Minggu, 22 April 2012

turbocharger



2.  TINJAUAN PUSTAKA
2.1 

   Pengertian Turbocharger

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 2Skema Turbocharger  (Karyanto, 2000).
Keterangan gambar :
  1. Exhaust manifold (saluran pembuangan)
  2. Suction manifold (saluran pemasukan)
  3. Piston
  4. Saluran masuk udara baru
  5. 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
N  = ­                                                                                                                   (1)
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