RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR LISTRIK UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA OLEH M U L I Y A D I

SKRIPSI MOTOR BAKAR

RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR LISTRIK UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA OLEH MULIYADI 060421010

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN F A K U L T A S

T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

SKRIPSI MOTOR BAKAR

RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR LISTRIK AC UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA

OLEH MULIYADI 060421010 Telah diperiksa dan diperbaiki dalam seminar periode ke 121 Tanggal 21 Februari 2009 Disetujui : Dosen pembimbing

Ir. Isril Amir _ NIP. 130517501


T E K N I K


SKRIPSI MOTOR BAKAR

RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR LISTRIK AC UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA

OLEH MULIYADI 060421010 Telah diperiksa dan diperbaiki dalam seminar periode ke 121 Tanggal 21 Februari 2009 Dosen pembanding I

Dosen Pembanding II

Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT NIP. 130517501

Ir. Mulfi Hazwi, MSC NIP. 130905356


T E K N I K


KATA PENGANTAR

Puji Syukur Saya panjatkan kehadirat Allah SWT karena dengan Rahmat dan HidayahNya Saya dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir. Tugas Akhir ini adalah tugas wajib yang diberikan kepada setiap mahasiswa sebagai syarat untuk menyelesaikan program studi teknik ekstension jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Selesainya Tugas Akhir ini juga tidak lepas dari dukungan orang-orang yang ada di sekeliling saya. Untuk itu pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ir Isril Amir sebagai Dosen pembimbing skripsi 2. Dr Ing Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua jurusan teknik mesin 3. Bapak Syawal, staff administrasi yang telah membantu saya selama pengurusan skripsi ini 4. Khusus kepada almarhum Ayahanda Sulaiman Yusuf yang telah bersusah payah membesarkan dan mendidik saya hingga akhir hayatnya, serta Ibunda Kasinem yang entah berapa juta tetes airmatanya tercurah selama membesarkan dan membimbing anak-anaknya. Semoga segala amal kebaikan beliau mendapat balasan yang sebaik-baiknya dari Allah SWT.

Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

5. Untuk pendamping setiaku Nazriana dan ketiga penerusku Putri, Aziz dan Adzky, untuk segala dorongan dan motivasinya sehingga Ayah selesaikan Tugas Akhir ini.

Selanjutnya saya ucapkan terima kasih untuk semua pihak yang telah membantu saya yang namanya tak bisa saya tuliskan satu persatu, semoga segala amal kebaikannya mendapat balasan yang setimpal dan selalu mendapat ridho dari Allah SWT.

Hormat Saya, Muliyadi


DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................... i. KATA PENGANTAR ……………………………………………..………….…... ii. DAFTAR ISI ……...…………………………………………………..................... iii. DAFTAR TABEL .................................................................................................... v. DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... vi. BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................................... 1. 1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1. 1.2. Rumusan Masalah .................................................................................... 3. 1.3. Tujuan Perencanaan ................................................................................. 4. 1.4. Manfaat Perencanaan ............................................................................... 5. 1.5. Cakupan Perencanaan............................................................................... 5. 1.6. Sistematika Penulisan ..........................................…................................ 7. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................... 8. 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ……….............................................. 8. 2.2. Mesin Diesel ………………………...................................................... 10. 2.3. Klasifikasi Mesin Diesel ……………………........................................ 15. 2.4. Sifat-Sifat Mesin Diesel ......................................................................... 16. 2.5. Pemilihan Mesin Diesel ……...............…………….............................. 17. 2.6. Bagian-Bagian Motor Bakar ………….................................................. 22. 2.7. Generator …........................................................................................... 34. 2.8. Sistem Pendinginan................................................................................ 36. 2.9. Sistem Pelumasan................................................................................... 38. 2.10. Sistem Bahan Bakar ……...………………………….......................... 38. 2.11. Sistem Pembuangan Gas …...…...….....……………………….......... 42. Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

2.12. Kerja Pararel Generator ....................................................................... 44. 2.13. Perawatan ............................................................................................. 45. BAB III. PENENTUAN SPESIFIKASI.................................................................... 48. 3.1. Data Peralatan ........................................................................................ 48. 3.2. Rencana Pengembangan Produksi ......................................................... 52. 3.3. Kondisi Pembebanan.............................................................................. 54. 3.4. Sistem Keterpasangan ............................................................................ 55. 3.5. Penentuan Spesifikasi Yang Dibutuhkan ............................................... 57 BAB IV. PERENCANAAN MESIN DIESEL ......................................................... 59. 4.1. Spesifikasi Awal .................................................................................... 59. 4.2. Torak/Piston ........................................................................................... 59. 4.3. Silinder ................................................................................................... 73. 4.4. Batang Penggerak .................................................................................. 75. 4.5. Crank Shaft ............................................................................................ 80. 4.6. Roda Penerus (Fly. Wheel) ................................................................... 86. 4.7. Katup (Valve) Dan Kelengkapannya ..................................................... 88. 4.8. Injector (Pengabut) ................................................................................ 98. 4.9. Pendingin ............................................................................................. 100. BAB V. KESIMPULAN ........................................................................................ 104. DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 107.


DAFTAR TABEL

Tabel 3-1. List Panel Distribusi di PT Dow AgroSciences Indonesia ….....…...… 49. Tabel 3-2. List Peralatan di PT Dow AgroSciences Indonesia ................................ 49. Tabel 3-3. Proyeksi Rencana Produksi Selama 5 Tahun .......................................... 53. Tabel 3-4. Data Kondisi Pemakaian Beban Listrik .................................................. 54.


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. P – V Diagram Siklus Diesel …...….............................…...………… 11. Gambar 2.2. P – V Diagram Siklus Otto ......…………………....................……… 12. Gambar 2.3. Cara Kerja Mesin Diesel .………….……...…………………............. 13. Gambar 2.4. Langkah Kerja Motor Bakar 4 Tak …..………………....................... 21. Gambar 2.5. Komponen-Komponen Inti Motor Bakar …...…………..................... 24. Gambar 2.6. Berbagai Contoh Susunan Piston Pada Motor Bakar ……….............. 26. Gambar 2.7. Contoh Desain Katup Dan Cam Pada Motor Bakar ........................... 28. Gambar 2.8. Desain Ruang Bakar Terbuka ….......................................................... 31. Gambar 2.9. Desain Ruang Bakar Kamar Muka .........…….………….................... 32. Gambar 2.10. Desain Ruang Bakar Turbulen ..…………..……………................... 33. Gambar 2.11. Desain Ruang Bakar Lanova ...………………………….................. 35. Gambar 3-1. Grafik Proyeksi Rencana Produksi Selama 5 Tahun ……................... 53. Gambar 3.2. Grafik Pemakaian Listrik Di PT Dow Agrosciences Indonesia ..…... 54. Gambar 3.3. Sistem Keterpasangan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel .................. 55. Gambar 3.4. Sistem Keterpasangan Motor Diesel Sebagai Penggerak …...…….... 56. Gambar 4.1. Piston .............................................................….…………….........… 64. Gambar 4.2. Piston Crown ....................................................................................... 66. Gambar 4.3. Ring Piston ........................................................................................... 69. Gambar 4.4. Ring Kompresi (Compression Ring) ................................................... 71. Gambar 4.5. Cincin Minyak (Oil Control Ring) ...................................................... 72. Gambar 4.6. Silinder Linier ...................................................................................... 74. Gambar 4.7. Potongan Tangkai Connecting Rod ..................................................... 77. Gambar 4.8. Batang Penggerak (Connecting Rod) ................................................... 78. Gambar 4.9. Konstruksi Batang Penggerak .............................................................. 80. Gambar 4.10. Beberapa Konstruksi Batang Penggerak ............................................ 80. Gambar 4.11. Pena Engkol (Crank Shaft) ................................................................ 85. Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Gambar 4.12. Bantalan ............................................................................................. 88. Gambar 4.13. Diagram Katup Mesin Diesel 4 Langkah .......................................... 89. Gambar 4.14. Gambar Rencana Katup ..................................................................... 91. Gambar 4.15. Cam Shaft .......................................................................................... 93. Gambar 4.16. Katup .................................................................................................. 94. Gambar 4.17. Pegas .................................................................................................. 95. Gambar 4.18. Pasak .................................................................................................. 95. Gambar 4-19. Piringan Pegas ................................................................................... 96. Gambar 4-20. Rocker Arm ....................................................................................... 96. Gambar 4.21. Batang Penekan .................................................................................. 97. Gambar 4.22. Perlengkapan Katup ........................................................................... 97. Gambar 4.23. Pengabut (Injector) ............................................................................ 98. Gambar 4.24. Sirkulasi Minyak Pelumas ................................................................. 99.


BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG Sektor pertanian merupakan pendukung perekonomian Indonesia dari dulu hingga saat ini, terutama saat krisis moneter melanda negara ini menciptakan bagi perusahan-perusahaan yang berhubungan dengan sektor ini untuk mengembangkan usahanya. Diantaranya adalah perusahan pestisida yang memproduksi obat – obatan pertanian yang diperlukan dan menjadi salah satu sarana produksi pertanian. PT. Dow AgroSciences Indonesia merupakan salah satu perusahaan yang memproduksi pestisida yang berbasiskan penelitian di bidang pertanian yang berpusat di Amerika Utara, tepatnya di Indianapolis. Perusahaan ini melakukan penelitian, pengembangan, memproduksi dan memasarkan produk yang berhubungan dengan penanggulangan gulma, insect, zat pengatur pertumbuhan, jamur, benih, dan penanggulangan rayap/hewan pengerat. Pestisida merupakan bahan kimia yang digunakan untuk membunuh/ membasmi atau mengendalikan hama penyakit tanaman. Produk pestisida merupakan produk yang memiliki prospek yang cukup cerah dimana saat ini Indonesia sedang berusaha meningkatkan kembali produktivitas di bidang pertanian, makanya tidak heran kalau di pasaran terdapat berbagai macam pestisida yang beredar di pasaran dengan jenis dan merek yang beraneka ragam. Hal ini wajar saja sebagai strategi bagi Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

perusahaan penghasil pestisida dalam merebut pasar melalui beragam produk yang ditawarkan. PT. Dow AgroSciences Indonesia telah memproduksi berbagai jenis produk yang berbeda, meliputi herbisida dan insektisida dalam berbagai kemasan yang memenuhi kebutuhan bidang pertanian, kehutanan, kesehatan dan lingkungan pemukiman saat ini. Pada setiap bidang industri hanya ada satu tujuan yang ingin dicapai yaitu keuntungan. Setiap perusahaan berusaha mendapatkan keuntungan yang sebesar – besarnya dengan pengeluaran yang minim dengan syarat tidak merusak atau mengurangi mutu dari suatu jenis produk yang dihasilkan. Karena mutu tersebutlah yang menjadi nilai jual. Oleh karena itu kualitas dari hasil produksi merupakan unsur utama yang harus diperhatikan. Untuk mendapat hasil yang baik dari suatu proses produksi diperlukan pula bahan–bahan yang baik, baik dari bentuk ataupun kandungan bahan kimianya. Bahan-bahan tersebut memiliki berbagai macam bentuk (serbuk, cairan, cairan dengan high viscosity dan padatan). Dan untuk mendukung semua kegiatan tersebut, PT. Dow AgroSciences Indonesia juga menggunakan berbagai macam peralatan dan proses yang mana setiap proses memerlukan peralatan pendukung yang digunakan sebagai alat bantu ketika proses berlangsung. Peralatan-peralatan tersebut juga memiliki system dan cara kerja yang berbeda – beda. Disamping itu juga system pemeliharaan peralatan tersebut juga


menjadi bagian yang amat penting demi mendukung berlangsungnya proses produksi yang aman dan baik. Saat ini PT Dow Agrosciences Indonesia memiliki satu peralatan pembangkit tenaga listrik sendiri yang digunakan sebagai cadangan sumber energi listrik bilamana sumber energi listrik dari pemerintah (PLN) mengalami masalah. Proses memindahkan power listrik ini dilakukan secara manual dan melihat dari kondisi Generator yang sudah berusia cukup lama, maka peralatan ini akan diganti dengan peralatan yang baru dengan mempertimbangkan beberapa kondisi lingkungan, kecukupan area dan kapasitas daya listrik yang dibutuhkan. Oleh sebab itu penulis bermaksud untuk mengambil judul tugas akhir sebagai berikut: “ RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR LISTRIK UNTUK

MEMENUHI

KEBUTUHAN

LISTRIK

PADA

PT

DOW

AGROSCIENCES INDONESIA”

1.2. RUMUSAN MASALAH PT Dow Agrosciences Indonesia saat ini hanya menggunakan motor bakar diesel sebagai penggerak generator listrik, namun keadaan yang dijumpai ketika menggunakan generator ini kondisi peralatan di area produksi mengalami masalah karena frekuensi tegangan yang dihasilkan tidak stabil. Kondisi ini secara awam dapat dilihat dari kondisi generator ketika beroperasi terdengar seperti ada tarikan daya yang naik turun, sehingga suara mesin terdengar seperti turun naik.


Keadaan seperti ini akan bisa memberi dampak terhadap peralatan elektronik yang ada di pabrik. Karena frekuensi yang tidak stabil mengakibatkan rangkaian elektronik tersebut sering rusak dan mendapat masalah ketika beroperasi. Dengan adanya kondisi ini maka generator listrik yang lama akan diganti dengan generator listrik yang baru. Dan dalam hal ini penulis menentukan motor bakar diesel sebagai penggerak generator listrik yang akan digunakan di PT Dow Agrosciences Indonesia tersebut dengan memberikan pertimbangan-pertimbangan yang bisa dijadikan bahan masukan dalam menentukan system penggerak generator listrik tersebut.

1.3. TUJUAN PERENCANAAN Adapun tujuan perencanaan ini adalah sebagai berikut : 1. Sebagai syarat untuk menyelesaikan program Pendidikan Sarjana Ekstensi di Universitas Sumatera Utara 2. Untuk memberikan masukan mengenai pemilihan sistem penggerak yang akan digunakan untuk menggerakkan generator listrik di PT Dow AgroSciences Indonesia 3. Untuk mengaplikasikan motor bakar yang telah dipelajari secara teori pada bangku perkuliahan pada aplikasi nyata. 4. Mengetahui system dan cara kerja penggerak motor diesel, kelebihan dan kekurangan sistem penggerak motor diesel ini.


1.4. MANFAAT PERENCANAAN Manfaat dari perencanaan ini antara lain : 1. Sebagai bahan pertimbangan untuk menentukan sistem penggerak generator listrik di PT Dow AgroSciences Indonesia 2. Sebagai bahan masukan untuk teman-teman mahasiswa ataupun masyarakat umum yang ingin mempelajari sistem penggerak motor diesel ini. 3. Sebagai bahan pembelajaran bagi penulis dalam hal mengaplikasikan pengetahuan yang didapat di bangku kuliah pada keadaan sebenarnya.

1.5. CAKUPAN PERENCANAAN Dalam perencanaan ini penulis akan melakukan serangkaian kegiatan antara lain : 1.

Pengambilan data mengenai area kerja generator listrik tersebut

2. Penentuan besarnya kapasitas Listrik yang dibutuhkan 3. Penentuan besarnya daya Motor diesel penggerak generator pembangkit listrik 4. Melakukan penghitungan terhadap perencanaan ukuran-ukuran komponen utama motor diesel seperti torak/piston, silinder, batang penggerak, poros engkol (crank shaft), roda penerus (fly wheel), katup dan cam shaft 5. Melakukan perhitungan kebutuhan air pendingin untuk motor penggerak

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN


Sistematika penulisan skripsi ini dibagi menjadi beberapa

bagian dengan

sistematika penulisan skripsi pada umumnya, meliputi beberapa bagian yang dibagi dalam beberapa bab yaitu : BAB I. PENDAHULUAN Diuraikan secara singkat mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian dan sistematika penulisan tugas akhir BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini diuraikan mengenai tinjauan-tinjauan kepustakaan dan berisikan toeri-teori dan pemikiran-pemikiran yang dikutip dari buku-buku, makalah dan tulisan-tulisan yang berkenaan dengan sistem penggerak motor diesel dan generator. BAB III. PENENTUAN SPESIFIKASI Memuat data hasil pengumpulan data yang diperoleh dari perusahaan sebagai bahan untuk melakukan pengolahan data yang digunakan sebagai dasar pembahasan masalah. BAB IV. PERENCANAAN MESIN DIESEL Berisikan perhitungan-perhitungan teoritis untuk mendapatkan ukuran-ukuran bagian mesin diesel BAB V. KESIMPULAN Bab ini berisikan kesimpulan yang dapat diambil dari hasil perhitungan dan data serta saran yang dapat diberikan kepada perusahaan


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DIESEL Pembangkit Listrik Tenaga Diesel cocok untuk lokasi dimana pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak sangat murah dibandingkan dengan batubara dan semua beban besarnya adalah seperti yang dapat ditangani oleh mesin pembangkit dalam kapasitas kecil serta dapat beroperasi dalam waktu yang singkat. Sistem pembangkit listrik seperti ini juga digunakan pada PT Dow Agrosciences Indonesia. Kegunaan

dari

suatu

Pembangkit

Listrik

Tenaga

Diesel

(PTLD)

adalah penyedia daya listrik yang dapat berfungsi untuk : -

Sebagai unit cadangan yang dijalankan pada saat unit peinbangkit utama yang ada tidak dapat mencukupi kebutuhan daya listrik.

-

Sebagai unit pembangkit yang menyuplai listrik selama 24 jam atau sebagai pemikul beban tetap. Sifat pengoperasian harus pada beban dasar yang berkapasitas tertinggi dan tidak dipengaruhi oleh frekuensi beban tetap. Hal ini memungkinkan juga bila pasokan dapat mengalami gangguan.

-

Sebagai unit beban puncak atau peak load. Bila PLTD dioperasikan pada beban puncak biasanya dalam waktu yang tidak lama, karena dapat berfungsi untuk menaikkan tegangan yang turun pada saat beban puncak.


-

Sebagai unit cadangan yang dijalankan saat keadaan darurat, saat terjadi pemadaman pada unit pembangkit utama. Bila terjadi yang mengakibatkan gangguan pada total seluruh jaringan listrik maka PLTD dapat beroperasi tanpa bantuan tegangan dari luar dan langsung mengisi tegangan serta menanggung beban listrik dengan cepat serta membutuhkan perhatian yang sedikit. Keadaan ini adalah keadaan yang berjalan saat ini di PT Dow Agrosciences Indonesia. Pembangkit listrik (generator) dihidupkan ketika pabrik mengalami masalah pada sumber tenaga listrik yang berasal dari perusahaan listrik Negara.

Sedangkan keuntungan yang didapat daripada Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) adalah : -

Investasi modal relatif rendah.

-

Waktu pembangunan relatif singkat.

-

Disain dan instalasi yang sederhana.

-

Bahan bakar yang cukup murah.

-

Dapat dijalankan dan dihentikan dengan cepat.

Hal hal yang menjadi pertimbangan ketika akan memilih sistem Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) yang sesuai antara lain : -

Jarak dari beban dekat.

-

Pondasi.


-

Pengangkutan bahan bakar.

-

Kebisingan dan kesulitan lingkungan.

-

Persediaan areal tanah dan air.

2.2. MESIN DIESEL Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Penggunaan motor diesel bertujuan untuk mendapatkan tenaga mekanik dari energi panas yang ditimbulkan oleh energi kimiawi bahan bakar, energi kimiawi tersebut diperoleh dari proses pembakaran antara bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar. Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada tujuan perancangan, dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Mesin Diesel sehagai penggerak mula PLTD yang berfungsi menghasilkan tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar rotor generator. Mesin Diesel adalah sejenis motor bakar yang penyalaannya dengan cara bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder, yang berisi tekanan udara dalam silinder mesin maka suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar dalam bentuk kabut halus bersinggungan dan bercampur dengan udara panas ini mulai terbakar sendiri. Lihat gambar 2.1 memperlihatkan diagram P-V cara kerja mesin diesel


Qh

P

C B

D Qc

O

A V2

V3

V1

V

Gambar 2.1. Siklus diesel

Siklus Diesel -

Proses O-A : Proses hisap, udara ditekan masuk ke dalam silinder pada tekanan atmosfir dan volume naik dari V2 menjadi V1.

-

Proses A-B : gas ditekan secara adiabatik dari V1 menjadi V2 dan temperaturnya naik

-

Proses B-C : terjadi proses pembakaran gas, kalor (Qh) diserap oleh gas

-

Proses C-D : Gas berekspansi secara adiabatik

-

Proses D-A : kalor Qc dilepas dan tekanan gas turun pada volume konstan.

-

Proses A-O : dan pada akhir proses, gas sisa dibuang pada tekanan atmosfir dan volume gas turun dari V1 menjadi V2


Siklus Otto

P

-

C Qh B

D Qc A

O V2

V1

V

Gambar 2.2. P – V diagram siklus Otto -

Proses O-A : Udara ditekan masuk ke dalam silinder pada tekanan atmosfir dan volume naik dari V2 menjadi V1.

-

Proses A-B : gas ditekan secara adiabatik dari V1 menjadi V2 dan temperaturnya naik dari TA ke TB.

-

Proses B-C : terjadi proses pembakaran gas (dari percikan api busi), kalor diserap oleh gas Qh. Pada proses ini volume konstan sehingga tekanan dan temperaturnya naik

-

Proses C-D : Gas berekspansi secara adiabatik, melakukan kerja

-

Proses D-A : kalor Qc dilepas dan tekanan gas turun pada volume konstan.

-

Proses A-O : dan pada akhir proses, gas sisa dibuang pada tekanan atmosfir dan volume gas turun dari V1 menjadi V2


Sekalipun mesin diesel memiliki kekurangan dalam hal kebisingan dibandingkan mesin bensin. Mesin diesel karena keunggulan effisiensi bahan bakar menjadi pilihan banyak pengguna motor bakar untuk kendaraannya. Sebagai efek dari semakin ketatnya peraturan terhadap pencemaran lingkungan hidup, mesin diesel menjadi salah satu pilihan dalam pemakaian sistem internal-combustion engine. Internal-combustion engine ini kita temui dalam sistem mobil, kapal, alat pembangkit listrik portable, bus, traktor dsb. Salah satu keunggulan mesin diesel adalah sistem pembakarannya menggunakan Compression-ignition ( pembakaran-tekan), yang tidak memerlukan busi (lihat gambar 2.3)

Gambar 2.3. Cara kerja mesin Diesel Sumber : Lit 13 Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Sistem ini memungkinkan tercapainya tekanan awal yang tinggi sebelum terjadi proses pembakaran, hal ini akan meningkatkan effisiensi panas dibandingkan sistem yang lain. Keunggulan yang lain adalah fleksibilitas jenis bahan bakar yang bisa digunakan, karena pembakaran yang terjadi tidak memerlukan pengontrolan bunga api, berbagai jenis bahan bakar bisa dipakai. Misalnya; minyak tanah, minyak sawit, produk minyak berat dari minyak mentah, alkohol, emulsi (campuran air dan bahan bakar solar) dsb. Applikasi dari sistem pembakaran diesel ini bisa ditemui di dunia automotive untuk angkutan berat, traktor, bulldozer, pembangkit listrik di desa-desa, generator listrik darurat di rumah-sakit, hotel dsb. Namun disamping keunggulan yang dimiliki, diesel sistem juga memiliki problem khusus yang berhubungan dengan pencemaran lingkungan adalah smoke/asap serta gas buang khususnya Nitrogen Oxide (NOx). Kedua pollutant ini saling bertolak belakang dalam pemunculannya. Smoke/soot/asap terbentuk ketika bahan bakar tidak mampu tercampur dengan baik dengan oksigen sehingga reaksi pembakaran tidak sempurna, dalam kondisi seperti ini suhu pembakaran tidak terlalu tinggi atau Nitrogen Oxide tidak banyak terbentuk. Namun ketika pencampuran bahan bakar dan udara terjadi dengan baik sehingga pembakaran sempurna tercapai, maka suhu pembakaran tinggi,

hal ini

mengakibatkan terjadinya reaksi antara gas N2 yang ada di udara dengan oksigen membentuk senyawa Nitrogen Oxide, sekalipun produksi asap akan mengecil.


Untuk mengatasi dilema diatas, berbagai penelitian telah dilakukan khususnya untuk memungkinkan reduksi antara asap dan Nitrogen Oxide secara bersama-sama.

2.3. KLASIFIKASI MESIN DIESEL Motor diesel dapat diklasifikasikan berdasarkan susunan silinder, siklus kerja, sistem pendinginan, pengoperasian injektor, pemasukan udara dan bahan bakar. Berdasarkan pengaturan susunan silinder mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. susunan segaris vertikal b. susunan segaris horisontal c. susunan bentuk V d. susunan bentuk W e. susunan radial f. susunan berhadapan

Berdasarkan siklus kerja mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. motor diesel 4 langkah b. motor diesel 2 langkah

Berdasarkan sistem pendinginan mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. pendinginan udara


b. pendinginan air Berdasarkan sistem injektor mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. Injeksi langsung b. Injeksi tidak langsung Berdasarkan pemasukan udara dan bahan bakar mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. Injeksi yang menggunakan sedikit udara b. Injeksi yang menggunakan lebih banyak udara

2.4. SIFAT-SIFAT MESIN DIESEL Mesin diesel disebut juga motor tekan rata, karena pembakaran bahan bakarnya terjadi dalam volume yang membesar hingga tinggi tekanan pembakrannya hampir sama atau rata. Pembakaran bahan bakarnya dilakukan tanpa perantaraan nyala api, tetapi dengan suhu kompresinya. Untuk mencapai tekanan dan suhu yang tinggi kompresi dinaikkan. Pada saat tekanan tertinggi tercapai, bahan bakar dimasukkan ke dalam silinder dan segera terbakar karena bersentuhan dengan udara yang sangat panas (500 oC – 600oC) 1. Pembangkitan panas akibat akibat pembakaran manaikkan suhu dan tekanan gas.

1

Motor Bakar, Harsanto, Djambatan 1981


2.5. PEMILIHAN MESIN DIESEL Untuk

suatu

PLTD,

pemilihan

mesin

diesel

sebagai

penggerak

mula didasarkan atas : 2.5.1. Faktor Mesin Mesin diesel dibagi menjadi beberapa kelas kecepatan, yaitu mesin kecepatan rendah. mesin kecepatan sedang dan mesin kecepatan tinggi. Kecepatan untuk berbagai mesin diesel yang ada dibagi menjadi 3 kelas berdasarkan putaran mesinnya. 1. Mesin kecepatan rendah, dengan kecepatan 500 - 1000 RPM 2.

Mesin kecepatan sedang dengan kecepatan 1000 sampai dengan 1500 RPM

3. Mesin kecepatan tinggi dengan kecepatan lebih dari 1500 RPM. Jika mesin dipasang untuk operasi kontinyu dan kalau diinginkan umur panjang dengan biaya perawatan murah, maka sebuah mesin kecepatan rendah atau sedang yang paling sesuai.

2.5.2. Jumlah silinder Makin banyak jumlah silinder juga berpengaruh pada makin seragam putaran mesin dan keseimbangan mesin lebih baik Jumlah silinder lebih dari enam terutama digunakan untuk menigkatkan daya mesin tanpa menambah tinggi dan beratnya. Dilain pihak makin banyak jumlah silinder akan makin besar jumlah bagian yang


bergerak, lebih banyak tempat yang menderita keausan, makin banyak jumlah kerja perawatan yang diperlukan dan makin besar peluang untuk rusaknya suatu bagian. Umumnya susunan silinder dari PLTD adalah : -

Deret Vertikal

Susunan deret vertikal sebagian besar digunakan dalam pembangkit tenaga listrik. Semua silinder dipasang secara pararel dan jumlah deret dalam silinder harus sebanyak 16 buah. -

Tipe V

Susunan piston menyerupai bentuk huruf V, digunakan pada mesin yang memerlukan kecepatan pada lebih dari 1000 rpm. -

Tipe Horisontal

Susunan mesin horisontal ditempatkan herlawanan satu sama lainnya. Susunan ini lebih istimewa. karena ruangan atas merupakan masalah besar. Mesin ini harus memakai tipe multi silinder.

2.5.3 Proses Kerja Menurut proses bekerjanya mesin diesel dapat dalam mesin 4 langkah dan mesin 2 langkah. Yang dimaksud dengan mesin 4 langkah ialah bahwa torak harus membuat 4 langkah untuk memperoleh satu langkah kerja. Berarti poros engkol harus berputar dua kali untuk mendapatkan daya satu kali. Yang dimaksud dengan mesin 2 langkah ialah bahwa torak harus membuat 2 langkah untuk memperoleh satu


langkah kerja. Berarti poros engkol harus berputar satu kali untuk mendapatkan daya satu kali. Keuntungan dari mesin 4 langkah : 1. Proses pelumasannya lebih sederhana. 2. Efisiennya tinggi. Kerugian dari mesin 4 langkah : 1. Dalam tiap dua putaran poros engkol hanya diperoleh satu langkah kerja (daya). 2. Ukuran mesin lebih besar sehingga ruangan yang diperlukan juga lebih besar. 3. Harganya lebih mahal. Keuntungan dari mesin 2 langkah : 1. Dalam setiap satu putaran poros engkol diperoleh satu langkah. 2. Setengah dari perpindahan torak untuk datya yang diberikan, yang berarti mesin tersebut praktis beratnva setengahnya sehingga lebih murah. 3. Roda gilanya kira-kira beratnya hanya setengahnya untuk keseragaman putarannya yang sama karena langkah kerja berjumlah dua kali lipat. 4. Ukuran mesin Iebih kecil sehingga ruangan yang diperlukan juga lebih kecil. Kerugian mesin 2 langkah : 1. Pembilasan dan pembakaran kurang sempurna. 2. Pemakaian bahan bakar tidak hemat 3. Suhu torak dan dinding silinder tinggi, sehinga air pendingin yang dibutuhkan lebih banyak.


Keputusan akhir apakah memilih mesin dua langkah ataukah empat langkah biasanya lebih dipengaruhi oleh tersedianya mesin dari daya dan faktor kecepatan yang

cocok.

Pemilihan

mesin

diesel

untuk

suatu

instalasi

daya

sebaiknya dipilih dari jenis mesin yang sama. pemilihan jenis mesin yang sama. yaitu dari merk dengan lubang dan jumlah langkah yang sama mana akan diperoleh beberapa keuntungan. yaitu Mengurangi jumlah suhu cadang yang harus disediakan untuk mencegah lamanya kerusakan Memudahkan operasi dan perawatan untuk petugas PLTD

2.5.4 Siklus Mesin Diesel 4 Langkah Yang

dimaksud

dengan

mesin

4

langkah

ialah

bahwa

torak

harus membuat 4 langkah untuk memperoleh satu langkah kerja. Berarti poros engkol harus berputar dua kali untuk mendapatkan daya satu kali. untuk memperjelas siklus mesin diesel 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.4 untuk memperjelas siklus mesin diesel 4 langkah. Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena adanya loncatan api listrik yang ditimbulkan oleh dua elektroda busi, sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar hingga mencapai temperatur nyala akibat kompresi torak. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka motor diesel


juga disebut motor bakar tekan (compression ignition engine) sedangkan motor bensin disebut spark ignition engine.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Gambar 2.4. Langkah kerja motor bakar 4 tak Sumber : Lit 12


Keterangan gambar (a) Posisi awal (b) Proses hisap, udara ditekan masuk ke dalam silinder pada tekanan atmosfir dan volume naik (c) Proses tekan, gas ditekan secara adiabatik dan temperatur naik (d) Proses pembakaran, kalor diserap oleh gas (d) Proses ekspansi, gas berekspansi secara adiabatik, kalor dilepas dan tekanan gas turun (f) dan pada akhir proses, gas sisa dibuang pada tekanan atmosfir dan volume gas turun

2.6. BAGIAN-BAGIAN MOTOR BAKAR Motor bakar memiliki beberapa bagian yang disebut komponen inti sebuah motor bakar. Komponen-komponen tersebut dapat dilihat pada gambar 2.5

2.6.1. Rasio langkah – diameter (Stoke-bore ratio) Stroke adalah panjang langkah dari kerja piston diukur dari titik mati atas (TMA) sampai titik ati bawah (TMB). Sedangkan bore adalah diameter lubang sebelah dalam dari silinder. Perbandingan antara langkah dan diameter menentukan karakteristik mesin, dan dinamakan stroke-bore ratio. Stroke-bore ratio merupakan


jang istilah yang umum digunakan di Amerika Serikat, Inggris, Australia dan beberapa negara. Mesin yang mempunyai ukuran diameter lebih besar dari langkah mempunyai rasio L/D lebih besar dari satu, disebut mesin langkah pendek (short stroke). Jika mesin mempunyai ukuran diameter lebih pendek dari langkah atau mempunyai rasio L/D lebih kecil dari satu, disebut mesin langkah panjang (long stroke). Mesin balap untuk formula satu (F1) mempunyai rasio bore-stroke 2.5:1 dan dapat dipacu sampai 19000 rpm.

Mesin Langkah Pendek (Shortstroke) Suatu mesin dikatakan langkah pendek (shortstroke) jika ukuran diameter lebih besar dari langkah. Mesin shortstroke disebut mempunyai karakter positif, karena stroke yang pendek berarti mempunyai friksi yang lebih kecil serta poros engkol yang lebih kuat.

Mesin shortstroke juga biasanya handal dan dapat

dioperasikan pada kecepatan tinggi. Mesin jenis ini tidak mengalami kerugian daya, namun pada kecepatan rendah torsi relatif rendah. Kelemahan Mesin shortstroke antara lain tidak bisa mempunyai perbandingan kompresi setinggi tipe mesin longstroke, sehingga menyebabkan mesin shortstroke lebih boros bahan bakar dengan emisi gas buang yang lebih jelek dibandingkan dengan mesin longstroke. Walaupun mesin dimodifikasi dengan memendekkan langkah untuk mencapai putaran maksimum namun dengan kompensasi torsi rendah pada putaran rendah.


Mesin Short stroke lebih ringan dan pendek ukurannya namun cenderung mudah panas (overheat).

Mesin Langkah Panjang (Longstroke) Motor bakar torak disebut undersquare atau longstroke jika silindernya mempunyai ukuran diameter yang lebih pendek dibandingkan dengan ukuran langkah. Mesin tipe ini mempunyai karakteristik negatif karena langkah yang pan-

Injector

Gambar 2.5. Komponen-komponen inti motor bakar Sumber : Lit 13 Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

jang berarti friksi yang lebih besar dan poros engkol yang lemah, dan diameter yang lebih kecil dan ukuran katup juga kecil sehingga membatasi pertukaran gas. Kelemahan ini dapat diperbaiki pada mesin modern dewasa ini. Mesin jenis ini umumnya mempunyai torsi putaran rendah yang lebih besar, juga dapat mempunyai rasio kompresi yang lebih tinggi, berarti lebih hemat bahan bakar dan menghasilkan gas buang yang lebih bersih.

Walaupun mempunyai

keungulan torsi maksimum, mesin jenis ini jarang diproduksi sebab lebih berat dan lebih tinggi.

2.6.2. Poros engkol dan urutan pembakaran dan kesetimbangan statis dan dinamis Pada mesin dengan jumlah silinder lebih dari 1, maka poros engkol umumnya mempunyai konfigurasi, agar berbeda fase satu piston dengan lainnya. Urutan penyalaan atau firing order adalah urutan penyalaan busi pada motor bensin atau urutan injeksi bahan bakar kedalam setiap silinder pada motor diesel. Pada motor bakar yang mempunyai lebih dari 2 silinder, maka urutan penyalaan tidak terjadi berurut secara seri, namun dengan urutan tertentu untuk agar kestabilan mesin terjaga. Urutan penyalaan ini sangat kritis untuk memperkecil vibrasi dan mencapai pengoperasian yang halus, agar didapatkan kenyamanan pengguna dan umur mesin yang lebih lama. Berbagai tipe susunan piston terlihat pada gambar 2.6.


Gambar 2.6. Berbagai contoh susunan piston pada motor bakar Sumber : Lit 13

2.6.3. Desain katup, cam Katup ini berfungsi untuk membuka dan menutup aliran udara dan bahan bakar yang masuk dan keluar dari tuang bakar. Lihat gambar 2.7 contoh desain katup dan cam pada sebuah motor bakar. Katup ini digerakkan oleh cam shaft yang berputar seiringan dengan bergerakknya piston. Pada saat langkah masuk, cam akan menggerakkan katup masuk terbuka dan udara murni akan mengalir masuk ke dalam silinder. Dan pada langkah kedua (langkah kompresi), katup masuk akan tertutup dan katup buang juga tertutup. Pada saat langkah ketiga (langkah usaha) terjadi penyalaan dan pembakaran bahan bakar, pada saat ini posisi katup masuk dan katup buang Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

masih dalam posisi tertutup. Lalu pada saat langkah keempat (langkah buang) katup masuk akan tertutup dan katup buag akan terbuka dan membuang (melepaskan) gasgas sisa pembakaran. Dalam design katup ini, design dibuat harus sesuai dengan keperluan yang dimaksud, sehingga pada saat bekerja tidak dijumpai kesalahan. Bentuk penutup katup harus disesuaikan dengan besar dan bentuk mulut ruang bakar agar katup berada tepat pada dudukan yang benar sehingga kebocoran-kebocoran yang tidak diharapkan dapat dibuat sekecil mungkin. Bagian-bagian yang penting pada katup adalah : a. Katup, Berfungsi sebagai penutup lubang ruang bakar b. Pegas pembalik Berfungsi sebagai pembalik posisi katup setelah penekanan c. Batang pengungkit Berfungsi untuk meneruskan gerak menekan dari batang penekan d. Batang penekan Berfungsi sebagai penerima tekanan dari cam


Gambar 2.7. Contoh desain katup dan cam pada motor bakar Sumber : Lit 13

2.6.4. Ruang bakar Pada motor diesel konstruksi ruang bakar sangat penting. Ruang bakar adalah ruangan yang dibentuk antara kepala silinder dengan piston bagian atas, dengan


maksud agar pembakaran dapat terlaksana dengan sempurna dan menyeluruh pada langkah tenaga. Menurut Arismunandar (1994) ada 4 jenis ruang bakar yang umum digunakan yaitu : 1.

ruang bakar terbuka

2.

ruang bakar kamar muka

3.

ruang bakar turbulen, dan

4.

ruang bakar lanova

Ruang bakar terbuka Ruang bakar terbuka adalah desain ruang bakar yang paling sederhana (lihat gambar 2.8). Disini, tugas penyemprot bahan (injector) bakar sangat berat, karena harus mengkabutkan dan menistribusikan secara merata agar terjadi pembakaran sempurna. Bahan bakar ini harus bercampur dengan udara yang dipadatkan sampai bagian terjauh, namun harus dijaga agar tidak menembus sampai silinder karena dapat merusak kualitas pelumas. Tipe ruang pembakaran ini menggunakan tekanan injektor 180-300 kg/cm2 bahkan dapat mencapai 1500-2000 kg/cm2 mesin diesel besar. Ruang bakar ini lebih cocok dipergunakan pada motor diesel putaran rendah. Motor diesel putaran rendah dikatakan paling ekonomis konsumsi bahan bakarnya spesifiknya, yaitu antara 152-187 g/HP-jam.


Gambar 2.8. Desain ruang bakar terbuka

Ruang bakar kamar muka Ruang bakar kamar muka, terdiri dari dua bagian, yaitu kamar muka dan ruang bakar utama seperti ditunjukkan pada Gambar. Kamar muka berupa ruang kecil (30-40% volume ruang sisa) disebelah ruang bakar utama, dimana injektor ditempatkan. Menjelang 25-30 derajat sebelum TMA bahan bakar disemprotkan. Pembakaran yang terjadi di kamar muka, namun karena jumlah udara dalam kamar muka terbatas maka pembakaran masih belum sempurna. Namun demikian, adanya tekanan udara yang tinggi hasil pembakaran awal ini mendorong bahan bakar ke ruang bakar utama dengan kecepatan tinggi sehingga pembakaran lanjutan dapat dilakukan lebih sempurna. Proses ini disebut proses pengabutan kedua. Ruang bakar tipe ini tidak membutuhkan injektor tekanan tinggi, biasanya digunakan tipe nosel pasak dengan tekanan semprot antara 85-140 kg/cm2 dengan rasio kompresi berkisar Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

antara 16-17. Ini menguntungkan karena bahan bakarnya lebih murah, dan dapat menggunakan bahan bakar dengan viskositas lebih tinggi. Tekanan gas maksimum berkisar antara 50 - 60 kg/cm2. Dibandingkan dengan ruang bakar kamar terbuka, pemakaian bahan bakar spesifik sekitar 15% lebih boros, yaitu antara 192-223 g/HP-jam. Kerugian kalor ini disebabkan volume ruang bakarnya yang lebih besar, sehingga banyak panas yang hilang karena proses pindah panas melalui dinding ruang bakar. Pada saat dingin kadang sulit dihidupkan, sehingga perlu ditambahkan pemanas di kamar muka.

Gambar 2.9. Desain ruang bakar kamar muka

Ruang bakar turbulen Ruang bakar turbulen mempunyai konstruksi yang mirip dengan ruang bakar kamar muka, yaitu mempunyai 2 bagian. Namun demikian bagian turbulen merupakan 80-90% dari volume sisa, seperti ditunjukkan pada Gambar.


Dengan desain seperti angka 9, maka udara yang ditekan pada langkah kompresi mengalami turbulensi, dan bergerak makin kencang seiringdengan kecepatan torak yang mendorong udara tersebut.

Pada saat bahan bakar

disemprotkan, turbulensi ini membantu proses pengkabutan bahan bakar dan pencampurannya dengan udara. Karena itu mesin dengan ruang bakar ini juga tidak memerlukan injektor dengan tekanan tinggi, umumnya antara 85-140 kg/cm2. Seperti juga ruang bakar kamar muka, mesin dengan ruang bakar ini juga memerlukan pemanas (glow plug). Adanya turbulensi mempersingkat perioda pembakaran terkendali, sehingga ruang bakar ini sangat baik untuk motor diesel tekanan tinggi. Tekanan gas maksimum berkisar 60-70 g/cm2. Pemakaian bahan bakar spesifik pada jenis ruang bakar ini juga cukup irit, yaitu berkisar 187-213 g/HP-jam.

Gambar 2.10. Desain ruang bakar turbulen


Ruang bakar lanova Prinsip kerja ruang bakar lanova mirip dengan ruang bakar terbuka, perbedaan utamanya terletak pada penempatan injektornya tidak dalam ruang lanova tetapi di sebelah luarnya. Sekitar 60% bahan bakar disemprotkan di ruang lanova kecil (yang volumenya hanya 10% dari ruang sisa). Ruang lanova terbagi dua, yaitu ruang lanova kecil dan ruang lanova besar. Pada saat bahan bakar disemprotkan, mulamula terjadi pembakaran pada ruang lanova kecil. Kenaikan tekanan karena pembakaran ini menyebabkan campuran bahan bakar yang belum terbakar menyembur ke ruang lanova besar pada kecepatan tinggi, maka terjadi proses pencampuran yang lebih efektif dan menyebabkan arus turbulen. Pada saat torak mulai turun dari TMA menuju ke TMB terjadi perbedaan tekanan yang sangat besar antara ruang lanova dan ruang bakar utama, sehingga campuran bahan bakar dan udara memasuki ruang bakar utama dengan kecepatan lebih tinggi dan terjadi proses pembakaran yang lebih sempurna. Ruang bakar ini menggunakan tekanan nosel 125130 kg/cm2, dengan sudut pancaran yang lebih kecil. Jenis ruang bakar ini cocok untuk bahan bakar dengan nilai oktan yang lebih tinggi. Perbandingan kompresi umumnya untuk mesin dengan ruang bakar jenis ini berkisar 13-15 (cukup rendah). Tekanan gas maksimum mencapai 60-100 kg/cm2 . Pemakaian bahan bakar spesifik juga lebih irit jika dibandingkan dengan ruang bakar kamar terbuka. Ruang bakar


jenis ini sangat menguntungkan, terutama penggunaannya pada mesin diesel dengan beragam kecepatan, termasuk kecepatan tinggi.

Gambar 2.11. Desain ruang bakar lanova

2.8. SISTEM PENDINGINAN Adanya proses pembakaran akan mengakibatkan suhu ruang bakar menjadi naik sehingga dapat mengakibatkan kerusakan dinding ruang bakar katub-katub puncak torak dan kemacetan cincin torak. Disamping itu minyak pelumas yang melumasi torak akan menguap dengan cepat dan silinder dapat rusak, dan menimbulkan gangguan kerja mesin. Oleh sebab itu diperlukan suatu sistem pendingin yang baik.


Metode pendinginan dapat dibedakan berdasarkan jumlah jenis medium pendingin yang digunakan dan sistem yang digunakan. Berdasarkan jenis medium pendingin yang digunakan ada dua yaitu medium pendingin udara yang digunakan pada unit mesin kecil dan medium pendingin air yang digunakan pada unit mesin besar. Diesel memerlukan air 40 s/d 60 liter untuk mendinginkan setiap daya kuda setiap jamnya. Adapun bagian yang perlu didinginkan di mesin adalah bagian silinder, karena bagian atasnya terpanas dan sebagian panas gas pembakaran dipindahkan langsung ke pendinginnya bagian bawah silinder, perpindahan panas ke pendingin tidak langsung tetapi lewat torak dan cincin torak jika pendingin tidak berfungsi baik, maka suhu silinder naik dan menyebabkan kerusakan dinding ruang bakar, minyak pelumas akan menguap. Batas pemanas yang diperbolehkan adalah 70 oC. Fungsi dari sistem pendingin dapat diklasifikasikan menjadi : 1. Pendingin mesin, berfungsi untuk memelihara beban temperatur yang dapat di terima piston dan tutup silinder 2. Pendingin oli, berfungsi untuk mengontrol temperatur sehingga viskositas oli pelumasan berada dalam batas yang diperlukan untuk menghasilkan pelumasan yang efektif. Oli pelumas juga berfungsi untuk mendinginkan piston. 3. Pendingin udara, berf'ungsi untuk menaikkan densitas udara yang masuk silinder sehingga tenaga output mesin diesel naik dengan membakar lebih banyak bahan


bakar, selain itu juga berfungsi untuk memelihara temperatur yang dapat diterima oleh katup pengeluaran udara.

2.9. SISTEM PELUMASAN Bagaimanapun baiknya sebuah mesin dirancang dari segi efisiensi panas dan kekuatannya dan bagaimanapun baiknya pembuatan dari segi bahan dan pengerjaannya kalau pelumasan dan semua bagian yang bergerak tidak diperhatikan dengan baik, maka mesin tidak akan berjalan sama sekali. Kegunaan dari pelumasan adalah : 1. Mengurangi keausan permukaan bantalan dengan menurunkan gesekan diantaranya 2. Mendinginkan permukaan bantalan dengan membawa pergi panas yang dibangkitkan oleh gesekan 3. Membersihkan permukaan dengan membawa butiran logam yang dihasilkan dari keausan. Sistem

pelumasan

memerlukan

pompa

sirkulasi

minyak

pelumas

Pada dasarnya umur dan efisiensi sangat tergantung pada sistem ini. Pelumasan ini berfungsi melumasi bagian mesin yang bergerak.


2.10. SISTEM BAHAN BAKAR Pada mesin diesel, bahan bakar yang digunakan adalah solar. Dalam bahan bakar dibutuhkan tangki sebagai penyedia bahan bakar. Ada 2 macam tangki bahan bakar : Tangki Harian : Tangki ini biasanya diletakkan diruang mesin dan harus berisi minyak yang cukup untuk mengoperasikan mesin selama satu hari kerja penuh atau 8 sampai 9 jam. Untuk mesin yang sangat besar tangki harian harus berisi bahan bakar sebanyak yang diijinkan oleh peraturan Pemadam Kebakaran Batas penyimpanan dalam gedung adalah 909,2 liter (200 galon) sehingga tangki yang besar harus ditambahkan diluar bangunan. Tangki penyimpanan utama (Storage Tank) : tangki penyimpanan dapat ditempatkan diatas/ dibawah tanah. Tangki diatas tanah biasanya merupakan tangki baha silindris. Jadi tangki harus jauh dari gedung sentral dimana jika terjadi kebocoran dapat mengakibatkan kebakaran. Merencanakan tangki penyimpanan harus diperhitungkan pemakaian bahan bakar dan untuk berapa lama bahan bakar disediakan 2

Vth =

1iter

x Produksi Listrik 1 hari (KWH) x T

-------------------(2.7)

KWH

dimana : Vth = Volume tangki penyimpanan bahan bakar (liter)

2

Abdul Rizal, Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) dengan daya 1500 KW di PT PLN Pulau Bawean


T = untuk berapa lama bahan bakar disediakan (hari) Sistem bahan bakar memerlukan pompa transfer bahan bakar. Merencanakan daya pompa transfer bahan bakar harus memperhatikan kapasitas dari pompa bahan bakar yang dipakai 3

Q . H P=

102 . μ

-----------------------------------(2.8)

dimana : P = daya pompa bahan bakar (KW) Q = kapasitas pompa (liter/det) μ = efisiensi pompa (%)

2.11. SISTEM PEMBUANGAN GAS Kegunaan dari sistem pembuangan gas adalah untuk membawa gas buang dari silinder mesin ke atmosfer, melindungi lingkungannya terhadap gas buang dan meredam kebisingan yang dibuat oleh gas buang yang keluar. Pada akhir langkah ekspansi gas didalam silinder mesin masih bertekanan cukup tinggi yaitu 30 sampai 50 psig. Kalau tiba-tiba dilepaskan kedalam pipa yang berisi gas pada tekanan atmosfir, maka gas buang menimbulkan kenaikan tekanan dalam pipa dan memberikan kecepatan kepada gas dalam pipa. Aliran dan kelembabannya 3

Ibid


menghasilkan penurunan tekanan dalam silinder dan kenaikan tekanan dalam pipa buang. Kenaikan tekanan ini karena kelembamam gas, diikuti dengan penurunan tekanan. Tekanan yang naik turun/bergelombang tersebut tidak hanya terjadi pada pipa buang, tetapi dapat dikembalikan ke dalam silinder mesin, keadaan buang ini disebut tekanan balik. Suatu kenaikan 1 % dalam tekanan balik, akan menurunkan keluaran daya sebesar kira-kira 1,5 %. Untuk mesin empat langkah panjang pipa yang paling baik adalah sependek mungkin, tetapi untuk mesin dua langkah pipa disesuaikan sehingga memberikan tekanan balik yang terjadi serendah mungkin dalam saluran ketika gas buang mulai keluar pada daur berikutnya. Untuk menghitung panjang pipa buang dengan menggunakan persamaan 4 :

L =

P (ρudara – ρgas)

--------------------------------(2.11)

Dimana : P = tekanan untuk mendorong gas buang ρudara = kecepatan udara ρgas = kecepatan gas Kecepatan udara dan kecepatan gas dapat dicari dengan 5 ρ=

P_ R.T

------------------------------- (2.12)

4

Eddy Harmadi Tjokrowisastro dan Budi Utomo Kukuh Widodo, Teknik Pembakaran Dasar dan Bahan Bakar (Surabaya, FTI-ITS 1990) 5 Eddy Harmadi Tjokrowisastro dan Budi Utomo Kukuh Widodo, Teknik Pembakaran Dasar dan Bahan Bakar (Surabaya, FTI-ITS 1990) Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Dimana : P = Tekanan 1 atm (1,033.104 kgf/m2) R = konstanta gas yaitu 29.27 T = suhu udara (oK)

2.12. PERAWATAN Maintenance (pemeliharaan/perawatan) adalah hal yang sangat penting agar mesin selalu dalam kondisi yang baik dan siap pakai. Peralatan sistem pembangkit tenaga

listrik

dan

mesin-mesin

serta

peralatan

lain

yang

terdapat di dalam suatu pabrik memerlukan perawatan secara teratur dan baik untuk mengurangi kerusakan pada mesin dan medukung agar proses produksi dapat berjalan dengan baik. Tujuan dari maintenance/ perawatan adalah : 1 . Menjaga agar mesin dapat berjalan dengan baik dan lancar. 2. Memperpanjang umur mesin 3 . Menjaga agar kualitas yang dihasilkan tetap baik. Maintenance/perawatan memberikan pemeriksaan yang teratur pada mesin. Perbaikan-perbaikan preventif dalam jangka waktu tertentu sesuai dengan jadwal diluar jadwal perawatan harian. Panjang dari jangka waktu yang ditentukan tergantung pada perencanaan mesin, tujuan pemakaiannya dan kondisi kerjanya. Metode yang dipergunakan untuk melakukan maintenance terdiri dari dua macam yaitu : Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

1. Preventif maintenance Preventif maitenance dilakukan dengan melakukan perawatan secara berkala tanpa menunggu mesin atau peralatan yang lain itu rusak terlebih dahulu. Preventif maintenance yang dilakukan antara lain :  Menjaga

kebersihan

mesi-mesin

dan

peralatan

instalasi

tenaga

listrik

serta peralatan lain yang dipergunakan setiap hari  Mengganti minyak pelumas mesin bagi mesin yang membutuhkan penggantian secara berkala.  Memberi minyak pelumas pada permukaan yang bersentuhan dan bergesekan, misalnya roda gigi, roll, sebagainya.  Memeriksa tangki-tangki dan saluran gas yang bertekanan untuk mencegah terjadinya kebocoran yang dapat menimbulkan kebakaran dan kerugian

2. Repair maintenance Repair maintenance diiakukan dengan jalan memperbaiki mesin-mesin dan peralatan instalasi tenaga listrik serta peralatan lain yang rusak. Repair maintenance yang dilakukan antara lain :  Mengganti suhu cadang yang rusak dengan persediaan yang ada  Apabila tidak ada maka akan dilakukan pembelian suhu cadang tersebut


 Menggantikan sementara mesin atau peralatan lain yang rusak dengan peralatan cadangan. sehingga mesin atau peralatan lain yang rusak dapat diperbaiki di tempat tersebut


BAB III PENENTUAN SPESIFIKASI

3.1. DATA PERALATAN Perkembangan industrialisasi di Indonesia memberikan banyak manfaat, namun manfaat tersebut harus diimbangi dengan penyediaan energi listrik yang memadai. Berhubung karena adanya kesulitan dari pihak pemasok energi listrik yang dalam hal ini dilakukan oleh pihak PLN (Perusahaan Listrik Negara) sehingga para pemakai jasa layanan listrik ini harus mencari alternatif lain sebagai sumber energi listrik, dan salah satu alternatif yang sangat populer saat ini adalah penggunaan Genset (Generating Set) yaitu alternator yang digerakkan oleh motor diesel. Mengingat karena Genset ini adalah suatu peralatan yang tidak murah harganya, maka perlu diperhatikan beberapa hal yang dapat menjamin keawetan dari genset itu sendiri. Dan bahagian yang paling sering mendapat masalah adalah motor penggeraknya yang dalam hal ini adalah motor diesel. Pada PT. Dow AgroSciences Indonesia, Generating set ini juga digunakan sebagai alat penghasil tenaga listrik yang digunakan sebagai cadangan ketersediaan listrik manakala listrik dari PLN tidak tersedia. Sebelum mengadakan generating set ini, maka perlu diperhitungkan mengenai daya yang dibutuhkan oleh pemakai, baik daya listrik yang dibutuhkan maupun dari segi lain yang dapat mempengaruhi daya tersebut. Untuk itu sebagai data awal Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

penulis mengambil catatan list peralatan dan stasiun (panel) listrik yang membutuhkan pasokan energi listrik sperti yang terlihat pada tabel 3-1 dan tabel 3-2. Tabel 3-1. List panel distribusi di PT Dow AgroSciences Indonesia No

Nama Peralatan

AMP

KW

Keterangan

1

Panel Fire pump E-605

200

Stand by power

2

Panel Listrik Workshop

200

Stand by power

3

Panel water treatment

60

Stand by power

4

Panel Fire pump E-602

200

Stand by power

5

Panel formulasi Tordon

30

Stand by power

6

Panel pompa air tanah

32

Stand by power

7

Panel Melter

63

Operate 24 hours

Tabel 3-2. List peralatan di PT Dow AgroSciences Indonesia Nama Peralatan

HP

KW

Keterangan

1.

Pond Water Pump 15 HP

15

11.00

Beroperasi 24 jam

2.

Drum crusher 25 HP

15

11.00

Beroperasi bila diperlukan

3.

Wrapping Machine

2.00

Jarang beroperasi

4.

Agitator Tordon Formulasi

0.38

Jarang beroperasi

5.

Deep well pump 10 HP

10

8.00

6.

Pompa formulasi Tordon

3

2.25

Jarang beroperasi

7.

Dryer

2.20

Beroperasi 24 jam

8.

Compressor 604 75 HP

55.00

Beroperasi 24 jam

0.5

75

Beroperasi sesuai dengan kondisi level tangki


9.

Compressor 601 50 HP

10.

50

37.50

backup

Pompa transfer water treatment 7.5

5.60

Beroperasi 24 jam

11.

Portable water pump 7.5 HP

7.5

5.60

Jarang beroperasi

12.

Pompa sand filter 1

3.2

2.40

Beroperasi 24 jam

13.

Pompa Sand filter 2 ESPA

2.00

Beroperasi 24 jam

14.

ESPA PDAM storage pump

2.00

15.

Pompa Solar ke Genset A

0.75

0.50

Stand by 24 jam

16.

Pompa Solar ke Genset B

0.5

0.37

Back up pompa A

17.

Pompa solar ke F/L

0.75

0.50

18.

Sump pump A 20 HP

20

15.00

Beroperasi bila ada F/L yang memerlukan bahan bakar (max 4 x seminggu) Stand by 24 jam

19.

Sump pump B 20 HP

20

15.00

Backup pompa A

Beroperasi pada kondisi tertentu

20.

Pompa unloading solar A

5

3.00

21.

Pompa unloading solar B

5

3.00

Beroperasi ketika unloading solar dari tangki Pertamina max 4 x sminggu selama 4 jam/unloading Backup pompa A

22.

Melter Insecticide 18 KW x 2

37.00

beroperasi 24 jam

23.

Big Fire pump

75.00

24.

Workshop

16.00

Stand by 24 jam (belum pernah beroperasi) Beroperasi 24 jam

25.

Jocky Fire pump

16.00

Stand by 24 jam

8.50

Beroperasi ketika ada formulasi herbo

12.60

Beroperasi ketika ada formulasi herbo Tidak beroperasi (hanya menggunakan gravitasi) Beroperasi ketika ada formulasi herbo

26.

20

pompa sirkulasi Herbo (Fristam)

27.

High shear Herbo formulasi

28.

Pompa transfer air tanah

15

11.00

29.

Pompa Formulasi Clincher

15

11.00


11.00

Beroperasi ketika ada formulasi DMA Beroperasi ketika ada formulasi DMA Beroperasi ketika ada formulasi DMA Beroperasi ketika ada formulasi herbo Beroperasi ketika ada formulasi herbo Beroperasi ketika ada formulasi herbo Beroperasi ketika ada formulasi Success Beroperasi ketika ada formulasi Success Beroperasi ketika ada formulasi Success Belum pernah beroperasi

4.00

Belum pernah beroperasi

0.75

0.50

Pompa formulasi Dursban

7.5

5.00

43.

Pompa formulasi Insecto

5.5

4.00

44.

Pompa transfer Insecto

3.70

45.

New OBI

16.00

46.

Mesin cuci

5.00

Beroperasi ketika ada filling Dursban Beroperasi ketika ada formulasi Dursban Beroperasi ketika ada formulasi Insecto Beroperasi ketika ada formulasi Insecto Beroperasi ketika ada filling Dursban 24 jam

47.

Wascator dryer

10.00

24 jam

48.

Herbicide Filling mesin

10.00

49.

Kantor Admin

13.00

50.

Herbicida melter

18.00

Beroperasi ketika ada filling Herbicida Central AC beroperasi hanya 8 jam/hari 24 jam

51.

Insecticida filling

5.00

30.

Pompa formulasi DMA

7.50

31.

Polipon Agitator

0.75

32.

Monopump DMA

2.00

33.

Pompa washing Herbo

5.00

34.

Agitator Herbo

3

2.00

35.

Blower Herbicide formulasi

15

11.00

36.

Agitator Success

1.50

37.

Agitator Pluronic

0.75

38.

High shear veegum

4.00

39.

Agitator V-408

40.

Monopump V-408

41.

Pompa transfer dursban

42.

15

Beroperasi ketika ada filling Insektisida


Beroperasi ketika ada filling/formulasi Insektisida Beroperasi ketika ada pencucian tangki WBI 24 jam

52.

Insecticida exhaust fan

7.00

53.

water heater

5.00

54.

Panel laboratorium

5.00

55.

Mesin filling drum

3.00

56.

Portable pump

0.50

Beroperasi ketika ada filling produk ke drum 24 jam

57.

Nitrogen generator

3.00

24 jam

58.

Lampu penerangan

3.00

Beroperasi pada malam hari

Catatan : Total daya Listrik yang dibutuhkan adalah 537 KW Pabrik beroperasi selama 5 hari/minggu dan 24 jam/hari Pabrik beroperasi 2 line filling dan 1 formulasi setiap hari

3.2. RENCANA PENGEMBANGAN PRODUKSI Rencana Jumlah liter yang akan diproduksi selama proyeksi 5 tahun dapat dilihat dari tabel 3-3 dan gambar grafik 3-1.


Tabel 3-3. Proyeksi Rencana Produksi selama 5 tahun RENCANA PRODUKSI (Liter) Total DMA Facility (DMA) Oil Based Herbicide (Herbo) Water Based Herbicide (Topstar) Water Based Herbicide (Tordon) Water Based Insecticide (Success) Oil Based Insecticide (Insecto) Oil Based Insecticide (Dursban)

2007 5,382,592.75 1,251,584.00 1,906,818.00 156,380.00 518,063.00 588,467.00 961,280.75

2008 5,037,500.85 1,156,990.08 1,706,268.00 200,634.00 497,977.26 561,679.00 913,952.50

2009 4,893,681.85 1,115,840.08 1,618,084.00 144,034.00 539,974.26 561,797.00 913,952.50

2010 4,731,923.85 1,114,480.08 1,463,916.00 139,424.00 536,090.26 564,061.00 913,952.50

2011 5,646,061.79 1,365,671.29 1,561,577.00 83,232.00 449,925.50 1,166,911.00 1,018,745.00

Rencana Produksi

5,800,000.00 5,600,000.00 5,400,000.00 5,200,000.00 5,000,000.00 4,800,000.00 4,600,000.00 4,400,000.00 4,200,000.00

2007 2008 2009 2010 2011 Total Jumlah Liter

Gambar 3-1. Grafik proyeksi rencana produksi selama 5 tahun Berarti untuk peningkatan jumlah produksi yang akan dilakukan pada tahun terakhir dibandingkan dengan tahun 2008 adalah sebagai berikut :

Persentase Kenaikan =

Jumlah Produksi tahun terakhir – Jumlah produksi 2008 x 100 % Jumlah Produksi 2008

Persentase Kenaikan =

5.646.061,79 – 5.037.500,84 x 100 % 5.037.500,84

= 12 % Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

3.3. KONDISI PEMBEBANAN Untuk menentukan kapasitas listrik yang dibutuhkan, diperlukan data yang menunjukkan kondisi beban puncak yang terjadi pada PT. Dow agroSciences Indonesia agar diketahui pada saat kapan dan kondisi yang bagaimana yang perlu diperhitungkan ketika menentukan spesifikasi besarnya daya listrik yang dibutuhkan. Berdasarkan grafik 3-2 dan tabel 3-4, didapat bahwasanya kenaikan pemakaian listrik mulai terjadi pada pukul 19:00 karena pada saat ini semua lampu di area produksi dan lampu penerangan jalan sudah hidup. Dan pemakaian beban tertinggi terjadi pada saat pukul 06:00 s/d pukul 07:00, karena pada waktu ini listrik ke Admin (kantor) mulai dijalankan dan Central AC sudah hidup secara otomatis. Tabel 3- 4. Data Kondisi Pemakaian Beban Listrik Waktu 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00

Ampere 275 275 270 280 290 270 275 285 290 285 295 300 295

Daya 144799.4475 144799.4475 142166.7303 147432.1647 152697.5992 142166.7303 144799.4475 150064.882 152697.5992 150064.882 155330.3164 157963.0337 155330.3164

Waktu 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00

Ampere 300 300 295 290 290 290 295 295 290 305 305 275

Daya 157963 157963 155330.3 152697.6 152697.6 152697.6 155330.3 155330.3 152697.6 160595.8 160595.8 144799.4


Kondisi Pemakaian Listrik 165000.00 160000.00

Watt

155000.00 150000.00

Watt

145000.00 140000.00 135000.00

8:00

6:00

4:00

2:00

0:00

22:00

20:00

18:00

16:00

14:00

12:00

10:00

8:00

130000.00

Waktu

Gambar 3.2. Grafik pemakaian Listrik di PT Dow AgroSciences Indonesia Dengan data ini dapat di tentukan besarnya daya listrik sebenarnya yang terjadi pada saat pemakaian tertinggi adalah sebagai berikut : W = Volt x Amp x √3 x cos φ = 380 x 305 x 1,73 x 0,8 = 160.405,6 Watt = 160,405 KW

3.4. SISTEM KETERPASANGAN Generator pada PT Dow AgroSciences Indonesia tidak bekerja secara terus menerus. Sistem keterpasangan dan sistem sambungan aliran tenaga listrik pada PT Dow AgroSciences Indonesia adalah seperti yang terlihat pada gambar 3-3.


PLN

CUBICAL

TRAFO

LOAD

G

Gambar 3.3. Sistem keterpasangan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

Dan untuk sistem keterpasangan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel itu sendiri, dapat dilihat pada gambar 3-4.

BAHAN BAKAR

MOTOR DIESEL

COUPLING

GENERATOR

LOAD

Gambar 3.4. Sistem keterpasangan Motor Diesel sebagai Penggerak


3.5. PENENTUAN SPESIFIKASI YANG DIBUTUHKAN 3.5.1. Penentuan Daya Motor Untuk menentukan daya motor penggerak berdasarkan output Daya listrik yang dibutuhkan dapat ditentukan dengan rumus 6

Ne =

W . cos φ 0,736 . μ

--------------------- (3.1)

Dimana : Ne = Output Motor (HP) W = Output Generator (KW) cos φ = Faktor daya 3 phasa (0,8) μ = Efisiensi Generator (%) dari data kebutuhan listrik ketika beban puncak sebesar 160,465 KW maka : Dengan asusmsi pertumbuhan produksi 12 % dan pengembangan peralatan untuk proses aminasi sebesar 30% maka kebutuhan listrik ditentukan sebagai berikut : Kebutuhan Listrik = 160,465 + (160,465 KW x 12%) + (160,465 x 30%) = 227,86 KW Maka besarnya Daya motor bakar yang dibutuhkan adalah 7 :

6

Nakoela Soenarta Dipl-ING, Dr Shoichi Furuhama, Motor Serbaguna, edisi revisi, Pradnya Paramita Jakarta 7 Nakoela Soenarta Dipl-ING, Dr Shoichi Furuhama, Motor Serbaguna, edisi revisi, Pradnya Paramita Jakarta Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

227,86 KW . 0,8 0,736 . 0,8

Daya motor penggerak (Ne) =

=

182,288 KW 0,588

=

310 KW

=

420 HP

Putaran motor (n) 8 f p

Putaran Motor (n) = 120 x

Dimana : n = Putaran motor (rpm) f = Frekwensi (Hz) p = Jumlah pol maka untuk frekwensi 50 Hz dan kumlah pol sebanyak 4 buah, dapat ditentukan besarnya putaran motor yang diinginkan Putaran Motor (n) = 120 x

50 4

Putaran Motor (n) = 1500 rpm

8

ibid


BAB IV PERENCANAAN MESIN DIESEL

4.1. SPESIFIKASI AWAL Untuk melakukan analisa dan perencanaan mesin, ditentukan spesifikasi awal sebagai berikut : Daya (Ne) = 420 HP Putaran Mesin (n) = 1500 RPM Jumlah silinder (i) = 6 Silinder (Z) = 4 tak (4 langkah) Tekanan Efektif (Pe), harga efektif rata-rata untuk diesel 4 langkah adalah 5,5 – 6,09 kg/m2, diambil = 5,7 kg/cm2 Efisiensi mekanik (ηm) = 0,80

4.2. TORAK/PISTON Torak (piston) bersama-sama cincin torak berfungsi untuk menghisap udara segar, mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik dan mencegah (menyekat) hubungan di atas torak dan di bawah torak. Torak harus dibuat dari bahan yang mempunyai sifat-sifat ringan, kuat, kokoh, pengantar panas yang baik, koefisien muai yang kecil, tahan panas dan tahan aus. 9

Drs Dryanto, Contoh perhitungan Perencanaan Motor Diesel 4 Langkah, Tarsito, Bandung 1984


1) Perhitungan ukuran-ukuran utama torak : a. Diameter Torak (D) Ne

D=

0,00523 . Pe . Cm . i Dimana : D = Diameter Torak (mm) Ne = Daya Motor (HP) Pe = Tekanan efektif (kg/cm2) Cm = kecepatan rata-rata piston untuk diesel putaran tinggi (8,5 – 12 m/det) 10, diambil 9,5 m/det 420

D=

0,00523 . 5,5 . 9,5 . 6 D = 16,0 cm = 160 mm

Langkah Torak (L) Cm . 30 L= L=

n 9,5 . 30 1500

L = 0,19 m = 190 mm

Syarat L/D untuk Motor diesel adalah 0,8 – 2,011 10

Arismunandar Wiranto, T Sudra Koichi, “Motor Diesel Putaran Tinggi” Pradnya Paramita, Jakarta


Maka untuk pemeriksaan : L/D = 190/160 = 1,18 (Termasuk Motor Diesel Putaran Tinggi) Sehingga harga L dan D sudah memenuhi syarat

Isi (volume) langkah piston (Vd) Vd =

π

D2 . L

4 Vd = 0,785 . (0,160)2 . 0,190 = 0,00381 m3 = 3,81 liter

Volume ruang bakar (Vc) Vd ε =1+ Vc Syarat ε (perbandingan kompresi) untuk motor diesel putaran tinggi adalah 12 – 16 12, dipilih 16, maka : Vd Vc Vd

=ε – 1 = 16 – 1

Vc Vc =

3,81 15

Vc = 0,254 liter = 254 cc

11 12

Ir Isril Amir, Catatan Motor Bakar, Universitas Sumatera Utara Daryanto, “Contoh Perhitungan Perencanaan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984


Tinggi Torak (H) H

= 1,16 ÷ 1,54 (Diambil 1,3)

13

Maka, D H

= 1,3 D H = 1,3 . D H = 1,3 . 160 mm = 208 mm

Tinggi dari puncak torak hingga ring atas (h) h = 0,14 ÷ 0,2 (Diambil 0,16) 14 D Maka, h = 0,16 D h = 0,16 . D = 0,16 . 160 mm = 25,6 mm

Tebal piston crown (hcr) Hcr

= 0,15 ÷ 0,20 (Diambil 0,17)

D Maka, hcr = 0,17 . D hcr = 0,17 . 160 mm

13 14

Daryanto, “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984 ibid


hcr = 27,2 mm ~ 27 mm

Jarak antara dua lubang ring torak (hl) hl

= 0,04 ÷ 0,065 (Diambil 0,05) D hl = 0,05 . D = 0,05 . 160 mm = 8 mm

Panjang dari sumbu piston pin sampai dasar piston (H1) Hl

= 0,38 ÷ 0,50 (Diambil 0,40)

L H1 = 0,40 . L = 0,40 . 190 mm = 76 mm

Tinggi Piston Skirt (H2) H2

= 0,62 ÷ 0,70 (Diambil 0,66)

L H2 = 0,66 . 190 mm = 125,4 mm ~ 125 mm

Diameter Luar pin (dex) dex

= 0,34 ÷ 0,38 (Diambil 0,36) D dex = 0,36 . D Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

= 0,36 . 160 mm = 57,6 mm ~ 58 mm

Jarak tengah-tengah antara pin (bb) bb

= 0,40

D bb = 0,40 . 160 mm = 64 mm

D

D

Gambar 4.1. Piston 2) Perhitungan Piston Skirt Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Piston dengan λ = ¼, piston skirt mengalami beban normal maksimum pada dinding peluncur sebesar 15 : Nmax = 0,1 . P Dimana, P =

π 4

D2 . Pz

pz = Tekanan akhir pembakaran (55 ÷ 75 atm), diambil pz = 70 atm PZ =

3,14 162 . 70 4

= 14067 kg Nmax = 0,1 . 14067 = 1406,7 kg ~ 1406 kg

Tekanan samping spesifik maksimum (q) pada permukaan piston16 : Nmax D . H2 1406,7 q= 16 . 12,54

q=

= 7,01 kg/cm2

Syarat harga q = 5 ÷ 7 kg/cm2, berarti piston skirt masih mampu menahan tekanan samping yang terjadi.

3) Perhitungan Piston Δt 15 16

Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984 ibid


Gambar 4.2. Piston crown Keterangan : a = Jarak titik berat ½ lingkaran ke titik pusat lingkaran, untuk crown a =

2 3

D π

b = Jarak titik berat ½ lingkaran ke titik pusat lingkaran,

b=

Di π

Dimana : Di = Diameter piston crown barrel D = Diameter piston a. Perhitungan Bending stress Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Untuk menghitung bending stress piston kita bayangkan tekanan gas P terbagi rata dan piston crown berbentuk bulat yang bergerak bebas di dalam silinder dengan diameter piston crown (Di). Gaya tekanan gas pada luas ½ lingkaran piston crown Feg =

PZ 2

π

= pz

D2 8

Moment yang terjadi pada bidang ½ lingkaran crown Mb = Feg . a =

D3 12

pz

Moment reaksi dari cincin ½ lingkaran Mb” = – Feg . b = –

D2 Di p z 8

Resultante moment bending Mb : Mb = Mb’ + Mb” Mb =

D3 12

pz

D2 Di pz 8

Dengan menganggap D ~ Di

Didapat : Mb = – =–

D3 24

pz

163 . 70 24

= 11946,6 kg cm ~ 11946 kg cm

Moment tahanan (WZ) =

=

her2 D 6 2,72 16 = 19,4 cm3 6

b) Tegangan bending (σb) Mb WMotor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Muliyadi : Rancangan Z Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

σb = =

11946 19,4

= 615 kg/cm3 Harga batas tegangan bending untuk campuran aluminium σb = 500 ÷ 900 kg/cm3, maka crown dianggap memenuhi syarat

4) Perhitungan Piston Pin dex = 58 mm rd =

din dex

(Syarat : 0,52 ÷ 0,58, diambil 0,56)

din = 0,56 . dex = 0,56 . 58 mm = 32,48 mm ~ 32 mm Lpp = Jarak sisi boss Lpp = 0,85 . D = 0,85 . 160 mm = 136 mm bb = 64 mm L1 = Jarak center kedua boss L1 =

a´ =

136 + 64 mm = 100 mm 2 136 – 64 2

= 36 mm


100

bb = 64

a´ = 36 Lpp = 136

Gambar 4.3. Pin Piston a. Perhitungan Bending Stress Momen bending maximum yang terjadi 17 : Mmax =

PZ 2

L1 2

–

l 4

10 2

–

6,4 4

Dimana : PZ = 14067 kg L1 = 100 mm l = bb = 64 mm Mmax =

= 17

14067 2

23913,9 kg cm

Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984


b. Tegangan Bending (σb)

σb = Mmax W

π 32

W=

=

3,14 32

dex4 – din4 dex 5,84 – 3,244 5,8

= 17,3 cm3

σb =

23913,9 kg cm 17,3 cm3

= 1382,3 kg/cm2 Tegangan bending yang diijinkan adalah σb < 2300 kg/cm2, maka Tegangan bending ini memenhi syarat. c. Tegangan geser (Shearing stress)

σsh =

PZ 2f

f = luas irisan melintang piston pin f= =

π (dex2 - din2) 4 3,14 (5,82 cm - 3,242 cm) 4

= 18,16 cm2

σsh =

14067 2 2 . 18,16 = 387,3 kg/cm

Tegangan geser yang diijinkan adalah≤ 500 kg/cm

2

Berarti σsh memenuhi syarat


5. Perhitungan Piston Ring Menurut fungsinya piston ring dikelompokkan menjadi dua : a. Ring kompresi (Compression rings) b. Ring Oli (Oil control rings) a. Cincin Kompresi (Compression rings) Tebal Ring : D/t = 20 ÷ 25 (diambil 25), maka tebal ring (t) = D/25 = 160/25 = 6,4 mm ~ 6 mm b = 2,5 ÷ 5 mm (diambil 3 mm)

Gambar 4.4. Ring kompresi (Compression ring)

b. Cincin Minyak (Oil control ring) Jumlah cincin minyak dipilih sebanyak 2 buah Ukuran D/t = 23 ÷ 26 (diambil 25), sehingga t = D/25 = 160/25 = 6 mm


b = 6 mm Jarak antara ujung ring apabila masuk ke piston ( l ) = 0,35 . t = 2 mm

Xb = 0,4 . b = 0,4 . 6 = 2,4 mm

Gambar 4.5. Cincin minyak (Oil control ring) c. Tekanan rata-rata piston ring pada dinding silinder (Pm) 18 : Pm = 0,152 . E

D t

So t D – 1 t

3

Dimana : E = Modulus elasticity = 7,2 x 105 kg/cm2 So = Perbedaan antara kelonggaran ruang piston dan clearance temperatur So = (3,2 ÷ 4,0), diambil 3,5 t D = t

160 = 26,6 ~ 26 6

Pm = 0,152 . 720000

18

3,5 25

25 – 1

3

= 1,108 kg/cm2

Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984


Pm yang diijinkan (Pm) ijin untuk cincin kompresi adalah 1,1 ÷ 2,5 kg/cm2 Maka Pm < Pm ijin  memenuhi syarat

d. Tegangan maksimum yang terjadi pada piston ring (σi) σi = 0,39 . E

So t D t

D – 1 t 3,5

= 0,39 . 720000 25

25 – 1

3

= 2,8 kg/cm2

4.3. SILINDER LINER Bahan untuk silinder 32 ÷ 52 cast iron dengan komposisi kimia : Si = 0,9 ÷ 1,3% Mn = 0,8 ÷ 1,0% P = 0,1 ÷ 0,3% Ni = 1,24 ÷ 1,5% Cr = 0,5% Tegangan tarik σt = 32 kg/mm2 Tegangan bending σb = 52 kg/mm2 Kekerasan HB = 200 – 240 Ukuran silinder linier h = 0,1 . D  0,1 . 160 = 16 mm


Tebal dinding (t) : t = 0,05 . D + 2 mm = 0,05 . 160 + 2 mm = 10 mm Alas Flange (C) h = (3,8 ÷ 5,9 ) C, diambil 4 C = h/4 = 16/4 = 4 mm Dos

Di = 160 mm Dos = 160 + (2 x t) = 180 mm

Gambar 4.6. Silinder linier Hd = Lrod + (H – (H1 + ½ Dex)) = 380 + (208 – (76 + ½ . 58)) = 485 mm Pengecekan : Tegangan tarik maksimum linier pada dinding sebelah dalam Rc2 + Ri2 σt max = . pz Rc2 – Ri2 dimana : Ri = Jari-jari dalam silinder = D/2 = 160/2 = 80 mm D + 2t Rc = Jari-jari luar silinder = 2 9,02 + 8,02 Jadi σt max = . 70 9,02 – 8,02 = 597,06 kg/cm2

=

160 + 2(10) 2

= 90 mm


Tegangan tarik minimum pada external surface 2 Ri2 σt max = . pz Rc2 – Ri2 2 . 8,02

. pz = 527,056 kg/cm2

9,02 – 8,02 Untuk silinder linier dari cast iron, tegangan yang diijinkan adalah σt = 500 ÷ 600 19 kg/cm2 , σt max = 527,056 kg/cm2  memenuhi syarat

4.4. BATANG PENGGERAK Batang penggerak merupakan alat pengubah gerak lurus piston menjadi gerak putar pada crank shaft. Pada ujung batang penggerak dipasang bantalan pena torak (bushing) yang dibuat dari perunggo-posfor. Pemasangannya dengan cara pengepresan. Pada pangkal batang penggerak dibuat terbagi dua bagian, kemudian diikat dengan baut-baut. Bantalan untuk pangkal batang penggerak dibuat dari campuran tembaga dan timah hitam yang dituangkan pada permukaan dalam tabung baja dengan kadar hitam 25%. Konstruksi batang penggerak dilukiskan pada gambar 4-7. 1. Ukuran-ukuran utama batang penggerak a. Panjang batang penggerak (Lrod) Lrod = R / λ Dimana : R (Crank radius) = L / 2

19

Daryanto Drs. Perhitungan perencanaan motor diesel 4 langkah, Tarsito Bandung, 1984


L = langkah torak = 190 mm, maka R=

190 mm

= 95 mm

2 λ = 0,25 ÷ 0,30, diambil 0,25 95 mm Lrod = = 380 mm 0,25 2. Ukuran small – end t1 = (0,08 ÷ 0,085) dex  diambil 0,08 = 0,08 . 58 mm = 4,64 mm Connecting rod 1. Small end connecting rod 2. Small end bushing 3. Big end bolts 4. big end bushing 5. big end cap Clearance antara piston pin untuk full floating pin dengan bush perunggu (bronze) Δ = (0,0004 ÷ 0,0015) dex  diambil Δ = 0,001 dex = 0,001 . 58 mm = 0,058 mm di = dex + Δ = 58 + 0,0058 = 58,058 mm d1 = di + 2 t1 = 58,058 + 2(4,46) = 66,978 mm


dend diambil 68 mm, dengan ketebalan setiap sisi 5 mm a = bb – 4 = 64 – 4 = 60 mm 3. Ukuran tangkai batang penggerak lebar pada bagian atas h = 28mm lebar pada bagian bawah = 40 mm tebal keseluruhan (b) =22 mm tebal profil I (t) = 8 mm Gambar 4.7. Potongan Tangkai Connecting rod Luas penampang atas (Amin) Amin= 2 bt + (h — 2t) t = 2 . 2,2 . 0,8 + (2,8 – 2 . 0,8) . 0,8 = 4,48 Cm2 Luas penampang bawah (Amax) Amax = 2.bt + (h - 2t) t = 2 . 2,2 . 0,8 + (4 – 2 . 0,8) . 0,8 = 5,44 Cm2 1. Ukuran dan connecting rod big end Dcp = (0,56 ÷ 0,72) D Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

diambil dcp = 0,6 . D = 0,6 . 160 = 96 mm

Gambar 4.8. Batang Penggerak (Connecting Rod) Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Lcp = (0,45 ÷ 0,65) dcp  diambil 0,65 = 0,62 . 96 = 59,52 mm ~ 60 mm t2 = (0,03 ÷ 0,05) dcp  diambil 0,05 = 0,05 . 96 = 4,8 mm ~ 5 mm

d2 = dcp + 2 t2 = 96 + 2 (5) = 106 mm

Do = d2 + 24 = 105,6 + 24 = 129,6 mm ~ 129 mm

Jarak sumbu baut (C ) C = d2 + 10 + diameter baut diameter baut ( d ) diambil 14 mm C = 105,6 + 10 + 14 = 129,6 mm ~130 mm


Gbr . 4.10.

Gbr . 4-9.

4.5. CRANK— SHAFT Crank-shaft berfungsi merubah gerakan piston yang bolak balik menjadi gerak putar, dengan perantaraan geràk putar. Bahan crank-shaft diambil.steel-grade 40, dengan komposisi kimia: C = 0,15 0,22 % Mn = 0,25 — 0,55 %. Si = 0,17— 0,37%. Ni = 4,1 — 4,6%. W = 0,8 — 1,2 %. S < 0,03 %. P < 0,035%. σui = 115 kg/mm2 Hb = 321 — 387 Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

1. Menentukan ukuran crank shaft a. Mencari ukuran crank-pin - diameter crank-pin (dcp) = 96 mm - panjang crank-pin (Lcp) = 57,6 mm b. Mencari ukuran pipi engkol Tebal pipi engko l (tpe) = (0,24 — 0,27 ) D  diambil 0,25 tpe = 0,25 . 160 = 40 mm Lebar pipi engkol (bpe ) = ( 1,05 ÷ 1,30 ) D  diambil 1,2 = 1,2 . 160 = 192 mm Panjang pipiengkol (ppe) = R + ½ (dcp + dmj) di mana dcp = 96 mm dmj = Diameter main journal = (0,70 ÷ 0,85) D  diambil 0,8 = 0,80 . 160 = 120 mm

R = radius crank shaft L 190 R= = = 85 mm 2 2 Jadi, panjangpipiengkol (ppe) = 85 + ½ (96 + 120) = 193 mm


c. Mencari ukuran leher poros pada bantalan : Panjang main journal (Lmj ) = (0,4 ÷ 0,6) dmj  diambil 0,5 = 0,5 . 120 = 60 mm Jarak tumpuan main journal (S) S = Lcp + 2 (tpe + 5) + Lmj + 40mm. = 57,6 + 2(40 + 5) + 60 + 40 = 247,6 mm ~ 248 mm 2. Menentukan Ukuran bobot kontra Untuk mengimbangi putaran engkol sewaktu torak mendapat tekanan kerja, maka dihadapan pena engkol di tempatkan bobot kontra. Berat bobot kontra diperkirakan sama dengan berat batang torak ditambah berat engkol seluruhnya. atau G = Gcr + Ge di mana : Gcr = berat batang torak Ge = berat engkol Berat batang torak. Mencari berat small end ( G ) G1 =

π 4

D2end –

π 4

dex2

a . γ

γ = berat jenis batang torak = 7,8 kgf/cm3 G1 =

π 4

0,872 –

π

0,582

0,60 . 7,8

4


= 0,64 kg mencari berat batang (G2) : luas penampang rata-rata = =

luas small end (Amin) + big end (Amax) 2 4,48 + 5,44 = 4,96 cm2 2

G2= 0,0496 (Lrod – ½ Dend – ½ Do ) 7,8 = 0,0496 (3,8 – ½ (0,87) – ½ 1,29) 7,8 = 1,05 kg mencari berat big end (G3) : π π G3 = Do2 – dcp2 Lcp . 7,8 4 4 =

π 4

1,292 –

π 4

0,962 0,57 . 7,8

= 1,92 kg

jadi Gcr = G1 + G2 + G3 = 0,64 + 1,05 + 1,92 = 3,61 kg. Mencari berat engkol ( Ge) : Berat crank pin (Gcp ) =

π

. dep2 . Lcp γ

4 = 0,785 . 0,962 . 0,57 . 7,8 = 3,2 kg Berat pipi engko l (Gp) = 2 tpe. bpe . ppe γ dimana tpe = 40 mm


bpe = 192 mm ppe = 193 mm Gp = 2 . 0,40 . 1,92 . 1,93 . 7,8 = 23,12 kg Berat engkol seluruhnya (G) = 3,2 + 23,12 = 26,32 kg Mencari ukuran bobot kontra (F) =

V 2t

Dimana : V = volume bobot kontra G 26,32 = = = 3,37 cm3 γ 7,8

F=

V

3,37

=

2tpe

= 4,2 cm3

2 (0,40)

F = b1 . δ 1,6 F δ= = b1

4,2 1,6

= 2,6 cm3 = 26 cm = 260 mm

Urutan pengapian : 1,5,3,6,2,4 1,6 1

6

2 5,2

3

4

5

3,4


t = 40

S = 248

dmj = 120 Ø

Lmj = 60 Ø

Lmj = 60 Ø

dcp = 96 Ø Lcp = 57,6 Ø

Gambar 4.11. Pena Engkol (Crank shaft) Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

4.6. RODA PENERUS (FLY. WHEEL) DAN BANTALAN Fungsi roda penerus adalah untuk : 1. Meratakan momen putar yang terjadi pada poros supaya kecepatan poros engkol dapat diusahakan Uniform 2. Mendorong piston pada langkah tekan bila mesin berputar pelan. 3. Menyerap kelebihan tenaga (tenaga sisa) dan mengembalikannya bila tenaga berkurang. ihp = indicated horse power ihp =

BHP ηm

=

420 HP 0,80

= 525 HP n = putaran motor = 1500 RPM

Menetukan Ukuran Roda Penerus (Fly Wheel) Besar tenaga yang dapat disimpan (ΔE) ΔE =

33000 . ihp . Δe n

di mana: ΔE = A = tenaga yang dapat disimpan (tenaga sisa) Δe = constante for exsess energy = 0,95 D = garis tengah roda dalam, diambil D = 300 mm dporos = 85 mm Luas penampang roda penerus :


=

π 4

(302 – 7,52)

= 662,34 cm2 ΔE =

33000 . 525 . 0,9 1500

= 10395

Untuk diesel memakai transmisi drive belt, m = 60 ÷ 90 didmbil m = 80 Berat Roda penerus (G) =

2

n

A . 3600 . D2 . (1/m)

10395 . 3600 15002 . 0,4 . (1/80)

=

= 332,6 kg

Volume roda penerus (V) =

G γ

 dimana γ = 7,8

= 42,64 dm3 = 42640 cm3 42640 662,34

300 Ø

= 64,37 ~ 64 mm

75 Ø

Lebar roda penerus (b) =

64 Ø


Bantalan Bantalan berfungsi sebagai pendukung bagian mesin yang berputar dan membatasi gerakannya. Untuk mendukung poros-poros yang berputar dengan kecepatan yang tinggi dan pada daerah yang panas, maka dalam perencanaan ini memakai bantalan luncur (sliding-bearing). Biasanya, bantalan pangkal batang penggerak dibuat dalam dua belahan, masing-masing

ditetapkan

pada

belahan

pangkal

batang

penggerak

yang

bersangkutan. Bantalan-bantalan tersebut berbentuk bagian silinder berdinding tipis. Misalkan diameter bantalan adalah Db cm, panjang bantalan Lb cm, dan beban bantalannya Fb kg. Maka, untuk mesin-mesin putaran tinggi, tekanan bidang bantalannya, yaitu beban bantalan dibagi oleh luas bidang bantalan, Fb/(Db . Lb), kirakira 300 kg/cm2 atau lebih tinggi 20. Tebal lapisan minyak pelumas bertambah tipis dengan bertambah besarnya tekanan bidang atau dengan berkurangnya kecepatan putar poros. Jadi, bantalan poros engkol motor bakar torak yang biasanya dilcenai tekanan bidang yang tinggi, boleh dikatakan hampir terkikis. Kemampuan bantalan menahan beban yang tinggi tanpa kikisan itu sangat tergantung pada pemilihan bahan bantalan yang setepat-tepatnya, tetalii juga dad cara pelumasan dan pendinginan yang sebaik-baiknya. Bahan bantalan dipakai perunggu dengan kandungan 86 % Cu + 14 % Sn

20

Arismunandar Wiranto, Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta 1979


Bantalan ini dilapisi logam putih (babbitt) setebal 0,5 mm, dengan kandungan 85 % Sn + 10% Sb + 5 % Cu. Bahan ini mempunyai tekanan bidang yang diijinkan (k) = 60 – 300 kg/cm2. Menentukan ukuran bantalan Dimana : din = dcp = 96 mm Diameter luar dout = Do = 106 Panjang bantalan (l) = Lcp = 57,6 mm

96 Ø

87 Ø

101 Ø

106 Ø

57,6

Gambar 4.12. Bantalan

4.7. KATUP (VALVE) DAN KELENGKAPANNYA Katup berfungsi sebagai pengatur udara dan keluar masuknya gas bekas. Katup pengatur udara masuk disebut katup masuk (intake-valve) sedang katup pengeluar gas bekas disebut katup buang (exhaust-valve).


Bahan katup dibuat campuran logam istimewa untuk menghindari kerusakan karena temperatur tinggi (akibat dilalui gas bekas), korosi, kebocoran, kehausan dan sebagainya. a. Diagram katup Pada katup isap rnulai terbuka 20% sebelum TMA, tertutup pada 40° sesudah TMB Sudut pembukaan 20° + 180° + 40° = 240° Pada katup buang mulai terbuka 40° sebelum TM B, tertutup pada 20° sesudah TMA Sudut pmbukaan 40° + 180° + 20° = 240° Kedua katup mempunyai sudut pembukaan yang sama besar. TMA

Gbr 4-13. Diagram Katup Mesin Diesel 4 Langkah b. Menentukan ukuran katup isap (intake valve) : Diameter Throat (dthr) = (0,42 ÷ 0,46) Dpiston  diambil 0,44 Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

= 0,44 . 160 mm = 70,4 ~ 70 mm Diameter kepala katup (d2 ) = (1,06 ÷ 1,16) dthr  diambil 1,1 = 1,1 . 70 mm = 77 mm Tinggi bagian silinder katup (h1) = (0,025 ÷ 0,045) dthr  diambil 0,045 = 0,045 . 70 mm = 3,15 mm Tinggi kepala katup (h2) = (0,10 ÷ 0,13) dthr  diambil 0,13 = 0,13 . 70 mm = 9,1 mm Tinggi dudukan (hs) = 15 mm

Diameter minimum kepala katup ( d1) = (0,95 ÷ 1,0) dthr  diambil 0,95 = 0,95 . 70 mm = 66,5 ~ 67 mm Lebar dudukan katup (b ) = (0,10 ÷ 0,12) dthr  diambil 0,11 = 0,11 . 70 = 7,7 mm Diameter batang katup ( ds ) = (0,18 ÷ 0,23) dthr  diambil 0,20 = 0,20 . 70 mm = 14 mm Mencari sudut miring katup ( q) h2 – h1 tg φ = 0,5 (d2 – d1) 9,1 – 3,15 = 0,5 (77 – 67) = 1,19 φ = 50o Tinggi bukaan katup (hv) =

h Cos φ

=

d Cos φ

=

d2 – d1 Cos φ


hv =

77 – 67 Cos 50o

= 15,6 ~ 16 mm

c. Menentukan ukuran katup buang (Exhaust valve) Ukuran katup buang dalam perencanaan mi dibuat sama dengan ukuran yang terdapat pada katup masuk, hanya diameter batang katup (dS)exh = (0,22 ÷ 0,28) dthr diambil (dS)exh = 0,25 dthr = 0,25 . 70 = 17,5 mm ~ 18 mm

Gambar 4.14. Gambar rencana katup


d. Bentuk cam shaft Cam berfungsi sebagai pengubah gerak putar menjadi gerak lurus pada katup atau sebagai pengatur saat-saat pembukaan katup. Pada poros cam juga berfungsi sebagai penggerak pompa minyak - pelumas. Poros cam digerakkan oleh poros engkol (crank shaft) melalui transmisi roda-roda gigi. Dalam hal ini perbandingan tranmisinya 1 : 2. Dalam perencanaan ini cam dituang dengan porosnya. Bentuk sisinya dipakai sisi cembung. Bentuk cam shaft pada inlet dan outlet valve dibuat sama dikarenakan tinggi permukaan katupnya sama. Karena putaran cam shaft adalah ½ kali putaran crank-shaft, maka sudut profil cam adalah ½ kali sudut pembukaan katup, dengan adanya clearance antara cam dengan pangkal push-rod, maka sudut profil cam harus ditambah sudut clearance ditentukan 28° pada tiap sisi. Bahan cam diambil steel grade 45° Sudut profil cam : 2φ = 28o +

240 2

+ 28 =

φ = 88o Jari-jari lingkaran dasar cam (R1): R1 = (1,6 ÷ 2,4) h  diambil 2 h = tinggi pembukaan katup = d2 – d1 = 77 – 67 = 10 mm R1 = 2 . 10 mm = 20 mm


Tinggi clearance C =

R1 Cos β

– R1

β = sudut clearance β = 28o C=

20 – 20 = 2,72 mm Cos 28o

Jarak pusat lingkaran alas dengan puncak. Dcs = h + clearance + R1

–

r

Lift pada cam dibuat sama dengan lift pada katup. Ditentukan r = 3 mm Dcs = 10 + 2,72 + 20 – 3 = 29,72 mm

Gambar 4.15. Cam shaft Radius dilengkungan (R) : R=

D2 – r2 + R12 – 2 R1 D Cos φ 2 (R1 – r – D Cos φ 29,722 – 32 + 202 – 2 . 20 . 29,72 Cos 88o

= 2 (20 – 3 – 29,72 Cos 88o) Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

= 38,6 mm Ds = =

2 R1 1,3 2 . 20 1,3

= 30,76 mm

Lebar cam (b) = (0,15 ÷ 0,4) Ds  diambil 0,3 = 0,3 . 30,76 = 9,2 mm Percepatan sudut cam Pada saat lift meneapai maximum, besar percepatan a = DWc2 D = 29,72 mm = 0,02972 m Wc = kecepatan sudut cam nc = putaran cam = ½ . 1500 = 750 rpm

Wc = 2 . 3,14

750 60

= 78,5 rod/detik.

a = 0,02972 . 78,52 = 183,142 m/det2 Koreksi terhadap tappet push-rod aecelaration (a/W2 C) a Wc2

=

183,142 78,52

= 0,02971

a. Katup Volume = 0,785 . 7,72 . 0,77 + 0,785 . 1,42 . 11,6 = 44,943 cm3 Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Berat = 0,044943 . 7,8 = 0,35055 kg 0,35055 Massa (m1) = = 0,03577 kg det2/m 9,8

Gambar 4.16. Katup b. Pegas Jumlah pegas yang aktif (i) = 5, yang tidak aktif (i) = 2, jumlah seluruhnya 7 Diameter kumparan D = 30 mm, diameter kawat d = 5 mm Volume = 0,785 . 0,52 . 3,14 3 . 7 = 12,940725 cm3 Berat pegas = 0,012940725 . 7,8 = 0,101 kg. Massa (m2) =

0,101 9,8

= 0,0103 kg det2/m

Gambar 4.17. Pegas


c. Pasak Volume pasak = 0,785 (2,02 – 1,42)

20 14 Ø

= 1,6014 cm3 Berat = 0.0016014 . 7.8 = 0,01249 kg

18

Massa (m3) =

0,01249 9,8

= 0,001274 kg det2/m

Gambar 4.18. Pasak

d. Piring pegas. volume = 0,785 . 42 . 1 – 0,785 (3,62 – 22) 0,8 + 0,785 (22 – 12) 1,6 – vol pasak = 12,56 – 5,62688 + 3,768 – 1,6014 = 9,09972 cm3 Berat = 0,009972 . 7,8 = 0,0777816 kg Massa (m4) =

0,0777816 9,8

= 0,00793689 kg det2/m

Gambar 4-19. Piringan Pegas


e. Rocker arm Volume = 1,8 . 1,2 . 7 = 15,12 cm3 Berat = 0,01512 . 7,8 kg = 0,117936 kg Massa (m5) =

0,117936 9,8

= 0,0120342 kg det2/m

Gambar 4-20. Rocker arm

f. Batang penekan (Push rod) Volume = 0,785 . 22 . 0,6 + 0,785 . 1,42 . 29,5 = 45,3887 cm3 Berat = 0,0453887 . 7.8 = 0,35403186 kg Massa (m6) = 14 Ø

0,35403186 9,8

= 0,0361257 kg det2/m

6

Gambar 4.21. Batang Penekan


Gambar 4.22. perlengkapan katup 4.8. INJECTOR (PENGABUT) Mencari diameter jarum pengabut : diameter 1ubng pengabut (d) =

1 800

.D

D = 160 mm d=

1 800

. 160 = 0,2 mm

Penampang lubang pengabut (fr) : fr =

π d2 4

=

3,14 . 0,22 4

= 0,031 mm2


Gambar 4.23. Pengabut (Injector)

Mencari ukuran pompa

Cop =

π . d . 2 . 60 . np 106

ηv

Di mana d = pitch diameter d=Z.m Z = jumlah gigi Z = 7 ÷ 12,diambil Z = 12 m = modul gigi m = 3 ÷ 5, diambil m = 4 d = 4 . 12 = 48 mm


KEPALA SILINDER (SILINDER HEAD) Bahan kepala silinder dipilih Ni – iron Tungsten dengan komposisi : Ni : 0,2 – 2,1 % Mo : 0,3 % Cu : 50000 Psi Fs (Factor Safety) : 7 Sehingga Sallowable.=

50000 7

= 7142,8 psi = 492,6 kg/cm2 Tebal kepala silinder (t) = D

c.p S

Dimana : D = diameter silinder c = konstanta = 0,1 S = tegangan ijin = 5000 – 8000 psi p = tekanan maksimum = 51,16 ata t = 160

0,1 . 51,16 492,6

= 16 mm

Gambar 4-25. Cylinder Head


Gambar 4.24. Sirkulasi Minyak Pelumas L = lebar roda gigi np = putaran pompa, diambil ½ putaran mesin = ½ . 1500 = 750 rpm ηv = pump delivery coefisient

ηv = 0,60 ÷ 0,80. diambil = 0,80 diameter kepala (dk) = (Z + 1,6) m. = (12 + 1,6) = 54,4 mm. diameter alas ( da ) = (Z – 2) . 4 = (12—2) . 4 = 40 mm. Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

75 . 106 = 3,14 . 48 . L . 60 . 750 . 0,80. L = 13,8 ~ 14 mm Tenaga yang dibutuhkan pompa (Nop) Nop =

Cop . Po 2700 . ηop

(PK)

Dimana : Po = Tekanan oil pump = (5,0 ÷ 6,5) atm  diambil 6 atm ηop = efisien pompa = 0,70 — 0,72  diambil 0,70 75 . 6 Nop = = 0,024 PK 2700 . 0,7

4.9. PENDINGIN Pendinginan untuk motor adalah sangat penting sekali sebab proses pembakaran yang terjadi di dalam silinder dapat menghasilkan suhu yang amat tinggi. Kemudian panas akan nengalir pada dinding silinder, silinder-head, piston serta bagian-bagian lain akan menjadi panas. Untuk menjaga bagian-bagian tersebut di atas tetap berada dalam batas-batas temperatur yang diperbolehkan, maka perlu pendinginan yang secukupnya. Dalam perencanaan mi pendinginan dipakai air, di mana air cukup baik menyerap panas, pengaruh air terhadap besi (korosi) tidak begitu besar. Perhitungan Pemakaian air pendingin. Panas yang timbul tiap jam (Qcool) Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

Qcool = 0,3 . F . Q1 . No max kkal/jam di mana F = pemakaian bahan bakar efektif specifik F = 0,1879602 kg/hp jam Q1 = nilai hahan bakar efektif specifik Q1 = 10000 kkal/kg Nb= 420 HP Jadi Qcool = 0,3 . 0,1879602 . 10000 . 420 = 236829,8 kkal/jam

Banyaknya air yang dibutuhkan untuk pendinginan (C) C=

Qcool Δt

liter/jam

Temperatur air pendingin masuk mesin ( tin) tin = tout – Δ t Temperatur air keluar mesin (tout ) 90 ÷ 95°C  diambil tout = 90 °C Penurunan temperatur dalam mesin (Δ t ) = (26° + 32° ) °C  diambil 30 °C tin = 90° – 30° = 60°C C=

236829,8 60

= 3947 liter/jam


BAB V KESIMPULAN

1. Besarnya daya listrik yang dibutuhkan oleh PT Dow AgroSciences Indonesia dengan rencana pertumbuhan produksi sebesar 12% dan ditambah dengan rencana penambahan pasilitas aminasi sebesar 30% daya adalah 227,86 KW 2. Dengan kebutuhan daya listrik sebesar 227,86 KW, maka besarnya daya motor penggerak yang dibutuhkan adalah 310 KW atau 420 HP. 3. Dengan besar daya sebesar 420 HP dan pemakaian yang tidak bersifat kontinue, maka putaran motor yang sesuai adalah 1500 RPM 4. Komponen utama motor bakar diesel yang dipilih adalah sebagai berikut : a. Ukuran Torak/Piston : Diameter torak/piston (D)

= 160 mm

Panjang Langkah (L)

= 190 mm

Volume langkah (Vd)

= 3,81 liter

Volume ruang bakar (Vc)

= 0,254 liter

Tinggi torak/piston (H)

= 208 mm

b. Ukuran silinder Tebal dinding silinder (t)

= 10 mm

Tinggi Silinde (Hd)

= 485 mm

Diameter dalam silinder (Di)

= 160 mm


Diameter luar silinder (Dos)

= 180 mm

Tebal cincin (C)

= 6 mm

Jarak cincin ketika masuk ke dalam silinder (l)

= 2 mm

c. Batang penggerak Panjang batang penggerak (Lrod)

= 380 mm

Diameter big end connecting rod (dcp)

= 96 mm

Clearance pin dengan bush perunggu (Δ)

= 0,0058

Diameter small end connecting rod (dex)

= 58,058 mm

Jarak sumbu baut pengikat penggerak bawah (C)

= 129,6 mm

Diameter bushing (dend)

= 87 mm

d. Crank shaft Diameter crank pin (dcp)

= 96 mm

Panjang Crank pin (Lcp)

= 57,6 mm

Tebal pipi engko l (tpe)

= 40 mm

Lebar pipi engkol (bpe)

= 192 mm

Panjang pipi engkol (ppe)

= 193 mm

Radius Crank shaft (R)

= 85 mm

Diameter main journal (dmj)

= 120 mm

Panjang main journal (Lmj)

= 60 mm

Bobot crank shaft (G)

= 26,32 kg

e. Roda penerus (Fly wheel)


ihp

= 525 HP

Diameter dalam bantalan (dcp)

= 96 mm

Panjang bantalan (l) = Lmj

= 57,6 mm

f. Katup Diameter Throat (dthr)

= 70 mm

Diameter kepala katup (d2 )

= 77 mm

Tinggi bagian silinder katup (h1)

= 3,15 mm

Tinggi kepala katup (h2)

= 9,1 mm

Tinggi dudukan (hs)

= 15 mm

Diameter minimum kepala katup ( d1)

= 67 mm

Lebar dudukan katup (b )

= 7,7 mm

Diameter batang katup ( ds )

= 14 mm

Tinggi bukaan katup (hv)

= 16 mm

Diameter katup buang (dS)exh

= 18 mm

g. Cam shaft Jarak pusat lingkaran alas dengan puncak (Dcs)

= 29,72 mm

Radius dilengkungan (R)

= 38,6 mm

Diameter cam (Ds)

= 30,76 mm

Lebar cam (b)

= 9,2 mm

5. Sistem pendingin menggunakan air dengan kebutuhan air sebanyak 3497 liter/jam


DAFTAR PUSTAKA

[1] Wiranto Arismunandar, Koichi Suda, “Motor Diesel Putaran Tinggi” Pradnya Paramita Jakarta, 1989 [2] Matthew David Greenman, “Design and Construction of a Miniature Internal Combustion Engine” Rensselaer Polytechnic Institut, 1994 [3] Daryanto, Drs, “Contoh Perhitungan Perencanaan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung 1984 [4]

Sularso, Kiyokatsu Suga, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin” , Pradnya Paramita, Jakarta 2004

[5] MF Spotts “Design of Machine Element” 4th Edition, Prentice Hall Inc [6] Nakoela Soenarta Dipl-ING, Dr Shoichi Furuhama, “Motor Serbaguna”, edisi revisi, Pradnya Paramita Jakarta [7] Harsanto,”Motor Bakar” Djambatan 1979 [8]

Daryanto, Drs, “Contoh Perhitungan Perencanaan Motor Bensin 4 Langkah” Tarsito Bandung 1984

[9] Doug Woodyard “Marine Diesel Engines and Gas Turbines” Pounders Eight Edition, Elsevier, 2004 [10] TA Stolarski, “Tribology in Machine Design” Butterworth Heinemann, 1990 [11] Stevens Jr, William D, Elements of Power System Analysis (Mc Graw Hill International Book Company, 1985) Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009. USU Repository © 2009

[12] http://af.wikipedia.org/wiki/L%C3%AAer:Four_stroke_cycle_intake.png [13] http://gudangilmu.org


RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR LISTRIK UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA OLEH M U L I Y A D I

Recommend Documents