Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
BAB IV PERENCANAAN MESIN DIESEL
4.1. SPESIFIKASI AWAL
Untuk melakukan analisa dan perencanaan mesin, ditentukan spesifikasi awal sebagai berikut :
Daya N
e
= 420 HP Putaran Mesin n = 1500 RPM
Jumlah silinder i = 6 Silinder Z = 4 tak 4 langkah
Tekanan Efektif P
e
, harga efektif rata-rata untuk diesel 4 langkah adalah 5,5 – 6,0
9
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. kgm2, diambil = 5,7 kgcm2
Efisiensi mekanik
m
= 0,80
4.2. TORAKPISTON
9
Drs Dryanto, Contoh perhitungan Perencanaan Motor Diesel 4 Langkah, Tarsito, Bandung 1984
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
1 Perhitungan ukuran-ukuran utama torak : a.
Diameter Torak D
Dimana : D = Diameter Torak mm
Ne = Daya Motor HP Pe = Tekanan efektif kgcm
2
Cm = kecepatan rata-rata piston untuk diesel putaran tinggi 8,5 – 12 mdet
10
, diambil 9,5 mdet
Langkah Torak L
Syarat LD untuk Motor diesel adalah 0,8 – 2,0
11
10
Arismunandar Wiranto, T Sudra Koichi, “Motor Diesel Putaran Tinggi” Pradnya Paramita, Jakarta
D = N
e
0,00523 . P
e
. 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 =
L = 0,19 m = 190 mm
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
Maka untuk pemeriksaan : LD = 190160
= 1,18 Termasuk Motor Diesel Putaran Tinggi Sehingga harga L dan D sudah memenuhi syarat
Isi volume langkah piston V
d
V
d
= 0,785 . 0,160
2
. 0,190 = 0,00381 m
3
= 3,81 liter
Volume ruang bakar V
c
= 1 + Syarat perbandingan kompresi untuk motor diesel putaran tinggi adalah 12 – 16
12
, 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 V
d
=
V
d
V
c
V
d
V
c
V
d
V
c
= 16 – 1 V
c
= 3,81
15 V
c
= 0,254 liter = 254 cc
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
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 h
cr
Maka, h
cr
= 0,17 . D h
cr
= 0,17 . 160 mm
13
Daryanto, “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984
14
ibid
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
H
cr
D = 0,15 ÷ 0,20 Diambil 0,17
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
h
cr
= 27,2 mm ~ 27 mm
Jarak antara dua lubang ring torak h
l
h
l
= 0,05 . D = 0,05 . 160 mm
= 8 mm
Panjang dari sumbu piston pin sampai dasar piston H
1
H
1
= 0,40 . L = 0,40 . 190 mm = 76 mm
Tinggi Piston Skirt H
2
H
2
= 0,66 . 190 mm = 125,4 mm ~ 125 mm
Diameter Luar pin d
ex
d
ex
= 0,36 . D h
l
D = 0,04 ÷ 0,065 Diambil 0,05
H
l
L = 0,38 ÷ 0,50 Diambil 0,40
H
2
L = 0,62 ÷ 0,70 Diambil 0,66
d
ex
D = 0,34 ÷ 0,38 Diambil 0,36
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
= 0,36 . 160 mm = 57,6 mm ~ 58 mm
Jarak tengah-tengah antara pin bb
bb = 0,40 . 160 mm = 64 mm
Gambar 4.1. Piston 2 Perhitungan Piston Skirt
bb D
= 0,40
D
D
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
Piston dengan = ¼, piston skirt mengalami beban normal maksimum pada dinding peluncur sebesar
15
N
max
= 0,1 . P Dimana, P =
:
p
z
= Tekanan akhir pembakaran 55 ÷ 75 atm, diambil p
z
= 70 atm P
Z
= = 14067 kg
N
max
= 0,1 . 14067 = 1406,7 kg ~ 1406 kg
Tekanan samping spesifik maksimum q pada permukaan piston
16
q = = 7,01 kgcm
2
Syarat harga q = 5 ÷ 7 kgcm
2
, 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
. P
z
3,14 4
16
2
. 70
N
max
D . H
2
1406,7 16 . 12,54
t
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
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 a. Perhitungan Bending stress
D 2
3
Di
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
Untuk menghitung bending stress piston kita bayangkan tekanan gas P terbagi rata dan piston crown berbentuk bulat yang bergerak bebas di dalam silinder dengan
diameter piston crown Di. Gaya tekanan gas pada luas ½ lingkaran piston crown
Feg = = p
z
Moment yang terjadi pada bidang ½ lingkaran crown M
b
= Feg . a = p
z
Moment reaksi dari cincin ½ lingkaran M
b
” = – Feg . b = – p
z
Resultante moment bending Mb : M
b
= M
b
’ + M
b
” M
b
= p
z
p
z
Dengan menganggap D ~ Di Didapat :
M
b
= –
p
z
= – 70
= 11946,6 kg cm ~ 11946 kg cm
Moment tahanan W
Z
= =
= 19,4 cm
3
b Tegangan bending
b
P
Z
2 D
2
8 D
3
12
D
2
Di 8
D
3
12 D
2
Di 8
D
3
24 16
3
24 .
h
er 2
D 6
2,7
2
16 6
M
b
W
Z
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009 b
= =
= 615 kgcm
3
Harga batas tegangan bending untuk campuran aluminium
b
= 500 ÷ 900 kgcm
3
, 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 L
1
= Jarak center kedua boss L
1
= = 100 mm
a´ = = 36 mm
11946 19,4
din dex
136 + 64 mm 2
136 – 64 2
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.3. Pin Piston a.
Perhitungan Bending Stress Momen bending maximum yang terjadi
17
l = bb = 64 mm M
max
= –
= 23913,9 kg cm :
M
max
= –
Dimana : P
Z
= 14067 kg L
1
= 100 mm
17
Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984 100
bb = 64
Lpp = 136 a´ = 36
P
Z
2 L
1
2 l
4
14067 2
10 2
6,4 4
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
b. Tegangan Bending
b b
= W =
= = 17,3 cm
3 b
= = 1382,3 kgcm
2
Tegangan bending yang diijinkan adalah
b
2300 kgcm2, maka Tegangan bending ini memenhi syarat.
c. Tegangan geser Shearing stress
sh
= f = luas irisan melintang piston pin
f = dex
2
- din
2
= 5,8
2
cm - 3,24
2
cm = 18,16 cm
2 sh
= = 387,3 kgcm
2
Tegangan geser yang diijinkan adalah ≤ 500 kgcm
2
Berarti
sh
memenuhi syarat M
max
W 32
dex
4
– din
4
dex 3,14
32 5,8
4
– 3,24
4
5,8
23913,9 kg cm 17,3 cm
3
P
Z
2f
4 3,14
4
14067 2 . 18,16
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
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 : Dt = 20 ÷ 25 diambil 25, maka tebal ring t = D25 = 16025 = 6,4 mm ~ 6 mm
b = 2,5 ÷ 5 mm diambil 3 mm
Gambar 4.4. Ring kompresi Compression ring
b. Cincin Minyak Oil control ring
Jumlah cincin minyak dipilih sebanyak 2 buah Ukuran Dt = 23 ÷ 26 diambil 25, sehingga t = D25 = 16025 = 6 mm
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
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 P
m 18
P
m
= 0,152 . E
3
Dimana : E = Modulus elasticity = 7,2 x 10
5
kgcm
2
:
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 kgcm
2
18
Daryanto, Drs “Contoh Perhitungan Motor Diesel 4 Langkah” Tarsito Bandung, 1984
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
Muliyadi : Rancangan Motor Diesel Penggerak Generator Listrik Untuk Memenuhi Kebutuhan Listrik Pada PT Dow Agrosciences Indonesia, 2009.
USU Repository © 2009
Pm yang diijinkan Pm
ijin
untuk cincin kompresi adalah 1,1 ÷ 2,5 kgcm
2
Maka Pm Pm ijin memenuhi syarat
d. Tegangan maksimum y
ang terjadi pada piston ring
i
i
= 0,39 . E = 0,39 . 720000
= 2,8 kgcm
2
4.3. SILINDER LINER
