Pengertian Motor Bakar AHMAD HARIS NIZAR TEKNIK PERMESINAN KAPAL Motor bakar adalah suatu perangkat/mesin yang mengubah energi termal/panas menjadi energi mekanik. Energi ini dapat diperoleh dari proses pembakaran yang terbagi menjadi 2 (dua) golongan, yaitu: 1. Motor bakar pembakaran luar, yaitu suatu mesin yang mempunyai sistim pembakaran yang terjadi diluar dari mesin itu sendiri. Misalnya mesin uap dimana energi thermal dari hasil pembakaran dipindahkan kedalam fluida kerja mesin. Pembakaran air pada ketel uap menghasilkan uap kemudian uap tersebut baru dimasukkan kedalam sistim kerja mesin untuk mendapatkan tenaga mekanik. 2. Motor pembakaran dalam. Pada umumnya motor pembakaran dalam dikenal dengan motor bakar. Proses pembakaran bahan bakar terjadi didalam mesin itu sendiri sehingga gas hasil pembakaran berfungsi sekaligus sebagai fluida kerja mesin. Motor bakar itu sendiri dibagi menjadi beberapa macam berdasarkan sistim yang dipakai, yaitu: a. motor bakar torak, Untuk motor bakar torak dibagi atas 2 (dua) macam, yaitu: motor bensin motor diesel. Menurut langkah kerjanya motor bakar dibagi menjadi mesin dengan proses dua langkah dan mesin dengan proses empat langkah b. motor bakar turbin gas, c. dan motor bakar propulsi pancar gas. MOTOR DIESEL Pada saat perkenalan mesin diesel pertama di pasaran yaitu di Eropa dan Amerika serikat. De La Vergn dan Mietz & Weiss adalah dua orang Amerika yang berhubungan dengan pem-bangunan mesin minyak dalam jumlah yang cukup banyak disekitar tahun 1893. De La Vergn melan-jutkan untuk membangun mesin minyak dan menjadi salah satu dari pabrik mesin diesel yang terkemuka. Saat ini merupakan bagian dari Boldwin Locomotive Works. Di Amerika, industri mesin diesel belum benar-benar dimulai sampai tahun 1912, ketika paten asli dari Rudolf Diesel tidak berlaku lagi. Tahun pertama dari pengembangan motor diesel diamerika menunjukkan kemajuan sangat lambat, meskipun menjanjikan penghematan bahan bakar dan keandalan dari penggerak jenis baru. Sejak tahun 1916 motor diesel mulai berdiri sendiri, dan pada 1920 motor diesel telah digunakan secara luas dalam melayani pompa jalur pipa, ini merupakan awal dari penggunaan umum mesin diesel dalam bidang perminyakan pada berbagai jenis. Penggunaan motor diesel untuk melayani kapal dimulai tahun 1923 dan sedikit demi sedikit semakin populer. Dan untuk pengguanaan dalam penyebrangan samudra mulai tahun 1924.
sekilas tentang motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine)
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Pengertian Motor Bakar AHMAD HARIS NIZAR
TEKNIK PERMESINAN KAPAL
Motor bakar adalah suatu perangkat/mesin yang mengubah energi termal/panas menjadi
energi mekanik. Energi ini dapat diperoleh dari proses pembakaran yang terbagi menjadi 2
(dua) golongan, yaitu:
1. Motor bakar pembakaran luar, yaitu suatu mesin yang mempunyai sistim
pembakaran yang terjadi diluar dari mesin itu sendiri. Misalnya mesin uap dimana
energi thermal dari hasil pembakaran dipindahkan kedalam fluida kerja mesin.
Pembakaran air pada ketel uap menghasilkan uap kemudian uap tersebut baru
dimasukkan kedalam sistim kerja mesin untuk mendapatkan tenaga mekanik.
2. Motor pembakaran dalam. Pada umumnya motor pembakaran dalam dikenal
dengan motor bakar. Proses pembakaran bahan bakar terjadi didalam mesin itu sendiri
sehingga gas hasil pembakaran berfungsi sekaligus sebagai fluida kerja mesin. Motor
bakar itu sendiri dibagi menjadi beberapa macam berdasarkan sistim yang dipakai,
yaitu:
a. motor bakar torak,
Untuk motor bakar torak dibagi atas 2 (dua) macam, yaitu:
motor bensin
motor diesel. Menurut langkah kerjanya motor bakar dibagi menjadi mesin dengan
proses dua langkah dan mesin dengan proses empat langkah
b. motor bakar turbin gas, c. dan motor bakar propulsi pancar gas.
MOTOR DIESEL
Pada saat perkenalan mesin diesel pertama di pasaran yaitu di Eropa dan Amerika
serikat. De La Vergn dan Mietz & Weiss adalah dua orang Amerika yang berhubungan
dengan pem-bangunan mesin minyak dalam jumlah yang cukup banyak disekitar tahun 1893.
De La Vergn melan-jutkan untuk membangun mesin minyak dan menjadi salah satu
dari pabrik mesin diesel yang terkemuka. Saat ini merupakan bagian dari Boldwin
Locomotive Works.
Di Amerika, industri mesin diesel belum benar-benar dimulai sampai tahun 1912,
ketika paten asli dari Rudolf Diesel tidak berlaku lagi. Tahun pertama dari pengembangan
motor diesel diamerika menunjukkan kemajuan sangat lambat, meskipun menjanjikan
penghematan bahan bakar dan keandalan dari penggerak jenis baru.
Sejak tahun 1916 motor diesel mulai berdiri sendiri, dan pada 1920 motor diesel telah
digunakan secara luas dalam melayani pompa jalur pipa, ini merupakan awal dari
penggunaan umum mesin diesel dalam bidang perminyakan pada berbagai jenis. Penggunaan
motor diesel untuk melayani kapal dimulai tahun 1923 dan sedikit demi sedikit semakin
populer. Dan untuk pengguanaan dalam penyebrangan samudra mulai tahun 1924.
Motor bensin dan motor diesel merupakan pesawat kerja pembangkit energi mekanik
yang menggunakan sistem pembakaran yang di dalam (Internal Combustion engine) motor
bensin menggunakan bahan-bakar bensin dan motor diesel mengunakan bahan-bakar solar
atau minyak diesel. Motor-motor ini dikonstruksi sesuai dengan fungsi pembentukan
energinya dengan komponen-komponen utamanya yang terdiri atas
1. silinder (cylinder)
2. torak (piston)
3. batang torak (connecting rod)
4. poros engkol (crank shaft).
Keuntungan dan kerugian motor diesel :
- Efisiensi panasnya tinggi.
- Bahan bakarnya hemat.
- Kecepatannya lebih rendah dibanding motor bensin.
- Getarannya besar dan berisik.
- Harganya lebih mahal.
- Digunakan pada kendaraan niaga.
Cara kerja motor diesel 2 tak
Kejadian daur 2 langkah/cara kerja mesin diesel 2 tak Sebuah daur dua langkah(kerja mesin
diesek 2 tak) diselesaikan dalam dua(2) langkah, atau satu putaran poros engkol mesin diesel,
sedangkan daur empat langkah memerlukan dua putaran. Perbedaan utama antara mesin
diesel 2 tak dan mesin diesel 4 tak adalah metode pengeluaran gas yang telah dibakar dan
pengisian silinder dengan udara segar. Dalam mesin diesel 4 tak operasi ini dilakukan oleh
torak mesin selama langkag buang dan isap. Dalam mesin diesel 2 tak operasi ini dilakukan
dekat t.m.b, oleh pompa atau penghembus udara yang terpisah.
1. Langkah pertama (torak dari tma menuju tmb)
Sesaat sebelum torak mencapai TMA terjadi Penyemprotan/Injeksi bahan
bakar, di susul proses pembakaran sehingga (T) & (P) , mendorong torak menuju
TMB dan memutarkan poros engkol.
Karena torak menuju TMB (V) &(P) berakhir ketika ujung atas torak
melewati saluran buang dan terjadi penyesuaian (P), sehingga gas sisa pembakaran
keluar sampai
(P) dalam silinder= (P)atm.
Ketika saluran buang masih terbuka, saluran bilas terbuka dan udara murni
yang ada pada ruang bak engkol mengalir kedalam silinder, hal ini terjadi karena
(P) di luar bak engkol akibat saluran pengisian tertutup.
2. Langkah kedua (torak dari tmb menuju tma)
Torak bergerak dari TMB menuju TMA, dimana pengisian udara murni terus
berlangsung selama saluran bilas terbuka, sama halnya pengeluaran gas sisa
pembakaran juga terus berlangsung sampai torak menutup saluran pembuangan.
Setelah saluran bilas dan saluran buang tertutup, mulai terjadi proses kompresi udara
sampai sesaat torak mencapai TMA, di susul oleh penginjesiaan bahan bakar
sehingga terjadi pembakaran.
Pembilasan pada motor diesel dua langkah
1. PEMBILASAN TUKIK
a. Mempergunakan cara pembukaan dan penutupan lubang yang simetris.
b. Tekanan efektif rata-rata biasanya ;lebih rendah dari yang menggunakan cara
pembukaan dan penutupan lubang yang tidak simetris.
c. Daya persatuan berat motor lebih tinggi karena tidak dilengkapi alat khusus untuk
membuka dan menutup lubang.
2. PEMBILASAN TUKIK BALIK
a. Lubang di atas lubang isap, pada sisi ynga sama.
b. Biasanya digunakan pada motor dengan dimensi besar.
3. PEMBILASAN RUANG ENGKOL
a. Udara dalam ruang engkol di tekan torak ketika bergerak dari TMA menuju TMB
b. Ketika bagian atas torak melewati lubang bilas maka udara segar masuk ke dalam
silinder dan mendorong keluar gas sisa pembakaran.
4. PEMBILASAN DENGAN POMPA CENTRIFUGAL
a. Popa bilas sentrifugal di gerakkan okeh motor tersendiri.
b. Tekanan udara yang masuk kedalam silinder sebanding pangkat dua dari putaran
pompa.
Keuntungan :
Proses pembakaran terjadi setiap putaran poros engkol, sehingga putaran poros engkol
lebih halus untuk itu putaran lebih rata.
Tidak memerlukan klep, komponen part lebih sedikit, perawatan lebih mudah dan
relatif murah
Momen puntir untuk putaran lanjutan poros lebih kecil sehingga menghasilkan
gerakan yang halus
Bila dibandingkan dengan mesin empat langkah dalam kapasitas yang sama, tenaga
yang dihasilkan lebih besar
Proses pembakaran terjadi 2 kali, sehingga tenaga lebih besar
Kerugian :
Langkah masuk dan buang lebih pendek, sehingga terjadi kerugian langkah tekanan
kembali gas buang lebih tinggi
Karena pada bagian silinder terdapat lubang-lubang, timbul gesekan antara ring piston
dan lubang akibatnya ring piston akan lebih cepat aus.
Karena lubang buang terdapat pada bagian silinder maka akan mudah timbul panas
Putaran rendah sulit diperoleh
Konsumsi pelumas lebih banyak.
Cara kerja mesin diesel 4 tak
Pembakaran pada motor diesel terjadi karena bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam
selinder terbakar dengan sendirinya akibat tingginya suhu udara kompresi dalam ruang bakar.
Untuk membantu pemahaman tentang prinsip kerja motor diesel penggerak generator listrik
(4 tak), perhatikan dan pahami gambar siklus kerja motor diesel 4 tak dan diagram kerja
Volume langkah mempunyai satuan yang tergantung pada satuan silinder (D)
dan panjang langkah torak (L) biasanya mempunyai satuan centimeter cubic (cc) atau
cubic inch (cu.in).
V1 = luas lingkaran x panjang langkah
V1 = π. r2. L
V1 = π. ﴾ D2
1﴿ 2
. L
Dengan demikian besaran dan ukuran motor bakar menurut volume silinder
tergantung dari banyaknya silinder yang digunakan dan besarnya volume silinder
(Kiyaku & Murdhana, 1998).
Perbandingan Kompresi
Hasil bagi volume total dengan volume sisa disebut sebagai perbandingan
kompresi.
C = s
11
V
V1
SV
VV s ……………………………….(2)
Dimana :
V1 = volume langkah torak
Vs = volume sisa
Jadi suatu motor mempunyai volume total 56 cu.in dan volume sisa 7 cu.in,
maka perbandingan kompresinya adalah :
C = 7
56= 8
Hal diatas menunjukkan bahwa selama langkah kompresi, muatan yang ada
diatas torak dimampatkan 8 kali lipat dari volume terakhirnya. Semakin tinggi
perbandingan kompresi, maka semakin tinggi tekanannya dan temperatur akhir
kompresi. (Kiyaku & Murdhana).
Perbandingan kompresi tidak dapat dinaikkan tanpa batas, karena motor
pembakaran yang menggunakan busi akan timbul suara menggelitik jika
perbandingan kompresinya terlalu tinggi (Soenarta & Furuhana, 1995).
Torsi dan Daya Poros
Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros seperti telah dijelaskan diatas.
Daya poros ditimbulkan oleh bahan bakar yang dibakar dalam silinder dan selanjutnya
menggerakkan semua mekanisme.
Unjuk kerja motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang ditimbulkan
(Soenarta & Furuhama, 1995)
Gambar 2.6. Pengetesan Prestasi Mesin
(Sumber : Nakoela S dan Shoici F, 1995)
Pada gambar (2.6.) diatas menunjukkan peralatan yang dipergunakan untuk mengukur
nilai yang berhubungan dengan keluaran motor pembakaran yang seimbang dengan
hambatan atau beban pada kecepatan putaran konstan (n). Jika n berubah, maka motor
pembakaran menghasilkan daya untuk mempercepat atau memperlambat bagian yang
berputar. Motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud
mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor
dengan poros dynamometer. Rotornya diikatkan pada poros yang akan mengaduk air
yang ada didalamnya. Hambatan ini akan menimbulkan torsi (T), sehingga nilai daya (P)
dapat ditentukan sebagai berikut :
)(60000
..2kW
TnP
……………....................................(3)
Dimana :
P = Daya (kW)
n = putaran mesin (rpm)
T = torsi (Nm)
Torak yang didorong oleh gas membuat usaha. Baik tekanan maupun suhunya akan
turun waktu gas berekspansi. Energi panas diubah menjadi usaha mekanis. Konsumsi
energi panas ditunjukkan langsung oleh turunnya suhu. Kalau toraknya tidak
mendapatkan hambatan dan tidak menghasilkan usaha gas tidak akan berubah meskipun
tekanannya turun.
Tekanan Efektif Rata-rata
Besar nilai P1 merupakan tekanan efektif rata-rata indikator (indicator mean effective
pressure : IMEP).
Nilai P1, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
s
i
V
WP 1 ……………………………….................(4)
Dengan menggunakan nilai Pi dapat memudahkan perhitungan besar usaha indikator
Wi pada tekanan konstan selam torak pada langkah ekspansi. Pada mesin 4 langkah besar
nilai Pi terjadi setiap 2 putaran, sehingga besar nilai Ni indikator dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut :
Dengan satuan Si ( m3, kPa dan rpm)
Ni =V1.P1.n/2 (kW)…………………......................(5)
Dimana :
V1= volume langkah (m3)
Pi = tekanan efektif rata-rata indicator (kPa)
n = putaran mesin (rpm)
Pada mesin 2 langkah besar nilai Pi dihasilkan pada tiap putaran, maka secara teoritis
nilai Ni akan menjadi dua kali lebih besar jika dibandingkan pada persamaan 4, tetapi
pada umumnya besar nilai Pi pada mesin 2 langkah lebih kecil dibandingkan dengan 4
langkah. Nilai Ni disebut sebagai keluaran indikator yang menyatakan keluaran,
disebabkan oleh adanya tekanan pada torak.
Daya yang dapat dimanfaatkan untuk memutar mesin disebut sebagai keluaran efektif
(brake mean out put) nilai Ne dapat dirumuskan sebagai berikut :
Ne = V1. N. BMEP. 2 (kW)……………………(6)
Besar keluaran efektif dapat diukur dengan menggunakan sebuah Dinamometer. Nilai
BMEP adalah merupakan tekanan efektif rata-rata (brake mean effective pressure). Besar
nilai Ne yang ditentukan oleh produk dari volume langkah V1, kecepatan putaran n dan
BMEP yang berhubungan dengan tekanan gas rata-rata merupakan keluaran suatu
pembakaran yang bermanfaat. BMEP adalah besar nilai yang menunjukkan daya mesin
tiap satuan volume silinder pada putaran tertentu dan tidak tergantung dari ukuran motor
bakar (Soenarta &Furuhama, 1995)
Besar nilai BMEP dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut :
nV
ZPBMEP
d .
..60 ……………………................(7)
Dimana :
P = daya (kW)
N = putaran mesin (rpm)
Vd= volume langkah total silinder (m3)
Z = sistem siklus (4 langkah =2, 2 langkah =1)
Menentukan Efisiensi Energi
1. Efisiensi Thermis
Perbandingan antara energi yang dihasilkan dan energi yang dimasukkan pada
proses pembakaran bahan bakar disebut efisiensi thermis rem (brake thermal
efficiency) dan ditentukan sebagai berikut :
(%)100.
860
hSFCbt ……………...............................(8)
Dimana :
H = nilai kalor untuk bahan bakar premium = 11.245,14 kcal/kg.
Sumber??
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik
Nilai kalor mempunyai hubungan dengan berat jenis. Pada umumnya semakin
tinggi berat jenis maka semakin rendah nilai kalornya. (Kiyaku & Murdhana, 1998).
2. Besar Penggunaan Bahan Bakar
Besar pemakaian bahan bakar spesifik (SFC) ditentukan dalam kg/kWh dan
lebih umum digunakan dari pada bt . Besar nilai SFC adalah kebalikan dari pada bt .
Penggunaan bahan bakar dalam gram per jam Ne dapat ditentukan dengan
persamaan sebagai berikut :
kWhkgP
mSFC
f/ …………………............................(9)
Dimana :
SFC = konsunsi bahan bakar spesifik (kg/kWh)
P = daya mesin (kW)
Sedang nilai mf dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :
bbft
bm
1000
3600……………………………….........(10)
Dimana :
b = volume buret (cc)
t = waktu (detik)
ρbb = berat jenis bahan bakar (kg/l)
mf = adalah penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi tertentu
(kg/h)
SISTEM PENDINGIN
Setiap motor bakar memerlukan pendinginan.
Secara umum sistem pendinginan berfungsi sebagai berikut:
1. Mencegah terbakarnya lapisan pelumas pada dinding silinder.
2. Meningkatkan efisiensi/daya guna thermis.
3. Mereduksi tegangan-tegangan thermis pada bagian-bagian silinder, torak, cincin torak dan
katup-katup.
Pembakaran campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder menghasilkan panas
yang tinggi. Pada motor bakar hasil pembakaran menjadi tenaga mekanis hanya sekitar 23
sampai dengan 28 %. Sebagian panas keluar bersama gas bekas dan sebagian lain hilang
melalui pendinginan. Meskipun pendinginan merupakan suatu kerugian jika ditinjau dari segi
pemanfaatan energi, tetapi mesin harus didinginkan untuk menjamin kerja secara optimal.
Selain itu pendinginan juga mutlak diperlukan guna menjaga kestabilan temperatur kerja
motor. Jika dilihat dari diagram panas, sistem pendingin merupakan suatu bentuk kerugian
energi, lebih dari 32% energi panas hilang akibat pendinginan. Di mana panas akan diserap
oleh fluida pendingin. Panas yang terjadi tidak menyebabkan perubahan bentuk komponen
akibat memuai. Pedinginan dilakukan untuk mencegah terjadinya kelebihan panas
(overheating), pemuaian dan kerusakan minyak pelumas.
Sistem Pendinginan Udara
Pada umumnya mesin sepeda motor didinginkan dengan sistem pendinginan udara.
Gambar 9.15 Pendinginan pada mesin sepeda motor
Dalam sistem pendinginan udara, sekeliling silinder dan kepala silinder diberi sirip-
sirip pendingin guna memperbesar luas permukaan yang bersinggungan dengan udara
pendingin yang dialirkan ke sekelilingnya. Panas yang timbul dari hasil pembakaran akan
diambil oleh udara pendingin yang mengalir melalui sirip-sirip tersebut. Sirip-sirip pada
kepala silinder bisa disebut sebagai penghantar panas dari dalam mesin. Agar pemindahan
panas dari sirip ke udara pendingin berlangsung dengan baik maka sirip-sirip harus dalam
keadaan bersih dan tidak dilapisi kotoran yang akan mengurangi efek pendinginan. Untuk itu
sebaiknya bersihkan kotoran-kotoran yang menempel pada sirip pendingin tersebut secara
berkala.
Gunakan skrap untuk melepas kotoran kotoran yang menempel tersebut. Jika terdapat
karet pada celah-celah sirip pendingin periksa kondisinya apakah karet tersebut masih baik
digunakan,jika sudah rusak ganti dengan yang baru. Karet tersebut berfungsi untuk meredam
getaran mesin akibat sirip-sirip pendingin tersebut
Sistem pendinginan udara ada dua macam:
1. Sistem pendinginan udara alamiah
Merupakan sistem pendinginan dengan menggunakan aliran udara yang berembus
melewati mesin sewaktu sepeda motor berjalan dengan laju.
Gambar 9.16 Kepala silinder yang memiliki sirip-sirip untuk pendinginan udara
2. Sistem pendinginan udara tekan
Merupakan sistem pendinginan dengan menggunakan suatu alat semacam kipas
angin, putaran kipas akan menekan angin, sehingga angin bersikulasi melalui sirip-sirip.
Sistem ini tetap bisa digunakan walaupun sepeda motor dalam keadaan berhenti.
Gambar 9. 17 Sistem pendinginan udara tekan
Sistem pendingin cairan Selain sistem pendinginan udara juga ada sistem pendinginan dengan cairan.
Sistem ini terdiri dari :
- Radiator (yang digunakan dengan kipas elektric)
- Thermostaat
- Pompa air
- Tali kipas dan kipas radiator
Gambar 9.18 Radiator
Keterangan gambar radiator:
1. Tangki atas
2. Tangki bawah
3. Blok radiator
4. Lubang pengisi
5. Saluran air
6. Saluran air
7. Pipa uap
8. Ram penguat
9. Karet pegas untuk menahan baut radiator
Gambar 9.19 Sistem pendingin cair pada mesin dua langkah
Thermostaat
Bila mesin terlalu panas atau terlalu dingin, maka mesin sepeda motor akan mengalami
bermacam-macam gangguan. Gangguan yang diakibatkan karena terjadinya kelebihan panas
(overheating) pada mesin adalah sebagai berikut:
a. Bagian atas piston dapat berubah bentuk apabila suhunya terlalu tinggi dan kehilangan
kekuatannya. Sebagai contoh pada aluminium. Kekuatannya akan hilang kira-kira
sepertiganya pada suhu 3000 C bila dibandingkan pada suhu normal.
b. Gerakan komponen-komponen engine akan terhalang karena ruang bebas (clearence)
semakin kecil disebabkan pemuaian dari komponen mesin yang menerima panas
berlebihan.
c. Akan timbul tegangan thermal yang dihasilkan oleh panas karena perubahan suhu dari
suatu tempat ketempat lain. Sehingga silinder menjadi tidak bulat akibat deformasi
thermal. Hal ini menyebabkan ring piston patah dan piston macet.
d. Berpengaruh terhadap thermal resistence bahan pelumas. Jika suhu naik sampai 2500 C
pada alur ring piston, pelumas berusahamenjadi karbon dan ring piston akan macet (Ring
stick) sehingga tidak berfungsi sebagaimana mestinya. Pada suhu 3000 C pelumas cepat
berubah menjadi hitam dan sifat pelumasnya turun, piston akan macet sekalipun masih
mempuyai clereance.
e. Terjadinya pembakaran yang tidak normal.
Motor bensin cendrung untuk knock. Jika knock terjadi suhu naik pada piston dan terjadi
pembakaran dini (Pre Ignition mudah terjadi).
Sebaliknya bila mesin terlalu dingin, gangguan yang terjadi yaitu:
a. Pada motor bensin bahan bakar agak sukar menguap dan campuran udara
bahan bakar-
b. udara menjadi gemuk. Hal ini menyebabkan pembakaran menjadi tidak
sempurna.
c. Kalau pelumas terlalu kental, akan mengakibatkan mesin mendapat tambahan
tekanan.
d. Uap yang terkandung dalam gas pembakaran akan berkondensi pada suhu
kira-kira 500 C pada tekanan atmosfir. Titik air akan menempel pada dinding
silinder, hal ini akan mempercepat keausan silinder dan ring torak. Ini disebut
sebagai keausan karena korosi pada suhu rendah.
Untuk mengatasi gangguan-gangguan yang disebutkan tadi, digunakanlah thermostaat yang
dirancang untuk mempertahankan temperatur cairan pendingin dalam batas yang diizinkan.
Antara lain dari cara memeriksa thermostaat yaitu:
dengan cara memperhatikan sirkulasi air pendinginnya atau dengan menguji thermostaat
dalam air panas.
Cara memeriksa thermostaat dengan memperhatikan sirkulasi air pendinginnya yaitu:
Hidupkan mesin:
1. Buka tutup radiator sebelum mesin mencapai suhu kerja.
Perhatikan: Hati-hati membuka tutup radiator sebab kemungkinan udara pada radiator
sudah bertekanan sehingga air dapat tersemprot keluar bersamaan dengan dibukanya tutup
radiator.
2. Perhatikan bahwa pada saat mesin dingin belum terjadi aliran air radiator.
3. Amati terus aliran air. Jika mesin sudah panas seharusnya terjadi gerakan air mengalir. Jika
tidak berarti thermostaatnya tidak bekerja. Perbaiki atau ganti thermostaatnya.
Gambar 9.20 Sistem pendingin cairan pada mesin empat langkah
Pompa air
Pompa air pada sistem pendinginan cair berfungsi untuk mengalirkan air dari radiator
ke mantel-mantel pendingin pada blok mesin. Bekerjanya pompa air adalah oleh putaran
mesin. Bekerja dan tidaknya pornpa air dapat dilihat dari aliran air pada radiator. Caranya:
- Buka tutup distributor
- Hidupkan mesin
- Perhatikan apakah ada gerakan aliran air dalam radiator. Jika ada gerakan aliran air dalarn
radiator berarti pompa air bekerja. Jika putaran mesin dipercepat seharusnya aliran air
tersebut semakin deras.
Jika diperlukan membongkar dan memeriksa pompa air lakukan dengan langkah sebagai
berikut:
- Keluarkan air pendingin sampai habis.
- Lepas baut baut pengikat pompa air, pemegang pompa air dan gasketnya.
- Lepas plat dudukan pompa air dan gasketnya.
- Lepas dudukan puli pompa air
- Keluarkan bantalan pompa, rotor dan perapat poros.
- Cuci semua bagian pompa kecuali bantalan dan perapat porosnya.
- Periksa seluruh komponen pompa air yang berkemungkinan berkarat, retak atau aus.
- Ukur kelonggaran antara sisi rotor dengan badan pompa. Besarnya lihat pada spesifikasi
pabrik pembuatnya.
- Ganti gasket jika tegangan tali kipas antara 7 - 10 mm.
- Rakit kembali pompa air. Jangan sampai ada yang tertinggal sekecil apapun.
Tali kipas dan Kipas radiator
Kipas radiator sangat penting artinya bagi sistem pendinginan cair. Sebab pada
kondisi di mana mesin bekerja pada beban berat pendinginan cair oleh udara tidak
mencukupi. Kipas radiator membantu mengalirkan udara ke dalam sirip-sirip radiator.
Putaran kipas radiator
dipengaruhi oleh tegangan tali kipasnya. Tali kipas yang kendor mudah selip sehingga
putaran kipas kurang. Tali kipas yang terlalu tegang menyebabkan bantalan cepat rusak dan
tali mudah putus. Baik sistem pendinginan udara maupun sistem pendinginan cairan
mempunyai kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan sistem pendinginan udara: - Tidak perlu disediakan secara khusus - Tidak perlu komponen tambahan seperti radiator dan thermostaat - Mudah perawatannya - Tahan lama
Kekurangan sistem pendinginan udara: - Kurang dapat mengendalikan panas - Pada kondisi jalan mendaki pendinginan kurang
Kelebihan sistem pendinginan cairan: - Dapat mengendalian panas dengan baik - Pendinginan lebih efektif - Dapat mengurangi kebisingan suara mesin
Kekurangan sistem pendinginan cairan: - Bobot mesin bertambah - Perlu komponen tambahan - Perawatan lebih rumit
MESIN TURBIN GAS
Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk
memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik
dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin
sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga
komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.
Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)
Udara masuk kedalam kompresor
melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan
tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara
bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses
pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses
pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan
ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke
turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-
sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar
kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah
melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan
udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui
nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran
pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang
dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada
menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada
ketiga komponen sistem turbin gas.
Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure
losses) di ruang bakar.
Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya
gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan
perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
Adanya mechanical loss, dsb.
Klasifikasi Turbin Gas
Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut
siklusnya turbin gas terdiri dari:
Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)
Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus
terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk
siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses
awal.
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :
1.Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi
listrik untuk keperluan proses di industri.
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin
bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang
berubah seperti kompresor pada unit proses.
Siklus-Siklus Turbin Gas
Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:
1. Siklus Ericson
Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses
isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible
isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen
siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1
= temperatur buang dan Th = temperatur panas.
2. Siklus Stirling
Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik
(isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan
efisiensi termal pada siklus Ericson.
3. Siklus Brayton
Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini
siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer
dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi
isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus
Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:
Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 –
h1). Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang
dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya
yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada
tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1)
Perkembangan Gas Turbin
Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem
tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya
digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze
merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang
digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H.
Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran
pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah
konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904,
“Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya
berdasarkan disain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur
gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya
langsung digerakkan oleh turbin.
Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana
diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan
oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle
(tahun 1930).
Komponen Turbin Gas
Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor
section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen
pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan
beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama
turbin gas:
1. Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara
sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat
peralatan pembersih udara.
2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang
terbawa bersama udara masuk.
3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet
house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki
ruang kompresor.
6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara
yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan
2. Compressor Section.
Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk
mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga
pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat
menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian
yaitu:
1. Compressor Rotor Assembly.
Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17
tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya
sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft,
tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
2. Compressor Stator.
Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
1. Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet
bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
2. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage
kompresor blade.
3. Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
4. Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya
udara yang telah dikompresi.
3. Combustion Section.
Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang
berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas
yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition
pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk
mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-
komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin
gas. Komponen-komponen itu adalah :
1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara
yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai
tempat berlangsungnya pembakaran.
3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion
liner.
4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion
chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas
agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion
chamber.
7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran
terjadi.
4. Turbin Section.
Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik
yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya
total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan
sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.
Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
1. Turbin Rotor Case
2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine
wheel.
3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari
aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke
second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua
turbin wheel.
5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih
cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang
lebih besar.
5. Exhaust Section.
Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan
gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :
(1) Exhaust Frame Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust
diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian
didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas
panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini
digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada
exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah
untuk temperatur trip.
Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:
1. Starting Equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-
jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :
Diesel Engine, (PG –9001A/B)
Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
2. Coupling dan Accessory Gear. Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari
poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan,
yaitu:
1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin
rotor.
2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.
3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.
3. Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan
sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan
kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka
sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan
yang masih terdapat pada fuel gas.
4. Lube Oil System. Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu
pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama
turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system
terdiri dari:
Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
Oil Quantity
Pompa
Filter System
Valving System
Piping System
Instrumen untuk oil
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna
keperluan lubrikasi, yaitu:
Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada
gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga
listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa
diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. Cooling System.
Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk
mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama
dari cooling system adalah:
1. Off base Water Cooling Unit
2. Lube Oil Cooler
3. Main Cooling Water Pump
4. Temperatur Regulation Valve
5. Auxilary Water Pump
6. Low Cooling Water Pressure Swich
Maintenance Turbin Gas
Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti
kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi
maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena
keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah
pengoperasian yang salah.
Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor perasional dengan kondisi
yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi
daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan
yang aman dalam pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat
waktu untuk melakukan maintenance.
Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:
1. Preventive Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara
rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan
mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:
Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan
untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap
melakukan kegiatan.
Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan
pengoperasiannya.
2. Repair Maintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau
disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.
3. Predictive Maintenance. Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan
yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah
peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.
4. Corrective Maintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan
kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan
juga menambahkan material-material yang cocok.
5. Break Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan
atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.
6. Modification Maintenance. Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan
atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat
produksi dan kualitas pekerjaan.
7. Shut Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang