743
OPTIMASI UNJUK KERJA DIESEL ENGINE CATTERPILAR C32 PT. PLN (PERSERO) ULP DOBO
Abeleri Laelaem1, Susilo Handoko1*
1Teknik Mesin Kilang, PEM Akamigas, Jl Gajah Mada No.38, Cepu, Blora, 58315
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
PT. PLN ULP Dobo memiliki unit PLTD dengan lokasi di Wamar Dobo yang memiliki 5 (lima) unit pembangkit listrik. Perusahan Listrik Tenaga Diesel Wamar sementara stand by dengan total kapasitas terpasang 2.900 kW. Motor diesel catterpilar C32 merupakan salah satu penggerak generator di unit pembangkit listik PT.PLN ULP Dobo. Dalam operasinya motor diesel mengalami kenaikan jumlah pemakaian bahan bakar dari 73 liter/jam menjadi 104 liter/jam. Untuk menjaga performa motor diesel dilakukan evaluasi dan optimasi. Motor diesel catterpilar C32 sendiri beroperasi dengan beban 420 kW menghasilkan daya efektif mesin 445,48 HP, pemakaian bahan bakar per jam 104 liter/jam dan pemakaian bahan bakar spesifik 0,451 lb/HP jam. Berdasarkan hasil evaluasi, motor diesel catterpilar C32 mengalami kenaikan konsumsi bahan bakar untuk setiap jamnya menjadi lebih banyak dibandingkan dengan kondisi desainnya. Untuk menurunkan jumlah pemakaian bahan bakar pada motor diesel catterpilar C32 penulis mengusulkan dilakukan optimasi dengan tujuan menurunkan temperatur dan tekanan udara masuk silinder yaitu dengan menambahkan intercooler. Dengan optimasi ini terjadi penghematan pemakaian bahan bakar dari 104 liter/jam menjadi 94 liter/jam dan pemakaian bahan bakar spesifik 0,40 lb/HP jam motor.
Kata kunci : motor diesel catterpilar C32, kondisi operasi, evaluasi, optimalisasi.
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam sebuah industri skala kecil maupun skala besar, paralatan mekanik memiliki peranan penting dalam proses kegiatan suatu industri. Peralatan mekanik konversi energi tersebut sangat dibutuhkan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang dapat dimanfaatkan pada proses industri.
Proses pembangkitan tenaga listrik dalam prinsipnya merupakan konversi energi primer menjadi energi mekanik penggerak generator yang selanjutnya energi mekanik tersebut dikonversi oleh generator menjadi energi listrik. Energi listrik inilah yang dimanfaatkan untuk kebutuhan di industri. Untuk itu performa dari generator senantiasa harus dijaga dengan baik, karena pentingya fungsi dari generator ini maka perlu dilakukan optimasi terhadap unjuk kerjanya (performance). Dengan memperhatikan hal tersebut maka penulis melakukan praktik kerja lapangan yang dikhususkan kepada optimasi unjuk kerja diesel engine Caterpillar C32, kemudian disusun dalam bentuk Kertas Kerja Wajib (KKW) dengan judul “OPTIMASI UNJUK KERJA DIESEL ENGINE CATERPILLAR C32 PT.PLN (PERSERO) ULP DOBO”
1.2 Tujuan
Beberapa tujuan dari penyusunan dan penulis Kertas Kerja Wajib (KKW) ini sebagai berikut :
a. Dapat melakukan perhitungan unjuk kerja (performance) diesel engine catterpilar C32 dengan menggunakan data-data kondisi operasi yang ada di lapangan.
744
b. Mampu melakukan evaluasi unjuk kerja (performance) diesel engine catterpilar C32 berdasarkan data hasil pengamatan dan hasil perhitungan unjuk kerja.
c. Mampu melakukan optimalisasi unjuk kerja (performance) diesel engine catterpilar C32.
d. Mampu menerapkan ilmu pengetahuan yang telah didapat di kampus dang mengembangkannya di lapangan.
e. Diharapkan mampu memberikan saran dan masukan untuk pengembangan dan pengoperasian di unit terkait dimasa yang akan datang.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan Kertas Kerja wajib ini, penulis tidak membahas secara menyeluruh tentang objek yang diamati, penulis membatasi permasalahan pada optimasi unjuk kerja diesel engine Catterpilar C32 yang meliputi:
a. Fungsi diesel engine catterpilar C32.
b. Perhitungan unjuk kerja diesel engine catterpilar C32.
c. Evaluasi unjuk kerja diesel engine catterpilar C32 berdasarkan kondisi di lapangan dan data desain.
d. Mengoptimasi unjuk kerja diesel engine Catterpilar C32 berdasarkan hasil evaluasi unjuk kerja dengan cara menambahkan intercooler.
e. diesel engine, prinsip kerja diesel engine, sistem-sistem pada motor diesel, perhitungan unjuk kerja diesel engine.
2. METODE
Berikut ini adalah hasil optimasi pola pembebanan daya motor diesel catterpilar C32 berdasarkan perhitungan manual hasil unjuk kerja dan perhitungan optimasi :
Studi Literatur START
Pengambiilan data :
1. Daya Motor Diesel (BHP) 2. Efisiensi Motor Diesel ( 3. Putaran Mesin (rpm) 4. Jumlah Silinder (i) 5. Tekanan Efektif (Pe) 6. Indeks Siklus (Z)
Perhitungan Hasil Unjuk Kerja & Optimasi:
1. Efisiensi Charge 2. Tekanan Efektif 3. Daya Efektif
4. Pemakaian Bahan Bakar 5. Efisiensi Thermal Efektif
Hasil Optimasi
Kesimpulan
745
3. PEMBAHASAN
3.1 Data Spesifikasi Diesel Engine Catterpilaar C32
Diesel engine catterpilar C32 dan generator memiliki data spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 1. Data Spesifikasi Diesel Engine Caterpillar C32
No. Deskripsi Spesifikasi
1 Merk Caterpillar
2 Tipe C32
3 Langkah 4 Langkah
4 Jumlah silinder 12
5 No. Seri PRH06320
6 Putaran 1500 rpm
7 Tahun 2016
8 Diameter Silinder 145 mm
9 Made in US
10 Langkah Torak 162 mm
11 Compression Ratio 15,0 : 1
12 Konstruksi silinder V
13 Arah Putaran Searah jarum jam
14 Pendingin Radiator/Cooler
15 Kapasitas Air 55,1
16 Tekanan Pendingin 60 psi
17 Tekanan Pelumas 60 psi
18 Berat 3004 kg
19 Konfigurasi Diesel siklus 12 silinder V, 4 langkah
20 Aspirasi Dengan turbocharger dan aftercooler
21 Interval penggantian Oli 250
3.2 Data Kondisi Operasi Diesel Engine Catterpilar C32
Pengamatan di lapangan dilaksanakan pada tanggal 31 Mei 2020 pada beban kW 420, pemakaian bahan bakar sekitar 75 liter/jam. Dari parameter pengamatan diambil rata-rata nilai pada tanggal tersebut. Data kondisi operasi motor diesel catterpilar C32 sebagai berikut :
Tabel 2 Data Kondisi Operasi
No. Parameter operasi Nilai
1. Putaran Mesin 1500 rpm
2. Tekanan Oli 60 psi
3. Temperature Water 80
4. Temperature udara luar 35oC
5. Temperature udara masuk silinder 36,2oC 6. Tekanan udara keluar silinder 0,1 kg/cm2
746
3.3 Evaluasi unjuk Kerja Motor Diesel Catterpilar C32
Hasil evaluasi unjuk kerja motor diesel catterpilar C32 dengan perhitungan dari data-data yang diperoleh di lapangan (data operasi) dan data spesifikasi, maka didapat hasil seperti ditunjukan pada tabel dibawah ini :
Tabel 3 Evaluasi Unjuk Kerja Motor Diesel Catterpilar C32
No. Performance
Hasil Evaluasi Design Standar
400 kW
Beban Operasi 420 kW
1. Daya Efektif Mesin 375 HP 445,48 HP
2 Pemakaian bahan bakar per jam 73 liter/jam 104 liter/jam
3 Pemakaian bahan bakar spesifik 0,365 lb/HP jam 0,451 lb/HP jam
4 Efisiensi Thermal Efektif (𝜂the) 30 – 41 % 30,91%
Dari tabel diatas dapat disimpulkan :
1. Berdasarkan perhitungan daya efektif mesin mengalami kenaikan dari data standar. Hal ini dikarenakan beban operasi yang diberikan lebih tinggi. Sehingga daya efektif mesin mengalami kenaikan dari standar design.
2. Pemakaian bahan bakar spesifik masih dalam standar, karena selisihnya tidak begitu jauh. Sehingga mesin dalam keadaan baik, penggunaan bahan bakar cukup irit. Selisih pemakaian bahan bakar per jam terjadi kenaikan karena beban operasi lebih tinggi dengan standar design.
