Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia

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

SKRIPSI

MOTOR BAKAR

RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR

LISTRIK UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA

PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA

OLEH

M U L I Y A D I

060421010

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

D E P A R T E M E N T E K N I K M E S I N

F A K U L T A S T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 0 9

SKRIPSI

MOTOR BAKAR

RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR

LISTRIK AC UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA

PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA

OLEH

M U L I Y A D I

060421010

Telah diperiksa dan diperbaiki dalam seminar periode ke 121 Tanggal 21 Februari 2009

Disetujui : Dosen pembimbing

NIP. 130517501 Ir. Isril Amir _

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

D E P A R T E M E N T E K N I K M E S I N

F A K U L T A S T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 0 9

SKRIPSI

MOTOR BAKAR

RANCANGAN MOTOR DIESEL PENGGERAK GENERATOR

LISTRIK AC UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK PADA

PT DOW AGROSCIENCES INDONESIA

OLEH

M U L I Y A D I

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 NIP. 130905356

Ir. Mulfi Hazwi, MSC

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

D E P A R T E M E N T E K N I K M E S I N

F A K U L T A S T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 0 9

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.

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.

2.12. 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 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.

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 4.12. 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.

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

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

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

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

C

B

D

A

V

1

V

3

V

2

V

P

Qh

Qc

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

Q

h

V

V

1

V

2

C

B

P

D

A

O

Gambar 2.2. P – V diagram siklus Otto

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

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 (500oC – 600oC) 1. Pembangkitan panas akibat akibat pembakaran manaikkan suhu dan tekanan gas.

1

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.

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

(a) (b) (c)

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-

Gambar 2.5. Komponen-komponen inti motor bakar

Injector

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

masih dalam posisi tertutup. Lalu pada saat langkah keempat (langkah buang) katup masuk akan tertutup dan katup buag akan terbuka dan membuang (melepaskan) gas-gas 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

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.

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, mula-mula 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 125-130 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 disediakan2

dimana :

Vth = Volume tangki penyimpanan bahan bakar (liter)

2

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

Vth = ---(2.7)

1iter KWH

x

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 dipakai3

dimana :

P = daya pompa bahan bakar (KW) Q = kapasitas pompa (liter/det)

= 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

Q . H P =

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 persamaan4

Dimana :

P = tekanan untuk mendorong gas buang

udara = kecepatan udara gas = kecepatan gas

:

Kecepatan udara dan kecepatan gas dapat dicari dengan5

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

L = P

( udara – gas)

---(2.11)

--- (2.12) P _

R.T

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 :

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

 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

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 0.5 0.38 Jarang beroperasi

5. Deep well pump 10 HP 10 8.00 Beroperasi sesuai dengan

kondisi level tangki

6. Pompa formulasi Tordon 3 2.25 Jarang beroperasi

7. Dryer 2.20 Beroperasi 24 jam

9. Compressor 601 50 HP 50 37.50 backup

10. 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 Beroperasi pada kondisi

tertentu

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 Beroperasi bila ada F/L _{yang memerlukan bahan} bakar (max 4 x seminggu)

18. Sump pump A 20 HP 20 15.00 Stand by 24 jam

19. Sump pump B 20 HP 20 15.00 Backup pompa A

20. Pompa unloading solar A 5 3.00

Beroperasi ketika

unloading solar dari tangki Pertamina max 4 x

sminggu selama 4 jam/unloading

21. Pompa unloading solar B 5 3.00 Backup pompa A

22. Melter Insecticide 18 KW x 2 37.00 beroperasi 24 jam

23. Big Fire pump 75.00 Stand by 24 jam (belum

pernah beroperasi)

24. Workshop 16.00 Beroperasi 24 jam

25. Jocky Fire pump 20 16.00 Stand by 24 jam

26. pompa sirkulasi Herbo

(Fristam) 8.50

Beroperasi ketika ada formulasi herbo

27. High shear Herbo formulasi 12.60 Beroperasi ketika ada

formulasi herbo

28. Pompa transfer air tanah 15 11.00 Tidak beroperasi (hanya

menggunakan gravitasi) 29. Pompa Formulasi Clincher 15 11.00 Beroperasi ketika ada

30. Pompa formulasi DMA 7.50 Beroperasi ketika ada formulasi DMA

31. Polipon Agitator 0.75 Beroperasi ketika ada

formulasi DMA

32. Monopump DMA 2.00 Beroperasi ketika ada

formulasi DMA

33. Pompa washing Herbo 5.00 Beroperasi ketika ada

formulasi herbo

34. Agitator Herbo 3 2.00 Beroperasi ketika ada

formulasi herbo 35. Blower Herbicide formulasi 15 11.00 Beroperasi ketika ada

formulasi herbo

36. Agitator Success 1.50 Beroperasi ketika ada

formulasi Success

37. Agitator Pluronic 0.75 Beroperasi ketika ada

formulasi Success

38. High shear veegum 4.00 Beroperasi ketika ada

formulasi Success

39. Agitator V-408 15 11.00 Belum pernah beroperasi

40. Monopump V-408 4.00 Belum pernah beroperasi

41. Pompa transfer dursban 0.75 0.50 Beroperasi ketika ada

filling Dursban

42. Pompa formulasi Dursban 7.5 5.00 Beroperasi ketika ada

formulasi Dursban

43. Pompa formulasi Insecto 5.5 4.00 Beroperasi ketika ada

formulasi Insecto

44. Pompa transfer Insecto 3.70 Beroperasi ketika ada

formulasi Insecto

45. New OBI 16.00 Beroperasi ketika ada

filling Dursban

46. Mesin cuci 5.00 24 jam

47. Wascator dryer 10.00 24 jam

48. Herbicide Filling mesin 10.00 Beroperasi ketika ada

filling Herbicida

49. Kantor Admin 13.00 Central AC beroperasi

hanya 8 jam/hari

50. Herbicida melter 18.00 24 jam

51. Insecticida filling 5.00 Beroperasi ketika ada

52. Insecticida exhaust fan 7.00 Beroperasi ketika ada _{filling/formulasi} Insektisida

53. water heater 5.00 Beroperasi ketika ada

pencucian tangki WBI

54. Panel laboratorium 5.00 24 jam

55. Mesin filling drum 3.00 Beroperasi ketika ada

filling produk ke drum

56. Portable pump 0.50 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.

4,200,000.00 4,400,000.00 4,600,000.00 4,800,000.00 5,000,000.00 5,200,000.00 5,400,000.00 5,600,000.00 5,800,000.00 Total Jumlah Liter Rencana Produksi 2007 2008 2009 2010 2011

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 :

x 100 %

Persentase Kenaikan = Jumlah Produksi tahun terakhir – Jumlah produksi 2008 Jumlah Produksi 2008

Persentase Kenaikan = 5.646.061,79 – 5.037.500,84 5.037.500,84 = 12 %

x 100 %

2007 2008 2009 2010 2011

Total 5,382,592.75 5,037,500.85 4,893,681.85 4,731,923.85 5,646,061.79

DMA Facility (DMA) 1,251,584.00 1,156,990.08 1,115,840.08 1,114,480.08 1,365,671.29

Oil Based Herbicide (Herbo) 1,906,818.00 1,706,268.00 1,618,084.00 1,463,916.00 1,561,577.00

Water Based Herbicide (Topstar) - - - -

-Water Based Herbicide (Tordon) 156,380.00 200,634.00 144,034.00 139,424.00 83,232.00

Water Based Insecticide (Success) 518,063.00 497,977.26 539,974.26 536,090.26 449,925.50

Oil Based Insecticide (Insecto) 588,467.00 561,679.00 561,797.00 564,061.00 1,166,911.00

Oil Based Insecticide (Dursban) 961,280.75 913,952.50 913,952.50 913,952.50 1,018,745.00

RENCANA PRODUKSI Tabel 3-3. Proyeksi Rencana Produksi selama 5 tahun

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 Ampere Daya Waktu Ampere Daya

8:00 275 144799.4475 21:00 300 157963

9:00 275 144799.4475 22:00 300 157963

10:00 270 142166.7303 23:00 295 155330.3

11:00 280 147432.1647 0:00 290 152697.6

12:00 290 152697.5992 1:00 290 152697.6

13:00 270 142166.7303 2:00 290 152697.6

14:00 275 144799.4475 3:00 295 155330.3

15:00 285 150064.882 4:00 295 155330.3

16:00 290 152697.5992 5:00 290 152697.6

17:00 285 150064.882 6:00 305 160595.8

18:00 295 155330.3164 7:00 305 160595.8

19:00 300 157963.0337 8:00 275 144799.4

Kondisi Pemakaian Listrik 130000.00 135000.00 140000.00 145000.00 150000.00 155000.00 160000.00 165000.00 8: 00 10: 00 12: 00 14: 00 16: 00 18: 00 20: 00 22: 00 0: 00 2: 00 4: 00 6: 00 8: 00 Waktu Wa tt Watt

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 = 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.

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.

Gambar 3.4. Sistem keterpasangan Motor Diesel sebagai Penggerak

PLN CUBICAL TRAFO LOAD

G

BAHAN BAKAR

MOTOR

DIESEL COUPLING GENERATOR

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

Dimana :

Ne = Output Motor (HP) W = Output Generator (KW)

cos = Faktor daya 3 phasa (0,8)

= 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 :

Maka besarnya Daya motor bakar yang dibutuhkan adalah7

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

: Ne = W . cos _{0,736 .} --- (3.1)

Kebutuhan Listrik = 160,465 + (160,465 KW x 12%) + (160,465 x 30%)

=

Putaran motor (n)8

maka untuk frekwensi 50 Hz dan kumlah pol sebanyak 4 buah, dapat ditentukan besarnya putaran motor yang diinginkan

Dimana :

n = Putaran motor (rpm) f = Frekwensi (Hz) p = Jumlah pol

Daya motor penggerak (Ne) = 227,86 KW . 0,8 0,736 . 0,8

= 310 KW 182,288 KW 0,588

= 420 HP

Putaran Motor (n) = f

p 120 x

Putaran Motor (n) = 50

4 120 x

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

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.

kg/m2, diambil = 5,7 kg/cm2

Efisiensi mekanik ( m) = 0,80

4.2. TORAK/PISTON

9

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

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

Langkah Torak (L)

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

D = Ne

0,00523 . Pe . Cm . i

420

0,00523 . 5,5 . 9,5 . 6 D =

D = 16,0 cm = 160 mm

Cm . 30 n L =

9,5 . 30 1500 L =

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 = 0,785 . (0,160)2 . 0,190

= 0,00381 m3 = 3,81 liter

Volume ruang bakar (Vc) = 1 +

Syarat (perbandingan kompresi) untuk motor diesel putaran tinggi adalah 12 – 1612, dipilih 16, maka :

= – 1

11

Ir Isril Amir, Catatan Motor Bakar, Universitas Sumatera Utara 12

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

4 D

2

. L Vd =

Vd Vc Vd Vc Vd Vc

= 16 – 1

Vc =

3,81 15

Tinggi Torak (H)

13

Maka,

H = 1,3 . D

H = 1,3 . 160 mm = 208 mm

Tinggi dari puncak torak hingga ring atas (h)

14

Maka,

h = 0,16 . D = 0,16 . 160 mm = 25,6 mm

Tebal piston crown (hcr)

Maka,

hcr = 0,17 . D

hcr = 0,17 . 160 mm

13

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

H D

= 1,16 ÷ 1,54 (Diambil 1,3) H

D

= 1,3

h D

= 0,14 ÷ 0,2 (Diambil 0,16) h

D

= 0,16

Hcr

hcr = 27,2 mm ~ 27 mm

Jarak antara dua lubang ring torak (hl)

hl = 0,05 . D

= 0,05 . 160 mm = 8 mm

Panjang dari sumbu piston pin sampai dasar piston (H1)

H1 = 0,40 . L

= 0,40 . 190 mm = 76 mm

Tinggi Piston Skirt (H2)

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

Diameter Luar pin (dex)

dex = 0,36 . D

hl

D

= 0,04 ÷ 0,065 (Diambil 0,05)

Hl

L

= 0,38 ÷ 0,50 (Diambil 0,40)

