PT PLN Persero Pusat Pendidikan dan Pela
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
1. PENGENALAN PLTD
1.1 Mesin Diesel
1.1.1. Pengertian Mesin Diesel dan Bagian Utamanya
Mesin diesel adalah mesin yang menghasilkan tenaga mekanis dengan cara melaksanakan
proses pembakaran di dalam mesin (internal combustion engine) dan berbahan bakar solar.
Dari proses pembakaran akan diperoleh tekanan yang tinggi sehingga dapat menghasilkan
tenaga.
Udara murni dimampatkan (dikompresi) dalam suatu ruang bakar (silinder) sehingga
diperoleh udara bertekanan tinggi serta panas, bersamaan dengan itu disemprotkan solar.
Bahan bakar yang disemprotkan berbentuk kabut tersebut akan bercampur merata dengan
udara panas sehingga terjadilah pembakaran.
Pembakaran yang berupa ledakan akan menghasilkan panas dalam ruang bakar,
temperatur dan tekanan pun menjadi tinggi. Tekanan ini mendorong piston kebawah yang
berlanjut dengan berputarnya poros engkol.
Gambar 1.1.1.1 Internal Combustion Engine
Gambar 1.1.1.2 Skema Peralatan PLTD
1
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Gambar 1.1.1.3 Bagian Sentral PLTD
2
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Bagian utama Mesin Diesel, yaitu :
A. Cylinder Head
Gambar 1.1.1.4 Cylinder Head
3
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
B. Cylinder Liner and Anti-Polishing Ring
Gambar 1.1.1.5 Cylinder Liner and Anti-Polishing Ring
4
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
C. Piston
Gambar 1.1.1.6 Piston
5
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
D. Piston Ring Set
Gambar 1.1.1.7 Piston Ring Set
E. Connecting Rod
Gambar 1.1.1.8 Connecting Rod
6
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
F. Bearing (Bantalan)
Gambar 1.1.1.9 Bearing (Bantalan)
G. Crankshaft (Poros Engkol)
Gambar 1.1.1.10 Crankshaft (Poros Engkol)
7
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
H. Engine Block
Gambar 1.1.1.11 Engine Block
1.1.2. Prinsip Kerja Mesin Diesel 4 Langkah dan 2 Langkah
Mesin diesel 4 langkah ialah : mesin diesel dimana setiap satu kali proses usaha
terjadi 4 (empat) kali langkah piston atau 2 kali putaran poros engkol
A. Langkah pengisian
Piston bergerak dari TMA ke TMB, katup isap terbuka dan katup buang tertutup,
sehingga udara bersih masuk kedalam silinder.
B. Langkah kompresi
Piston bergerak dari TMB ke TMA, katup isap tertutup dan katup buang tertutup,
udara didalam silinder ditekan sehingga timbul panas. Akhir kompresi, bahan bakar
diinjeksikan keruang bakar sehingga terjadi pembakaran.
Gambar 1.1.2.1 Prinsip kerja mesin 4 langkah
8
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
C. Langkah usaha
Pembakaran menghasilkan tekanan yang tinggi dalam ruang bakar, tekanan ini
mendorong piston dari TMA menuju TMB, melakukan usaha
D. Langkah pembuangan
Akhir langkah usaha katup buang terbuka, sehingga gas buang keluar melalui katup
tersebut, piston bergerak dari TMB menuju TMA.
Mesin diesel 2 langkah ialah : mesin diesel dimana setiap satu kali proses usaha
terjadi 2 (dua) kali langkah piston atau 1 kali putaran poros engkol
Gambar 1.1.2.2 Prinsip kerja mesin diesel 2 langkah
A. Langkah 1
Pengisian dan kompresi
Piston bergerak dari TMB menuju TMA, udara pengisian masuk melalui lubang isap,
kemudian disusul dengan kompresi, akhir kompresi bahan bakar diinjeksikan ke ruang
bakar sehingga terjadi pembakaran.
B. Langkah 2
Usaha dan pembuangan
Akibat adanya pembakaran dalam ruang bakar, tekanan yang tinggi mendorong piston
dari TMA menuju TMB melakukan usaha disusul dengan pembuangan.
9
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
1.2 Diagram Katup
Pemasukan udara ke dalam silinder akan menyebabkan gas buang kehilangan daya yang
diperlukan, disebut rugi pemompaan. Untuk menurunkan tekanan balik ( back pressure), maka
pembukaan katup dibuat sebesar mungkin, ini khususnya penting dalam kasus mesin 2 langkah
karena proses buang keseluruhannya terjadi dalam bagian yang kecil dari langkah piston dan
pembilasan harus diselesaikan seluruhnya oleh tekanan pengisian udara segar. Oleh sebab itu,
mesin diesel 2 langkah biasanya menggunakan 2 atau 4 katup buang tiap silinder.
A
A
A1 = katup isap
......A2 = Katup buang
B = Pegas katup
C = Rocker Arm
D = Push Rod
E = Valve Lifter
F = Camshaft
G = Gigi transmisi
.......J = Poros Engkol
Gambar 1.3.1 Katup dan kelengkapannya
Pada mesin 4 langkah, pembukaan katup buang tidak menjadi masalah, karena gas buang
dipaksa keluar dalam gerak positif dari piston selama langkah pembuangan. Pembukaan katup
isap perlu untuk diperhatikan agar tidak ada hambatan, karena hambatan terhadap aliran udara
tidak hanya menaikan rugi pemompaan tetapi juga menurunkan densiti pengisian udara.
Penurunan densiti pengisian udara berarti berkurangnya berat oksigen yang tersedia tiap langkah
pemasukan, akibatnya bahan bakar yang terbakar berkurang dan daya maksimum yang dapat
dibangkitkan menjadi berkurang.
Kondisi ini makin berat dengan meningkatnya kecepatan mesin, rugi pemompaan
meningkat dengan cepat karena kecepatan yang tinggi dari aliran gas dan densiti pengisian udara
juga berkurang.
Pengaturan timing katup sangat penting untuk memperoleh kombinasi yang baik antara
daya, efisiensi, ekonomi dan umum mesin. Faktor kunci dalam mencapai tujuan tersebut adalah
proses pengisian, campuran bahan bakar dengan udara yang tepat kedalam silinder.
Telah diketahui bahwa, mesin memerlukan bahan bakar, udara dan panas untuk keperluan
pembakaran didalam silinder, dan pembakaran tersebut menghasilkan gas bekas yang harus
dikeluarkan dari ruang bakar. Untuk mengatur pemasukan dan pembuangan tersebut diatur oleh
katup (Katup isap dan katup buang) lihat gambar 1.3.1
Katup bekerja membuka dan menutup laluan fluida gas. Katup masuk bekerja membuka
dan menutup laluan udara yang masuk ke dalam silinder, sedangkan katup buang bekerja
membuka dan menutup laluan gas bekas ke luar silinder.
10
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Kerja katup dalam tiap satu siklus dapat dilihat pada tabel berikut :
No.
Nama Langkah
Kerja Katup
K. Masuk
K. Buang
1
Pengisian
Membuka
Menutup
2
Kompresi
Menutup
Menutup
3
Usaha
Menutup
Menutup
4
Buang
Menutup
Membuka
Diagram Katup mesin 4 langkah
Katup isap terbuka
pada saat piston akan
mencapai titik mati
atas (TMA) akhir
langkah buang
.
Katup isap masih
membuka
hingga
piston melewati titik
mati bawah (TMB)
akhir
langkah
kompresi
Gambar 1.3.2 Katup isap mulai membuka
Gambar 1.3.3 Katup isap menutup
Katup buang terbuka saat
piston akan mencapai TMB
(langkah usaha)
Katup buang akan
menutup setelah piston
melewati TMA (pada
awal langkah isap)
Gambar 1.3.4 Katup buang mulai membuka
Gambar 1.3.5 Katup buang menutup
11
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
A
Diagram katup isap
10°
Gambar disamping menunjukkan diagram katup isap
dengan besaran derajat yang ditunjukkan sebagai A, dan
B. Dalam hal ini katup isap membuka pada posisi poros
engkol 10O sebelum piston mencapai TMA dan akan
menutup pada posisi poros engkol 490 setelah piston
melewati TMB. Jadi total waktu katup isap terbuka
adalah 10+ 180 + + 49 = 2390
B
49°
Gambar 1.3.6 Diagram katup isap
.
Diagram katup buang
Gambar di samping menunjukkan diagram katup
buang dengan besaran derajat, dimana C = 460 dan D
= 130.
Maksudnya katup buang menutup pada 460 sebelum
TMB dan katup buang menutup pada 130 setelah
TMA. Jadi total katup buang terbuka adalah 13 + 180
+ 46 = 2390.
Gambar 1.3.7 Diagram katup buang
Diagram katup
Jika diagram katup isap digabung dengan diagram
katup buang menjadi satu diagram disebut
diagram katup.
Karena timing katup mesim satu dan lainnya bisa
berbeda, maka akan berbeda pula diagram
katupnya. Hal ini sesuai dengan perencanaan dari
tiap type dan jenis mesinnya.
Gambar 1.3.8 Diagram katup
12
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Gambar 1.3.8 adalah suatu contoh diagram katup yang diambil dari mesin Diesel DAF
X = Titik Mati Atas (TMA)
Y = Titik Mati Bawah (TMB)
A = 10°, Katup isap terbuka
B = 49°, Katup isap tertutup
C = 46°, Katup buang terbuka
D = 13°, Katup buang tertutup
Katup isap terbuka = 10° +180° + 49° = 239°
Kedua katup tertutup selama langkah kompresi dan langkah kerja :
180° - 49°
180° - 46°
Total
= 131°
= 134°
= 265°
Total katup buang terbuka :
46° + 180° + 13°
= 239°
Hal ini berarti putaran poros engkol :
239° + 265° + 239° = 743° untuk satu siklus lengkap
Diagram katup mesin 2 langkah
Pada mesin 2 langkah, piston berfungsi pula sebagai katup (katup buang dan katup isap),
namun kenyataannya untuk mesin diesel 2 langkah sekarang ini dilengkapi dengan katup buang,
sehingga piston hanya berfungsi sebagai katup isap. Umumnya pembukaan katup buang ini lebih
lama dibandingkan pembukaan katup isap, hal ini dimaksudkan agar sisa gas pembakaran akan
lebih leluasa untuk keluar. Sehingga pada mesin 2 langkah sepanjang pembukaan katup isap,
katup buang juga membuka, keadaan ini disebut “ Saat Pembilasan” secara lengkap keadaan ini
dapat dilihat pada diagram katup mesin 2 langkah pada gambar 21.
Gambar 1.3.9 Diagram katup mesin 2 langkah
13
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
1.3 Injection Timing
Telah kita ketahui bahwa hasil dari pembakaran mesin diesel ditentukan oleh bahan
bakar (HSD), oxigen dan kompresi yang tinggi. Namun suatu hal yang tidak kalah pentingnya
adalah saat yang tepat menyemprotkan bahan bakar tadi, ini yang kita sebut dengan saat
penyemprotan (Injection timing). Bila saat penyemprotan tak tepat maka tidak mungkin kita bisa
mendapatkan daya optimal sebaliknya.
Apabila saat penyemprotan disetel tepat berarti mesin diesel tersebut akan mencapai
daya yang optimal, tercapai efisiensi bahan bakar, kondisi mesin normal dan awet sehingga
akan memperpanjang umur mesin dan menekan biaya pemeliharaan. Waktu pemeliharaan bisa
terencana sesuai dengan jadwal pemeliharaan dan juga akan mencapai keandalan pada mesin
pembangkit, pelayanan pada konsumen PLN akan meningkat karena listrik tidak sering padam,
lossespun akan bisa terkendali. Kerugian-kerugian yang diakibatkan sering padamnya listrik
akan dapat dikurangi apabila timing injection pump normal.
Kapan sebaiknya penyemprotan bahan bakar itu dilakukan dengan tepat. Mesin diesel
mempunyai beberapa type dan kapasitas sesuai dengan disain pabrik pembuat, jadi mengenai
penyemprotan bahan bakar itu diatur sesuai dengan derajat poros engkol. Masing-masing type
mesin diesel berbeda bedasarkan pabrik pembuat dan disesuaikan dengan kapasitas masingmasing mesin berdasarkan urutan pengapiannya (Firing Order).
Penyemprotan bahan bakar dapat dilakukan pada saat tekanan kompresi, katup masuk
masuk dan katup buang pada posisi tertutup, ruang bakar mencapai temperatur nyala, volume
didalam silinder menurun, tekanan dan temperatur udara naik. Pada akhir langkah kompresi
pada mesin diesel tekanan udara didalam silinder mencapai ±30 bar dan temperatur mencapai
± 550° C. Selama langkah kompresi piston bertugas menahan udara didalam silinder (ruang
bakar) dan pada roda gila dapat terlihat berapa derajat poros engkol terbaca misalnya 22°
sebelum mencapai titik mati atas (TMA) untuk mesin diesel pompa injeksi bahan bakar akan
bekerja menekan bahan bakar ke dalam silinder dan terus akan mencapai kenaikan temperatur
titik nyala.
Dan poros engkol terus berputar selama penyemprotan berlangsung. Selama
penyemprotan tekanan maximum didalam silinder naik ± 40 bar dan temperatur pembakaran
bisa meningkat mencapai 1500° C atau lebih.
14
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Pemahaman yang lebih baik tentang apa yang terjadi dalam silinder mesin diesel selama
periode pembakaran dapat diperoleh dengan cara penyajian secara grafik, seperti pada
gambar 1.4.1
1. Injection delay, waktu yang
dibutuhkan pompa injeksi
untuk meningkatkan
tekanan sampai dengan
injektor membuka.
2. Ignition delay,waktu yang
dibutuhkan pompa
3. Combustion under constant
volume, atau lazim disebut
pembakaran cepat.
4. Combustion under constant
pressure, periode dimana
sisa fuel terbakar. Disusul
dengan penurunan tekanan
dengan cepat
Gambar 1.4.1 Diagram pembakaran
Perubahan tekanan ditunjukan pada garis ordinat dan waktu ditunjukan sebagai aksisnya.
Gambar diatas menunjukan perubahan tekanan selama 180° yaitu dari 90° sebelum TMA
sampai 90° sesudah TMA.
Kurva titik-titik yang simetris pada sisi kanan menunjukan ekspansi pengisian udara tanpa
adanya bahan bakar. Setelah bahan bakar diinjeksikan dan terjadi pembakaran, maka
prosesnya akan terjadi 4 periode yang terpisah.
Periode pertama : Dimulai dari titik 1 sampai titik 2 yaitu bahan bakar mulai disemprotkan.
Periode ini disebut periode persiapan pembakaran atau periode kelambatan
(delay periode). Periode keterlambatan penyalaan ini juga tergantung dari
beberapa faktor antara lain pada mutu penyalaan bahan bakar dan
beberapa kondisi misalnya : kecepatan mesin dan perbandingan kompresi.
Periode kedua : Yaitu antara 2 dan 3. Pada titik 2 bahan bakar mulai terbakar dengan cepat
sehingga tekanan naik dengan cepat pula dan sementara piston juga masih
bergerak menuju TMA. Selain itu bahan bakar yang terbakar juga makin
banyak, sehingga walaupun piston mulai bergerak menuju TMB tapi tekanan
masih naik sampai titik 3. Periode ini disebut periode cepat.
15
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Periode ketiga
1. Pengenalan PLTD
: Dinamai periode pembakaran terkendali, yaitu antara 3 dan 4 pada periode
ini meskipun bahan bakar lebih cepat terbakar, namun jumlah bahan bakar
sudah tidak banyak lagi dan proses pembakaran langsung pada volume
ruang bakar yang bertambah besar.
Periode keempat
: Yaitu periode dimana pembakaran masih berlangsung, karena adanya
sisa bahan bakar yang belum terbakar dari periode sebelumnya walaupun
sudah tidak ada pemasukan bahan bakar.
Agar dapat dicapai hasil daya optimal suatu mesin diesel yang terdiri dari beberapa silinder
diperlukan kinerja optimal setiap silindernya. Bila tidak seimbang atau terdapat satu/dua silinder
tidak baik maka akan membebani silinder yang lainnya.
Kondisi aktual dari pembakaran pada setiap silindernya harus dipantau secara periodik
dengan tujuan agar diperoleh kinerja mesin sampai optimal. Hal ini dapat dilakukan dengan
combustion press gauge atau peralatan yang lebih canggih lainnya.
max. permissible 10 bar
below test report value
1
2
3
4
5
6
Gambar 1.4.2 Hasil combustion press
Pada kenyataan dilapangan hasil timing injection tidak selalu tepat sesuai dengan
manual/instruction book pabrik pembuat mesin.
Ada 3 macam kondisi timing injection :
• Injection timing normal (firing point correct)
• Injection timing cepat (firing point too early)
• Injection timing lambat (firing point too late)
16
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Injection timing normal
Timing normal adalah langkah penyemprotan
bahan bakar mulai 220 sebelum TMA dilihat pada
roda gila dan diukur dengan menggunakan alat
pengukur tekanan pembakaran
(diagram
pembakaran)
Injection timing cepat
Yang dimaksud timing cepat adalah proses
penyalaan pembakaran diruang bakar lebih besar
dari 220 sebelum TMA sehingga mengakibatkan
pembakaran lebih cepat dari waktu yang
ditentukan
Gambar 1.4.3 Injection Timing
Injection timing lambat
Yang dimaksud timing lambat adalah proses
penyalaan pembakaran diruang bakar lebih kecil
dari 220 sebelum TMA .
1.4 Firing Order (FO)
Diatas sudah dibicarakan bahwa satu siklus motor diesel 4 langkah terjadi dalam dua
putaran engkol (720º) .
Bila motor bersilinder banyak (misalnya 4 silinder), maka dalam dua putaran engkol
(720º) tiap silinder akan mendapat giliran satu kali usaha. Agar diperoleh pendistribusian daya
yang seimbang sepanjang bentangan proses, giliran penyalaan ke 4 silinder tidak diurut
berdasarkan nomor silindernya 1-2-3-4, tapi dibuat berselang seling sedemikian rupa sehingga
oleh pabrik diperhitungkan akan diperoleh keseimbangan pendistribusian daya pada poros
mesin tersebut.
Mesin type in line
F.O. Mesin dapat dilihat pada plat nama mesin tersebut, misalkan satu mesin diesel in line 4
langkah, 4 silinder, pada plat namanya tertera F.O = 1-3-4-2. Angka tersebut menunjukan
urutan pembakaran (dengan sendirinya juga berarti urutan langkah usaha) mesin tersebut
adalah sebagai berikut :
Dari silinder No.1 ……….silinder 3. ………..silinder 4…….. silinder No. 2 dan kembali ke
silinder No.1 secara khusus dapat digambar sebagai berikut :
17
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Silinder 1
Silinder 3
Silinder 2
Silinde 4
Gambar 1.5.1 Firing Order mesin diesel 4 silinder
Mesin type ” V “
Untuk mesin type “V” urutan pembakaran diatur berselang seling antara silinder deretan kiri (Left)
dan kanan (Right). Umpamanya mesin enter prise 4 langkah 12 silinder Type “V” dengan
F.O. 1L
6R
5R
4L
3R
6L
1R
5L
2R
3L
4R
Dengan mengetahui urutan pembakaran (FO) dari suatu mesin yang bersilinder banyak, kita dapat
mengetahui :
1. Bentuk engkol (susunan engkol)
2. Proses yang terjadi didalam tiap silinder
Contoh : Mesin Diesel 4 langkah 4 silinder
Dengan FO = 1 – 3 – 4 – 2
-
Bagaimana bentuk engkolnya
-
Bagamana bentuk diagram FO nya
Dengan FO tersebut bentuk engkol adalah seperti gambar :
4
1
2
3
1-
3-
Gambar 1.5.2 Bentuk engkol mesin diesel 4 langkah, 4 silinder
18
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Untuk mengambarkan diagram FO. terlebih dahulu harus dihitung interval pembakarannya.
Internal pembakaran adalah jarak awal pembakaran satu silinder dengan silinder berikutnya.
Satu siklus
720º
IP = --------Z
Internal pembakaran (IP) = ----------------------Jumlah silinder
Untuk contoh diatas
720º
IP = ------------ = 180º
4
Maka Diagram FO adalah sebagai berikut :
SILINDER
NOMOR
PROSES YANG TERJADI DI DALAM SILINDER
1
USAHA
Buang
Isap
Kompressi
2
Buang
Isap
Kompressi
Usaha
3
Kompressi
Usaha
Buang
Isap
4
Isap
Kompressi
Usaha
Buang
Gambar 1.5.3 Diagram FO mesin diesel 4 langkah, 4 silinder
Pada diagram FO diatas dapat dibaca proses yang terjadi pada setiap silinder untuk suatu
keadaan tertentu.
