BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Diesel Motor bakar adalah mesin kalor dimana gas panas diperoleh dari proses pembakaran di dalam mesin itu sendiri dan langsung dipakai untuk melakukan kerja mekanis, yaitu menjalankan mesin tersebut. Sedangkan motor diesel sering disebut motor penyalaan-kompresi oleh karena cara penyalaan bahan bakarnya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari proses kompresi. Prinsip kerja motor diesel yaitu torak yang bergerak translasi (bolak-balik) di dalam silinder dihubungkan dengan pena engkol dari poros engkol yang berputar pada bantalannya, dengan perantaraan batang pengerak atau batang penghubung. Campuran bahan bakar dan udara dibakar di dalam ruang bakar, yaitu ruangan yang dibatasi oleh dinding silinder, kepala torak dan kepala silinder. Gas pembakaran yang terjadi itu mampu menggerakkan torak yang selanjutnya memutar poros engkol. Pada kepala silinder terdapat katup isap dan katup buang. Katup isap berfungsi memasukkan udara segar ke dalam silinder, sedangkan katup buang berfungsi mengeluarkan gas pembakaran, yang sudah tidak terpakai, dari dalam silinder ke atmosfir. Pada langkah isap hanya udara segar saja yang masuk dalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai “titik mati atas” (TMA) bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Karena

22

Universitas Sumatera Utara

temperatur dan tekanan nyala bahan bakar, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi, berkisar antara 12 sampai 25 . Perbandingan kompresi yang rendah pada umumnya digunakan pada motor diesel berukuran besar dan putaran rendah. Dalam perancangan biasanya cenderung mempergunakan perbandingan kompresi yang serendah-rendahnya berdasarkan pertimbangan kekuatan material, hal ini dikarenakan perbandingan kompresi yang tinggi akan menghasilkan temperatur dan tekanan pembakaran yang tinggi pula. Daya yang dihasilkan oleh motor diesel diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Makin banyak bahan bakar yang dapat dibakar, makin besar daya yang dapat dihasilkan. Hal ini terjadi jika tersedia udara secukupnya, biasanya dengan faktor kelebihan udara yang lebih besar. Namun demikian pada mesin empat langkah terdapat impitan katup (valve overlap) yaitu waktu selama kedua katup isap dan katup buang ada dalam keadaan sama-sama terbuka, sehingga sebahagian udara segar juga keluar dari dalam silinder. Hal ini merupakan kerugian yang tidak dapat dihindari. Jadi, udara yang dimasukkan ke dalam silinder tidak semuanya digunakan untuk pembakaran. Jika sebuah mesin empat langkah dapat mengisap udara pada kondisi isapannya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka hal ini merupakan sesuatu hal yang ideal. Namun, hal tersebut tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya.

23


Perbandingan dalam jumlah udara yang terisap sebenarnya tehadap jumlah yang terisap dalam keadaan ideal, dinamai “efisiensi volumetrik”, yang didefenisikan dalam persamaan di bawah ini,

Berat udara segar terisap (p,T) ηv = Berat udara segar sebanyak volume langkah torak pada (p,T) Besarnya efisiensi volumetrik tergantung pada kondisi isap ( p, T) yang ditetapkan . Misalnya, jika saringan udara pada saluran masuk, yang diperoleh dengan menetapkan (p, T) sesudah saringan adalah lebih besar dari pada dengan menetapkan (p, T) sebelum saringan. Akan tetapi, dalam pengujian prestasi mesin biasanya tidak dipergunakan saringan udara sehingga kekeliruan tersebut dapat dihindari. Oleh karena itu maka (p, T) ditetapkan sebagai kondisi udara atmosfir. Efisiensi volumetrik merupakan fungsi dari kecepatan udara yang terisap, dimana maksimum terjadi pada suatu putaran poros tertentu. Dengan demikian merupakan fungsi dari faktor kelebihan udara, yaitu turun dengan turunnya kerapatan udara. Dengan mempergunakan turbocarjer, udara akan dipaksa masuk ke dalam ruang bakar sehingga efisiensi volumetrik menjadi naik, dengan demikian daya poros pun akan naik. Disamping peningkatan efisiensi volumetrik diharapkan dapat memperoleh kerja persiklus yang lebih besar dengan volume langkah torak yang sama, atau dengan perkataan lain dengan turbocarjer diharapkan bisa diperoleh tekanan efektif rata-rata yang lebih besar sehingga menghasilkan daya yang lebih besar dengan mesin yang berukuran sama.

24


2.2 Motor Diesel Shovel Loader Motor Diesel Shovel Loader ialah motor diesel yang digunakan sebagai penggerak kendaraan Shovel Loader Tipe S6D102-1. Shovel Loader adalah suatu alat yang digunakan untuk mengangkut beban, dimana beban tersebut diangkut dalam bucket.

2.4 Turbocarjer 2.4.1 Pengertian Turbocarjer Turbocarjer merupakan mekanisme untuk mensuplai udara dengan kerapatan yang melebihi kerapatan udara atmosfer ke dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompresi, sehingga daya motor akan meningkat. Turbocarjer pemakaiannya sangat efisien dimana energi yang digunakan untuk menggerakkan kompresor untuk menghisap udara masuk ruang bakar adalah berasal dari energi gas buang yang digunakan untuk menggerakkan turbin. Salah satu tujuan turbocarjer adalah untuk meningkatkan kerapatan udara yang akan dimasukkan ke dalam silinder mesin. Dengan meningkatnya kerapatan udara sehingga, akan lebih banyak bahan bakar yang terbakar dan menyebabkan peningkatan daya keluaran dari mesin yang diberikan volume langkah dari silinder.

25


Adapun skema instalasi sederhana daripada turbocarjer adalah sebagai berikut ini

Gambar 2.1 Skema instalasi sederhana turbocarjer Sumber: http/www.howstuffworks.com/how turbocharging works

2.4.2 Manfaat Pemakaian Turbocarjer Adapun manfaat utama dari pemakaian turbocarjer pada motor diesel adalah sebagai berikut ini a. Memperbesar daya motor b. Mesin menjadi lebih kompak lagi pula ringan, maksudnya dengan memakai turbocarjer maka dapat mengurangi dari pada besarnya mesin itu sendiri. c. Dengan turbocarjer dapat bekerja lebih efisien, karena pemakaian bahan bakar spesifiknya lebih rendah. d. Dengan memakai turbocarjer maka proses pembakaran udara dan bahan bakar akan berjalan dengan sempurna sehingga emisi gas buang juga dapat dikurangi.

26


Pada mesin penyalaan bunga api (spark ignition engine) yang memakai turbocarjer , pemakaian bahan bakar spesifik biasanya menjadi lebih besar. Hal ini disebabkan, terutama karena perbandingan kompresinya harus diperkecil untuk mencegah detonasi, juga karena banyaknya bahan bakar yang keluar dari dalam silinder sebelum digunakan. Pemakaian turbocarjer pada mesin penyalaan bunga api ini haruslah mencakup unsur kompromi antara efisiensi dan kebutuhan, misalnya pada mesin pesawat dan mobil balap. Pada mesin pesawat terbang, turbocarjer digunakan untuk memperoleh daya yang sebesar-besarnya pada waktu tinggal landas dan untuk mengatasi berkurangnya kerapatan udara pada ketinggian yang lebih tinggi. Persoalan detonasi dapat diatasi dengan menggunakan bahan bakar dengan mempunyai nilai oktan yang lebih tinggi. Pada mobil balap yang lebih mementingkan daya dari pada efisiensi, banyak memakai turbocarjer. Pada motor diesel dengan turbocarjer dapat bekerja dengan efisiensi, pemakaian bahan bakar spesifik lebih rendah, khususnya pada unit lebih murah harganya. Keuntungan lain yang diperoleh dari motor diesel dengan turbocarjer adalah dapat mempersingkat periode persiapan pembakaran sehingga karakteristik pembakaran menjadi lebih baik. Disamping itu terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Karena turbocarjer dapat memasukkan udara yang lebih banyak, dapat diharapkan pembakaran menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih.

27


2.3.3 Klasifikasi Turbocarjer Dalam prakteknya ada tiga metode pengoperasian turbocarjer yang dipergunakan untuk memanfaatkan energi yang berguna pada gas buang yaitu : a. Turbocarjer sistem tekanan konstan ( constant pressure system ) b. Turbocarjer sistem pulsa ( pulse system ) c. Turbocarjer sistem konverter- pulsa ( pulse-converter system)

2.3.3.1 Turbocarjer sistem tekanan konstan ( constant pressure system ) Pada sistem turbocarjer tekanan konstan ini adalah bertujuan untuk menjaga atau memelihara agar tekanan gas buang pada motor bakar dalam keadaan konstan dan tekanan yang dihasilkan lebih tinggi dari pada tekanan atmosfer sehingga turbin turbocarjer dapat beroperasi secara maksimum. Tujuan pembuatan saluran gas buang yang besar dan lebar adalah untuk menyerap tekanan yang tidak konstan dan oleh karenanya energi kinetik di dalam saluran gas buang harus dihilangkan.

Gambar 2.2 Turbocarjer sistem tekanan konstan ( constant pressure system ) Sumber : Obert, Internal Combustion Engine and Air Polution,1973

28


Keuntungan memakai turbocarjer pada metode tekanan konstan ialah : a. Efesiensi turbin yang tinggi selama aliran tetap ( steady flow ) b. Sangat efisien dan konsumsi bahan bakar yang ekonomis pada perbandingan tekanan kompresor dan turbin yang tinggi. Kerugian memakai turbocarjer pada metode tekanan konstan adalah : a. Tidak semua gas buang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin. b. Membutuhkan saluran gas buang yang besar. c. Performansi yang rendah pada putaran rendah dan berbeban. d. Asselerasi turbocarjer yang rendah.

2.3.3.2 Turbocarjer sistem pulsa ( pulse system ) Turbocarjer sistem pulsa adalah bertujuan untuk menggunakan energi kinetik di dalam proses pembuangan gas buang ( blow down ) untuk menggerakkan turbin turbocarjer, yang secara idealnya tidak ada terjadi peningkatan tekanan gas buang. Untuk mencapai tujuan tersebut saluran buang yang segaris haruslah lebih kecil.

Gambar 2.3 Turbocarjer sistem pulsa ( pulse system ) Sumber : Obert, Internal Combustion Engine and Air Polution,1973

29


Keuntungan memakai turbocarjer dengan sistem pulsa ini adalah : a. Sebagian besar energi gas buang dapat digunakan langsung. b. Menghasilkan percepatan putaran mesin yang responsif terhadap pembebanan tiba-tiba. c. Dapat menggunakan saluran gas buang yang lebih pendek dan kecil. d. Asselerasi turbocarjer yang tinggi. e. Performansi yang tinggi pada putaran rendah dan berbeban. f.

Energi gas buang yang berguna tinggi pada turbin

Kerugiannya memakai turbocarjer dengan sistem pulsa ini adalah : a. Pemanfaatan energi gas buang tidak efektif. b. Efesiensi turbin yang rendah. c. Saluran buang yang rumit dengan jumlah silinder yang banyak.

2.3.3.3

Turbocarjer sistem konverter-pulsa ( pulse-converter system) Pada turbocarjer sistem konverter pulsa ini bertujuan untuk mengubah

energi kinetik di dalam proses pembuangan menjadi peningkatan tekanan pada turbin dengan membuat satu atau lebih diffuser.

Gambar 2.4 Turbocarjer sistem konverter- pulsa ( pulse-converter system) Sumber : Obert, Internal Combustion Engine and Air Polution, 1973

30


Keuntungan

memakai

turbocarjer

sistem

konverter-pulsa

adalah

performansi mesin yang tinggi, sedangkan kerugiannya adalah performansi yang rendah pada putaran rendah dan tinggi dan hanya untuk mesin dengan jumlah silinder tertentu ( empat, delapan dan enam belas). Secara umum, motor diesel berukuran besar seperti automotif, truk, dan mesin industri biasanya menggunakan turbocarjer sistem pulsa ( pulse system ). Pada perencanaan ini penulis merencanakan turbocarjer sistem pulsa.

2.3.4 Bagian-Bagian Utama Turbocarjer Bagian utama turbocarjer terdiri dari sebuah turbin gas dan sebuah kompresor. Gambar 2.5 ini merupakan gambar dari assembling turbocarjer yang telah dilepas bagian-bagiannya.

Gambar 2.5 Bagian-bagian assembling turbocarjer Sumber : http/www.google.com/turbocharger

31


Keterangan gambar : 1. Clamp

18. Exhaust Stud

2. Hose ( waste gate pressure bleed )

19. Waste gate housing

3. Fitting

20. Bearing housing

4. Clip ( waste gate lever )

21. Nut ( turbine shaft )

5. Rod ( waste gate )

22. Compressor

6. Adjusting nut

23. Turbine Shaft

7. Nut

24. Piston ring seal

8. Control Diaphragm ( waste gate )

25. Heat shield

9. Bolt

26. Bolt

10. Bracket ( waste gate control diaphragm)

27. Compressor housing backing

11. Locking plate ( compressor housing )

28. O-ring

12. Compressor housing

29. Piston ring seal

13. O-ring

30. Thrust collar

14. Bolt

31. Thrust bearing

15. Locking Plate ( turbine housing )

32. Snap ring

16. Clamp Plate ( turbine housing )

33. Journal bearing

17. Turbine housing

34. Oil drain gasket

32


2.3.4.1 Turbin Turbin turbocarjer 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, diserap energinya dan diubah menjadi bentuk energi mekanis ini merupakan daya poros pada turbin yang dipergunakan untuk menggerakkan kompresor Berdasarkan arah aliran fluida, ada dua tipe turbin yang digunakan pada turbocarjer, yaitu aliran radial aliran masuk dan turbin gas aliran aksial. Turbin radial

aliran masuk banyak dipakai dalam ukuran kecil, di dalam bidang

transportasi pada motor bensin dan diesel yang menggunakan menggunakan turbocarjer, di bidang penerbangan digunakan pada unit helikopter yang berguna pada saat start awal. Keuntungan utama turbin gas radial aliran masuk adalah kerja yang dihasilkan oleh sebuah tingkat tunggal turbin adalah sama dengan dua atau lebih di dalam turbin gas aksial, hal ini disebabkan turbin gas radial aliran masuk mempunyai putaran yang lebih tinggi dibandingkan dengan turbin aksial, karena daya yang dihasilkan adalah sebuah fungsi kuadrat dari putaran (P ∼ u2) sehingga kerja lebih besar dibandingkan turbin aksial tingkat tunggal. Turbin gas radial aliran masuk mempunyai keuntungan lainnya harga/ biayanya lebih rendah dibandingkan dari pada turbin gas aksial, hal tersebutlah yang menjadikan dasar pemilihan utama turbin gas radial aliran masuk untuk turbocarjer motor diesel. Ada dua jenis turbin gas radial aliran masuk menurut konstruksi sudu, yaitu : a. Turbin gas radial aliran masuk kantilever ( cantilever radial inflow turbine ) b. Turbin gas radial aliran masuk campur ( mixed-flow radial inflow turbine )

33


Turbin gas radial aliran masuk kantilever tidak menggunakan sudut aliran masuk secara radial, pada jenis turbin kantilever ini tidak terjadi percepatan melalui rotor. Jenis kantilever jarang digunakan karena efesiensinya rendah pada dan juga proses pembuatannya yang sulit.

Gambar 2.6 Turbin gas radial aliran masuk kantilever Sumber : Boyce, Gas Turbine Engineering Handbook, 2002

Kontruksi dan segitiga kecepatan yang dibentuk oleh turbin gas radial aliran masuk kantilever dapat dilihat pada gambar 2.7 berikut ini

Gambar 2.7 Susunan dan diagram segitiga kecepatan dari turbin radial tipe kantilever Sumber : Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery,1998

34


Gambar 2.8 Turbin gas radial aliran masuk campur Sumber : Boyce, Gas Turbine Engineering Handbook, 2002

Sedangkan untuk kontruksi dan segitiga kecepatan yang dibentuk oleh turbin gas radial aliran masuk campur dapat dilihat pada gambar berikut ini

Gambar 2.9 Susunan dan diagram segitiga kecepatan dari turbin radial aliran masuk campur (90 degree IFR) Sumber : Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery,1998

Atas pertimbangan tersebut maka dalam perancangan ini jenis turbin yang direncanakan adalah jenis turbin radial aliran masuk campur (90 degree IFR).

35


2.3.4.2 Kompresor Kompresor pada turbocarjer berfungsi untuk memampatkan udara dari udara atmosfer, sehingga udara yang dihasilkan merupakan udara yang bertekanan. Tekanan udara yang dihasilkan sesuai dengan kemampuan kompresor itu sendiri. Kompresor dapat diklasifikasikan atas dua tipe, yaitu dynamic dan positive discplacement. a. Kompresor Positif (positive discplacement) Kompresor ini tersedia dalam dua jenis reciprocating dan putar/rotary. 1). Komprosor Reciprocating Kompresor reciprocating adalah kompresor yang menghasilkan udara bertekanan akibat adanya gerak naik turun piston dalam silinder. Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi, terdapat empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertikal dan , horizontal berlawanan (balance-opposed).

Gambar 2.10 Kompresor Tipe V Sumber : Hatto, Compressor Type, 1984

36


2). Kompresor Putar (rotary) Kompresor beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan hasil keluaran yang lebih tinggi dibandingkan kompresor reciprocating. Biaya investasinya rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah perawatannya, sehingga kompresor ini sangat populer di industri. Biasanya digunakan dengan ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.11 Kompresor Rotary, terdiri dari a). Roots Compressor b). Rotary sliding vane compressor c). Twin-screw rotary screw compressor d). Single-screw rotary screw compressor Sumber : Hatto, Compressor Type, 1984

37


b.

Kompresor Dinamis ( dynamic compressor) 1). Kompresor Aksial Kompresor aksial terdiri dari barisan tingkat. Masing-masing tingkat terdiri dari barisan sudu-sudu roda jalan diikuti oleh barisan sudu-sudu roda jalan diikuti oleh barisan sudu-sudu stator. Fluida kerja mulamula dipercepat oleh sudu-sudu roda jalan dan kemudian diperlambat dalam laluan sudu stator yang di dalamnya energi kinetik yang dipindahkan dalam roda jalan dikonversikan menjadi tekanan statik. Proses ini berulang dalam tingkat berikutnya. Jumlah tingkat yang diperlukan tergantung perbandingan tekanan keseluruhan yang diinginkan.

Gambar 2.12

Kompresor Aksial

Sumber : Hatto, Compressor Type, 1984

38


2). Kompresor Sentrifugal Dalam permesinan, yang mana juga disebut sebagai turbo-blowers atau turbo-compressors, satu atau lebih impeller dirotasikan pada kecepatan yang tinggi di dalam sebuah rumah kompresor. Udara yang terlempar masuk ke dalam pusat 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.

Gambar 2.13 Kompresor Sentrifugal Sumber : Hatto, Compressor Type, 1984

39


Untuk menentukan jenis perencanaan kompresor untuk turbocarger dibutuhkan beberapa perbandingan-perbandingan yang secara umum, seperti yang terdapat pada tabel 2.1 berikut ini Tabel 2.1 Perbandingan umum untuk beberapa jenis kompresor Item

Efesiensi

Reciprocating

pada Tinggi

Vane

Screw

Centrifugal

compressor

compressor

compressor

Medium-tinggi

Tinggi

Tinggi

Buruk

Buruk

beban penuh Efesiensi

pada Tinggi karena Buruk

beban sebagian Efesiansi

bertahap-tahap

tanpa Tinggi (10 % - Medium (30%- Tinggi-buruk

Tinggi Medium

beban

25 %

40 %)

( 25%-60%)

(20 %-30 %)

Tingkat

Bising

Tenang

Tenang

Tenang

kebisingan

jika

tertutup

Ukuran

Besar

Kompak

Kompak

Kompak

Penggantian

Sedang

Rendah-

Rendah

Rendah

tidak Hampir tidak

Hampir

minyak pelumas Getaran

medium Tinggi

Hampir ada

Perawatan

Kapasitas

ada

tidak

ada

Banyak bagian Sedikit bagian Sangat sedikit

Sensitif

peralatan yang peralatan yang peralatan yang

terhadapdebu

dipakai

dipakai

dipakai

dan udara

Rendah-tinggi

Rendah-

Rendah-tinggi

Medium-tinggi

medium Tekanan

Mediumsangat tinggi

Medium-tinggi

Medium-

Medium-tinggi

tinggi

Sumber : http/www.google.com/Kompresor dan sistem udara tekan

40


Berdasarkan pertimbangan di atas, maka dipilihlah jenis kompresor sentrifugal, hal ini dikarenakan kompresor ini memiliki kapasitas yang relatif tinggi. Alasan lain pemilihan kompresor sentrifugal karena ruangan yang dibutuhkan lebih kecil, dapat bekerja dengan putaran tinggi, tekanan yang dihasilkan tinggi serta dapat langsung dikopel dengan poros motor penggerak yaitu poros turbin.

2.4

Siklus Termodinamika Motor Diesel dengan Turbocarjer Perencanaan yang bagus dari mesin diesel dengan menggunakan

turbocarjer bergantung pada pemilihan sistem untuk pengiriman energi gas buang dari katup buang ke turbin dan kegunaan energi tersebut pada turbin turbocarjer. Idealnya semua energi yang meninggalkan silinder dikirimkan ke turbin , tetapi dalam keadaan aktualnya atau sebenarnya ada beberapa yang hilang, dikarenakan adanya terjadinya pindahan panas di sekitarnya, tetapi hal ini tidak mencapai 5 %. Siklus ideal termodinamis dari mesin diesel dapat ditunjukkan pada gambar 2.14 yang menunjukkan energi yang terkandung dan berguna di dalam sistem pembuangan. 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 5-6-1. Daerah kerja yang digambarkan pada daerah titik 5-6-1, dimana pada daerah tersebutlah untuk memanfaatkan energi gas buang ditempatkan turbocarjer pada daerah tersebut yang disebut juga dengan blowdown energi.

41


Gambar 2.14 Siklus ideal tekanan terbatas pada mesin diesel Sumber : Bernard and Rodica, Diesel Engine Reference Book, 1999

Pada Gambar 2.15 menunjukkan bahwa turbocarjer meningkatkan tekanan pada saluran masuk, dari sini proses masuk (12-1) pada tekanan P1 dimana P1 berada pada di atas tekanan atmosfer.Pa. Blow-down energi ditunjukkan pada daerah 5-8-9, saluran gas buang pada tekanan P7 juga berada di atas tekanan atmosfer Pa. Proses gas buang yang berasal dari silinder ditunjukkan oleh garis 5,13,11 dimana pada titik 5,13 adalah periode terjadi blow-down energi ketika katup buang terbuka dan tekanan gas yang tinggi diekspansikan keluar pada saluran gas buang. Proses 13,11 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 ditampilkan pada daerah 13-9-10-11. Energi maksimum yang

mampu

42


menggerakkan turbin ditunjukkan pada daerah 13-9-10-11, Untuk memperoleh energi tersebut maka tekanan masuk turbin seketika itu juga harus meningkat pada titik tekanan P5 ketika katup buang terbuka, yang diikuti ekspansi isentropik dari gas buang melalui P7 sampai ke tekanan atmosfer ( P8=Pa) . Selama proses pergerakan pembuangan tekanan masuk turbin yaitu pada titik P7. Energi yang berguna pada turbin diberikan pada daerah 7-8-10-11.

Gambar 2.15 Siklus ideal tekanan terbatas dengan menggunakan turbocarjer Sumber : Bernard and Rodica, Diesel Engine Reference Book, 1999

Pada penjelasan pada gambar 2.15 di atas siklus ideal tekanan terbatas motor bakar diesel dengan menggunakan turbocarjer tekanan konstan, sangat berbeda dengan yang digunakan pada turbocarjer sistem pulsa yaitu perbedaannya terdapat pada penambahan penggunaan energi yang digunakan pada daerah 5-713. Tekanan masuk turbin yang diperlukan yaitu mencapai tekanan P5 ketika katup buang terbuka pertama kalinya, kemudian menuju sepanjang garis 5,6,7. Turbin juga mempunyai daerah aliran efektif yang kecil, ketika katup buang telah terbuka, gas buang mengalir dari silinder ke saluran gas buang

43


dikarenakan saluran buang kecil maka tekanan pun akan turun. Laju aliran massa gas buang akan meningkat ketika katup terbuka. Dan laju aliran massa gas buang tersebut akan menuju turbin sehingga energi yang berguna dimanfaatkan untuk memutar turbin. Dimana dalam hal ini energi gas buang yang dimanfaatkan pada sistem pulsa lebih besar dari pada sistem tekanan konstan

2.5 Perbandingan Siklus Termodinamika Motor Diesel dengan Turbocarjer dan tanpa Turbocarjer Pada gambar 2.16 berikut ini menunjukkan siklus tekanan terbatas dari mesin diesel tanpa dan dengan turbocarjer. Karena tekanan masuk dari gas buang berada di atas tekanan atmosfer, dan lebih banyak bahan bakar yang dapat dibakar, tekanan di dalam silinder melalui siklus tersebut dan terutama selama pembakaran, menjadi lebih tinggi untuk siklus yang memakai turbocarjer.

Gambar 2.16 Perbandingan mesin diesel dengan dan tanpa turbocarjer pada siklus tekanan terbatas dengan rasio kompresi sama. Sumber : Bernard and Rodica, Diesel Engine Reference Book, 1999

44


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents