PENGARUH TURBOCHARGER TERHADAP PERFORMANCE MESIN DIESEL DI PLTD TITI KUNING PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR MEDAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh:
NOVA ERIYANTI SIMATUPANG 1105051029
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
INTISARI
Performansi mesin pada umumnya merupakan suatu hal yang menarik untuk diketahui, diteliti dan dianalisa sebagai akibat dari kualitas operasionalitas mesin yang senantiasa mengalami inovasi. Mengingat motor bakar torak dalam hal ini motor diesel merupakan salah satu alternative yang banyak digunakan sebagai penggerak mula. Karena begitu pentingnya performansi mesin dalam motor diesel, sehingga para perancang otomotif terus berupaya dan berinovasi meningkatkan performansi tersebut. Salah satu cara yang digunakan adalah dengan cara pemakaian turbocharger. Turbocharger merupakan mekanisme untuk mensuplai udara dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompresi, sehingga daya motor akan meningkat, selain daya yang meningkat, turbocharger juga menurunkan tingkat polusi udara hal ini dikarenakan pembakaran bahan bakar dengan udara terjadi dengan sempurna. Harga efektif (kerja yang dihasilkan motor setelah mengatasi kerugian mekanis) pada saat menggunakan turbocharger pada putaran 1500rpm mencapai 1035,356 kJ/kg, sedangkan harga efektif pada saat tidak menggunakan turbocharger pada putaran yang sama hanya sebesar 1029,911 kJ/kg. Jadi, dengan penambahan aplikasi turbocharger dapat meningkatkan harga efektif sebesar 71,08%. Penggunaan turbocharger ternyata dapat mempengaruhi parameter performansi motor diesel seperti: daya, pemakaian bahan bakar dan efisiensi thermal pada mesin diesel. Kata Kunci: Performansi, Mesin Diesel dan Penggunaan Turbocharger.
ABSTRACT
Engine performance in general is an interesting thing to note, researched and analyzed as a result of operationality quality machine that is always experiencing innovation. Given combustion piston diesel engine in this case is one alternative that is widely used as a first mover. Because it is so important in a diesel engine performance, so that automotive designers continue to innovate and imporove the performance. One way that is used is to use a turbocharger. Turbocharger is a mechanism for supplying air at a density that exceeds the density of atmospheric air into the cylinders for compressed in the compression step, so thet the motor will increase, in addition to increased power, the turbocharger is also lower levels of air pollution due to combustion of these fuels with air occurs with perfect. Effective price(work produced after overcoming loss) when using a turbocharger to achieve 1500rpm rotasion1035,356 kJ/kg, while the price is not effective when using a turbocharger on the same lap just for 1029,911 kJ/kg.so with the addition of a turbocharger applications can increase the effective price of 71,08%. It may affect the use of a turbocharger diesel engine performance parameters such as: power, fuel use and efficiency thermal in such small capacity diesel engine vehicles. Keywords: Performance, Diesel Engine, and Use The Turbocharger
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada jenjang pendidikan Diploma III di Program Studi Teknik Konversi Energgi,Jurusan Teknik Mesin,Politeknik Negeri Medan. Dalam Tugas Akhir ini, Penulis mengambil judul:
PENGARUH
TURBOCHARGER TERHADAP PERFORMANCE MESIN DIESEL DI PLTD TITI
KUNING
PT
PLN(PERSERO)
PEMBANGKITAN
SUMATERA
BAGIAN UTARA SEKTOR MEDAN. Dalam penyusunannya, dari awal sampai akhir penulis berusaha semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Akhir ini dengan baik. Namun penulis menyadari bahwa tulisan ini tidak lepas dari kekurangan – kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajiannya. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Dalam proses pembuatan Tugas Akhir ini, penulis telah mendapat dukungan baik itu berupa material, spiritual, informasi maupun adsministrasi. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada: 1. Bapak M.Syahruddin, S.T,M.T.; Selaku direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Idam Kamil, S.T.M.T.; Ketua Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T.; Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Mesin, Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Rihat Sebayang, S.T.,M.T.; Dosen pembimbing, yang telah meluangkan waktu dan tenaganya dalam memberikan saran dan ide dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh staf pengajar Teknik Konversi Energi, Jurusan Mesin, Politeknik Negeri Medan.
