi menjadi dua
bagian :
1. Pemeliharaan terencana
a. Pemeliharaan pencegahan yaitu pemeliharaan pada
waktu beroperasi dan pemeliharaan pada waktu tidak beroperasi.
b. Pemeliharaan korektif yaitu pemeliharaan reparasi
kecil dan overhaule.
2. Pemeliharaan tidak terencana
Pemeliharaan
tidak terencana dilakukan secara mendadak pada waktu kerusakan atau juga
pemeliharaan darurat.
2.7.3. Ketentuan Operasi Diesel Turbocharger
Menurut
Karyanto (2000), didalam pengoperasian diesel turbocharger
ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :
1. Poros turbocharger
adalah bagian yang sangat penting dalam turbocharger dan untuk itu perlu
perhatian khusus dalam pemeliharaan poros tersebut.
2. Berhati-hatilah tentang pengotoran dan pembuihan
minyak lumas.
3. Bila saringan udara telah terpakai dalam jangka
waktu lama tanpa dibersihkan, ini akan menjadi penyebab utama penghalang aliran
udara.
4. Periksalah plat-plat zink (anti karat) setiap
bulan, bila setengahnya sudah termakan karat gantilah.
5. Jangan memberi air
pendingin terlalu banyak, dan juga jangan membiarkan air pendingin
terlalu
panas.
6. Bantalan akan aus setelah terpakai selama waktu lama. Yakinlah bahwa
bantalan harus dikeluarkan dan karat-karat dikeluarkan.
2.8 Pengertian Daya Motor Diesel
Secara
umum pengertian daya adalah usaha yang dilakukan persatuan waktu, sedangkan
usaha adalah hasil perkalian antara gaya dengan jarak yang ditempuh, dan gaya
adalah hasil perkalian antara luas permukaan dengan tekanan. Apabila dimasukkan
kedalam rumus akan menghasilkan :
W
t
W = F x s ....................................................................................................... (2)
F = P x
A ....................................................................................................... (3)
Keterangan :
N = Daya
yang dihasilkan (N.m/det)
W = Usaha (N.m)
t = Waktu
yang diperlukan (detik)
S = Jarak
(m)
P =
Tekanan (N/m2)
F = Gaya (N)
A = Luas
permukaan (m2)
Proses
pembangkit daya motor terjadi dalam ruang silinder motor, sehingga apabila
perhitungan daya motor dituliskan kedalam rumus, akan menghasilkan :
- Luas torak (A) dalam (m2) = p/4 x D2............................................................
(4)
- Gaya yang mendorong kebawah (F) dalam (N) = P x p/4 x D2.....................
(5)
Jika
langkah torak (S) dalam (m) maka :
- Usaha tiap langkah torak (W) dalam (N.m) = P x p/4 x D2 x S..................... (6)
Apabila
mesin berputar dengan (n) putaran tiap menit, maka usaha motor tiap menitnya adalah :
W = P x p/4 x D2 x S x n ................................................................................ (7)
Usaha
per satuan waktu adalah merupakan daya (1), jadi daya pada motor apabila
dituliskan kedalam rumus akan menghasilkan :
N = P x p/4 x D2 x S x n ................................................................................ (8)
Apabila
motor mempunyai jumlah silinder lebih dari satu dan jumlah silinder dinyatakan
dalam (z), maka rumus daya motor dapat ditulis dengan persamaan :
N = P x p/4 x D2 x S x n x z .......................................................................... (9)
Sehingga
rumus umum daya motor dapat dituliskan dengan persamaan :
N = p/4 x D2x P x S x n x z
Keterangan :
N = Daya yang dihasilkan
P = Tekanan
D = Diameter torak
S = Langkah torak
n = Putaran mesin tiap detik
z = Jumlah silinder motor
2.8.1.
Daya
Indikator Dalam Sistem SI
Daya
indikator motor adalah daya yang dihasilkan didalam ruangan silinder sebagai
akibat dari hasil pembakaran bahan bakar pada ruangan pembakaran. Untuk dapat
sampai keporos engkol maka daya yang dihasilkan itu haruslah melawan
tekanan-tekanan yang diakibatkan oleh adanya pergeseran antara bagian-bagian
yang bergerak, seperti gesekan antara torak dengan ruang silinder, kepala
silang dan jalan hantarnya, poros dan bantalannya.
Dalam sistem SI daya dinyatakan dengan kW dan tekanan dalam satuan
N/m2 (Pascal) sehingga rumus daya dapat dinyatakan sebagai berikut :
Daya indikator pada motor 2 langkah sebagai berikut :
DI = 102 x p/4 x D2 x Pi x S x z x n ................................................................ (13)
Daya indkator pada
motor 4 sebagai berikut :
DI = 50 x p/4 x D2 x Pi x S x z x n .................................................................. (14)
Keterangan :
DI = Daya Indikator (kW)
D = Diameter
silinder (m)
Pi = Tekanan rata-rata indikator (Bar)
S = Langkah torak (m)
z = Jumlah silinder
n = Putaran mesin tiap detik (put/det)
2.8.2.
Daya
Efektif Dalam Sistem SI
Daya
efektif adalah daya yang terjadi pada poros engkol. Daya efektif sebuah motor
lebih kecil dari daya indikatornya, hal ini disebabkan banyak daya yang hilang
akibat gesekan dari komponen-komponen pelengkap motor diesel tersebut. Untuk
mengatasi agar tidak terlalu banyak energi yang terbuang dalam proses
pembangkitan daya ini, maka daya indikator diperbesar dengan jalan meningkatkan
tekanan rata-rata indikatornya, sehingga menghasilkan rumus :
Daya efektif pada
motor 2 langkah sebagai berikut:
DE = 102 x p/4 x D2 x Pe x S x z x n ............................................................... (15)
Daya efektif pada
motor 4 langkah sebagai berikut :
DE = 50 x p/4 x D2 x Pe x S x z x n
............................................................... (16)
Keterangan :
DE = Daya Efektif (kW)
D =
Diameter silinder (m)
Pe = Tekanan
rata-rata indikator (Bar)
S = Langkah torak (m)
z = Jumlah silinder
n = Putaran mesin tiap detik (put/det)
Menurut Sujanto (1983)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar