PENGARUH DESAIN VENTILASI RHADAP EFFISIENSI THERMAL MESIN UTAMA KAPAL CARAKA JAVA · III
R
NE 1701)
PENGARUH DESAIN VENTILASI
RHADAP EFFISIENSI THERMAL MESIN UTAMA
KAPAL CARAKA JAVA · III
R~tc.
b ~?
g7
Yul})
p-1
-19;0
r---------- - - - - p J;' LL' :; ,'; '{' \
I T
r~
·~-
Oleb :
•
. -:.
l~ -.~
~-I
••
• 1 l • L
~.-
/j -
C' .
-;.~
.. -
., -~
- • • •t v>• '-''-' - • >
-;-·
~-
I
ARIFYUWONO
4904200267
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUB NOPEMBER
SURABAYA
1996
~
-
n
l
IJ
;pq
,A .A,
I
.•. .• •
Q
'!- •
L)
;
!
I
G-. / s-:5
---
J
!
~ GAS
. AKHIR
: NE 1701)
PENGARUH DESAIN VENTILASI
rERHADAP EFFISIENSI THERMAL MESIN UTAMA
KAPAL CARAKA JAVA III
Mengta~i/yuj
Dosen
embimbing
I
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUB ·NOPEMBER
SURABAYA
1996
J
DEPARTEMEN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
. ••
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL
•
I
•
l Reaks i pembakar an tidak sempurna karbon.
1
2 C
+
02
=
Reaksi pembakaran sempurna hidrogen
+
2 Hz
=
02
2 HzO
(2.34)
Dengan car a yang sam a diperoleh,
4 kg
H2
+
32 kg
1 kg
H2
+
32
4
h kg H 2
h kg H 2
Dari
+
+
h
h
mol
persamaan
=
=
36
4
h
=
02
02
36 kg
=
kg Oz
- - 32 kg
4
4
02
4
h
H20
kg
H20
36 kg HzO
mol HzO
2
pembakaran
sempurna
hidrogen, secara teoritis akan didapatkan
(2.35)
karbon
kebutuhan
dan
oksigen
untuk 1 kg bahan bakar, yaitu:
02
dimana
=
c
2
+
h
4
0
32
( mol )
(2.36)
0
32
adalah mol oksigen dalam pembakaran.
\2. 33is /di 2. 36i
C ombus t Lor,
Pelr ovsk y.
N.
DASAR TEORI
28
Jumlah oksigen
dalam
atmosfir
adalah
21%,
maka
secara teoritis kebutuhan oksigen untuk pembajaran 1 kg bahan
bakar adalah
1
0,21
(
c
-- +
2
h
4
( mol )
(2.37)
.> Kebutuhan udara pembakaran sebenarnya.
Penyemprotan bahan bakar berlangsung
pada
kompresi sebelum torak mencapai tma. Pembakaran
berlangsung cepat
dan
sesempurna
mungkin,
bahan
bakar
sehingga
untuk
mencapai hal ini diperlukan campuran bahan bakar dan
yang
merata
dan
leluasa.
Pembakaran
ditentukan oleh faktor o yaitu
exess
bah an
air
langkah
oksigen
bakar
ini
coefficient
yang
merupakan perbandingan antara kebutuhan udara sesungguhnya
L
terhadap kebutuhan udara teoritis La .
Besarnya angka o ini tergantung dari tipe motor dan
variasi kecepatannya.
Low speed diesel
0
=
1,7
High speed diesel
Langkah pengisian.
Pengisian udara
dimula i
dengan
membukanya
isap dan gerakan torak dari tma ke tmb. Kemampuan
pada langkah pengisian udara
ini
akan
memberikan
yang
katup
baik
pengaruh
yang baik pula untuk langkah kompresi motor diesel.
*> Tekanan udara awal kompresi ( Pa ).
Tekanan udara pada awal kompresi
dipengaruhi
oleh
desain sistem pemasukan yang dipakai. Untuk diesel daur empat
i 2. 42 i , i2 . -1 3 )
N
Pt- lr ovs ky.
DASAR TEORI
31
langkah yang memakai turbocharger.
Pa = ( 0,90 -- 0,95 ) Ptur.
dimana
Ptur
=
( atm )
(2.44)
tekanan udara keluar dari turbocharger.
* > 'femp Langkah kompresi.
*> Tekanan akhir kompresi ( Pc ) .
Tekanan udara pada akhir langkah kompresi
Pc
dim ana
£
n1
=
Pa
• £
n1
(2.48)
=
perbandingan kompresi.
=
eksponen politropik ( 1,34 -- 1,39 )
*> Tempera t ur akhir kompresi.
Temperatur udara pada akhir langkah kompresi
rrc
=
(2.49)
- - - - - - -- -- - - - - - - - - -- - - - -- -- - -- - -- - - - Pembakaran
Pembakaran pada motor diesel merupakan reaksi kimia
cepat antara bahan
bakar
dan
Kemampuan pembakaran yang baik
oksigen
di
dipengaruhi
dalam
silinder.
oleh
temperatur
dan tekanan udara awal kompresi serta ketepatan
penyemprotan
bahan bakar dan pemakaian bahan bakar yang baik.
Dari
pembakaran
dengan
gambar
tidak
2.6
dapat
kenaikan
terjadi
tekanan
dengan
dan
dijelaskan
serentak,
temperatur
bahwa
proses
tetapi
sesuai
udara
di
dalam
silinder.
Te
k a~n
kg/em
T eka nan atmosf er
~a"
T MA
1 '20\J
Sudut engkol
Gb. 2 . 6
T ekar,on
ver·sus
sudut
engkol
DASAR TEORI
dimana
34
1
periode persiapan pembakaran
2
periode pembakaran cepat
3
periode pembakaran terkendali
4
periode pembakaran lanjutan
5
lama penyemprotan
6
saat mulai penyemprotan
7
saat mulai pembakaran
8
tekanan kompresi
Hasil
gas-gas COz,
pembakaran
HzO,
Nz
sempurna
dan
Oz.
bahan
Jumlah
pembakaran 1 kg bahan bakar dapat
bakar
masing-masing
diperoleh
dari
adalah
untuk
persamaan
terdahulu :
c
o> M COz
= 12
mol
o> M HzO
h
= - --
mol
o> M Nz
=
0,79 u Lc. •
o> M Oz
=
0,21
2
C(
- 1
mol
)
L-:.
.
mol
(2.50)
maka jumlah totalnya
Mg
=
c
12
=
c
12
+
+
Tekanan akhir pembakaran ( Tz
Tekanan
gas
akhir
pembakaran
didapatkan
dengan
persamaan
Pz
=
Pc
~
Tz
Tc
M CHLr18
(2.61)
I n t er n ul
N.
37
DASAR TEORI
.> Langkah Ekspansi
Derajat ekspansi total
r
(2.62)
=
0
6
p
p = rasio ekspansi
dimana
Tz
,u
\
- --
(2.63)
rrc
*> Tekanan akhir ekspansi ( Pb ).
Besar tekanan gas akhir langkah ekspansi didapatkan
dengan persamaan
Pb
dimana
nz
Pz
(2.64)
n2
= eksponen politropik udara ekspansi.
*> Temperatur akhir ekspansi ( Tb ) .
Besarnya
temperatur
gas
akhir
langkah
ekspansi
didapatkan dengan persamaan
Tz
Tb = - - - -
(2.65)
• Effisiensi thermal mesin utama .
• > Tekanan indikatif rata-rata.
Besarnya
i 2. 62i S/ d i 2. 6!5 1
tekanan
M anne
Pt-lrov s ky.
indikatif
rata-rata
Combu st Lor.
mean
N.
38
DASAR TEORI
effective
dapat
pressure
indikator. Besarnya tekanan
dihitung
efektif
dari
ini
diagram
luas
merupakan
tekanan
rata-rata yang mampu mendorong torak sepanjang langkahnya dan
menghasilkan kerja per siklus
yang
sama
dengan
kerja
per
siklus dari tekanan yang dianalisis.
P tl
=
Pc
E
-
[
1
/, ( p -1) +(1-
1
_cn 2 - 1
/, p
) nz-
u
1
1
- (1- - - )
ni - 1
£,
n~
-1]
(2.66)
Karena pada siklus sebenarnya tidak terdapat proses
tekanan
konstan
indikatif
dalam
maupun
persamaan
volume
diatas
konstan
diambil
maka
tekanan
rata-ratanya.
Dilakukan koreksi terhadap pengandaian siklus ideal
tersebut
yang besarnya adalah
Pt
dimana
'P
=
=
(2.67)
0,9 5 --
0,97
adalah
faaktor
koreksi
untuk
Besarnya daya indikator yang dihasilkan oleh
mesin
motor diesel empat langkah.
utama dapat dinyatakan dengan persamaan
Pt
•
Vd • n
0,9
• i
Hp
Cornbuslton
Petrovsky .
(2.68)
N_
39
DASAR TEORI
dimana
Jika
3
Vd
=
Volume displasemen, m .
n
=
Putaran mesin, rpm.
i
=
Jumlah silinder
e ffisiensi
mekanis
motor
diesel
adalah
0,85
maka
besarnya daya efektif yang dihasilkan adalah :
=
Ne
(2.69)
0, 85 Ni.
.> Specific fuel consumption.
Jumlah
bahan
diperlukan
yang
bakar
untuk
menghasilkan daya per jam dapat diperoleh dengan persamaan :
F i.
=
Gbb
(2.70)
kg bb/Hp. hr.
Ne
Jika effisiensi mekanis mesin adalah
nm, maka
Fl
l;> - ----7f rn
( 2. 71)
.> Effisiensi thermal efektif.
Effisiensi
pemanfaatan
pembakaran
Besarnya
panas
dan
thermal
yang
dipakai
effisiensi
efektif
dihasilkan
untuk
thermal
merupakan
bahan
menghasilkan
efektif
ini
effisiensi
bakar
daya
didapat
selama
efektif.
dengan
persamaan
T)lb
=
632
F . Ql
(2.72)
- - - - - - -- - - - -N.
Pelr-::..vsky.
BAB III
PERMASALAHAN
40
PERMASALAHAN
8 A8
III
P E R MA S A L A H A N
t"Wlifk~m-.!
Sebelum
hendak diuraikan
mengemukakan
dan
dibahas
mac am
dalam
permasalahan
tugas
akhir
ini
baiknya dikemukakan tugas akhir lain yang memiliki
pada bahasan masalahnya. Tugas akhir
akhir Agus Gangsar Tulando yang
tersebut
berjudul
Ambient Temperatur Terhadap Effisiensi
ada
kemiripan
adalah
"Analisa
Thermis
yang
tugas
Pengaruh
Hesin
Utama
Kapal Caraka Jaya III".
Dalam tugas akhir tersebut penekanan
f'.. il
J,c
I
pembahasannya
)I
,... -
•
~
41
PERMASALAHAN
adalah untuk
mengetahui
besarnya
effisiensi
motor penggerak utama kapal Caraka Jaya
III.
thermis
Dimana
dari
tujuan
penulisan yang dicant
NE 1701)
PENGARUH DESAIN VENTILASI
RHADAP EFFISIENSI THERMAL MESIN UTAMA
KAPAL CARAKA JAVA · III
R~tc.
b ~?
g7
Yul})
p-1
-19;0
r---------- - - - - p J;' LL' :; ,'; '{' \
I T
r~
·~-
Oleb :
•
. -:.
l~ -.~
~-I
••
• 1 l • L
~.-
/j -
C' .
-;.~
.. -
., -~
- • • •t v>• '-''-' - • >
-;-·
~-
I
ARIFYUWONO
4904200267
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUB NOPEMBER
SURABAYA
1996
~
-
n
l
IJ
;pq
,A .A,
I
.•. .• •
Q
'!- •
L)
;
!
I
G-. / s-:5
---
J
!
~ GAS
. AKHIR
: NE 1701)
PENGARUH DESAIN VENTILASI
rERHADAP EFFISIENSI THERMAL MESIN UTAMA
KAPAL CARAKA JAVA III
Mengta~i/yuj
Dosen
embimbing
I
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUB ·NOPEMBER
SURABAYA
1996
J
DEPARTEMEN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
. ••
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN
JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL
•
I
•
l Reaks i pembakar an tidak sempurna karbon.
1
2 C
+
02
=
Reaksi pembakaran sempurna hidrogen
+
2 Hz
=
02
2 HzO
(2.34)
Dengan car a yang sam a diperoleh,
4 kg
H2
+
32 kg
1 kg
H2
+
32
4
h kg H 2
h kg H 2
Dari
+
+
h
h
mol
persamaan
=
=
36
4
h
=
02
02
36 kg
=
kg Oz
- - 32 kg
4
4
02
4
h
H20
kg
H20
36 kg HzO
mol HzO
2
pembakaran
sempurna
hidrogen, secara teoritis akan didapatkan
(2.35)
karbon
kebutuhan
dan
oksigen
untuk 1 kg bahan bakar, yaitu:
02
dimana
=
c
2
+
h
4
0
32
( mol )
(2.36)
0
32
adalah mol oksigen dalam pembakaran.
\2. 33is /di 2. 36i
C ombus t Lor,
Pelr ovsk y.
N.
DASAR TEORI
28
Jumlah oksigen
dalam
atmosfir
adalah
21%,
maka
secara teoritis kebutuhan oksigen untuk pembajaran 1 kg bahan
bakar adalah
1
0,21
(
c
-- +
2
h
4
( mol )
(2.37)
.> Kebutuhan udara pembakaran sebenarnya.
Penyemprotan bahan bakar berlangsung
pada
kompresi sebelum torak mencapai tma. Pembakaran
berlangsung cepat
dan
sesempurna
mungkin,
bahan
bakar
sehingga
untuk
mencapai hal ini diperlukan campuran bahan bakar dan
yang
merata
dan
leluasa.
Pembakaran
ditentukan oleh faktor o yaitu
exess
bah an
air
langkah
oksigen
bakar
ini
coefficient
yang
merupakan perbandingan antara kebutuhan udara sesungguhnya
L
terhadap kebutuhan udara teoritis La .
Besarnya angka o ini tergantung dari tipe motor dan
variasi kecepatannya.
Low speed diesel
0
=
1,7
High speed diesel
Langkah pengisian.
Pengisian udara
dimula i
dengan
membukanya
isap dan gerakan torak dari tma ke tmb. Kemampuan
pada langkah pengisian udara
ini
akan
memberikan
yang
katup
baik
pengaruh
yang baik pula untuk langkah kompresi motor diesel.
*> Tekanan udara awal kompresi ( Pa ).
Tekanan udara pada awal kompresi
dipengaruhi
oleh
desain sistem pemasukan yang dipakai. Untuk diesel daur empat
i 2. 42 i , i2 . -1 3 )
N
Pt- lr ovs ky.
DASAR TEORI
31
langkah yang memakai turbocharger.
Pa = ( 0,90 -- 0,95 ) Ptur.
dimana
Ptur
=
( atm )
(2.44)
tekanan udara keluar dari turbocharger.
* > 'femp Langkah kompresi.
*> Tekanan akhir kompresi ( Pc ) .
Tekanan udara pada akhir langkah kompresi
Pc
dim ana
£
n1
=
Pa
• £
n1
(2.48)
=
perbandingan kompresi.
=
eksponen politropik ( 1,34 -- 1,39 )
*> Tempera t ur akhir kompresi.
Temperatur udara pada akhir langkah kompresi
rrc
=
(2.49)
- - - - - - -- -- - - - - - - - - -- - - - -- -- - -- - -- - - - Pembakaran
Pembakaran pada motor diesel merupakan reaksi kimia
cepat antara bahan
bakar
dan
Kemampuan pembakaran yang baik
oksigen
di
dipengaruhi
dalam
silinder.
oleh
temperatur
dan tekanan udara awal kompresi serta ketepatan
penyemprotan
bahan bakar dan pemakaian bahan bakar yang baik.
Dari
pembakaran
dengan
gambar
tidak
2.6
dapat
kenaikan
terjadi
tekanan
dengan
dan
dijelaskan
serentak,
temperatur
bahwa
proses
tetapi
sesuai
udara
di
dalam
silinder.
Te
k a~n
kg/em
T eka nan atmosf er
~a"
T MA
1 '20\J
Sudut engkol
Gb. 2 . 6
T ekar,on
ver·sus
sudut
engkol
DASAR TEORI
dimana
34
1
periode persiapan pembakaran
2
periode pembakaran cepat
3
periode pembakaran terkendali
4
periode pembakaran lanjutan
5
lama penyemprotan
6
saat mulai penyemprotan
7
saat mulai pembakaran
8
tekanan kompresi
Hasil
gas-gas COz,
pembakaran
HzO,
Nz
sempurna
dan
Oz.
bahan
Jumlah
pembakaran 1 kg bahan bakar dapat
bakar
masing-masing
diperoleh
dari
adalah
untuk
persamaan
terdahulu :
c
o> M COz
= 12
mol
o> M HzO
h
= - --
mol
o> M Nz
=
0,79 u Lc. •
o> M Oz
=
0,21
2
C(
- 1
mol
)
L-:.
.
mol
(2.50)
maka jumlah totalnya
Mg
=
c
12
=
c
12
+
+
Tekanan akhir pembakaran ( Tz
Tekanan
gas
akhir
pembakaran
didapatkan
dengan
persamaan
Pz
=
Pc
~
Tz
Tc
M CHLr18
(2.61)
I n t er n ul
N.
37
DASAR TEORI
.> Langkah Ekspansi
Derajat ekspansi total
r
(2.62)
=
0
6
p
p = rasio ekspansi
dimana
Tz
,u
\
- --
(2.63)
rrc
*> Tekanan akhir ekspansi ( Pb ).
Besar tekanan gas akhir langkah ekspansi didapatkan
dengan persamaan
Pb
dimana
nz
Pz
(2.64)
n2
= eksponen politropik udara ekspansi.
*> Temperatur akhir ekspansi ( Tb ) .
Besarnya
temperatur
gas
akhir
langkah
ekspansi
didapatkan dengan persamaan
Tz
Tb = - - - -
(2.65)
• Effisiensi thermal mesin utama .
• > Tekanan indikatif rata-rata.
Besarnya
i 2. 62i S/ d i 2. 6!5 1
tekanan
M anne
Pt-lrov s ky.
indikatif
rata-rata
Combu st Lor.
mean
N.
38
DASAR TEORI
effective
dapat
pressure
indikator. Besarnya tekanan
dihitung
efektif
dari
ini
diagram
luas
merupakan
tekanan
rata-rata yang mampu mendorong torak sepanjang langkahnya dan
menghasilkan kerja per siklus
yang
sama
dengan
kerja
per
siklus dari tekanan yang dianalisis.
P tl
=
Pc
E
-
[
1
/, ( p -1) +(1-
1
_cn 2 - 1
/, p
) nz-
u
1
1
- (1- - - )
ni - 1
£,
n~
-1]
(2.66)
Karena pada siklus sebenarnya tidak terdapat proses
tekanan
konstan
indikatif
dalam
maupun
persamaan
volume
diatas
konstan
diambil
maka
tekanan
rata-ratanya.
Dilakukan koreksi terhadap pengandaian siklus ideal
tersebut
yang besarnya adalah
Pt
dimana
'P
=
=
(2.67)
0,9 5 --
0,97
adalah
faaktor
koreksi
untuk
Besarnya daya indikator yang dihasilkan oleh
mesin
motor diesel empat langkah.
utama dapat dinyatakan dengan persamaan
Pt
•
Vd • n
0,9
• i
Hp
Cornbuslton
Petrovsky .
(2.68)
N_
39
DASAR TEORI
dimana
Jika
3
Vd
=
Volume displasemen, m .
n
=
Putaran mesin, rpm.
i
=
Jumlah silinder
e ffisiensi
mekanis
motor
diesel
adalah
0,85
maka
besarnya daya efektif yang dihasilkan adalah :
=
Ne
(2.69)
0, 85 Ni.
.> Specific fuel consumption.
Jumlah
bahan
diperlukan
yang
bakar
untuk
menghasilkan daya per jam dapat diperoleh dengan persamaan :
F i.
=
Gbb
(2.70)
kg bb/Hp. hr.
Ne
Jika effisiensi mekanis mesin adalah
nm, maka
Fl
l;> - ----7f rn
( 2. 71)
.> Effisiensi thermal efektif.
Effisiensi
pemanfaatan
pembakaran
Besarnya
panas
dan
thermal
yang
dipakai
effisiensi
efektif
dihasilkan
untuk
thermal
merupakan
bahan
menghasilkan
efektif
ini
effisiensi
bakar
daya
didapat
selama
efektif.
dengan
persamaan
T)lb
=
632
F . Ql
(2.72)
- - - - - - -- - - - -N.
Pelr-::..vsky.
BAB III
PERMASALAHAN
40
PERMASALAHAN
8 A8
III
P E R MA S A L A H A N
t"Wlifk~m-.!
Sebelum
hendak diuraikan
mengemukakan
dan
dibahas
mac am
dalam
permasalahan
tugas
akhir
ini
baiknya dikemukakan tugas akhir lain yang memiliki
pada bahasan masalahnya. Tugas akhir
akhir Agus Gangsar Tulando yang
tersebut
berjudul
Ambient Temperatur Terhadap Effisiensi
ada
kemiripan
adalah
"Analisa
Thermis
yang
tugas
Pengaruh
Hesin
Utama
Kapal Caraka Jaya III".
Dalam tugas akhir tersebut penekanan
f'.. il
J,c
I
pembahasannya
)I
,... -
•
~
41
PERMASALAHAN
adalah untuk
mengetahui
besarnya
effisiensi
motor penggerak utama kapal Caraka Jaya
III.
thermis
Dimana
dari
tujuan
penulisan yang dicant