6. Orang tua ( D. Simatupang/R. br. Simanungkalit) dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik material, semangat, doa, kasih sayang dan didikan. 7. Ucapan terimah kasih kepada PT PLN (persero) PLTD Titi Kuning yang telah memberikan data – data yang mendukung dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 8. Ucapan terimah kasih kepada Manager PLTD Titi Kuning ( bapak Parsaoran Simangunsong) dan semua Staf pegawai PLTD Titi Kuning. 9. Teman-teman belajarku Rosari siahaan, Gunawan, Andri, Rejeki yang selalu berbagi solusi dan suka – duka dalam belajar maupun dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 10. Teman dekatku yang selalu menghibur dan memberi semangat saat penyusunan Tugas Akhir ini. 11. Keluarga besar EN-6B, teman sekelas. 12. Seluruh rekan – rekan mahasiswa Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Mesin, Politeknik Negeri Medan. 13. Kakak – kakak ku tersayang kost 70 pembangunan usu ( kakak mei, kakak anna, kakak nadya, kakak chatlyn, kakak vera) yang selalu membantu dan memberi semangat serta doa buat penulis. Akhir kata , penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat untuk kita semua. Medan, Agustus 2014 Hormat Penulis,
Nova Eriyanti Simatupang NIM: 1105051029
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ....................................................................................i LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................ iii INTISARI
.........................................................................................iv
ABSTRACT
.......................................................................................... v
KATA PENGANTAR
.........................................................................................vi
DAFTAR ISI
...................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR
.........................................................................................xi
DAFTAR TABEL
....................................................................................... xii
DAFTAR DIAGRAM
...................................................................................... xiii
BAB I: PENDAHULUAN .......................................................................................... 1 A. Latar Belakang Masalah ....................................................................................... 1 B. Batasan Masalah
.......................................................................................... 2
C. Tujuan Penelitian
.......................................................................................... 2
D. Manfaat Penelitian
.......................................................................................... 2
E. Metodologi Penelitian .......................................................................................... 3 F. Sistematika Penulisan .......................................................................................... 3
BAB II: TEORI DASAR
........................................................................................... 5
A. Motor Bakar Diesel ........................................................................................... 5 B. Turbocharger
........................................................................................... 7
1. Sejarah Turbocharger ............................................................................... 7 2. Pengertian Turbocharger .......................................................................... 8 3. Prinsip Kerja Turbocharger .................................................................... 10 4. Cara Kerja Turbocharger ....................................................................... 11 5. Manfaat Pemakaian Turbocharger ........................................................ 12 6. Klasifikasi Turbocharger ........................................................................ 13 6.1 . Turbocharger sistem tekanan konstan (constant pressure system)…. ....................................................................................... 13 6.2 . Turbocharger Sistem Pulsa ( pulse system) ................................... 14 6.3.Turbocharger Sistem Converter- Pulsa (pulse-converter (system) ........................................................................... 15 7. Bagian-Bagian Utama Turbocharger ....................................................... 16 7.1. Turbin
.......................................................... 18
7.2. Kompresor
.......................................................... 20
C. Siklus Termodinamika Motor Diesel Dengan Turbocharger ........................... 24 D. Batasan Turbocharger pada Motor Diesel ...................................................... 28
BAB III: PERFORMANSI MESIN
.......................................................... 30
A. Mekanisme Kerja Turbocharger
.......................................................... 30
B. Penetapan Siklus Termodinamika
.......................................................... 31
C. Bahan Bakar yang Digunakan
.......................................................... 33
D. Perbandingan Bahan Bakar dan Udara (F/A).................................................... 33 E. Perbandingan Kompresi
.......................................................... 34
F. Idealisasi Dari Analisa Termodinamika .......................................................... 35 G. Perhitungan Termodinamika
.......................................................... 36
BAB IV: PERHITUNGAN TERMODINAMIKA ............................. 43 A. Spesifikasi dan profil mesin ............................................................................... 43
B. Perhitungan termodinamika dengan menggunakan turbocharger ..................... 43 C. Perhitungan termodinamika tanpa menggunakan turbocharger ........................ 54
BAB V PENUTUP .................................................................................................. 65 A. Kesimpulan .................................................................................................. 65 B. Saran............................................................................................................. 66
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
