Rancangan Turbocarjer Pada Kendaraan Truk Pengangkut

SKRIPSI

MOTOR BAKAR

RANCANGAN TURBOCARJER
PADA KENDARAAN TRUK PENGANGKUT
DAYA 140 PS PUTARAN MESIN 3000 RPM

Oleh :

JHON DELMAIER S
NIM : 050421020

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2009

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan baik.
Adapun tugas sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada

jenjang pendidikan sarjana (S-1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Sarjana ini merupakan bagian dari mata kuliah “Motor Bakar”
yaitu dengan judul “RANCANGAN TURBOCARJER PADA KENDARAAN
TRUK PENGANGKUT”. Dalam hal ini, Daya motor diesel adalah 140 PS
putaran 300 rpm.
Dalam menyelesaikan tugas sarjana ini penulis telah mencoba
semaksimal mungkin guna tersusunnya tugas sarjana ini. Namun penulis masih
menyadari bahwa tulisan ini tidak terlepas dari kekurangan-kekurangan baik
dalam penulisan maupun penyajian tugas sarjana ini. Untuk itu segala kerendahan
hati penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat
membangun demi kesempurnaan tugas sarjana ini.
Dengan terselesainya tugas sarjana ini, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terimakasih kepada :
1. Orangtua Saya (M. br. Silitonga) dan seluruh keluarga tercinta yang telah
memberikan dukungan baik doa, moril, dan spiritual.
2. Bapak Ir. Isril Amir selaku dosen pembimbing tugas sarjana yang telah
meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas
sarjana ini.

Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST, MT, selaku sekretaris Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pengajar dan pegawai dilingkungan Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
6. Sahabat-sahabatku (Berthon Siregar,ST, Albert Damanik, Daulat Purba,
Maralim Lubis) yang telah memberikan dukungan dalam menyelesaikan
tulisan ini.
7. Teristimewa buat Adik tercinta Murni br. Purba, A.Md. yang telah banyak
memberikan dukungan doa, semangat dan perhatiannya dari awal hingga
penyelesaian tugas sarjana ini.
Akhir kata penulis mengharapkan, semoga tugas sarjana ini bermanfaat
bagi kita semua.

Medan, Desember 2009

Jhon Delmaier S

Nim. 050421020

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS
KARTU BIMBINGAN
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
DAFTAR ISI ....................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... ..... vii
DAFTAR NOTASI........................................................................................ ..... viii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... ... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................... ... 1
1.2 Tujuan penulisan ................................................................................ ... 2
1.3 Manfaat Penulisan .............................................................................. ... 2
1.4 Batasan masalah ................................................................................. ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ........................................................................ ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA5
2.1 Motor bakar diesel ........................................................................... ... 5

2.2 Turbocarjer ..................................................................................... ... 7
2.2.1.Pengertian Turbocarjer ........................................................... ... 7
2.2.2.Mamfaat Pemakaian turbocarjer .............................................. ... 8
2.2.3.Klasifikasi turbocarjer ............................................................. ... 10
2.2.3.1 Turbocarjer Sistem Pulsa ............................................ ... 10
2.2.3.2 Turbocarjer Sistem Tekanan Konstan ........................ ... 11
2.2.3.3 Turbocarjer konventer-Pulsa ....................................... ... 12
2.2.4 Bagian-bagian utama Turbocarjer ........................................... ... 12

Universitas Sumatera Utara

2.2.4.1 Turbin ......................................................................... ... 14
2.2.4.2 Kompresor .................................................................. ... 17
2.3 Siklus Termodinamika Motor Diesel dengan Turbocarjer .................... 21
2.4 Perbandingan Siklus Termodinamika Motor diesel dengan
Turbocarjer dan Tanpa Turbocarjer...................................................... 24
2.5 Batasan Turbocarjer pada motor diesel ............................................... 25
BAB III ANALISA TEMODINAMIKA ...................................................... 27
3.1 Idealisasi dari Analisa Termodinamika ............................................... 27
3.2 Penetapan Siklus Termodinamika ....................................................... 28

3.3 Bahan Bakar ..................................................................................... 29
3.4 Faktor kelebihan udara ........................................................................ 30
3.5 Perbandingan Bahan Bakar dengan Udara(F/A) ................................... 31
3.6 Pemilihan perbandingan kompresi ....................................................... 33
3.7 Perhitungan Termodinamika ................................................................ 34
3.7.1 Kondisi udara luar ...................................................................... 35
3.7.2 Temperatur Udara pada Kompresor ........................................ ... 35
3.8 Perhitungan Termodinamika Turbin dan Kompresor............................ 48
3.8.1 Rasio Kompresi Kompresor dan Rasio ekspansi Turbin
Turbocarjer ................................................................................ 50
3.8.2 Jumlah mol total hasil pembakaran(Mg)......................................
3.8.3 Daya turbin ................................................................................ 57
3.8.4 Jumlah massa aliran udara masuk kompresor ............................ 58
3.8.5 Daya kompresor ......................................................................... 59
3.8.7 Putaran turbin dan kompresor ..................................................... 60

Universitas Sumatera Utara

BAB IV PERHITUNGAN TURBOCARJER
4.1 Perencanaan turbin ........................................................................ ..... 62

4.1.1 Temperatur dan tekanaan keluar nosel ................................... ... 64
4.1.2 Perhitungan segitiga kecepatan ............................................... ... 67
4.1.3 Luas nosel turbin ................................................................... ... 70
4.1.4 Perhitungan dimensi turbin .................................................... ... 71
4.2 Perencanaan Kompresor ..................................................................... 76
4.2.1 Kenaikan temperatur proses sebenarnya .................................... 77
4.2.2 Kondisi udara masuk dan keluar kompresor ............................... 77
4.2.3 Kerja Spesifik ............................................................................ 79
4.2.4 Tinggi tekanan Kompresor ........................................................ 80
4.2.5 kecepetan udara masuk Kompresor ........................................... 80
4.2.6 Volume aliran masuk kompresor sentrifugal............................... 81
4.2.7 Perhitungan dimensi kompresor ................................................ 82
4.2.8 Segitiga kecepatan pada kompresor ........................................... 86
4.2.9 Perencanaan sudu ...................................................................... 89

BAB V KESIMPULAN ...................................................................................... 92
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Skema instalasi sederhana turbocarjer ........................................ ... 8

Gambar 2.2

Turbocarjer sistem pulsa ............................................................ ... 10

Gambar 2.3

Turbocarjer sistem tekanan konstan ........................................... ... 11

Gambar 2.4

Turbocarjer system konventer-pulsa ........................................... ... 12

Gambar 2.5

Bagian-bagian assembling turbocarjer ........................................ ... 13

Gambar 2.6

Turbin gas radial aliran kantilever .............................................. ... 15

Gambar 2.7

Susunan dan diagram kecepatan
dari turbin radial tipe kantilever ................................................ ... 16

Gambar 2.8

Turbin gas aliran masuk campur ................................................ ... 16

Gambar 2.9

Susunan dan diagram segitiga kecepatan dari turbin radial ......... ... 17

Gambar 2.10 Kompresor tipe v ....................................................................... ... 18
Gambar 2.11 Kompresor rotary....................................................................... ... 19
Gambar 2.12 Kompresor Aksial ...................................................................... ... 20
Gambar 2.13 Kompresor Sentrifugal ............................................................... ... 21
Gambar 2.14 Siklus ideal tekanan terbatas ...................................................... ... 22
Gambar 2.15 Siklus ideal tekanan terbatas pada mesin diesel .......................... ... 23
Gambar 2.16 Perbandingan mesin diesel dengan dan tanpa turbocarjer ........... ... 25
Gambar 3.1.

Diagram p-v siklus dual ............................................................ ... 28

Gambar 3.2

Diagram p-v ideal untuk siklus dual
dengan memakai turbocarjer ...................................................... ... 34

Gambar 3.3

Diagram P-V dan diagram T-s turbin dan kompresor ................. ... 49

Gambar 3.4

Faktor kompresi dan ekspansi adiabatik ..................................... ... 43

Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.5

Operasi turbocarjer pada keadaan tunak ..................................... ... 60

Gambar 4.1

Diagram h-s untuk turbin radial aliran masuk ............................. ... 63

Gambar 4.2

Segitiga kecepatan masuk .......................................................... ... 67

Gambar 4.3

Segitiga kecepatan keluar ........................................................... ... 69

Gambar 4.4

Segitiga kecepatan keluar ........................................................... ... 72

Gambar 4.5

Diagram h-s untuk kompresor .................................................... ... 78

Gambar 4.6

Diagram Cordier ........................................................................ ... 85

Gambar 4.7

Segitiga kecepatan masuk kompresor ......................................... ... 86

Gambar 4.8

Segitiga kecepatan keluar kompresor ......................................... ... 89

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Notasi

Arti

Satuan

A

Luas

AF

Perbandingan udara dengan bahan bakar ................

kgudara/kgb

b1

Lebar sisi masuk impeller kompresor .....................

m

b2

Lebar sisi kelur kompresor .....................................

m

C

Kecepatan absolute ................................................

m/s

Cb

Faktor beban lentur

Cm2

Kecepatan relative masuk ......................................

m/s

C0

kecepatan pancar(spouting velocity) ......................

m/s

Cpa

Kalor spesifik udara ...............................................

kJ/kgK

Cpe

kalor spesifik gas ..................................................

kJ/kgK

c

Panjang chord ........................................................

m

cs

Kecepatan udara masuk kompresor ........................

m/s

DN

Diameter hubungan kompresor ..............................

m

Dp

Diameter poros ......................................................

m

Ds

Diameter mata impeller ..........................................

m

F

Konsumsi bahan baker spesifik ..............................

kg/jam

FA

Perbandingan bahan bakar udara ............................

kgb.b/kg u

Fh

Konsumsi bahan bakar tiap jamnya ........................

kg/hr

Fi

Konsumsi bahanbakar indicator .............................

kg/hp-hr

fc

Faktor koreksi

...................................................................

m2

bakar

Universitas Sumatera Utara

m/s2

g

Gravitasi ................................................................

H

Tinggi tekanan kompressor ....................................

h

Enthalpi .................................................................

kJ/kg

KT

Faktor koreksi momen puntir .................................

-

L

Panjang langkah.....................................................

m

LHV

Nilai kalor pembakaran langkah .............................

kJ/kg

L’

Jumlah udara aktual yang dibutuhkan ....................

kg/m3

M

Bilangan much number ..........................................

-

Mg

Mole gas hasil pembakaran ....................................

mole/kg

Mp

Momen puntir ........................................................

kg.mm

Ma

Berat molekul udara ...............................................

kg/mole

Meg

Laju aliran gas masuk turbin ..................................

kg/s

mK

Laju aliran udara melalui kompresor ......................

kg/s

N

Putaran .................................................................

rpm

Nb

Daya efektif ...........................................................

hp

Ni

Daya indikator ......................................................

hp

P

Tekanan ................................................................

Pa

Pd

Daya perencanaan .................................................

kW

qin

Kalor masuk persatuan massa ................................

kJ/kg

r

jari-jari ..................................................................

m

Sy

Kekuatan tarik bahan ............................................

MPa

Sf

faktor keamanan ....................................................

-

Sf1

faktor keamanan akibat kelelahan puntir ................

-

Sf1

faktor keamanan akibat kelelahan puntir ................

-

m.kol.udara

Universitas Sumatera Utara

Sf1

faktor keamanan akibat kelelahan puntir ................

-

Sf2

faktor alur pasak ....................................................

-

T

Temperatur ...........................................................

K

TMA

Titik Mati Atas .....................................................

m

TMB

Titik Mati Bawah ..................................................

m

U

Energi dalam..........................................................

kJ/kg

u

Kecepatan tangensial ............................................

m/s

V

Voleume ...............................................................

m3

vs

Kapasitas isap .......................................................

m3/s

W

Kerja Total ............................................................

kJ

WT

Daya turbin ...........................................................

hp

WK

Daya kompresor ....................................................

hp

w

kecepatan relative masuk ......................................

m/s

Y

Kerja spesifik ........................................................

kJ/kg

Z

Jumlah sudu ...........................................................

buah

z

Fungsi dari sudu chamber dan thickness ................

derajat

chord ratio ............................................................

buah

Sudu aliran masuk turbin .......................................

derajat

Sudut sudu pada sisi masuk kompresor .................

derajat

Sudut sudu pada aliran keluar pada turbin .............

derajat

Sudut sudu pada sisi keluar kompresor ..................

derajat

Sudut sudu pada sisi masuk root pada turbin .........

derajat

Sudut sudu pada sisi keluar root pada turbin...........

derajat

α2
β1

β3

β2

β 2r
β 3r

Universitas Sumatera Utara

γa

Eksponen udara .....................................................

-

γe

Eksponen gas .........................................................

-

Koefisien gas hasil pembakaran .............................

-

Faktor diagram.......................................................

-

Koefisien kecepatan ...............................................

-

Koefisien pembebanan sudu ...................................

-

Perbandingan tekanan ...........................................

-

Koefisen kehilangan nosel ....................................

-

Faktor slip ..............................................................

-

Tegangan tarik sentrifugal......................................

kg/m2

Tegangan maksimum yang diizinkan .....................

kg/m2

Tegangan lengkung ................................................

kg/m2

Tegangan maksimum yang terjadi ..........................

kg/m2

τg

Tegangan geser masksimum yang terjadi ...............

kg/m2

τg

Tegangan geser yang diizinkan ..............................

kg/m2

γr

φ

Φ

ψ

λ

λN

σ

σ ct

σd

(σ d )maks

σ'

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN

1. 1. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sangat berpengaruh
terhadap hasil-hasil industri dalam bidang teknologi. Hal ini sangat terlihat jelas
misalnya dalam bidang transportasi dimana hasil-hasil industri dalam bidang alat
transportasi mengalami perkembangan dari waktu ke waktu.
Disisi lain, perkembangan teknologi tersebut dapat juga menimbulkan
masalah bagi lingkungan hidup, yaitu pencemaran ataupun polusi seperti yang
terjadi di negeri kita ini. Oleh karena itu, pemerintah Indonesia membuat suatu
kebijakan seperti yang tertuang dalam strategi produksi bersih, dimana hasil setiap
industri dan juga teknologi haruslah akrab dengan lingkungan serta pemakaian
atau konsumsi energi yang sehemat mungkin.
Sehingga, dengan sendirinya hal ini menjadi tantangan tersendiri bagi
dunia industri dan juga para insinyur untuk terus berupaya memberi inovasi
menciptakan kendaraan-kendaraan yang rendah polusi, hemat bahan bakar serta
mempunyai, performa yang tinggi. Untuk mencapai tujuan tersebut banyak cara
yang ditempuh oleh perancang otomotif dan juga para insinyur, salah satunya
diantaranya dengan pemakaian turbocarjer.

Dimana turbocarjer merupakan

mekanisme untuk mensuplai udara dengan kerapatan yang melebihi kerapatan
udara atmosfer (1,225 kg/m3) kedalam silinder untuk ditekan pada langkah
kompresi sehingga daya motor akan meningkat, selain daya yang meningkat,
turbocarjer juga menurunkan tingkat polusi udara hal ini dikarenakan pembakaran

Universitas Sumatera Utara

bahan bakar dengan udara terjadi dengan sempurna, dan juga dengan turbocarjer
pemakaian baan bakar spesifik dapat dikurangi.
Dengan meningkatnya performasi mesin, tingkat polusi udara dapat
berkurang dan juga pemakaian bahan bakar spesifik yang lebih hemat sehingga
penggunaan turbocarjer ini dapat dikembangkan untuk digunakan dalam mesinmesin dan juga terutama kendaraan.

Dengan pertimbangan tersebut penulis

tertarik untuk merencanakan turbocarjer yang digunakan untuk mesin diesel
kendaraan truk.

1. 2. Tujuan
Tujuan dari perancangan ini adalah untuk merencanakan turbocarjer pada
kendaraan truk dengan daya 140 PS pada putaran 3000 rpm dan untuk mengetahui
perhitungan dimensi-dimensi turbocarjer yang meliputi turbin dan kompresor.

1. 3. Manfaat
Perancagan ini diharapkan juga bermamfaat untuk pengembangan mesin
diesel yang manggunakan alat turbocarjer serta berguna sebagai referensi bagi
kalangan

dunia

pendidikan

yang

berkeiginan

melakukan

riset

dalam

pengembangan performansi motor diesel.

Universitas Sumatera Utara

1. 4. Batasan Masalah
Dalam penulisan perancangan turbocarjer pada mesin diesel begitu luas
dalam pembahasanya,maka dalam penulisan tugas sarjana ini dibatasi sebagai
berikut:
-Analisa thermodinamika
-Perancangan turbocarjer
-Gambar teknik

1. 5. Sistematika Penulisan
•

Bab I Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang permasalahan tujuan dan mamfaat yang
hendak dicapai, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

•

Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai
termodinamika dan turbocarjer.

•

Bab III Analisa Termodinamika
Bab ini berisikan Perhitungan termodinamika

mesin diesel yang

menggunakan turbocarjer.
•

Bab IV Perancangan turbocarjer
Bab ini berisikan

berisikan perhitungan-perhitungan perancangan

turbocarjer.
•

Bab V Kesimpulan
Bab ini sebagai penutup besisikan kesimpulan yang diperoleh dari
perhitungan-perhitungan perancangan turbocarjer.

Universitas Sumatera Utara

•

Daftar pustaka
Berisikan literatur-literatur yang digunakan dalam penulisan skripsi ini.

•

Lampiran
Lampiran berisikan tabel-tabel yang membantu penulis dalam penyusunan
skripsi ini.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2. 1.

Motor Bakar Diesel
Motor bakar diesel adalah motor bakar yang berbeda dengan motor bensin,

proses penyalaanya bukan dengan nyala api listrik melainkan penyalaan bahan
bakar berlangsung secara spontan akibat temperatur dan tekanan ruang bakarnya
yang cukup tinggi.
Pada langkah isap hanya udara segar saja yang masuk ke dalam silinder
pada waktu piston hampir mencapai “Titik mati atas”

(TMA) bahan bakar

disemprotkan ke dalam ruang bakar. Karena temperatur dan tekanan ruang bakar
pada saat itu sangat tinggi, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendiri.
Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan perbandingan kompresi
yang cukup tinggi, berkisar antara 12 sampai 25. Perbandingan kompresi yang
rendah pada umumnya digunakan pada motor diesel berukuran besar dan putaran
rendah. Perbandingan kompresi yang tinggi banyak dipakai pada motor diesel
berputaran tinggi dan berukuran kecil. Perancang cenderung mempergunakan
perbandingan kompresi yang serendah-rendahnya bedasarkan pertimbangan
kekuatan material serta berat mesinya. Oleh karena itu, pada umumnya motor
diesel bekerja dengan perbandingan kompresi antara 14-17 (lit.1, hal. 189).
Daya yang dihasilkan motor diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar
didalam ruang bakar. Semakin banyak bahan bakar yang dapat dibakar, makin
besar daya yang dapat dihasilkan.

Hal ini dapat terjadi bila tersedia udara

secukupnya, biasanya dengan faktor kelebihan udara (excess air) yang lebih besar.

Universitas Sumatera Utara

Itu berarti bawah daya mesin dibatasi oleh kemampuaan mesin tersebut mengisap
udara yang diperlukan untuk pembakaran.
Namum demikian pada mesin empat langkah terdapat himpitan katup
(valve overlap) yaitu waktu selama kedua katup isap dan buang ada dalam
keadaan sama-sama terbuka, sehingga sebahagian dari udara segar jaga keluar
dari dalam silinder. Hal ini merupakan kerugian yang tak dapat dihindari. Jadi,
udara yang dimasukkan ke dalam silinder tidak semuanya dipergunakan untuk
pembakaran.
Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi
isapannya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isap, maka hal
ini merupakan sesuatu yang ideal.

Namun, hal tersebut tidak terjadi dalam

keadaan sebenarnya (aktual). Perbandingan antara jumlah udara terisap terhadap
jumlah udara yang terisap dalam satu langkah torak (keadaan ideal), dinamakan
“efisiensi volumetrik” ηv, yang didefinisikan dalam persamaan dibawah ini:
ηv

=

Berat udara segar terisap (p, T)
Berat udara segar sebanyak volume langkah torak (p, T)

Besarnya efisiensi volumetrik tergantung pada kondisi isap (p,T) yang
ditetapkan. Misalnya, jika dipakai saringan udara pada saluran masuk ηv dengan
manetapkan (p,T) sebelum saringan. Akan tetapi dalam pengujian prestasi mesin
biasanya tidak dipergunakan saringan udara sehingga kekeliruan tersebut dapat
dihindari. Oleh karena itu maka kondisi (p,T) ditetapkan sebagai kondisi udara
atmosfer.
Efisiensi volumetrik merupakan fungsi dari kecepatan udara yang terisap,
dimana ηv maksimum terjadi pada suatu putaran poros tertentu. Demikian juga ηv

Universitas Sumatera Utara

merupakan fungsi dari faktor kelebihan udara, yaitu bahwa ηv turun dengan
turunnya kecepatan udara.

2. 2. Turbocarjer

2. 2. 1. Pengertian Turbocarjer
Turbocarjer merupakan mekanisme untuk mensuplai udara dengan
kerapatan yang melebihi kerapatan udara atmosfer (1,225 kg/m3) ke dalam
silinder untuk ditekan pada langkah kompresi, sehingga daya motor akan
meningkat. Turbocarjer pemakaiannya sangat efisien dimana energi yang
digunakan untuk menggerakkan kompressor untuk menghisap udara masuk ruang
bakar adalah berasal dari energi gas buang yang digunakan untuk menggerakkan
turbin.
Salah satu tujuan turbocajer adalah untuk meningkatkan kerapatan udara
yang akan dimasukkan ke dalam silinder mesin, dengan meningkatnya kerapatan
udara sehingga akan lebih banyak bahan bakar yang terbakar, yang menyebabkan
meningkatnya daya keluaran dari mesin yang diberikan volume langkah dari
silinder. Karena banyak bahan bakar yang digunakan untuk mencapai peningkatan
daya maka efisiensi siklus mesin tidak berubah.

Universitas Sumatera Utara

Adapun skema instalasi sederhana turbocarjer adalah sebagai berikut :

Gambar 2.1 Skema sederhana instalasi turbocarjer

2. 2. 2. Manfaat Pemakaian Turbocarjer
Adapun manfaat utama pemakaian turbocarjer pada motor diesel adalah
sebagai berikut :
a. Memperbesar daya motor
b. Dengan turbocarjer dapat bekerja lebih efisien, karena pemakaian bahan
bakar spesifiknya lebih rendah.
c. Dengan memakai turbocarjer maka proses pembakaran udara dan bahan
bakar akan berjalan dengan sempurna sehingga emisi gas buang juga
dapat dikurangi.
d. Mesin menjadi lebih kompak lagi pula ringan, maksudnya dengan
memakai turbocarjer maka dapat mengurangi bebannya mesin itu
sendiri.

Universitas Sumatera Utara

Pada mesin penyalaan bunga api (spark ignition engine) yang memakai
turbocarjer, pemakaian bahan bakar spesifik biasanya menjadi lebih besar. Hal ini
disebabkan, terutama karena perbandingan kompresinya harus diperkecil untuk
mencegah detonasi, juga karena banyaknya bahan bakar keluar dari dalam silinder
sebelum digunakan.
Pemakaian turbocarjer pada mesin penyalaan bunga api ini haruslah
mencakup unsur kompromi antara efisiensi dan kebutuhan, misalnya pada mesin
pesawat dan mobil balap. Pada mesin pesawat terbang, turbocarjer digunakan
untuk memperoleh daya yang sebesar-besarnya pada waktu tinggal landas dan
untuk mengatasi kekurangan kerapatan udara pada ketinggian yang lebih tinggi.
Persoalan denotasi dapat diatasi dengan menggunakan bahan bakar dengan
mempunyai nilai oktan yang lebih tinggi.

Pada mobil balap yang lebih

mementingkan daya daripada efisiensi, banyak memakai turbocarjer.
Pada motor diesel dengan turbocarjer dapat bekerja dengan efisien,
pemakaian bahan bakar spesifik lebih rendah, khusunya pada unit lebih murah
harganya. Keuntungan lain yang diperoleh dari motor diesel dengan turbocarjer
adalah

untuk

mempersingkat

periode

persiapan

karakteristik pembakaran menjadi lebih baik.

pembakaran

sehingga

Disamping itu terbuka

kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan bilangan sentana yang
lebih rendah. Karena turbocarjer dapat memasukkan udara lebih banyak, dapat
diharapkan pembakaran menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih.

Universitas Sumatera Utara

2. 2. 3. Klasifikasi Turbocarjer
Biasanya metode pengoperasian turbocarjer yang dipergunakan untuk
memanfaatkan energi yang berguna pada gas buang ada tiga metode yaitu :
a. Turbocarjer sistem pulsa (pulse system).
b. Turbocarjer sistem tekanan konstan (constant pressure system).
c. Turbocarjer sistem konverter-pulsa (pulse-converter system).

2. 2. 3. 1. Turbocarjer sistem pulsa (pulse system).
Turbocarjer sistem

pulsa adalah bertujuan untuk mengurangi energi

kinetik di dalam proses pembuangan gas buang (Blow down) untuk menggerakkan
turbin turbocarjer, secara idealnya tidak ada terjadi peningkatan tekanan gas
buang. Untuk mencapai tujuan tersebut saluran gas buang yang segaris haruslah
lebih kecil.

Gambar 2.2. Turbocarjer sistem pulsa (pulse system).
Keuntungan memakai turbocarjer dengan sistem pulsa ini adalah :
a. Sebagian besar energi gas buang dapat digunakan langsung.
b.

Menghasilkan percepatan putaran mesin yang responsif

d. Turbocarjer sistem tekanan konstan (constant pressure system).
e. Turbocarjer sistem konverter-pulsa (pulse-converter system).

Universitas Sumatera Utara

2. 2. 3. 2. Turbocarjer Sistem Tekanan Konstan
Pada sistem tekanan konstan ini adalah bertujuan untuk menjaga atau
memelihara agar tekanan gas buang pada motor bakar dalam keadaan konstan dan
tekanan yang dihasilkan lebih besar dari tekanan atmosfer sehingga turbin
turbocarjer dapat beroperasi secara maksimum. Tujuan pembuangan gas buang
yang besar dan lebar adalah untuk menyerap tekanan yang tidak konstan dan oleh
energi kinetik didalam saluran gas buang harus dihilangkan .

Gambar 2.2 Turbocarjer sistim tekanan konstan
Keuntungan memakai turbocarjer pada metode sistem tekan adalah :
a. Sangat efisien dan konsumsi bahan bakar yang ekonomis pada
perbandingan tekanan kompresor .
b. Efisiensi turbin tinggi selama aliran tetap ( steady flow).
Kerugian memakai turbocarjer pada metode tekanan konstan adalah:
a. Tidak semua gas buang dimamfaatkan untuk menggerakkan turbin.
b. Membutuhkan Saluran gas buang yang besar.
c. Asselerasi turbocarjar yang rendah.
d. Performasi yang rendah pada putaran rendah dan berbeban.

Universitas Sumatera Utara

2. 2. 3. 3. Tubocarjer sistem Konventer- fulsa (pulse-konventer system)
Pada turbocarjer konventer-fulsa ini bertujuan mengubah energi kinetik di
dalam proses pembuangan menjadi peningkatan tekanan pada tubin dengan
membuat satu atau lebih diffuser.

Gambar 2.4 Turbocarjar sitem Konventer-pulsa (pulse- konventer system)

Keuntungan memakai turbocarjar sistem konventer-pulsa ini adalah
performasi mesin yang tinggi, sedangkan kerugianya adalah performansi yang
rendah pada putaran yang rendah dan tinggi dan hanya untuk mesin dengan
jumlah silinder tertentu (empat, delapan, dan enan belas).

2. 2. 4. Bagian- bagian Utama Turbocajer
Bagian utama turbocarjer terdiri dari sebuah turbin gas dan sebuah
konpresor. Gambar 2.5 ini merupakan gambar dari assembling turbocarjer yang
telah dilepas bagian-bagiannya.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5 bagian bagian assembling tubocarjer

Keterangan gambar :
1. Clamp

18. Exhaust Stud

2. Hose (waste gate pressure bleed)

19. Waste gate housing

3. Fitting

20. Bearing housing

4. Clip (waste gate lever)

21. Nut (Turbine Shaft)

5. Rod (waste gate)

22. Compressor

6. Adjusting nut

23. Turbine shaft

7. Nut

24. Piston ring seal

8. Control Diaphragm (waste gate)

25. Heat shield

9. Bolt

26. Bolt

Universitas Sumatera Utara

10. Bracket (waste gate control diaphragm)

27. Compressor housing

backing
11. Locking plate (compressor housing)

28. O-ring

12. Compressor housing

29. Piston ring seal

13. O-ring

30. Thrust Collar

14. Bolt

31. Thrust bearing

15. Locking plate (turbine housing)

32. Snap ring

16. Clamp plate (turbine housing)

33. Journal bearing

17. Turbine housing

34. Oil drain gasket

2. 2. 4. 1. Turbin
Turbin turbocarjer digerakkan oleh energi berguna yang dikandung oleh gas
buang. Aliran gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar dari dalam ruang
bakar mengerakkan sudu-sudu turbin, diserap energinya dan diubah menjadi
bentuk energi mekanis ini merupakan daya poros pada turbin yang digunakan
untuk menggerakkan kompresor.
Berdasarkan aliran fluida, ada dua tipe turbin yang digunakan pada
turbocarjer, yaitu aliran radial aliran masuk dan turbin gas aliran aksial. Turbin
aliran radial aliran masuk banyak dipakai pada ukuran kecil, di dalam bidang
transportasi pada motor bensin dan diesel yang menggunakan turbocarjer, di
bidang penerbangan digunakan pada unit helikopter yang berguna pada start awal.
Keuntungan utama turbin gas radial aliran masuk adalah kerja yang dihasilkan
oleh sebuah tingkat tunggal turbin adalah sama dengan dua atau lebih dalam
turbin gas aksial, hal ini disebabkan turbin gas radial aliran masuk mempunyai
putaran yang lebih tinggi dibandingkan dengan turbin aksial, karena daya yang

Universitas Sumatera Utara

dihasilkan adalah sebuah fungsi kuadrat dari putaran (P~u2) sehingga kerja lebih
besar dibanding turbin aksial tingkat tunggal.
Turbin

gas

radial

aliran

masuk

mempunyai

keuntungan

lainnya

harga/biayanya lebih rendah dibandingkan turbin gas aksial, hal tersebutlah yang
menjadi dasar pemilihan utama turbin gas radial aliran masuk untuk turbocarjer
motor diesel.
Ada dua jenis turbin gas radial aliran masuk menurut konstruksi sudu, yaitu :
a. Turbin gas radial aliran masuk kantilever (cantilever radial inflow turbine)
b. Turbin gas radial aliran masuk campur (mixed flow radial inflow turbine)
Turbin gas radial aliran masuk kantilever tidak menggunakan sudut aliran
masuk secara radial, pada jenis turbin kantilever ini tidak terjadi percepatan
melalui motor. Jenis kantilever jarang digunakan karena efisiensinya rendah dan
juga proses pembuatannya yang sulit.

Gambar 2.6 Turbin gas radial aliran masuk kantilever

Universitas Sumatera Utara

Berikut ini adalah konstruksi dan segitiga kecepatan turbin gas radial
aliran masuk kantilever

Gambar 2.7 Diagram segitiga kecepatan turbin radial aliran masuk kantilever

Gambar 2.8 Turbin gas radial aliran masuk campur

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

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.9 Diagram segitiga kecepatan turbin gas radial aliran masuk
campur

2. 2. 4. 2. Kompresor
Kompresor pada turbocarjer berfungsi untuk memampatkan udara dari
udara atmosfir, sehingga udara yang dihasilkan merupakan udara yang
bertekanan. Tekanan udara yang dihasilkan sesuai dengan kemampuan kompresor
itu sendiri. Kompresor dapat diklasifikasikan atas dua tipe, yaitu dynamic dan
positive displacement.
a. Kompresor Positif (positive displacement)
Kompresor ini tersedia dengan dua jenis reciprocating dan putar / rotary
1. Kompresor Reciprocating
Kompresor reciprocating adalah kompresor yang menghasilkan udara
bertekanan akibat adanya gerak naik turun piston dalam silinder.

Universitas Sumatera Utara

Kompresor reciprocating tersedia dalam barbagai konfigurasi, terdapat 4
jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertikal dan
horizontal berlawanan (balance-Opposed).

Gambar 2.10 Kompresor tipe V

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

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.11 Kompresor Rotary
Kompresor Rotary terdiri dari :
a. Roots Compresor
b. Rotary sliding vane compresor
c. Twin-screw rotary screw compresor
d. single-screw rotary screw compresor
b. Kompresor Dinamis (dynamic compressor)
1. Kompresor Aksial
Kompresor aksial terdiri dari barisan tingkat.

Masing-masing tingkat

terdiri dari barisan sudu-sudu roda jalan diikuti oleh barisan sudu-sudu
stator.

Universitas Sumatera Utara

Fluida kerja mula-mula dipercepat oleh sudu-sudu roda jalan dan
kemudian diperlambat dalam laluan sudu stator yang di dalamnya energi
kinetik yang dipindahkan dalam roda jalan dikonversikan menjadi tekanan
statik. Proses ini berulang dalam tingkat berikutnya. Jumlah tingkat yang
diperlukan tergantung pada perbandingan tekanan keseluruhan yang
diinginkan.

Gambar 2.12 Kompresor aksial

2. Kompresor Sentrifugal
Udara yang terlempar masuk ke dalam pusat impeller, akan ditingkatkan
kecepatannya, lalu udara akan terlempar pada ujung luar (outer edge)
karena adanya gaya sentrifugal yang terjadi pada impeller. Udara yang
meninggalkan impeller dengan peningkatan tekanan dan kecepatan yang
tinggi udara akan memasuki diffuser, pada diffuser akan terjadi perubahan

Universitas Sumatera Utara

energi yaitu energi kinetik udara yang mengalir melalui impeller menjadi
energi tekanan.

Gambar 2.13 Kompresor Sentrifugal

2. 3. Siklus Termodinamika Motor Diesel dengan Turbocarjer
Perencanaan yang bagus dari mesin diesel dengan menggunakan
turbucarger bergantung pada pemilihan sistem untuk mengirim gas buang dari
katup buang ke turbin pada turbocajer.

Idealnya semua energi yang

maninggalkan silinder dikirimkan ke turbin, tetapi dalam keadaan aktualnya atau
sebenarnya ada beberapa yang hilang, dikarenakan adanya perpindahan panas
disekitarnya, tetapi tidak mencapai 5 %.
Siklus ideal termodinamis dari mesin diesel dapat ditunjukan pada gambar
2.14 yang menunjukkan energi yang terkandung dan berguna dalam sistem
pembuangan.

Katup buang akan terbuka pada titik mati bawah pada titik 5

dimana tekanan silinder lebih besar dari pada tekanan atmosfer (1,225 kg/m3),
yaitu pada pipa pembuangan. Jika katup buang terbuka maka secara isentropik

Universitas Sumatera Utara

dan reversibel akan menunjukkan pada tekanan atmosfer di titik 6, dimana daerah
kerja dapat digambarkan pada daerah 5-6-1. Daerah kerja yang digambarkan
pada titik 5-6-1, dimana pada daerah tersebutlah untuk memamfatkan gas buang
ditempatkan turbocarjer dan daerah terjadinya blow down energi.

Gambar 2.14 Siklus ideal tekanan terbatas pada mesin diesel

Pada gambar 2.15 menunjukkan bawah turbocarjer meningkatkan tekanan
pada saluran masuk, dari sini proses masuk (12-1) pada tekanan P1 dimana P1
berada diatas tekanan atmosfer. Pa Blow-down energy ditunjukkan pada daerah 58-9, saluran gas buang pada tekanan P7 juga berada diatas tekanan atmosfer Pa.
Proses gas buang yang berasal dari silinder ditunjukkan pada titik 5,13,11 dimana
pada titik 5,13 adalah periode terjadi blow-down energi ketika katup buang
terbuka dan tekanan gas yang tinggi diekspansikan keluar pada saluran gas buang.
Proses 13,11 menunjukkan proses pembuangan gas sisa yang pindah ketika
piston bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah yang menggerakkan
sebagian besar gas buang dari silinder ke saluran pembuangan. Gas tersebut juga
berada diatas tekanan atmosfer dan oleh karena itu juga mempunyai energi yang

Universitas Sumatera Utara

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

Energi yang

berguna pada turbin ditunjukkan pada daerah 7-8-10-11.

Gambar 2.15 Siklus ideal tekanan terbatas dengan menggunakan turbocarjer

Pada penjelasan gambar 2.15 diatas siklus ideal tekanan terbatas motor bakar
diesel dengan menggunakan turbocarjer tekanan konstan, sangat berbeda dengan
yang digunakan pada turbocarjer sitem pulsa, yaitu perbedaannya terdapat pada
penambahan penggunaan energi yang digunakan pada daerah 5-7-13. Tekanan
masuk turbin yang diperlukan yaitu mencapai tekanan P5 ketika katup buang
terbuka pertama kalinya kemudian menuju sepanjang Titik 5,6,7.

Universitas Sumatera Utara

Turbin juga mempunyai daerah aliran efektif yang kecil, ketika katup buang
telah terbuka, gas buang mengalir dari silinder ke saluran gas buang dikarenakan
saluran gas buang kecil maka tekanan pun akan turun. Laju aliran massa tersebut
akan meningkat ketika katup terbuka. Dan laju aliran massa gas buang tersebut
akan menuju turbin sehingga energi yang berguna dimanfaatkan untuk memutar
turbin. Dimana dalam hal ini energi gas buang yang dimanfaatkan pada sistem
pulsa lebih besar daripada sistem tekanan konstan.

2. 4. Perbandingan siklus termodinamika motor diesel dengan turbocarjer
dan tanpa turbocarjer.
Pada gambar 2.16 berikut ini menunjukkan siklus tekanan terbatas dari
mesin diesel tanpa dan dengan turbocarjer. Karena tekanan masuk dari gas buang
berada diatas tekanan atmosfer, dan lebih banyak bahan bakar yang dapat dibakar,
tekanan dalam silinder melalui siklus tersebut dan terutama selama pembakaran,
menjadi lebih tinggi untuk siklus yang memakai turbocarjer.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.16

Perbandingan mesin diesel dengan dan tanpa turbocarjer pada
siklus tekanan terbatas dengan rasio kompresi sama.

2. 5. Batasan Turbocarjer pada Motor Diesel
Batasan tingkat turbocarjer pada motor diesel adalah beban panas yang
dapat dipikul oleh mesin. Dan apabila tekanan dalam silinder terlampau tinggi
maka beban bantalan semakin bertambah.
Adapun kaitannya dengan beban panas, pertimbangan lainnya dalam
membatasi tingkat turbocarjer ke dalam motor diesel adalah :
1. Daya tahan (durability)
2. Jaminan mutu (reliability)
3. Ekonomisasi komsumsi bahan bakar (fuel economy)
Kenaikan tekanan dari tekanan maksimum ijin pada silinder dapat
mengurangi jaminan mutu mesin. Hal ini dapat juga mengakibatkan rentang
panas terlampaui, karena itu rentang panas yang dapat dipikul oleh mesin akan

Universitas Sumatera Utara

bertambah.

Tekanan masuk yang melebihi 2,5 atmosfer adalah sangat besar

sehingga untuk mengatasi beban yang terjadi, pendinginan harus direncanakan
dengan baik.
Batasan tekanan turbocarjer untuk motor diesel empat langkah dapat
diperoleh dengan ketentuan sebagai berikut :
•

•

•

Low speed

:

(1,20 ÷ 1,35) atm absolut.

Medium speed

:

(1,25 ÷ 2,20) atm absolut

High speed

:

(1,40 ÷ 2,50) atm absolut

Universitas Sumatera Utara

BAB III
ANALISA TERMODINAMIKA

3. 1. Analisa Termodinamika pada Motor Bakar
Analisa termodinamika sangat penting bagi perhitungan motor bakar, dari
analisa ini akan diketahui kondisi motor bakar.

Pada perencanaan ini akan

dilakukan perhitungan termodinamika dengan memakai turbocarjer.
Proses termodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar torak
amatlah kompleks utuk dianalisis menurut tiori. Untuk memudahkan analisa kita
perlu mengadakan idealisasi. Makin ideal suatu keadaan makin mudah untuk
dianalisa, akan tetapi dengan sendirinya akan jauh menyipang dari dari keadaan
sebenarnya perlu diadakan idealisasi yaitu:
1. Proses pembakaran dan pertukaran gas dianggap konstan.
2. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropik (adiabatik &
reversibel).
3. Fluida kerja dianggap gas sempurna.
4. Pada sembarangan titik siklus kerja, tekanan dan temperatur fluida kerja
disemua bagian silinder sama.

Dari uraian diatas, maka akan dapat dianalisa kondisi dari setiap titik pada
siklus kerja. Dengan diperoleh hasil dari kondisi idealisasi, maka akan dapat
diperkirakan hasil dari proses sebenarnya dengan mengalikan hasil yang didapat
dari siklus ideal tersebut

dengan suatu faktor yang menyatakan faktor yang

sebenarnya.

Universitas Sumatera Utara

3. 2. Penetapan Siklus Termodinamika
Pada perencanaan ini siklus termodinamika yang dipakai adalah siklus
dual atau gabungan. Siklus gabungan merupakan siklus ideal bagi motor bakar
torak yang proses pembakarannya berlangsung pada kondisi yang mendekati
volume konstan dan terus berlanjut pada tekanan konstan. Dari siklus tersebut,
yang ditetapkan sebagai siklus ideal bagi motor bakar yang direncanakan disini
adalah motor diesel yang menggunakan injeksi langsung tanpa udara (airless
direct injection system) yang termasuk pada motor putaran tinggi, dalam hal ini
penginjeksian bahan bakar dimulai pada saat beberapa derajat sudut engkol
sebelum TMA, sehingga proses pembakarannya berlangsung seperti pada kondisi
yang mendekati siklus volume konstan. Penginjeksian bahan bakar dihentikan
pada saat beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA sehingga proses
pembakarannya masih terus berlangsung walaupun torak sudah melewati TMA
seperti pada kondisi mendekati siklus konstan.

Gambar 3. 1. Diagram P – v untuk siklus dual

Universitas Sumatera Utara

3. 3. Bahan Bakar
Jenis bahan bakar yang digunakan pada motor bakar diesel diseluruh
Indonesia adalah minyak solar yang diproduksi pertamina. Bahan bakar yang
baik merupakan hal yang memegang peranan penting dalam pengoperasian motor
bakar

diperoleh pembakaran yang sempurna. Pada umumnya bahar bakar diesel

yang diproduksi pertamina adalah bahan bakar hidrokarbon rantai lurus, yaitu
heksadekana atau centana (C16H34).
Adapun yang menjadi dasar pemilihan dasar pertimbangan

dalam

pemilihan bahan bakar untuk mesin diesel adalah :
1. Bahan bakar tidak mudah denotasi, bilangan centana tinggi.
Umumnya bahan bakar komersial yang diperdagangkan mempunyai nilai
centana 35 ÷ 55 (lit 2,hal.95). Pada perancangan ini diambil bahan bakar
angka centana 45.
2. Mempunyai viskositas tertentu.
3. Tidak mudah membentuk endapan.
4. Mudah terbakar atau menyalah.
Untuk motor bakar seperti pada perencanaan ini, bahan bakar yang
digunakan adalah bahan bakar ringan (light diesel oil). Bahan bakar yang dipilih
adalah jeis ofelin ( CnH2n+2) yaitu turunan alkuna dengan rumus kimia (C16H34).
Heksadekadena yang mempunyai sifat sifat:
•

•

•

•

Berat molekul

: 222 lb/lb mol

Titik didih

: 500 0F

Massa jenis

: 800 kg/ltr

Bilangan sentana

: 45

Universitas Sumatera Utara

•

•

HHV

: 9000 Btu/lb = 45757 kkal /kg

LHV

: 18225 Btu/lb = 42400 kkal/kg

3. 4. Faktor kelebihan udara
Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia yang cepat antara bahan
bakar (hidokarbon) dengan oksigen dari udara. Pada motor diesel penyalaan
bahan bakar itu tiada dimulai pada satu titik, tetapi terjadi dibeberapa tempat
dimana terdapat pencampuran bahan bakar ideal untuk pembakaran.
pembakaran ini tidak terjadi sekaligus

Proses

tetapi memerlukan waktu dan terjadi

beberapa tahap.
Proses pembakaran pada motor diesel adalah dengan sistim penyalaan
sendiri, tidak seperti pada motor bensin yang dibantu dengan nyala busi, maka
motor diesel memerlukan kelebihan udara yang lebih banyak untuk menjamin
kesempurnaan pembakaranya. Besarnya kelebihan udara ini dinyatakan dalam
suatu angka perbandingan antara jumlah udara yang dapat dimasukkan dalam
silinder pada langkah hisap dengan jumlah udara yang dibutuhkan untuk proses
pembakaran sempurna secara stokiometris, atau disebut dengan “ faktor kelebihan

udara ( α ) ”

Pada motor diesel jumlah pemasukan udara udara tiap siklus hampir sama
untuk variasi dan beban, sehingga kondisi perbandingan campuran bahan bakar
dan udara sepenuhnya tergantung pada pengaturan jumlah bahan bakar yang
diinjeksikan. Jumlah bahan bakar yang banyak diinjeksikan adalah pada kondisi
beban penuh (full load). Pada saat ini persentase udara berlebihan semakin kecil.
Maka untuk menjamin kesempurnaan proses pembakaaran pada kondisi beban
penuh harus dipastikan kelebihan udara yang cukup.

Universitas Sumatera Utara

Untuk mengatasi kerugian akibat kurangnya udara, maka penggunaan
udara berlebih (exses air) mutlak merupakan keharusan dari jumlah udara teoritis
yang dibutuhkan.

Dengan demikian diharapkan

semua bahan bakar yang

diinjeksikan akan habis terbakar. Pemakaian udara berlebih ini tergantung pada
kondisi pembebanan .Besarnya faktor kelebihan udara adalah : 1,8 ÷ 2,1 (literatur
19 hal 204)
Makin kecil pembebanan, udara yang digunakan semakin besar.
Sebaliknya, semakin besar pembebanan, persentasi udara berlebihnya semakin
kecil.

Untuk menjamin terjadinya pembakaran yang sempurna maka dalam

analisa termodinamika ini direncanakan exses air (e) yang digunakan adalah 100
% atau dengan kata lain mempergunakan 200 % udara teoritis.

3. 5. Perbandingan Bahan Bakar dengan Udara (F/A)
Pada motor diesel, perbadingan antara bahan bakar dengan udara berkisar
antara 0,014 ÷ 0,056 yang mana bila :
F/A <

0,014,

Berarti bahan bakar yang diinjeksikan kurang dari

semestinya.
F/A < 0,056,

Berarti udara tidak cukup melakukan pembakaran

sempurna atau bahan bakar tidak habis terbakar, hal ini
akan menyebabkan asap hitam pada gas buang
Perbandingan bahan bakar dan udara (F/A) diperoleh dari reaksi
pembakaran yaitu:
1 mo l Cn H

m

+ (1+e).(n+0,25) mol O2 + 3,76.(1+e).(n+0,25) mol N2 = n mol

CO2 + 0,5 m mol H2 O + e (n+0,25 m) mol O2 + 3.76 (1+e ).(n +0,25) mol N2
Untuk bahan bakar dengan komposisi : C16 H34 dengan e = 1, maka :

Universitas Sumatera Utara

C16 H34 + (1+1)(16 +0,25 .34)O2 +3,76(1+1)(16 +0,25 .34) N2 = 16 CO2 +0,5 .34
H2 O + ( 1+1) (16 + 0,25 .34)O2 + 3.76 (1+e1)(16 +0,25 .34) N2

C16 H34 + 49 O2 + 184,24 N2 = 16 CO2 + 17 H2 O + 24,5 O2 + 92,12 N2
Dimana berat atom (BA) :
C = 12 gram
H = 1 gram
O = 16 gram
N = 14 gram
Maka:
1 mol C16 H34

= (1)(16) + 34.1

= 226 gram

47 mol O2

= (49)(2.16)

= 1568 gram

176,72 mol N2

= (184,24)(2.14)

= 5158,72 gram

Maka :
F/A =

=

Berat C 16 H 34

BeratO2 + N 2

226
1568 + 5158,72

= 0,0336
Terlihat bawah F/A yang diperoleh dari perhitungan nasih dalam range F/A
untuk motor bakar diesel, artinya untuk memakai F/A = 0,0336 secara teoritis
bahan bakar yang dipakai akan habis terpakai.

Universitas Sumatera Utara

3. 6. Pemilihan Perbandingan Kompresi
Perbandingan kompresi pada motor bakar akan mempengaruhi efisiensi
termis dan tekanan efektif rata-rata yang dihasikan. Perbandingan kompresi yang
tinggi akan memb