BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPada zaman yang semakin modern ini, energi listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting dan tidak dapat dipisahkan dalam kehidupansehari-hari. Konsumsi energi berkaitan langsung dengan kehidupan penduduk dantingkat industri suatu negara, dimana negara-negara maju memiliki pasokanenergi yang lebih besar dibandingkan dengan negara sedang berkembang.Untuk memenuhi kebutuhan listrik yang merupakan kebutuhan utamaindustri, perusahaan, media elektronik, serta kebutuhan rumah tangga, pemerintahmendirikan Perusahaan Listrik Negara (PLN) yang memberi jasa energi listrikuntuk rakyat yang membutuhkannya. Untuk menjaga hal-hal yang dapatmengganggu kelancaran kinerja penyalur energi listrik, Perusahaan Listrik Negaramendidik tenaga-tenaga ahli yang dibutuhkan, sehingga pada saat ini jaringanlistrik sudah dapat masuk ke pelosok-pelosok desa, yang secara tidak langsungturut serta meningkatkan kecerdasan bangsa. Jadi jelas terlihat bahwa peran PLNsangat nyata dalam pembangunan bangsa.Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam, khususnya masyarakat di kotaBanda Aceh, sangat membutuhkan energi listrik untuk mendukung aktivitassehari-hari, baik itu rumah, kantor-kantor, perguruan tinggi, sekolah dan tempattempat lainnya. Mengingat kondisi tersebut, maka dibangun sebuah pembangkitlistrik (PLTD Lueng Bata) yang dapat mendukung semua aktivitas masyarakat.Pada awal berdirinya, PLTD tersebut dibangun di daerah Merduati. Tetapikarena daerah Merduati merupakan daerah kota yang tidak pernah terlepas darikeramaian, maka lokasi PLTD ini pun harus direlokasi untuk mencegah faktorkebisingan dan polusi yang dapat mengganggu aktifitas masyarakat di sekitarnya,sehingga dibangun tempat untuk meletakkan mesin-mesin pembangkit listrik itudi daerah Lueng Bata, dimana tempat tersebut jauh dari keramaian kota dan 1perumahan penduduk. PLTD Lueng Bata milik PT. PLN (Persero), yang secarastruktur tunduk terhadap Sumbagut (Pembangkitan Sumatera Bagian Utara).1.2 Jenis-Jenis Pembangkit Tenaga ListrikPerkembangan teknologi dibidang energi listrik semakin modern sehingga dewasa ini kita mengenal bermacam-macam sumber energi listrik, seperti :1.2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)Pembangkit Listrik Tenaga Air atau juga disebut Hydropower mengkonversi energi potensial yang terdapat pada air di dalam bendunganmenjadi energi kinetik melalui turbin. Turbin dikopel ke generator secara mekanikmelalui rotating shaft . Turbin mulai berputar oleh gerakan air dan merubah energikinetik menjadi energi mekanik. Generator berputar merubah energi mekanikmenjadi energi listrik.Gambar 1.1 Prinsip Kerja PLTABesarnya daya listrik yang dihasilkan tergantung dari air yang mengalirmelalui waterways dan head (tinggi dari free surface bendungan (head water) ketail water ).21.2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)PLTD adalah suatu instalasi pemabngkit listrik yang terdiri dari suatu unit pembangkit ( SPD ) dan sarana pembangkitan. Mesin Diesel adalah penggerakutama untuk mendapatkan energi listrik dan dikeluarkan oleh Generator . Padamesin Diesel Energi Bahan bakar diubah menjadi energi mekanik dengan prosespembakaran didalam mesin itu sendiri.Mesin Diesel pada saat ini sudah banyak mengalami perkembangan dalampemakaian untuk angkutan darat dan laut, kemudian pembangkitan dalam dayakecil dan menengah bahkan sampai daya besar sudah ada yang menggunakannya.Untuk mempermudah dalam melakukan pemeliharaan Mesin Diesel parateknisi harus mempunyai dasar-dasar pengetahuan mengenai Mesin Diesel yangbaik, agar setiap melakukan pemeliharaan para teknisi dapat memperlakukansetiap komponen yang berada dalam mesin, sesuai dengan konstruksinya.1.2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)PLTU adalah pembangkit yang menggunakan uap untuk memutar turbinnya yang akan menggerakkan generator dan akhirnya menghasilkan listrik.Uap ini dihasilkan oleh proses pemanasan yang terjadi di Boiler. Uap yangdihasilkan oleh boiler tentu saja tidak sama dengan uap yang keluar pada saat kitamemasak air di dapur.Gambar 1.2 Prinsip Keraj PLTU3Pemanasan di boiler pada pembangkit ini demikian panasnya sehingga uapyang dihasilkan akan berada pada fase superheated, uap yang penuh energi inilahyang dihantamkan ke bilah-bilah turbin, sehingga turbin akan berputar