19
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Sebagai Contoh untuk perputaran engkol
Pada
1. Pengenalan PLTD
0º ÷ 180º
Silinder 1 terjadi usaha
Silinder 2 terjadi buang
Silinder 3 terjadi kompresi
Silinder 4 terjadi isap
20
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
1. PENGENALAN PLTD
1.1 Mesin Diesel
1.1.1. Pengertian Mesin Diesel dan Bagian Utamanya
Mesin diesel adalah mesin yang menghasilkan tenaga mekanis dengan cara melaksanakan
proses pembakaran di dalam mesin (internal combustion engine) dan berbahan bakar solar.
Dari proses pembakaran akan diperoleh tekanan yang tinggi sehingga dapat menghasilkan
tenaga.
Udara murni dimampatkan (dikompresi) dalam suatu ruang bakar (silinder) sehingga
diperoleh udara bertekanan tinggi serta panas, bersamaan dengan itu disemprotkan solar.
Bahan bakar yang disemprotkan berbentuk kabut tersebut akan bercampur merata dengan
udara panas sehingga terjadilah pembakaran.
Pembakaran yang berupa ledakan akan menghasilkan panas dalam ruang bakar,
temperatur dan tekanan pun menjadi tinggi. Tekanan ini mendorong piston kebawah yang
berlanjut dengan berputarnya poros engkol.
Gambar 1.1.1.1 Internal Combustion Engine
Gambar 1.1.1.2 Skema Peralatan PLTD
1
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Gambar 1.1.1.3 Bagian Sentral PLTD
2
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Bagian utama Mesin Diesel, yaitu :
A. Cylinder Head
Gambar 1.1.1.4 Cylinder Head
3
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
B. Cylinder Liner and Anti-Polishing Ring
Gambar 1.1.1.5 Cylinder Liner and Anti-Polishing Ring
4
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
C. Piston
Gambar 1.1.1.6 Piston
5
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
D. Piston Ring Set
Gambar 1.1.1.7 Piston Ring Set
E. Connecting Rod
Gambar 1.1.1.8 Connecting Rod
6
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
F. Bearing (Bantalan)
Gambar 1.1.1.9 Bearing (Bantalan)
G. Crankshaft (Poros Engkol)
Gambar 1.1.1.10 Crankshaft (Poros Engkol)
7
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
H. Engine Block
Gambar 1.1.1.11 Engine Block
1.1.2. Prinsip Kerja Mesin Diesel 4 Langkah dan 2 Langkah
Mesin diesel 4 langkah ialah : mesin diesel dimana setiap satu kali proses usaha
terjadi 4 (empat) kali langkah piston atau 2 kali putaran poros engkol
A. Langkah pengisian
Piston bergerak dari TMA ke TMB, katup isap terbuka dan katup buang tertutup,
sehingga udara bersih masuk kedalam silinder.
B. Langkah kompresi
Piston bergerak dari TMB ke TMA, katup isap tertutup dan katup buang tertutup,
udara didalam silinder ditekan sehingga timbul panas. Akhir kompresi, bahan bakar
diinjeksikan keruang bakar sehingga terjadi pembakaran.
Gambar 1.1.2.1 Prinsip kerja mesin 4 langkah
8
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
C. Langkah usaha
Pembakaran menghasilkan tekanan yang tinggi dalam ruang bakar, tekanan ini
mendorong piston dari TMA menuju TMB, melakukan usaha
D. Langkah pembuangan
Akhir langkah usaha katup buang terbuka, sehingga gas buang keluar melalui katup
tersebut, piston bergerak dari TMB menuju TMA.
Mesin diesel 2 langkah ialah : mesin diesel dimana setiap satu kali proses usaha
terjadi 2 (dua) kali langkah piston atau 1 kali putaran poros engkol
Gambar 1.1.2.2 Prinsip kerja mesin diesel 2 langkah
A. Langkah 1
Pengisian dan kompresi
Piston bergerak dari TMB menuju TMA, udara pengisian masuk melalui lubang isap,
kemudian disusul dengan kompresi, akhir kompresi bahan bakar diinjeksikan ke ruang
bakar sehingga terjadi pembakaran.
B. Langkah 2
Usaha dan pembuangan
Akibat adanya pembakaran dalam ruang bakar, tekanan yang tinggi mendorong piston
dari TMA menuju TMB melakukan usaha disusul dengan pembuangan.
9
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
1.2 Diagram Katup
Pemasukan udara ke dalam silinder akan menyebabkan gas buang kehilangan daya yang
diperlukan, disebut rugi pemompaan. Untuk menurunkan tekanan balik ( back pressure), maka
pembukaan katup dibuat sebesar mungkin, ini khususnya penting dalam kasus mesin 2 langkah
karena proses buang keseluruhannya terjadi dalam bagian yang kecil dari langkah piston dan
pembilasan harus diselesaikan seluruhnya oleh tekanan pengisian udara segar. Oleh sebab itu,
mesin diesel 2 langkah biasanya menggunakan 2 atau 4 katup buang tiap silinder.
A
A
A1 = katup isap
......A2 = Katup buang
B = Pegas katup
C = Rocker Arm
D = Push Rod
E = Valve Lifter
F = Camshaft
G = Gigi transmisi
.......J = Poros Engkol
Gambar 1.3.1 Katup dan kelengkapannya
Pada mesin 4 langkah, pembukaan katup buang tidak menjadi masalah, karena gas buang
dipaksa keluar dalam gerak positif dari piston selama langkah pembuangan. Pembukaan katup
isap perlu untuk diperhatikan agar tidak ada hambatan, karena hambatan terhadap aliran udara
tidak hanya menaikan rugi pemompaan tetapi juga menurunkan densiti pengisian udara.
Penurunan densiti pengisian udara berarti berkurangnya berat oksigen yang tersedia tiap langkah
pemasukan, akibatnya bahan bakar yang terbakar berkurang dan daya maksimum yang dapat
dibangkitkan menjadi berkurang.
Kondisi ini makin berat dengan meningkatnya kecepatan mesin, rugi pemompaan
meningkat dengan cepat karena kecepatan yang tinggi dari aliran gas dan densiti pengisian udara
juga berkurang.
Pengaturan timing katup sangat penting untuk memperoleh kombinasi yang baik antara
daya, efisiensi, ekonomi dan umum mesin. Faktor kunci dalam mencapai tujuan tersebut adalah
proses pengisian, campuran bahan bakar dengan udara yang tepat kedalam silinder.
Telah diketahui bahwa, mesin memerlukan bahan bakar, udara dan panas untuk keperluan
pembakaran didalam silinder, dan pembakaran tersebut menghasilkan gas bekas yang harus
dikeluarkan dari ruang bakar. Untuk mengatur pemasukan dan pembuangan tersebut diatur oleh
katup (Katup isap dan katup buang) lihat gambar 1.3.1
Katup bekerja membuka dan menutup laluan fluida gas. Katup masuk bekerja membuka
dan menutup laluan udara yang masuk ke dalam silinder, sedangkan katup buang bekerja
membuka dan menutup laluan gas bekas ke luar silinder.
10
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Kerja katup dalam tiap satu siklus dapat dilihat pada tabel berikut :
No.
Nama Langkah
Kerja Katup
K. Masuk
K. Buang
1
Pengisian
Membuka
Menutup
2
Kompresi
Menutup
Menutup
3
Usaha
Menutup
Menutup
4
Buang
Menutup
Membuka
Diagram Katup mesin 4 langkah
Katup isap terbuka
pada saat piston akan
mencapai titik mati
atas (TMA) akhir
langkah buang
.
Katup isap masih
membuka
hingga
piston melewati titik
mati bawah (TMB)
akhir
langkah
kompresi
Gambar 1.3.2 Katup isap mulai membuka
Gambar 1.3.3 Katup isap menutup
Katup buang terbuka saat
piston akan mencapai TMB
(langkah usaha)
Katup buang akan
menutup setelah piston
melewati TMA (pada
awal langkah isap)
Gambar 1.3.4 Katup buang mulai membuka
Gambar 1.3.5 Katup buang menutup
11
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
A
Diagram katup isap
10°
Gambar disamping menunjukkan diagram katup isap
dengan besaran derajat yang ditunjukkan sebagai A, dan
B. Dalam hal ini katup isap membuka pada posisi poros
engkol 10O sebelum piston mencapai TMA dan akan
menutup pada posisi poros engkol 490 setelah piston
melewati TMB. Jadi total waktu katup isap terbuka
adalah 10+ 180 + + 49 = 2390
B
49°
Gambar 1.3.6 Diagram katup isap
.
Diagram katup buang
Gambar di samping menunjukkan diagram katup
buang dengan besaran derajat, dimana C = 460 dan D
= 130.
Maksudnya katup buang menutup pada 460 sebelum
TMB dan katup buang menutup pada 130 setelah
TMA. Jadi total katup buang terbuka adalah 13 + 180
+ 46 = 2390.
Gambar 1.3.7 Diagram katup buang
Diagram katup
Jika diagram katup isap digabung dengan diagram
katup buang menjadi satu diagram disebut
diagram katup.
Karena timing katup mesim satu dan lainnya bisa
berbeda, maka akan berbeda pula diagram
katupnya. Hal ini sesuai dengan perencanaan dari
tiap type dan jenis mesinnya.
Gambar 1.3.8 Diagram katup
12
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Gambar 1.3.8 adalah suatu contoh diagram katup yang diambil dari mesin Diesel DAF
X = Titik Mati Atas (TMA)
Y = Titik Mati Bawah (TMB)
A = 10°, Katup isap terbuka
B = 49°, Katup isap tertutup
C = 46°, Katup buang terbuka
D = 13°, Katup buang tertutup
Katup isap terbuka = 10° +180° + 49° = 239°
Kedua katup tertutup selama langkah kompresi dan langkah kerja :
180° - 49°
180° - 46°
Total
= 131°
= 134°
= 265°
Total katup buang terbuka :
46° + 180° + 13°
= 239°
Hal ini berarti putaran poros engkol :
239° + 265° + 239° = 743° untuk satu siklus lengkap
Diagram katup mesin 2 langkah
Pada mesin 2 langkah, piston berfungsi pula sebagai katup (katup buang dan katup isap),
namun kenyataannya untuk mesin diesel 2 langkah sekarang ini dilengkapi dengan katup buang,
sehingga piston hanya berfungsi sebagai katup isap. Umumnya pembukaan katup buang ini lebih
lama dibandingkan pembukaan katup isap, hal ini dimaksudkan agar sisa gas pembakaran akan
lebih leluasa untuk keluar. Sehingga pada mesin 2 langkah sepanjang pembukaan katup isap,
katup buang juga membuka, keadaan ini disebut “ Saat Pembilasan” secara lengkap keadaan ini
dapat dilihat pada diagram katup mesin 2 langkah pada gambar 21.
Gambar 1.3.9 Diagram katup mesin 2 langkah
13
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
1.3 Injection Timing
Telah kita ketahui bahwa hasil dari pembakaran mesin diesel ditentukan oleh bahan
bakar (HSD), oxigen dan kompresi yang tinggi. Namun suatu hal yang tidak kalah pentingnya
adalah saat yang tepat menyemprotkan bahan bakar tadi, ini yang kita sebut dengan saat
penyemprotan (Injection timing). Bila saat penyemprotan tak tepat maka tidak mungkin kita bisa
mendapatkan daya optimal sebaliknya.
Apabila saat penyemprotan disetel tepat berarti mesin diesel tersebut akan mencapai
daya yang optimal, tercapai efisiensi bahan bakar, kondisi mesin normal dan awet sehingga
akan memperpanjang umur mesin dan menekan biaya pemeliharaan. Waktu pemeliharaan bisa
terencana sesuai dengan jadwal pemeliharaan dan juga akan mencapai keandalan pada mesin
pembangkit, pelayanan pada konsumen PLN akan meningkat karena listrik tidak sering padam,
lossespun akan bisa terkendali. Kerugian-kerugian yang diakibatkan sering padamnya listrik
akan dapat dikurangi apabila timing injection pump normal.
Kapan sebaiknya penyemprotan bahan bakar itu dilakukan dengan tepat. Mesin diesel
mempunyai beberapa type dan kapasitas sesuai dengan disain pabrik pembuat, jadi mengenai
penyemprotan bahan bakar itu diatur sesuai dengan derajat poros engkol. Masing-masing type
mesin diesel berbeda bedasarkan pabrik pembuat dan disesuaikan dengan kapasitas masingmasing mesin berdasarkan urutan pengapiannya (Firing Order).
Penyemprotan bahan bakar dapat dilakukan pada saat tekanan kompresi, katup masuk
masuk dan katup buang pada posisi tertutup, ruang bakar mencapai temperatur nyala, volume
didalam silinder menurun, tekanan dan temperatur udara naik. Pada akhir langkah kompresi
pada mesin diesel tekanan udara didalam silinder mencapai ±30 bar dan temperatur mencapai
± 550° C. Selama langkah kompresi piston bertugas menahan udara didalam silinder (ruang
bakar) dan pada roda gila dapat terlihat berapa derajat poros engkol terbaca misalnya 22°
sebelum mencapai titik mati atas (TMA) untuk mesin diesel pompa injeksi bahan bakar akan
bekerja menekan bahan bakar ke dalam silinder dan terus akan mencapai kenaikan temperatur
titik nyala.
Dan poros engkol terus berputar selama penyemprotan berlangsung. Selama
penyemprotan tekanan maximum didalam silinder naik ± 40 bar dan temperatur pembakaran
bisa meningkat mencapai 1500° C atau lebih.
14
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Pemahaman yang lebih baik tentang apa yang terjadi dalam silinder mesin diesel selama
periode pembakaran dapat diperoleh dengan cara penyajian secara grafik, seperti pada
gambar 1.4.1
1. Injection delay, waktu yang
dibutuhkan pompa injeksi
untuk meningkatkan
tekanan sampai dengan
injektor membuka.
2. Ignition delay,waktu yang
dibutuhkan pompa
3. Combustion under constant
volume, atau lazim disebut
pembakaran cepat.
4. Combustion under constant
pressure, periode dimana
sisa fuel terbakar. Disusul
dengan penurunan tekanan
dengan cepat
Gambar 1.4.1 Diagram pembakaran
Perubahan tekanan ditunjukan pada garis ordinat dan waktu ditunjukan sebagai aksisnya.
Gambar diatas menunjukan perubahan tekanan selama 180° yaitu dari 90° sebelum TMA
sampai 90° sesudah TMA.
Kurva titik-titik yang simetris pada sisi kanan menunjukan ekspansi pengisian udara tanpa
adanya bahan bakar. Setelah bahan bakar diinjeksikan dan terjadi pembakaran, maka
prosesnya akan terjadi 4 periode yang terpisah.
Periode pertama : Dimulai dari titik 1 sampai titik 2 yaitu bahan bakar mulai disemprotkan.
Periode ini disebut periode persiapan pembakaran atau periode kelambatan
(delay periode). Periode keterlambatan penyalaan ini juga tergantung dari
beberapa faktor antara lain pada mutu penyalaan bahan bakar dan
beberapa kondisi misalnya : kecepatan mesin dan perbandingan kompresi.
Periode kedua : Yaitu antara 2 dan 3. Pada titik 2 bahan bakar mulai terbakar dengan cepat
sehingga tekanan naik dengan cepat pula dan sementara piston juga masih
bergerak menuju TMA. Selain itu bahan bakar yang terbakar juga makin
banyak, sehingga walaupun piston mulai bergerak menuju TMB tapi tekanan
masih naik sampai titik 3. Periode ini disebut periode cepat.
15
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Periode ketiga
1. Pengenalan PLTD
: Dinamai periode pembakaran terkendali, yaitu antara 3 dan 4 pada periode
ini meskipun bahan bakar lebih cepat terbakar, namun jumlah bahan bakar
sudah tidak banyak lagi dan proses pembakaran langsung pada volume
ruang bakar yang bertambah besar.
Periode keempat
: Yaitu periode dimana pembakaran masih berlangsung, karena adanya
sisa bahan bakar yang belum terbakar dari periode sebelumnya walaupun
sudah tidak ada pemasukan bahan bakar.
Agar dapat dicapai hasil daya optimal suatu mesin diesel yang terdiri dari beberapa silinder
diperlukan kinerja optimal setiap silindernya. Bila tidak seimbang atau terdapat satu/dua silinder
tidak baik maka akan membebani silinder yang lainnya.
Kondisi aktual dari pembakaran pada setiap silindernya harus dipantau secara periodik
dengan tujuan agar diperoleh kinerja mesin sampai optimal. Hal ini dapat dilakukan dengan
combustion press gauge atau peralatan yang lebih canggih lainnya.
max. permissible 10 bar
below test report value
1
2
3
4
5
6
Gambar 1.4.2 Hasil combustion press
Pada kenyataan dilapangan hasil timing injection tidak selalu tepat sesuai dengan
manual/instruction book pabrik pembuat mesin.
Ada 3 macam kondisi timing injection :
• Injection timing normal (firing point correct)
• Injection timing cepat (firing point too early)
• Injection timing lambat (firing point too late)
16
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Injection timing normal
Timing normal adalah langkah penyemprotan
bahan bakar mulai 220 sebelum TMA dilihat pada
roda gila dan diukur dengan menggunakan alat
pengukur tekanan pembakaran
(diagram
pembakaran)
Injection timing cepat
Yang dimaksud timing cepat adalah proses
penyalaan pembakaran diruang bakar lebih besar
dari 220 sebelum TMA sehingga mengakibatkan
pembakaran lebih cepat dari waktu yang
ditentukan
Gambar 1.4.3 Injection Timing
Injection timing lambat
Yang dimaksud timing lambat adalah proses
penyalaan pembakaran diruang bakar lebih kecil
dari 220 sebelum TMA .
1.4 Firing Order (FO)
Diatas sudah dibicarakan bahwa satu siklus motor diesel 4 langkah terjadi dalam dua
putaran engkol (720º) .
Bila motor bersilinder banyak (misalnya 4 silinder), maka dalam dua putaran engkol
(720º) tiap silinder akan mendapat giliran satu kali usaha. Agar diperoleh pendistribusian daya
yang seimbang sepanjang bentangan proses, giliran penyalaan ke 4 silinder tidak diurut
berdasarkan nomor silindernya 1-2-3-4, tapi dibuat berselang seling sedemikian rupa sehingga
oleh pabrik diperhitungkan akan diperoleh keseimbangan pendistribusian daya pada poros
mesin tersebut.
Mesin type in line
F.O. Mesin dapat dilihat pada plat nama mesin tersebut, misalkan satu mesin diesel in line 4
langkah, 4 silinder, pada plat namanya tertera F.O = 1-3-4-2. Angka tersebut menunjukan
urutan pembakaran (dengan sendirinya juga berarti urutan langkah usaha) mesin tersebut
adalah sebagai berikut :
Dari silinder No.1 ……….silinder 3. ………..silinder 4…….. silinder No. 2 dan kembali ke
silinder No.1 secara khusus dapat digambar sebagai berikut :
17
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Silinder 1
Silinder 3
Silinder 2
Silinde 4
Gambar 1.5.1 Firing Order mesin diesel 4 silinder
Mesin type ” V “
Untuk mesin type “V” urutan pembakaran diatur berselang seling antara silinder deretan kiri (Left)
dan kanan (Right). Umpamanya mesin enter prise 4 langkah 12 silinder Type “V” dengan
F.O. 1L
6R
5R
4L
3R
6L
1R
5L
2R
3L
4R
Dengan mengetahui urutan pembakaran (FO) dari suatu mesin yang bersilinder banyak, kita dapat
mengetahui :
1. Bentuk engkol (susunan engkol)
2. Proses yang terjadi didalam tiap silinder
Contoh : Mesin Diesel 4 langkah 4 silinder
Dengan FO = 1 – 3 – 4 – 2
-
Bagaimana bentuk engkolnya
-
Bagamana bentuk diagram FO nya
Dengan FO tersebut bentuk engkol adalah seperti gambar :
4
1
2
3
1-
3-
Gambar 1.5.2 Bentuk engkol mesin diesel 4 langkah, 4 silinder
18
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
1. Pengenalan PLTD
Untuk mengambarkan diagram FO. terlebih dahulu harus dihitung interval pembakarannya.
Internal pembakaran adalah jarak awal pembakaran satu silinder dengan silinder berikutnya.
Satu siklus
720º
IP = --------Z
Internal pembakaran (IP) = ----------------------Jumlah silinder
Untuk contoh diatas
720º
IP = ------------ = 180º
4
Maka Diagram FO adalah sebagai berikut :
SILINDER
NOMOR
PROSES YANG TERJADI DI DALAM SILINDER
1
USAHA
Buang
Isap
Kompressi
2
Buang
Isap
Kompressi
Usaha
3
Kompressi
Usaha
Buang
Isap
4
Isap
Kompressi
Usaha
Buang
Gambar 1.5.3 Diagram FO mesin diesel 4 langkah, 4 silinder
Pada diagram FO diatas dapat dibaca proses yang terjadi pada setiap silinder untuk suatu
keadaan tertentu.
19
PT PLN (Persero)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Sebagai Contoh untuk perputaran engkol
Pada
1. Pengenalan PLTD
0º ÷ 180º
Silinder 1 terjadi usaha
Silinder 2 terjadi buang
Silinder 3 terjadi kompresi
Silinder 4 terjadi isap
20