Gambar 2.1 Turbocharger Rancangan Cliff Garret ................................................. 8 Gambar 2.2 Permukaan Turbocharger ..................................................................... 9 Gambar 2.3 Skema instalasi sederhana Turbocharger ........................................... 10 Gambar 2.4 Turbocharger system tekanan konstan (constant pressure system) ... 13 Gambar 2.5 Turbocharger system pulsa (pulse system) ........................................ 14 Gambar 2.6 Turbocharger system Konverter – pulsa (pulse-coventer system) ..... 15 Gambar 2.7 Bagian-bagian assembeling Turbocharger ......................................... 17 Gambar 2.8 Turbin gas radial aliran masuk kantilever .......................................... 19 Gambar 2.9 Turbin gas radial aliran masukcampur ............................................... 20 Gambar 2.10 Kompresortipe V .............................................................................. 21 Gambar 2.11 Kompresor rotary .............................................................................. 22 Gambar 2.12 Kompresor Aksial ............................................................................. 23 Gambar 2.13 Kompresor Sentrifugal ..................................................................... 24 Gambar 2.14 Siklus ideal tekanan terbatas mesin diesel ........................................ 25 Gambar 2.15 Siklus ideal tekanan terbatas dengan menggunakan turbocharger ... 26 Gambar 3.1 Mekanisme kerja sederhana dari turbocharger pada waktu langkah buang ................................................................................................... 30
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
Tabel 4.1 Tabel Hasil Perhitungan Termodinamika ………………………….63
GAMBAR DIAGRAM
Gambar
Halaman
Gambar 3.2 Diagaram p-v siklus dual ………………………………………..32 Gambar 3.3 Diagram P-v Ideal Untuk Siklus Dual Memakai Turbocharger….36
BAB I PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang Masalah Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat berpengaruh terhadap
hasil-hasil industri dalam bidang teknologi. Hal ini sangat terlihat jelas misalnya dalam bidang teknologi, dimana hasil-hasil industri dalam bidang otomotif mengalami pengembangan dari waktu ke waktu. Di sisi lain, perkembangan teknologi tersebut dapat juga menimbulkan masalah bagi lingkungan hidup, yaitu pencemaran ataupun polusi seperti yang terjadi di negeri kita ini. Oleh karena itu, pemerintah Indonesia membuat suatu kebijakan seperti yang tertuang dalam Strategi Produksi Bersih, dimana agar setiap industri dan juga teknologi haruslah akrab dengan lingkungan serta pemakaian atau konsumsi energi yang sehemat mungkin. Sehingga, dengan sendirinya hal ini menjadi tantangan tersendiri bagi para ahli perancangan otomotif dan juga para insinyur untuk terus berupaya dan berinovasi menciptakan kendaraan-kendaraan yang rendah polusi, hemat bahan bakar serta juga mempunyai performan yang tinggi. Untuk memperoleh tujuan tersebut banyak cara yang ditempuh oleh perancang dan juga para insinyur, salah satu diantaranya dengan pemakaian turbocharger, dimana turbocharger merupakan mekanisme untuk mensuplai udara dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompresi, sehingga daya motor akan meningkat, selain daya yang meningkat, turbocharger juga menurunkan tingkat polusi udara hai ini dikarenakan pembakaran bahan bakar dengan udara terjadi dengan sempurna, dan juga dengan turbocharger pemakaian bahan bakar spesifik dapat dikurangi. Dengan meningkatkan performansi mesin motor diesel, tingkat polusi udara yang berkurang, dan juga pemakaian bahan bakar yang spesifik yang lebih hemat,
sehingga pemakaian turbocharger ini dapat dikembangkan untuk digunakan dalam mesin-mesin terutama kendaraan. Dengan pertimbangan tersebut sehingga penulis tertarik untuk mengangkat sebagai tugas akhir yang berjudul : Pengaruh Turbocharger Terhadap Performance Mesin Diesel Di PLTD Titi Kuning PT PLN (persero) Pembangkitan Sumatera Bagian Utara Sector Medan.
B. Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah analisa termodinamika motor diesel 6 silinder dengan menggunakan turbocharger dan tanpa menggunakan turbocharger untuk pembangkit pada PLTD Titi Kuning PT PLN (Persero) Pembangkitan Sumbagut.
C. Tujuan Penelitian Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh turbocharger dalam peningkatan performansi mesin pada motor diesel.
D. Manfaat Penelitian. Pada dasarnya penelitian ini bersifat mengembangkan sesuatu yang sudah ada dengan sesuatu perubahan atau inovasi. Oleh karena itu, penelitian ini dapat bermanfaat sebagai bahan informasi untuk pengembangan IPTEK khususnya teknologi otomotif.
E. Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang dilakukan penulis dalam penyusunan tugas akhir ini,adalah : 1. Survei lapangan, yang dilakukan di PT PLN (persero) Pembangkitan Sumbagut yaitu berupa peninjauan langsung ke lokasi tempat turbocharger tersebut digunakan. 2. Studi literature, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisantulisan yang terkait. 3. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar, dan buku elektronik (e-book), serta data-data lain yang berhubungan. 4. Diskusi, berupa tanyak jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Jurusan Teknik Mesin,Politeknik Negeri Medan.
F. Sistematika Penulisan Tugas akhir ini dibagi atas beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah,sebagai berikut: BAB I: PENDAHULUAN Bab ini berisikan: latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metedologi penelitian, sistematika penulisan. BAB II: TEORI DASAR Bab ini berisikan: landasan teori mengenai teori motor diesel, pemakaian turbocharger itu sendiri serta bagian utama turbocharger yang meliputi jenis turbin dan kompresor yang digunakan.
BAB III: PERFORMANSI MESIN Bab ini berisikan: perhitungan mengenai bagian-bagian utama pada turbocharger yang meliputi turbin dan kompresor performansi turbocharger. BAB IV: PEMBAHASAN PERHITUNGAN TERMODINAMIKA Bab ini berisikan: data-data penelitian dan perhitungan performansi mesin. BAB V: PENUTUP Bab ini berisikan: kesimpulan yang diperoleh dan saran untuk meningkatkan hasil penelitian yang lebih akurat masa yang akan datang di bidang yang sama. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
