=
h
F 0,133 kghp-hr 5626,739 hp
=
h
F 677,649 kghr
sehingga, laju aliran massa udara melalui kompresor adalah:
3600 1
. a
h c
s k
m L
F m
∆ +
=
+ =
3600 95
, 28
036 ,
1 643
, 744
15 ,
1
.
mole kg
kgx mole
x hr
kg m
k
=
. k
m
6,292 kgdet
3.5 Penetapan kajian yang akan digunakan
Dalam menganalisa pengaruh penggunaan Turbochrger dengan intercooler ini, beberapa parameter harus dipilih atau diambil berdasarkan literatur. Oleh karena itu parameter yang harus
dipilih adalah temperatur gas buang dan tekanan masuk turbin. Menurut literatur bahwa temperatur masuk turbocarjer adalah 500 – 600
C, dalam hal ini dipilih sebesar 789 K.
Sedangkan tekanan udara yang disuplai oleh kompresor sebesar P
sup
= 1,4 – 3,5 atm. Pada kajian ini dipilih P
sup
sebesar 1,94 atm. Sedangkan tekanan masuk turbin diperoleh menurut lit.3 hal.215 sebesar P
t
= 0,8 – 0,9 P
sup
. Sehingga besarnya tekanan masuk turbin diperoleh sebesar P
t
= 0,84 1,94 x 10
5
Pa = 1,63 x 10
5
Pa. Sehingga diperoleh parameter yang akan digunakan pada analisa termodinamika sebagai berikut :
Pa x
p
a 5
5
10 63
, 1
= K
T
a 5
789 =
426 ,
6
.
=
eg
m kg det
det 292
, 6
.
kg m
k
=
Universitas Sumatera Utara
3.6 Analisa Termodinamika Pada turbin dan kompresor
Gambar 3.6 : diagram T – S siklus gabungan dengan Turbocharger dan Intercooler
Keterangan : a – 1
a
= suplai udara oleh kompresor Turbocharger 1
a
– 1 = proses penurunan temperatur didalam Intercooler 1 – 2 = Langkah kompresi isentropis
2 – 3a = Proses pemasukan kalor pada volume konsrtan 3a – 3 = Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan
3 – 4 = Langkah ekspansi isentropis 4 – 1 = Langkah buang
4 – 5 = proses pemasukan gas dan tempeatur kedalam turbin Turbocharger
T
S a
5 2
3a V=c
P=c 4
1 1a
3
Universitas Sumatera Utara
3.6.1 Termodinamika pada Turbin
Gambar 3.3 Diagram T – s untuk turbin
Turbin ini digerakkan oleh gas buang dari motor bakar yang dihubungkan langsung dengan kompresor, sehingga kerja yang diperlukan untuk memutar kompresor adalah kerja yang
dihasilkan turbin. Dimana kerja yang dihasilkan oleh turbin adalah:
02 01
.
h h
m h
W
tT T
− =
∆ =
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.8.hal.35 dari data perencanaan telah diketahui bahwa T
5a
= T
01
dan T
6
= T
02
, sehingga T
01
= 789 K
P
01
= 1,63 x 10
5
Pa =
eg
m
.
6,426 kgdet pada temperatur T
01
, diperoleh entalpinya T
01
= 789 K
h
01
= 810,322 kJkg
Universitas Sumatera Utara
untuk mencari temperatur keluar turbin secara stagnasi isentropik dapat dicari dengan persamaan ;
k k
s
P P
T T
1 01
02 01
02 −
=
Tekanan udara keluar turbin isentropik dapat ditentukan, dalam hal ini dimana tekanan keluar turbin akan sama dengan tekanan udara atmosfer.
P
02
= 1,013 x10
5
Pa.
4 ,
1 1
4 ,
1 5
5 02
10 63
, 1
10 013
, 1
16 ,
789
−
= Pa
x Pa
x K
T
s
=
s
T
02
689,112 K
dimana diambil efisiensi isentropik dari turbin =
T
η 0,75 – 0,90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.8 hal.28 dalam hal ini diambil efisiensi isentropik 0,8 sehingga dengan menggunakan efisiensi turbin,
maka didapat temperatur keluar turbin dalam keadaan stagnasi.
K K
T K
02
112 ,
689 16
, 789
16 ,
789 8
, −
− =
T
02
= 709,121 K
pada T
02
= 709,121 K diperoleh: h
02
= 723,382 kJkg
Universitas Sumatera Utara
3.6.2 Termodinamika pada Kompresor
Gambar 3.4 Diagram T – s untuk kompresor
Gambar 3.5 menunjukkan diagram T – S untuk kondisi udara masuk dan keluar kompresor menuju ruang bakar. Dimana keadaan udara masuk stagnasi menunjukkan pada titik
1, sedangkan keadaan udara keluar kompresor stagnasi pada titik 2, titik 2s menunjukkan kondisi keluar kompresor pada keadaan stagnasi isentropik.
Pada kajian ini temperatur udara dan tekanan masuk kompresor sebesar; T
01
= 303 K
P
01
= 1,013 x10
5
Pa Dimana kerja kompresor :
01 02
.
h h
m W
c
− =
pada temperatur T
01
= 303,238 K, diperoleh entalpi
h
01
= 303,488 kJkg pada kajian ini daya kompresor sama dengan daya turbin, karena daya yang digunakan
kompresor pada Turbocharger sama dengan daya pada turbin. Sesuai dengan hukum termodinamika pertama, bahwa:
Universitas Sumatera Utara
. .
KJ W
Q =
− . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................ . . . . . lit.8 hal.20
Di dalam Turbocharger proses alirannya adalah adiabatik, sehingga
.
Q =
.
W
, dan persamaannya menjadi :
k t
W W
=
01 02
. 02
01 .
h h
m h
h m
k eg
− =
−
6,486 kgdet 810,322 kJkg – 723,382 kJkg = 6,292 kgdet
02
h -303,488 kJkg
02
h = 377,26 kJkg pada
02
h = 377,26 kJkg, diperoleh dari tabel sehingga T
02
= 371,245 K
Pada kompresor berlaku efisiensi isentropik,
01 02
01 02
T T
T T
s k
− −
= η
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.9.hal.41 dimana efisiensi isentropik kompresor:
k
η = 0,7 ~ 0,9 dalam hal ini di pilih
k
η = 0,7 sehingga :
K K
K T
s 02
303 245
, 371
303 7
, −
− =
s
T
02
= 350,7715 Dimana hubungan isentropik dari kompresor :
k k
s
P P
T T
1 01
02 01
02 −
=
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.9 hal.19
4 ,
1 1
4 ,
1 5
02
303 7712
, 350
10 013
, 1
−
= K
K Pa
x P
Universitas Sumatera Utara
02
P = 3,31466 x 10
5
Pa sehingga diperoleh tekanan dan temperatur yang disuplai kompresor pada keadaan stagnasi
adalah: T
02
= 377,245 K
02
P = 3,31466 x 10
5
Pa
3.6.3 Penurunan Temperatur pada Intercooler
Sebelum melakukan analisa penurunan temperatur di dalam interkuler perlu dilakukan pemilihan parameter diantaranya:
kisi-kisi
Tube
Gambar 3.5 sket gambar Intercooler
Diameter tube = 10mm data survey N = jumlah baris = 16 data survey
m = jumlah tabung per baris = 37 data survey L = panjang tabung = 1300 mm data survey
Universitas Sumatera Utara
pada kajian study ini sesuai dengan data yang diperoleh pada saat survey bahwa jenis intercooler yang digunakan yaitu : air to water, maksudnya fluida pendinginnya adalah air
Perpindahan kalor dari permukaan tabung ke udara = kalor yang dibawa oleh udara q = A
s
h
m
T ∆ =
.
m
C
p
T
a1
– T
a2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.5 hal.50 Dimana :
.
m
= laju aliran massa udara kgdet A
s
= permukaan perpindahan kalor total =
πDNLm
m
T ∆ = beda suhu antar fluida dan permukaan dinding
=
1 a
T temperatur udara keluar interkuler
=
2 a
T temperatur udara masuk interkuler
temperatur borongan temperatur udara setelah kompresor masuk kedalam intercooler adalah: =
2 a
T 371,245
K sifat – sifat udara pada temperatur dinding 371,245
K adalah: C
p
= 1016,8755 Jkg K
k = 0,03598 Wm K
μ = 217,5053 x 10
-7
N. sm
2
P
r
= 0,695751
3
94235 ,
m kg
= ρ
bilangan Reynolds adalah :
µ ρ
D U
R
e sup
= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.6 Hal.227
Universitas Sumatera Utara
dimana : U
sup
= kecepatan segitiga impeler kompresor sesuai dengan lit.3 hal.473 bahwa U
sup
= 250 – 300 mdet dalam hal ini dipilih 250 mdet
Diameter pipa intake kompresor sesuai hasil survey adalah: 10 inc ,maka diameter dalamnya adalah 8,5 incdari tabel sehingga diiperoleh 0,2159 m
s m
kg x
m x
m x
m kg
R
e
− =
−
10 175053
, 2
2159 ,
det 250
94235 ,
5 3
Universitas Sumatera Utara
744 ,
233848 turbulen
aliran R
e
= bilangan Nusselt adalah :
n r
e
P R
k hd
Nu
8 ,
023 ,
= =
−
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.6 hal.229 dimana :
n = 0,4 untuk pemanasan 0,3 untuk pendinginan
h = koefisien perpindahan kalor wm
2
n r
e
P R
k hd
Nu
8 ,
023 ,
= =
−
3 ,
8 ,
6957 ,
744 ,
233848 023
, =
k hd
006510 ,
407 =
k hd
m m
W x
h 02159
, 03598
, 006510
, 407
2
=
2
8281344 ,
367 m
W h
= Permukaan perpindahan kalor total adalah :
A
s
= πDLNm A
s
= π 0,01 1.3 16 37 A
s
= 24,17769 m
2
Sehingga keseimbangan energi diperoleh: q = A
s
h
m
T ∆ = m C
p
T
1a
– T
0a
……………..………………………lit, 16 hal 261 dalam hal ini suhu dinding tube di jaga pada suhu 30
c hasil survey
[ ]
1 1
2 2
245 ,
371 873
, 1016
. det
292 ,
6 2
245 ,
371 303
823134 ,
67 .
178 ,
24
a a
T K
kg J
kg T
K K
m w
m −
=
+
−
Universitas Sumatera Utara
= 337,0864373K
Intercooler menurunkan temperatur yang masuk sebesar 25 – 50
C. Pada kajian ini kemampuan Intercooler
menurunkan temperatur sebesar 34,15856 C
jadi kenerja Intercooler untuk menurunkan temperatur cukup efesien. Daya turbocharger sesuai dengan hasil survey adalah: 755,54 hp
3.6.7 Analisa Termodinamika Pada Ruang Bakar
Adapun untuk perhitungan termodinamika pada ruang bakar adalah menggunakan siklus tekanan terbatas dengan turbocarjer.
Pada saat udara masuk kedalam intercooler terjadi penurunan tekanan sebesar: ∆p = penurunan tekanan pada pipa - pipa masuk
∆p = 0,03 – 0,05 P
sup
..............................................................................lit,11 hal 213 dalah hal ini diambil 0,05
∆p = 0,05 P
sup
∆p = 0,05 3,3147x 10
5
P
a
∆p = 0,165735 x 10
5
P
a
sehingga,
a.pada langkah isap 9 – 1
P = P
sup
- ∆p
P = 3,3147 x 10
5
P
a
– 0,165735 x 10
5
P
a
P = 3,148965 x 10
5
P
a 1
a
T = 337,0864373K Kerapatan udara setelah keluar intercooler:
a
T
1
Universitas Sumatera Utara
a a
RT P
1
= ρ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lit.6 Hal.227 dimana :
P
0a
= tekanan setelah keluar intercooler P
a
R = Konstanta gas Universal sebesar, 0,287 KJkg K
a
T
1
= Temperatur keluar intercooler K Maka kerapatan udara setelah interkuler dapat dicari :
a a
RT P
1
= ρ
K kgK
kJ P
x
a 5
0843673 ,
337 287
, 10
17369 ,
1 =
ρ
=
ρ 3,112 kgm
3
b.Kondisi Titik 1
kondisi temperatur masuk ruang bakar di uraikan sesuai persamaan berikut :
r r
r w
T t
Ta T
γ γ
+ +
∆ +
= 1
1
1
dimana :
r
γ = koefisien gas sisa pembakaran, 0 untuk sistem turbocarjer
w
t ∆ = kenaikan temperatur akibat kontak dinding silinder dengan piston,yaitu:
sebesar 10 – 15 K dalam hal ini diambil 13
K
r
T = temperatur yang terkandung didalam gas sisa, karena nilainya terlalu kecil maka dianggap 0.
Sehingga ,
Universitas Sumatera Utara
1 13
23 ,
351
1
+ +
+ =
K K
T K
T
1
23 ,
364 =
volume spesifik pada titik 1:
1 1
1
p RT
v =
Pa x
K K
kg kJ
v
5 1
10 984
, 1
23 ,
364 287
, =
kg m
v 538
,
3 1
= Pada T
1
= 364,23 K menurut lit.8 hal.830, diperoleh :
Kg kJ
U 589
, 260
1
= 19876
, 2
1
=
r
p 6462
, 111
1
=
r
v kg
kJ h
38926 ,
360
1
=
c.Kondisi Titik 2
