2.3. Ratio Kompresi
2.4.1 Klasifikasi Turbocharger
2.4.1.3 Turbocharger sistem converter- pulsa ( pulse-converter system )
Pada Turbocharger sistem converter pulsa ini bertujuan untuk mengubah energi kinetik didalam proses pembuangan menjadi peningkatan tekanan pada turbin
dengan membuat satu atau lebih diffuser. Berikut ini merupakan gambar Turbocharger system converter-pulsa
Gambar 2.4 Turbocharger sistem converter- pulsa ( pulse-converter system)
Secara umum, mesin-mesin diesel berukuran besar biasanya menggunakan turbocharger sistem pulsa, sedangkan untuk mesin-mesin otomotif menggunakan turbocharger tekanan konstan. Oleh karena itu, pada kajian studi ini digunakan Turbocharger sistem tekanan konstan.
2.4.2 Bagian-Bagian Utama Turbocharger
Bagian utama turbocharger terdiri dari sebuah turbin gas dan sebuah kompresor. Gambar 2.5 ini merupakan gambar dari assembling Turbocharger yang telah dilepas bagian-bagiannya
.
Gambar 2.5 Bagian-bagian Assembling Turbocharger
Sumber: http
Keterangan gambar
1. Clamp 18. Exhaust Stud
2. Hose ( waste gate pressure bleed ) 19. Waste gate housing
3. Fitting 20. Bearing housing
4. Clip ( waste gate lever ) 21. Nut ( turbine shaft )
5. Rod ( waste gate ) 22. Compressor
6. Adjusting nut 23. Turbine Shaft
7. Nut 24. Piston ring seal
8. Control Diaphragm ( waste gate ) 25. Heat shield
10.Bracket ( waste gate control diaphragm) 27. Compressor housing backing 11.Locking plate ( compressor housing ) 28. O-ring
12.Compressor housing 29. Piston ring seal
13.O-ring 30. Thrust collar
14.Bolt 31. Thrust bearing
15.Locking Plate ( turbine housing ) 32. Snap ring 16.Clamp Plate ( turbine housing ) 33. Journal bearing 17.Turbine housing 34. Oil drain gasket
2.4.2.1 Turbin
Turbin turbocharger digerakkan oleh energi berguna yang dikandung oleh gas buang. Aliran gas buang dari hasil pembakaran bahan bakar dari dalam ruang bakar menggerakkan sudu-sudu turbin/rotor turbin, diserap energinya dan diubah menjadi bentuk energi mekanis ini merupakan daya poros pada turbin yang dipergunakan untuk menggunakan kompresor.
Persamaan laju aliran gas buang masuk turbin .
.
( )
3600' a i i c s eg m L N F m = µ+∆ . . . (lit.3 hal.238) Dimana meg = laju aliran massa gas buang masuk turbin turbocharger ( kg/det) µ = Koefisien molar gas perubahan molar gas∆sc = Koefisien udara pembilasan untuk mesin dengan turbocarjer koefisien udara pembilas nilainya 0,06 – 0,02 dalam hal ini diambil sebesar 0,15
=
i
F Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr) (lit.3 hal 205) Untuk mekanisme turbocharger Fi = 125 – 150 g/bhp – hr
Dalam hal ini dipilih 133 g/bhp – hr
=
i
N Daya indikator
L’ = Jumlah udara aktual yang dibutuhkan
.
=
a
m berat molekul udara sebesar 28,95 kg/mole
Berdasarkan arah aliran fluida, ada dua tipe turbin yang digunakan pada turbocharger, yaitu aliran radial dan turbin aliran aksial. Turbin aliran radial mempunyai tampak yang sama dengan kompresor sentrifugal, kecuali tentu bahwa gas mengalir secara radial kearah dalm dan buka kearah luar. Turbin aliran radial banyak dipakai dalam ukuran kecil. Turbin ini membentuk rotor yang kompak san tegar bila digabungkan dengan kompresor sentrifugal. Gabungan ini lazim digunakan untuk mengisi turbocharger pada mesin diesel stasioner dan mesin kapal. Juga akhir-akhir ini, untuk kendaran bermototor diesel dan bensin. Turbin gas aliran radial, di lain pihak tidak cocok untuk gas suhu tinggi yang diperlukan untuk menghasilkan efisiensi termal yang baik. Kecuali ukurannya yang kecil, turbin ini kalah efisien dari turbin aliran aksial.
Ada berbagai macam turbin radial yang biasanya digunakan pada otomotif, bervariasi mulai dari bentuk sudu turbin, rancangan rumah turbin dan rancanga sudu. Semua hal tersebut sangat berpengaruh pada prestasi yang dihasilkan motor yang
menggunakannya, oleh sebab itu banyak faktor yang diperhitungkan untuk mendapatkan suatu turbin sesuai dengan operasi yang diinginkan.
Bagian – bagian utama turbin turbocarjer
Gambar 2.7 Komponen Turbin Aliran Radial
Pada motor diesel ini, sesuai dengan yang disurvey dimana turbocarjer dan interkuler itu digunakan bahwa jenis turbin yang digunakan adalah turbin dengan aliran radial
2.4.2.2 Kompresor
Kompresor adalah suatu alat pemampat / menaikkan tekanan udara diatas tekanan atmosfer. Pada keadaan ini kompresor didalam Turbocharger ini berfungsi memampatkan udara / menaikkan tekanan udara yang dihisap dari udara sekitar. Kompresor disini digerakkan oleh turbin turbocarjer, dimana turbin ini digerakkan oleh gas buang dari motor bakar. Pada studi ini fungsi dari kompresor itu untuk menaikkan tekanan efektif rata – rata yang berpengaruh terhadap performansi motor bakar tersebut.
Dalam hal ini setelah melakukan survey kompresor sentrifugal yang sangat cocok digunakan pada Turbocharger.
• Kompresor Sentrifugal
Didalam permesinan, yang mana juga disebut sebagai blowers atau turbo-compressors, satu atau lebih impeller dirotasikan pada kecepatan yang tinggi didalam sebuah rumah kompresor. Udara, yang terlempar masuk kedalam center dari impeller, akan ditingkatkan kecepatannya, lalu udara akan terlempar pada ujung luar ( outer edge ) karena adanya gaya
sentrifugal yang terjadi pada impeller. Udara yang meninggalkan impeller dengan peningkatan tekanan dan kecepatan yang tinggi udara akan memasuki diffuser, pada diffuser akan mengubah energi kinetik udara yang mengalir melewati impeller menjadi energi tekanan
Persamaan laju aliran udara melalui kompresor :
(
1)
3600 ' . a i i c s k m L N F m = +∆ . . . (lit.3 hal.238) dimana: = . km laju aliran massa melalui kompresor (kg/det)
=
∆sc Koefisien udara pembilasan
Untuk mesin dengan turbocharger koefisien udara pembilasan nilainya 0,06 ~ 0,2, dalam kajian studi ini dipilih koefisien udara pembilasan senilai 0,15.
=
i
F Konsumsi bahan bakar indikator ( g/hp-hr)
=
i
N Daya indikator (hp)
L’ = Jumlah udara aktual yang dibutuhkan (mole/kg)
.
=
a
m berat molekul udara sebesar 28,95 kg /mole
Gambar 2.8 Bagian-Bagian Utama Kompresor Sentrifugal
Keterangan :
a. Impeller Gaya yang bekerja pada impeller disebabkan adanya laju perubahan momentum
b. Difuser adalah sebuah cincin yang mengelilingi dan mempunyai luas penampang laluan yang secara kontinu memperbesar untuk mengubah energi kinetik udara yang melewati impeller menjadi tekanan. Difuser yang paling edisien mempunyai sudu-sudu radial yang tetap untuk memaksa udara mengalir secara radial. Dengan peningkatan laluan udara kecepatan radial akan berkurang dan tekanan akan naik, sebab energi total udara adalah konstan.
c. Rumah kompresor. Rumah seputar kompresor diffuser digunakan untuk mengarahkan aliran tekanan tinggi kearah yang dituju dan pada beberapa sisin rumah kompresor berfungsi juga sebagai diffuser.
2.5 Intercooler
pada saat sekarang ini teknologi otomotif yang sedang berkembang itu adalah intercooler. Alat ini adalah peralatan sederhana, tetapi memiliki fungsi yang luar biasa. Intercooler memiliki beberapa nama sebutan antara lain air cooler, after cooler dan charger cooler. Tetapi apapun namanya alat ini memiliki fungsi yang sama yaitu mendinginkan udara yang masuk keruang mesin.
Gambar 2.9 Skema instalasi sederhana turbocharger dengan intercooler
Gambar 2.10 : Intercooler yang digunakan pada PLTD Titi Kuning-Medan Sumber: hasil foto survey lapangan
Berdasarkan prinsip kerjanya, ada dua macam intercooler, yaitu: a.intercooler air to air
b.intercooler air to water
Intercooler air to water adalah intercooler yang bekerja mendinginkan udara berdasarkan udara yang melewati kisi – kisinya. Sedangkan air to water adalah intercooler yang bekerja mendinginkan udara berdasarkan udara yang melewati kisi – kisinya yang juga di bantu dengan air yang melewatinya. Pada perencanaan turbocharger ini dipilih jenis intercooler air to water, karena memiliki efisiensi yang tinggi dan bentuknya dapat lebih mudah disesuaikan.