H2

L

= 0,62 ÷ 0,70 (Diambil 0,66)

dex

D

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

Jarak tengah-tengah antara pin (bb)

bb = 0,40 . 160 mm = 64 mm

Gambar 4.1. Piston bb

D

= 0,40

D

Piston dengan = ¼, piston skirt mengalami beban normal maksimum pada dinding peluncur sebesar15

Nmax = 0,1 . P

Dimana, P = :

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

PZ =

= 14067 kg

Nmax = 0,1 . 14067

= 1406,7 kg ~ 1406 kg

Tekanan samping spesifik maksimum (q) pada permukaan piston16

q =

= 7,01 kg/cm2

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

: q =

3) Perhitungan Piston

15

Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984 16

ibid

4 D

2

. Pz

3,14 4 16

2

. 70

Nmax

D . H2

1406,7 16 . 12,54

Gambar 4.2. Piston crown Keterangan :

a = Jarak titik berat ½ lingkaran ke titik pusat lingkaran, untuk crown a = b = Jarak titik berat ½ lingkaran ke titik pusat lingkaran,

b =

Dimana :

Di = Diameter piston crown barrel D = Diameter piston

D 2 3

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

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

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

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

Mb = pz pz Dengan menganggap D ~ Di

Didapat :

Mb = – pz

= – 70

= 11946,6 kg cm ~ 11946 kg cm

Moment tahanan (WZ) =

= = 19,4 cm3 b) Tegangan bending ( b)

PZ 2 D2 8 D3 12

D2 Di 8

D3 12

D2 Di 8

D3 24 163 24 .

her2 D

6 2,72 16 6

Mb

b =

=

= 615 kg/cm3

Harga batas tegangan bending untuk campuran aluminium b = 500 ÷ 900 kg/cm3,

maka crown dianggap memenuhi syarat

4) Perhitungan Piston Pin dex = 58 mm

rd = (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 = = 100 mm

a´ = = 36 mm

11946 19,4

din dex

136 + 64 mm 2

136 – 64 2

Gambar 4.3. Pin Piston a. Perhitungan Bending Stress

Momen bending maximum yang terjadi17

l = bb = 64 mm

Mmax = –

= 23913,9 kg cm

:

Mmax = –

Dimana : PZ = 14067 kg

L1 = 100 mm

17

Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984 100

bb = 64

Lpp = 136 a´ = 36

PZ

2

L1

2

l 4

14067 2

10 2

6,4 4

b. Tegangan Bending ( b)

b =

W =

=

= 17,3 cm3

b =

= 1382,3 kg/cm2

Tegangan bending yang diijinkan adalah b < 2300 kg/cm2, maka Tegangan bending

ini memenhi syarat.

c. Tegangan geser (Shearing stress)

sh =

f = luas irisan melintang piston pin f = (dex2 - din2)

= (5,82 cm - 3,242 cm) = 18,16 cm2

sh = = 387,3 kg/cm2

Tegangan geser yang diijinkan adalah ≤ 500 kg/cm 2 Berarti sh memenuhi syarat

Mmax

W 32

dex4 – din4 dex 3,14

32

5,84 – 3,244 5,8

23913,9 kg cm 17,3 cm3

PZ 2f 4 3,14 4 14067 2 . 18,16

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

b = 6 mm

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

Gambar 4.5. Cincin minyak (Oil control ring)

c. Tekanan rata-rata piston ring pada dinding silinder (Pm)18

Pm = 0,152 . E

3 Dimana :

E = Modulus elasticity = 7,2 x 105 kg/cm2

:

So = Perbedaan antara kelonggaran ruang piston dan clearance temperatur = (3,2 ÷ 4,0), diambil 3,5

= = 26,6 ~ 26

Pm = 0,152 . 720000 = 1,108 kg/cm2

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

So t D t

D t – 1

So t D t 160 6 3,5 25 25 – 1 3

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 ( i)

i = 0,39 . E

= 0,39 . 720000 = 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 t = 32 kg/mm2 Tegangan bending b = 52 kg/mm2

Kekerasan HB = 200 – 240 Ukuran silinder linier

h = 0,1 . D  0,1 . 160 = 16 mm So

t D t

D t – 1

3,5

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

t max = . pz

dimana :

Ri = Jari-jari dalam silinder = D/2 = 160/2 = 80 mm

Rc = Jari-jari luar silinder = = = 90 mm Jadi t max = . 70

= 597,06 kg/cm2

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 Di = 160 mm

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

Rc2 + Ri2

Rc2 – Ri2

D + 2t 2

160 + 2(10) 2 9,02 + 8,02

9,02 – 8,02 Dos

Tegangan tarik minimum pada external surface

t max = . pz

Untuk silinder linier dari cast iron, tegangan yang diijinkan adalah t = 500 ÷ 60019

a. Panjang batang penggerak (Lrod)

kg/cm2 , t 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

Lrod = R /

Dimana :

R (Crank radius) = L / 2

19

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

2 Ri2

Rc2 – Ri2

2 . 8,02 9,02 – 8,02

L = langkah torak = 190 mm, maka R = = 95 mm

= 0,25 ÷ 0,30, diambil 0,25

Lrod = = 380 mm

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)

= (0,0004 ÷ 0,0015) dex diambil = 0,001 dex

= 0,001 . 58 mm = 0,058 mm di = dex +

= 58 + 0,0058 = 58,058 mm d1 = di + 2 t1

= 58,058 + 2(4,46) = 66,978 mm 190 mm

2

95 mm 0,25

dend diambil 68 mm, dengan ketebalan setiap sisi 5 mm

a = bb – 4

= 64 – 4 = 60 mm

3. Ukuran tangkai batang penggerak

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

lebar pada bagian atas h = 28mm

lebar pada bagian bawah = 40 mm

tebal keseluruhan (b) =22 mm tebal profil I (t) = 8 mm

diambil dcp = 0,6 . D

= 0,6 . 160 = 96 mm

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

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%.

ui = 115 kg/mm2

Gbr . 4.10.

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 engko l (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

R = = = 85 mm

Jadi,

panjangpipiengkol (ppe) = 85 + ½ (96 + 120)

= 193 mm L

2

190 2

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 = D2end – dex2 a .

= berat jenis batang torak = 7,8 kgf/cm3 G1 = 0,872 – 0,582 0,60 . 7,8

4 4

= 0,64 kg

mencari berat batang (G2) :

luas penampang rata-rata =

= = 4,96 cm2

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) :

G3 = Do2 – dcp2 Lcp . 7,8

= 1,292 – 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 ) = . dep2 . Lcp

= 0,785 . 0,962 . 0,57 . 7,8 = 3,2 kg

Berat pipi engko l (Gp) = 2 tpe. bpe . ppe

dimana tpe = 40 mm

luas small end (Amin) + big end (Amax)

2 4,48 + 5,44

2

4 4

4 4

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) =

Dimana :

V = volume bobot kontra

= = = 3,37 cm3

F = = = 4,2 cm3

F = b1 . 1,6

= = = 2,6 cm3

= 26 cm = 260 mm

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

V 2t

G 26,32

7,8 V 2tpe 3,37 2 (0,40) F b1 4,2 1,6 1,6 5,2 3,4 1

2 3 4 5

Gambar 4.11. Pena Engkol (Crank shaft)

t = 40

d

mj

=

120 Ø

dc

p =

96 Ø

Lmj = 60 Ø Lmj = 60 Ø

Lcp = 57,6 Ø

S

=

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 = =

= 525 HP n = putaran motor = 1500 RPM

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

E = di mana:

E = A = tenaga yang dapat disimpan (tenaga sisa)

e = constante for exsess energy = 0,95

D = garis tengah roda dalam, diambil D = 300 mm dporos = 85 mm

Luas penampang roda penerus : BHP

m

420 HP 0,80

33000 . ihp . e n

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 = liter/jam

Temperatur air pendingin masuk mesin ( tin) tin = tout – t

Temperatur air keluar mesin (tout ) 90 ÷ 95°C  diambil tout = 90 °C

Penurunan temperatur dalam mesin ( t ) = (26° + 32° ) °C  diambil 30 °C tin = 90° – 30° = 60°C

C =

= 3947 liter/jam Qcool t

236829,8 60

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 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 ( ) = 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 engko l (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

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

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

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