danmenghasilkan listrik melalui generatornya. Karena rumitnya proses dari mulaimemanaskan uap sampai dengan mulai memutar turbin selain juga karena adanyainersia termodinamika dalam sistemnya, maka PLTU yang di hot start baru mulaiberproduksi setelah kurang lebih 5 jam. Bila proses pembangkitan dimulai dengancold start, maka bisa ditebak, kurang lebih butuh 16 jam untuk mulaimenghasilkan listrik.1.2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)Pada prinsipnya sistem kerja pembangkit listrik tenaga nuklir atau PLTN tidak ubahnya seperti prinsip kerja dari sebuah pembangkit listrik yangmemanfaatkan panas sebagai pembangkit uap. Uap air yang bertekanan tinggidigunakan untuk menggerakkan turbin, kemudian turbin menggerakkan generator,dan generator menghasilkan listrik.Gambar 1.3 Prinsip Kerja PLTNPerbedaan utama antara PLTN dengan pembangkit listrik tenagakonvensional adalah terletak pada pemanfaatan bahan bakar yang digunakanuntuk menguapkan air. Pada pembangkit listrik konvensinal untuk menghasilkan 4panas menggunakan bahan bakar berupa minyak, gas alam, ataupun batubara(energi fosil). Sementara pada PLTN menggunakan uranium ataupun plutoniumyang direaksikan dengan neutron dalam sebuah reaksi fisi yang akanmenghasilkan panas untuk kemudian membangkitkan uap bertekanan tinggi gunamemutar turbin. Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalamsuatu ketel melalui pembakaran fosil (minyak, batubara, dan gas). Uap yangdihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan bergerak apabila ada tekanan uap.Perputaran turbin selanjutnya digunakan untuk menggerakkan generator, dangenerator menghasilkan tenaga listrik. PLTN beroperasi dengan prinsip yangsama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untuk menghasilkan uap tidakdihasilkan dari pembakaran bahan fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahaninti bahan fisil (Uranium) di dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebutdigunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap (SteamGenerator) dan selanjutnya sama seperti pada PLK, uap digunakan untukmenggerakkan turbin, turbin menggerakkan generator, dan generatormenghasilkan listrik. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yangdisirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.1.2.5 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)Energi panas matahari (surya) merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola dan dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energiterutama bagi negara-negara yang terletak di khatulistiwa termasuk Indonesia, dimana matahari bersinar sepanjang tahun. Dapat dilihat bahwa energi surya yang tersedia adalah sebesar 81.000 TerraWatt sedangkan yang dimanfaatkan masihsangat sedikit.Ada beberapa cara pemanfaatan energi panas matahari yaitu diantaranyaadalah sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Surya.Prinsip kerjanya adalah panasdari matahari diterima oleh kolektor yang di dalamnya terdapat pipa-pipa berisiair. Panas yang diterima kolektor akan diserap oleh air yang berada di dalam pipasehingga suhu air meningkat.5Gambar 1.4 Prinsip Kerja PLTSSinar matahari diperkuat oleh kolektor pada suatu titik fokus untukmenghasilkan panas yang sangat tinggi bahkan bisa mencapai suhu 3800 C. Pipayang berisi air dilewatkan tepat pada titik fokus sehingga panas tersebut diserapoleh air di dalam pipa. Panas yang sangat besar ini dibutuhkan untuk mengubahfase cair air di dalam pipa menjadi uap yang bertekanan tinggi. Uap bertekanantinggi yang di hasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin uapyang kemudian akan memutar turbo generator untuk menghasilkan listrik.1.2.6 Pembagkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB)Sebagian besar pembangkit listrik menggunakan uap. Uap dipakai untukmemutar turbin yang kemudian mengaktifkan generator untuk menghasilkanlistrik. Banyak pembangkit listrik masih menggunakan bahan bakar fosil untukmendidihkan air guna menghasilkan uap. Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi(PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU),hanya saja pada PLTU, uap dibuat di permukaan menggunakan boiler, sedangkan 6pada PLTP uap berasal dari reservoir panas bumi. Pembangkit yang digunakanuntuk merubah panas bumi menjadi tenaga listrik secara umum mempunyaikomponen yang sama dengan power plant lain yang bukan berbasis panas bumi,yaitu terdiri dari generator, turbin sebagai penggerak generator, heat exchanger,chiller, pompa, dan sebagainya. Ada tiga macam teknologi pembangkit listriktenaga panas bumi yaitu dry steam, flash steam, dan binary cycle.Gambar 1.5 Prinsip Kerja PLTPB1.3 Tujuan Kerja PraktekSasaran dan tujuan yang ingin dicapai dalam melaksanakan Praktek kerja lapangan ini antara lain adalh sebagai berikut:a. Menyelesaikan salah satu tugas pada kurikulum yang ada pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Syiah Kuala.b. Mengetahui serta memahami peralatan yang digunakan dan masalah-masalah yang dihadapi dilapangan.c. Menerapkan dan membandingkan ilmu-ilmu teoritis yang didapat di perguruaan tinggi ke dalam pekerjaan nyata.d. Memahami segi-segi ekonomis pengoperasian suatu sarana produksi.e. Merupakan bekal pengalaman kelak bila telah menyelesaikan studi.71.4 Metode PelaksanaanMetode-metode yang digunakan penulis dalam pelaksanaan kerja praktik ini meliputi :1. DiskusiMetode diskusi ini dilakukan antara pembimbing lapangan dengan pesertakerja praktik. Pembimbing memberikan penjelasan mengenai komponendan cara kerja berbagai peralatan di tempat kerja praktek.2. Pengamatan di lapanganMelakukan pengamatan langsung mengenai prinsip kerja mesin dieselCCM Sulzer, terutama pada mesin turbocharger. 3. Studi literatureDasar teori mesin CCM Sulzer dipahami dengan mempelajari bukupanduan mesin diesel dan bacaan yang relevan lainnya.4. WawancaraMetode ini dilakukan dengan melakukan tanya jawab kepada parakaryawan dan teknisi.8BAB IISTRUKTUR ORGANISASI DAN PERLENGKAPANPERUSAHAAN2.1. Profil Singkat PT. PLN (PLTD) Sektor Lueng BataPT. PLN Sektor Lueng Bata didirikan di Banda Aceh. Sebelum didirikan Perusahaan Listrik Negara (PLN) di Banda Aceh, listrik yang disuplai kekonsumen di Banda Aceh masih tergantung dari suplaian arus listrik padaPembangkit Sumatra Utara. Pembangkit listrik yang ada di Banda Aceh dibangunguna membantu suplaian arus listrik dari Sumatra Utara yang disuplaikan kekonsumen di Banda Aceh. 2.2 Struktur OrganisasiStruktur organisasi sangat berguna untuk memperlancar pelaksanaan serta pengurusan dan pemeriksaan kelancaran pengoperasian serta perawatan mesinsecara kontinyu untuk setiap unit-unit pembangkit listrik yang baik guna mengaturdan menjalankan suatu pola kerja yang teratur di mana pada gilirannya nanti akantercipta suatu siklus yang teratur dan juga terarah.Usaha-usaha pengaturan struktur organisasi tentu tidak terlepas dari tujuanperusahaan tersebut dalam menjalankan roda organisasi sehingga tidak terjaditumpang tindih atau penumpukan kerja pada bagian-bagian tertentu saja, yangmenyebabkan penurunan efisiensi kerja sehingga kualitas produk yang dihasilkankurang optimal.Tugas dan wewenang serta tanggung jawab tiap-tiap unsur organisasiPLTD Sektor Lueng Bata adalah sebagai berikut :1. ManagerBertugas menyelenggarakan kepemimpinan sehari-hari, mengkoordinirserta memberikan bimbingan dan pedoman kerja guna demi kelancaranpelaksanaan tugas seluruh staf. Dalam menjalankan pelaksanaan tugasnyaManager bertanggung jawab terhadap PLN Sektor Lueng Bata.92. Asmen OperasiBertugas memantau dan mengatur operasi seluruh unit mesin pembangkit yang dioperasikan oleh regu jaga serta memeriksa laporan-laporan yang diajukankepadanya.3. Asmen PemeliharaanBertugas mengatur dan mengadakan persiapan yang diperlukan untuk melaksanakan pemeliharaan yang akan dilakukan sesuai dengan jampengoperasian yang dijalani oleh mesin dan generator.4. Asmen SDM dan AdministrasiBertugas dan membina pelaksanaan kegiatan bidang administrasi, mengatur prosedur perkantoran, membantu menyelenggarakan fasilitas-fasilitaskedinasan, menyediakan alat-alat kantor serta membuat dokumen dan statuskepegawaian. Dalam menjalankan tugasnya bertanggung jawab kepada ManagerPLTD.5. Asmen EngineeringBertugas dalam pemasangan, pembongkaran dan memperbaiki alat-alat atau mesin-mesin yang terdapat pada PLTD agar dapat bekerja secara optimal.2.3 Sarana dan Prasarana PLTDPLTD Lueng Bata memiliki beberapa sarana dan prasarana yang salingberhubungan fungsinya satu dengan lainnya. Skema/denah sarana danprasarana dapat dilihat pada lampiran2.3.1 Sarana2.3.1.1 Mesin-Mesin PembangkitMesin-mesin yang digunakan di PLTD Lueng Bata ini adalah mesinPembangkit Tenaga Diesel dengan jumlah sebanyak 14 (empat belas) unitpembangkit yang terdiri dari beberapa jenis dan merek serta kapasitas terpasanguntuk memenuhi kebutuhan energi listrik bagi masyarakat.10 Adapun data-data dari mesin tersebut sebagai berikut : Mesin Daihatsu sebanyak 2 unit Pabrik Pembuatan : DAIHATSU DIESEL MFG CO LTD Model/ Type : 8DS 26 Nomor Seri : D 826371: D 826372 Daya : 1500 kW Jumlah Silinder : 8 Tahun Pembuatan : 1977 Tahun Operasi : 1978 Putaran Nominal : 750 rpm Sistem Pendingin : Air (Sistem Radiator) Sistem Gerak Mula : Udara Bertekanan Mesin Stork Werkspoor Diesel sebanyak 3 unit Pabrik Pembuatan : STORK WERSPOOR DIESEL - Holland Model/Type : 9 TM 410RR: 6 TM 410 RR Nomor Seri : 3335: 3444: 3645 Daya : 5415 kW: 3800 kW: 3385 kW Jumlah Silinder : 9, 6 Tahun Pembuatan : 1976, 1978, 1984 Tahun Operasi : 1981, 1983, 1986 Putaran Nominal : 500 rpm Sistem Pendingin : Air (Sistem Radiator) Sistem Gerak Mula : Udara Bertekanan11 Mesin CCM Sulzer sebanyak 6 unit Pabrik Pembuatan : CCM SULZER Model/Type : 12 ZV 40/48 Nomor Seri : 101275 - 296: 101207 298: 101323 -334: 101311 332: 101325 - 338: 101335 - 346 Daya : 8530,8 kW Jumlah Silinder : 12 Tahun Pembuatan : 1985 Tahun Operasi : 1986 Putaran Nominal : 600 rpm Sistem Pendingin : Air (Sistem Radiator) Sistem Gerak Mula : Udara Bertekanan Mesin Container sebanyak 3 unit Pabrik Pembuatan : Wartsila Model/Type : 20018 Nomor Seri : 181076 Daya : 3600 kW Jumlah Silinder : 18 Tahun Pembuatan : 2003 Tahun Operasi : 2003 Putaran Nominal : 1500 rpm Sistem Pendingin : Air (Sistem Radiator) Sistem Gerak Mula : Udara Bertekanan122.3.1.2 GeneratorGenerator adalah suatu alat yang dapat mengubah energi mekanis yang dapat diperoleh dari pembangkit menjadi energi listrik. Perpindahan daya dalambentuk putaran poros engkol ke rotor pada generator dapat dilakukan denganberbagai komponen daya penerus, di antaranya adalah :Roda GigiRantaiSabuksKoplingGenerator dapat dibagi menjadi dua bagian :Bagian yang berputar (rotor) : bagian ini dikopel dengan shaft dari mesin penggerak.Bagian yang tetap stator : bagian ini diletakkan pada pondasi.2.3.1.3 Penguat (exiter)Alat ini berfungsi sebagai pembangkit listrik arus searah untuk menginjeksi arus ke generator, sehingga generator yang mempunyai medanmagnet akan membangkitkan arus listrik yang kuat dan mempunyai tegangantinggi. Penguat ini digerakkan langsung dengan mesin pembangkit yangdihubungkan langsung pada poros engkol.2.3.1.4 Alat-alat ProteksiAlat-alat proteksi ini gunanya mengamankan generator, transformator, alat ukur, terhadap gangguan antara lain :Beban lebih (Over Load)Gangguan petirGangguan satu fasa ke tanahBelitan dari stator132.3.1.5 Mesin Perkakas dan Alat Bantu LainnyaMesin Perkakas :Mesin BubutPeralatan Pengelasan Alat Bantu Lainnya :Elektro motor compressorElektro motor lub oilElektro motor separatorElektro motor jaket waterTreat water pumpFuel oil transfer pumpRaw water pumpPompa pendingin injektorLub oil radiatorRaw water radiator2.3.2 Prasarana 2.3.2.1 Gedung SentralGedung sentral dipergunakan untuk menempatkan sejumlah mesin-mesinpembangkit beserta peralatannya. Gedung ini mempunyai luas 5,121 m. luas areaPT. PLN sektor Lueng Bata adalah 15,199 m2.3.2.2 Tangki Bahan Bakar2Tangki bahan bakar adalah tangki untuk menampung bahan bakar sebelumdisalurkan ke tangki cadangan (buffer tank) sebelum dimasukkan ke tangki harian(dailing tank). Tangki bahan bakar berjumlah tiga buah masing-masing denganberbagai kapasitas dan ukuran berbeda-beda.Tangki IStorage tank : 500 kilo literDiameter : 132,665 m214Tinggi : 4 mVolume : 530,66 kilo literTangki IIStorage tank : 1000 kilo literDiameter : 146,049 mTinggi : 7,75 mVolume : 1131,14 kilo literTangki IIIStorage tank : 1500 kilo literDiameter : 206,015 mTinggi : 7,65 mVolume : 1576,14 kilo liter2.3.2.3 Tangki Harian (Daily Tank)Tangki harian merupakan tangki bahan bakar yang digunakan sehari-hari oleh mesin-mesin pembangkit. Dalam tangki inilah bahan bakar dialirkan kemesin. Tangki ini berjumlah empat belas unit.15BAB IIITEORI DASAR MESIN DIESEL3.1. Pengenalan Mesin DieselMenurut Wiranto Arismunandar (1983: 85) Motor diesel yang biasa juga disebut compression ignition engines adalah motor bakar torak yang berbedadengan motor bensin, proses penyalaannya bukan dengan loncantan api listrik.Pada langkah isap hanyalah udara segar saja yang masuk ke dalam silinder. Padawaktu torak hampir mencapai TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder.Terjadilah proses penyalaan untuk pembakaran, pada saat udara di dalam silindersudah bertemperatur tinggi. Udara tersebut mengandung 21% volume O2, setelah temperatur campuranitu melampaui temperatur nyala bahan bakar. Persyaratan ini sudah dipenuhiapabila dipergunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi, berkisar antara12 sampai 25.Perbandingan kompresi yang rendah pada umumnya dipergunakan padamotor Diesel berukuran besar dengan putaran rendah. Perbandingan kompresiyang tinggi banyak dipakai pada motor Diesel berukuran kesil dengan putara tinggi ( 4000 rpm). Perancangan cenderung mempergunakan kompresi yang serendah-rendahnya berdasarkan pertimbangan kekuatan material serta beratmesinnya. Oleh karena itu, pada umumnya motor Diesel bekerja denganperbandingan kompresi antara 14 dan 17.Pada setiap motor bakar mempunyai siklus operasi sendiri, menurutMaleev (1986:4) siklus operasi mesin diesel terbagi dua yaitu yg beroperasi padasiklus tekanan konstan dan yang beroperasi pada siklus kombinasi. Mesin yangpembakarannya dilakukan pada adalah mesin dengan daya besar menggunakaninjeksi udara kecepatan rendah. Pada siklus kombinasi adalah siklus dengan satu 16bagian bahan bakar terbakar pada volume konstan dan pada bagian laintekanannya mendekati konstan.Menurut Maleev (1986:17) siklus yang terjadi pada mesin Diesel secararingkas dapat dijelaskan:1. Pengisian silinder dengan udara segar.2. Penekana isi silinder yang menaikkan tekanan dan temperatur udara sehingga jika bahan bakar di injeksikan akan segera menyala dan terbakarsecara efisien.3. Pembakaran bahan bakar dan pengembangan gas panas.4. Mengosongkan hasil pembakaran silinder.Titik mati pada silinder terdiri dari titik mati atas (TMA) yaitu ketika torakberada paling dekat dengan kepala silinder dan titik mati bawah (TMB) ysituketika torak berada paling jauh dari kepala silinder.3.2 Siklus Udara Motor Diesel Empat LangkahPada motor Diesel empat langkah terdapat dua siklus yang dapat digunakan untuk menganalisa proses termodinamika yaitu:1. Siklus udara tekanan konstan2. Siklus udara tekanan terbatas3.2.1 Siklus udara tekanan konstanProses pemasukan kalor yang terjadi pada siklus Diesel dilakukan pada tekanan konstan. Menurut Wiranto Arismunandar (1988:96) hal ini terjadi karenaproses pembakaran terjadi pada proses pengecilan volume saat torak menujuTMA. Akibat pembakaran kenaikkan tekanan berkurang karena bertambahbesarnya volume ruang bakar akibat bergeraknya torak dari TMA ke TMB. Silkusudara tekanan konstan dapat dilihat pada Gambar 3.1.17Gambar 3.1 Siklus udara tekanan konstan dan Siklus Udara Tekanan terbatasUraian proses untuk tiap langkah siklus udara tekanan konstan adalahsebagai berikut:(0.1) : Langkah isap pada proses tekanan konstan(1-2) : Langkah kompresi secara isentropik(2.3) : Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan(3.4) : Langkah ekspansi secara isentropik(4.1) : Langkah Pengeluaran Kalor Pada Volume Konstan(1-0) : Langkah Pengeluaran Kalor Pada Tekanan Konstan3.2.2 Siklus udara tekanan terbatas (siklus gabungan)Siklus udara tekanan terbatas dapat dilihat pada Gambar 3.2. Proses pemasukan kalor berlangsung selama proses konstan (2-3a) dan tekanan tekanankonstan (3a-3).Untuk siklus tekanan terbatas garis isap (0-1) dan garis buang (5-6)berbeda letaknya antara motor tanpa turbocharger dan motor dengan turbocharger.Jika pada motor tanpa turbocharger garis buang di atas garis isap, sedangkan 18motor dengan turbocharger garis isap berada di ats garis buang. Hal ini karenaudara pada langkah isap dipaksa masuk silinder oleh pompa udara yangdigerakkan oleh mesin itu sendiri.(a)(b)Gambar 3.2 Siklus tekanan terbatas tanpa turbocharger (3.2a) dan siklustekanan terbatas dengan turbocharger (3.2b)Uraian proses untuk tiap langkah yang terjadi pada siklus tekanan terbatasadalah sebagai berikut:(0.1) : Langkah isap pada tekanan konstan(1-2) : Langkah kompresi secara isentropik(2-3a): Proses pemasukan kalor pada volume konstan(3a-3): Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan(3-4) : Langkah ekspansi secara isentropik(4-5) : Langkah pengeluaran kalor pada volume konstan(5-6) : Langkah pengeluaran kalor pada tekanan konstan19BAB IVTUGAS KHUSUS3.2 TurbochargerDalam pengoperasian mesin diesel, daya yang dibangkitkan sangat tergantung pada kualitas udara dan kuantitas bahan bakar yang tersedia atauterbakar. Jika diinginkan daya yang lebih besar maka dapat dilakukan denganmemperbesar volume silinder dan ruang bakar, tapi cara ini akan mengakibatkanbertambahnya dimensi mesin yang tentunya kurang efisien jika mesin tersebutterdapat pada ruangan yang terbatas.Jika penambahan udara ke dalam ruang silinder tanpa merubah ukuranvolume silinder, maka dapat dilakukan dengan metode pengisian lanjut(supercharging). Menurut Wiranto Arismunandar (1994:114), pengisian lanjutyang digerakkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin itu sendiri atau denganjalan memanfaatkan energi gas buang untuk menggerakkan turbin yangmenggerakkan blower, sehingga blower tersebut akan memasukkan udara kedalam silinder dan pengisian lanjut ini dinamakan turbocharger. Tekanan udaramasuk ke silinder berisar antara 1,2 2,2 kg/cm2.Bagian-bagian utama dari turbocharger dapat dilihat pada Gambar 3.3.20Gambar 4.1 Bagian-bagian utama dari turbochargerTujuan utama penggunaan turbocharger adalah memperbesar daya mesin(30 - 80%); mesin pun jadi lebih kompak dan ringan. Motor diesel dengansupercharger menjadikan mesin dapat bekerja lebih efisien serta pemakaian bahanbakar spesifiknya lebih rendah (5 15%). Kecepatan turbocharger harus relatif tinggi yaitu sekitar 10.000 sampai17.000 rpm untuk mesin kecepatan rendah dan 15.000 hingga 30.000 rpm untukmesin kecepatan tinggi.Skema instalasi sebuah motor torak dengan dua turbocharger dapat dilihatpada Gambar 3.4 di bawah ini.S alur an b uangmotor torakPipa penghubungSi si 2S alur an isapS isi 1S alur an b uangKatu bKTA ku mulat orTur boc harger 2Tur binT2K2kompre sorkompre sorK1T1Tur binTurbochar ge r 1Gas buan gKat ubKKud ar a atmo sf erGas buan gudar aatmosferGambar 4.2 Diagram aliran udara gas buang pada motor dengan turbocharger21Menurut Maleev (1986:24), pengisian lanjut yang dilakukan untukmenaikkan udara mesin empat langkah dilakukan oleh blower untuk mendorongudara masuk dengan tekanan yang lebih tinggi. Akibatnya tekanan yang lebihtinggi pada awal langkah kompresi maka akan menaikkan tekanan efektif ratarata. Seiring kenaikkan tekanan penyalaan maksimum dan temperaturemaksimum. Sebaliknya pengggunaan bahan bakar tiap daya kuda/jam biasanyaberkurang karena kenaikkan turbulensi udara dan pembakaran jadi lebih merataygtentunya mengakibatkan efisiensi mekanis mesin meningkat. Apabila motor dirancang untuk efisiensi maksimum pada daerahpembebanan tinggi, maka pada pembebanan rendah daya dan efisiensi menurunkarena pembakaran kurang sempurna. Pada beban rendah, gas buang tidak cukupkuat menggerakkan turbosupercharger. Menurut Wiranto Arismunandar(1988:117) pada operasi beban-penuh kedua turbocharger bekerja. Sedangkanpada beban sebagian hanya satu turbocharger yang bekerja; pada kondisi ini katupKT dan katup KK tertutup, sehingga turbocharger 2 tidak bekerja. 4.2 Cara Kerja TurbochargerGas buang dari mesin dimanfaatkan pada turbocharger untuk menggerakkan turbin yang selanjutnya menggerakkan blower untuk mendorongudara masuk dengan tekanan yang tinggi. Putaran turbin sama dengan putaranblower karena terhubung pada satu poros. Gas buang yang masuk pada turbin lalukeluar pada saluran buang, blower yang berputar pada putaran tinggi menghisapudara masuk kedalam penyaringan udara masuk (Air Intake Filter) masukkedalam pipa selanjutnya masuk pada silinder head. Akibat tekanan yang lebihtinggi pada awal langkah kompresi maka akan menaikkan tekanan efektif rata-ratadan juga menaikkan tekanan penyalaan maksimum dan suhu maksimum.Sebaliknya penggunaan bahan bakar berkurang karena kenaikan turbulensi udaradan pembakaran menjadi lebih merata yang tentunya mengakibatkan efisiensimekanis mesin meningkat.Apabila motor dirancang untuk efisiensi maksimum pada daerahpembebanaan tinggi, maka pada pembebanan rendah daya dan efisiensi menurun 22karena pembakaran kurang sempurna, pada beban rendah gas buang tak cukupkuat menggerakkan turbocharger. Menurut Wiranto Arismunandar (1994 : 117)pada beban rendah tak diperlukan turbocharger, maka gas buang dapat dibuattidak melalui turbin dengan mengatur pembukaan katup simpang, sehinggaturbocharger tidak bekerja. Pembukaan katup simpang disesuaikan dengan katupgas, bila katup gas dibuka pada tekanan tertentu yang sanggup memutar turbinmaka katup simpang secara otomatis tertutup. 4.3 Kompresor Pada TurbochargerMenurut PK. Nag (2002: 755) kompresor pada turbocharger dapat dikelompokkan dalam dua bagian, yaitu:1. Non-positive displacement yang terdiri dari radial dan kompresor aksial (Gambar 3.5).2. Positive displacement type yang terdiri dari roots blower, vane compressor and screw compressor (Gambar 3.6).(a) (b)Gambar 4.3 kompresor aksial (3.5a) dan kompresor radial (3.5b) kompresor radial23Roots blowerVane compressorScrew compressorGambar 4.4 Tipe positive displacement compressor4.4 Jenis dan Spesifikasi TurbochargerTurbocharger dari suatu motor Diesel sudah benarbenar disesuaikan secara thermodinamikanya, fisiknya dan kegunaannya pada motor tersebut. Padamesin diesel CCM SULZER yang digunakan oleh PT. PLN (Persero) Lueng Bata,menggunakan turbocharger tipe VTR 354-11, berarti ukuran rangkanya (frame)adalah 354, sedangkan design variation adalah 11. Putaran (n) dan temperaturemaksimum (T) adalah 365/s dan 6200C.244.5 Analisis Termodinamika4.5.1 Tekanan gas dalam pipa buangMenurut N. Petrovsky (1974:215) tekanan gas buang masuk ke dalam pipabuang adalah:Pep = Pt = (0,8 0,9) Psup (4.1)dimana: Pep = tekanan gas dalam pipa buang Pt = tekanan gas menuju turbinPsup Maka:Pep= tekanan udara pengisian lanjut (1,2 2,2, kg/cm = Pt 2), Wiranto A.(1994:114) = 2 kg/cm2 diambil karena mesin dikondisikan padaputaran maksimum.= 0,9 . Psup = 0,9 x 2 kg/cm = 1,8 kg/cm224.5.2 Temperatur gas hasil pembakaran yang mengalir ke dalam pipa buang(4.2)dimana : Tcp Tb= Tb ppepb1-mm = temperatur pada akhir ekspansi = 985 K Pep Pb = tekanan gas dalam pipa buang = 1,8 kg/cm= tekanan akhir ekspansi = 5,13 kg/cm m = polytropic exponent = 1,33maka: Tcp = 985 13,58,1-33,1133,120225 = 760 0K4.5.3 Temperatur gas dalam pipa buang sebelum turbinTemperatur gas dalam pipa buang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.(N. petrovsky, 1974: 210)(4.3)Teg = ++egmcpscTamcpscTcpcpmcp)()(sup.)(.)( Mean molar isobaric heat capacity dari hasil pembakaran dari 0 ke Tcp =487 (mcpoC dapat dihitung dengan persamaan berikut ini (Petrovsky, 1974: 215):)cp = VCO2 . (mcp)CO2 + VH2O . (mcp)HO2 +

VO2 . (mcp)O2 + VN2 . (mcp(4.4)dimana: komposisi kimia bahan bakar ( C = 86% ; H = 13% ; O = 1%) Udara teoritis yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg bahan bakar adalah(N. Petrovsky, 1974: 37) : Lo = = ++3 241 22 1,01 OHC (4.5)21,011286,0+ Lo = 0,495 mol/kg BB413,0+3201,0Pembakaran sempurna bisanya terjadi pada saat bahan bakar dan udaramiskin sehingga dibutuhkan udara lebih. Hal ini diperlukan untuk menjagakebutuhan udara pada saat proses pembakaran berlangsung. Besar udara berlebihini disebut koefisien kelebihan udara (excess air). Menurut N. Petrovsky(1974:38) dapat dihitung dengan persamaan:L = Lo . a .. (4.6))N226 = 0,495 x 2 = 0,99 mol/kg BBSelama proses pembakaran antara udara dan bahan bakar di dalam ruangsilinder didapat sejumlah produk pembakaran dan jumlah produk pembakaran iniN. Petrovsky (1974:39) dapat dihitung dengan persamaan:+324OHMg = L + 413,0+ = 0,99 + = 1,023 mol/kg BB3201,0 (4.7)Proses pembakaran yang terjadi mengakibatkan temperatur udara yangtinggi di dalam silinder sehingga terjadi perubahan volume gas pembakaranselama proses berlangsung. N. Petrovsky (1974:40) perubahan ini dapat dihitungdengan persamaan:LMg = = 99,0023,1 = 1,033.. (4.8)Menurut N. Petrovsky (1974:38) hasil dan volume relatif pembakaran tiapbahan bakar dapat dihitung dengan persamaan:Hasil pembakarana. Carbon dioxide, b. Water vapour, c. Nitrogen, MN2MMCO2H212c =2hO =1286,0=213,0= = 0,0717 mol = 0,065 mol= 0,79 . a . Lo mol= 0,79 x 2 x 0,495 mol/kg BB= 0,7821 mol27d. Oksigen, MO2Volume relatif hasil pembakarana. Carbon dioxide, b. Carbon dioxide, c. Carbon dioxide, d. Carbon dioxide, VVVVCO2HO2N2O2= 0,21 (a 1) Lo mol= 0,21 (2 1) 0,495 mol= 0,104 mol = = = = MgMCO 2MgMHO 2MgMN 2MgMO 2= = = = 023,10717,0023,1065,0023,17821,0023,1104,0= 0,1017Dari tabel (lampiran) dengan cara interpolasi diperoleh:- (mcp) CO2 = 10,647- (mcp) H2O = 8,492 kcal/mol C- (mcp) O2 = 7,469- (mcp) N2 = 7,104maka:(mcp)cp0= 0,0701= 0,0635= 0,7645 = (0,0701 . 10,647) + (0,0635 . 8,493) + (0,1017 . 7,469) ++(0,7645 7,104) = 7,476 kcal/mol 0CPembilasan pada turbocharger juga dibutuhkan untuk menurunkantemperatur gas buang sampai batas yang diinginkan, sehingga mean polarisobaric heat capacity udara pembilasan pada Tsup 90 C adalah:(mcp)a = 6,959 kcal/mol 00C, dengan cara interpolasi dari tabel (lampiran).28Mean polar isobaric heat capacity dari gas buang hasil pembakaran +udara pembilasan adalah:(4.9)dimana: maka:(mcp)eg = ++scamcpsccpmcp)()( = perubahan gas pembakaran = 1,033 sc= koefisien kelebihan udara bilas = (0,06 0,20), asumsisc= 0,2(mcp)eg = 033,1++2,0033,1)959,6(2,0465,7 = 7,428 kcal/mol Cmaka: Teg = Teg = 0++egmcpscTamcpscTcpcpmcp)()(sup.)(.)(++)428,7()2,0033,1(90180,72,0487476,7033,1Teg = 425 0C + 273 = 698 0K........ 4.5.4 Massa aliran gas yang melalui turbin dan blowerUntuk mengetahui massa aliran gas yang melalui turbin maka terlebih dahulu harus diketahui daya indikasi yang dibangkitkan motor diesel.Turbocharger ini dipergunakan pada penggerak generator listrik dengan kapasitas pembangkit 6368 kW. Jadi daya indikasi motor diesel yang dibutuhkanadalah:Ni = 1,5 x bebanmaka: Ni = 1,5 x 6368 kW = 9450 kW x 1,34 = 12672 HP29Menurut N. Petrovsky (1974: 238) massa aliran gas ayng melalui turbin,adalah:3600... maLNiFiGg = ( + sc) (4.10)dimana: Fi = konsumsi spesifik indikasi BBmaka:.. = F x m F = konsumsi spesifik efektif BB = 0.162 kg/HP-hr m = efisiensi mekanik (0,8 0,88)Fi = 0,162 x 0,88 = 0,134 kg/HP-hrma = berat molekul udara = 28,95 kg/mol360095,28.99,0.12672.134,0 Gg = (1,033 + 0,2) = 17,79 kg/detMassa aliran udara yang melewati blower adalah banyaknya udara yang dibutuhkan engine, yaitu:(4.11)3600... maLNiFiGa = (1 + sc) .. 360095,28.99,0.2,12788.134,0 = (1 + 0,2) = 17,31 kg/det304.6 Analisis Performance Turbocharger4.6.1 Daya turbin gas efektif yang dapat dibangkitkanDaya turbin gas efektif yang dihasilkan dapat diperoleh denganpersamaan:Nt = k( ) )(7511TtRk--PtPto-kk1HPGgtdimana: k = exponent adiabatic hasil pembakaran = (1,33 1,34), asumsi 1,33 Tt = temperatur sebelum turbin = 698 maka: K Pto = tekanan keluar turbin = 1,06 kg/cm Pt = tekanan masuk turbin = 1,8 kg/cm R = konstanta udara = 29,3 m/002K t = efisiensi turbin = (0,75 0,85), asumsi = 0,8 Nt = 33,18,106,12..... (4.12)79,178,0( ) )(7516983,29133,1-= 1926 HP-33,1133,1-HP4.6.2 Daya yang dibutuhkan blowerDaya yang dibutuhkan blower dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Nt = k1sup1111kPoPHPGa( ) )(75ToRk---kkdimana: k = efisiensi blower = (0,80 0,87), asumsi = 0,85 Psup = tekana keluar blower = 2 kg/cm Po = tekanan udara luar = 1,03 kg/cm k = eksponen adiabatic kompresi = 1,4122... (4.13)31 Ga = massa aliran udara = 17,31 kg/det To = temperatur udara masuk = 300 Kmaka: Nt = 141,141,1- = 1747 HP213003,290-41,1141,131,1785,01( ) )(75-103,1HP4.6.3 Efisiensi turbochargerMenurut N. Petrovsky (1974: 477) efisiensi turbocharger dapat didefinisikan sebagai berikut:tc = k . t . m .......................................................... (4.14)dimana:k = efisiensi adiabatic blower = (0,8 0,87), asumsi = 0,85t = efisiensi adiabatic turbin = (0,75 0,85), asumsi = 0,8m = efisiensi mekanis turbocharger = (0,8 0,88), asumsi = 0,88maka:tc = 0,85 x 0,8 x 0,88 = 0,5984 = 59,84 %BAB VKESIMPULAN DAN SARAN325.1 KesimpulanSetelah dilakukan analisis termodinamika pada turbocharger VTR 354-11 yang digunakan pada mesin diesel CCM Sulzer dapat diberikan kesimpulansebagai berikut:1. Dari hasil perhitungan diperoleh:- (Pt) = 1,8 kg/cm- (Tcp) = 487 C- (Tt) = 425 00C- (Gg) = 17,19 kg/det- (Ga) = 17,31 kg/det- (Nt) = 1926 HP- (Nk) = 1747 Hp- (tc) = 59,8422. Turbocharger ini dipergunakan pada penggerak generator listrik dengankapasitas pembangkit 6368 kW. Jadi daya indikasi motor diesel yangdibutuhkan (Ni) adalah 12672 HP5.2 Saran1. Agar efisiensi turbocharger tetap terjaga, maka diperlukan perawatan secara berkala2. Pembersihan harus dilakukan secara berkala, terutama pada bagian-bagian sebagai berikut:- Bersihkan bagian-bagian atau komponen turbocharger dengan mempergunakan bahan cairan berupa chemical tersedia, atau minyak solarataupun dengan ditergen biasa.- Agar tidak mempergunkan benda-benda tajam berupa sekrap segi tiga, pisaudempul untuk membersihkan blower/turbin blade, wail insert (material yang 33terbuat dari bahan logam lunak). Hal ini dilakukan untuk menghindariterjadinya unbalance pada rotor turocharger.3. Lakukan pemeriksaan terhadap komponen-komponen turbocharger darikemungkinan keretakan-keretakan, keausan dan kondisi material yang adauntuk kemungkinan penggantian material. 4. Minyak pelumas diganti sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. 34