3. Efisiensi thermal masih dalam dalam rentang standar, sehingga tidak ada masalah dalam sistem pembakarannya.
3.4 Optimasi Unjuk Kerja Motor Diesel Catterpilar C32
Optimasi unjuk kerja motor diesel adalah upaya untuk menganalisa penyebab menurunnya performa sebuah motor diesel yang kemudian dijadikan dasar untuk memperbaiki motor diesel itu sendiri agar lebih baik. Untuk itu optimasi pada motor diesel catterpilar C32 adalah optimalisasi pemakaian bahan bakar per jam. Untuk melakukan optimalisasi pada pemakaian bahan bakar per jam dilakukan dengan cara menurunkan temperatur dan tekanan udara masuk silinder dengan menambahkan intercooler untuk mendinginkan udara yang masuk ruang bahan bakar. Untuk mencegah agar gas buang atau temperatur udara keluar silinder tidak merusak silinder maka harus rutin melakukan maintenance pada sistem pendingin dan sistem pelumas.
3.4.1 Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar per Jam
Perhitungan bahan bakar setiap jam dari motor diesel dapat dihitung dengan persamaan berikut :
𝐺𝑓 = 𝐺𝑢
𝑟𝑎𝑓 𝑥𝑛
𝑍 𝑥 𝑖 𝑥 60
Maka jumlah udara yang dipakai untuk pembakaran (Gu) dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :
144 𝑥 𝑃𝑑 𝑥 𝑉𝑠 = 𝑍 𝑥 𝐺𝑢 𝑥 𝑅 𝑥 𝑇𝑑
𝐺𝑢 = 144𝑥 𝑃𝑑 𝑥 𝑉𝑠 𝑍 𝑥 𝑅 𝑥 𝑇𝑑 Dimana,
Gu = Jumlah pemakaian udara per siklus per silinder (lb/siklus/silinder)
747
Pd = Tekanan udara masuk silinder = 15,4551 Psia Vs = Volume silinder (ft3)
= ¼ x 𝜋 x D2 x L = 0,785 x (5,70 in)2 x (6,37in) = 162,46 in3 = 0,0940 ft3.
Z = Kompresibilitas faktor udara
R = Konstanta udara = 53,35 lbm ft/lbºR
Td = Temperatur udara masuk silinder = 34,2 = 95ºC = 554,67 ºR Menghitung kompresibilitas faktor udara (Z)
Adapun persamaan untuk menghitung kompresibilitas udara dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
Pr = Pd
Pcr=15,4551
547 = 0,03 Tr = Td
𝑇𝑐𝑟=554,67
238,3 = 2,33
Berdasarkan nilai Pr = 0,03 dan Tr = 2,33 diperoleh Z = 1
Maka pemakaian udara untuk pembakaran (Gu) adalah : 𝐺𝑢 =144 𝑥 15,4551 𝑥 0,0940
1 𝑥 53,35 𝑥 554,67 = 0,0070 lb/siklus Perbandingan udara bahan bakar (raf)
Besarnya perbandingan udara bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
𝑟𝑎𝑓 =137,6(𝑛+0,25𝑚)(1+𝑒) 12 𝑛+𝑚
Dimana,
e = udara lebih 40 % untuk motor diesel 30% - 70%.
Nm = Jumlah atom karbon dan hidrogen yan terkandung dalam bah bakar solar (C16H30).
n = 16 m = 30
maka nilai dari perbandingan udara bahan bakar yaitu : 𝑟𝑎𝑓 =137,6 (16+0,25𝑚)(1+0,40)
12(16)+30 = 20,392
Dengan demikian jumlah pemakaian bahan bakar setiap jam dapat dihitung : 𝐺𝑓 = 𝐺𝑢
𝑟𝑎𝑓𝑥𝑛
𝑧𝑥 𝑖 𝑥 60 =0,0070
20,392𝑥1500
2 𝑥12 𝑥 60 = 182,2 𝑙𝑏/𝑗𝑎𝑚 = 82 kg/jam = 82 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚
0,870 𝑘𝑔/𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 = 94 liter/jam.
Jadi, konsumsi bahan bakar per jam yaitu sebesar 182,2 lb/jam atau 94 liter/jam
748
3.4.2 Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
Perhitungan pemakaian bahan bakar spesifik dapat diketahui dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
Bsfc = 𝐺𝑓
𝐵𝐻𝑃 (Lb/HP jam)
Dimana,
Bsfc = Pemakaian bahan bakar spesifik (Lb/HP jam) BHP = Ne = Daya efektif = 445,48 HP
Gf = Jumlah pemakaian bahan bakar per jam =182,2 lb/jam Maka pemakaian bahan bakar spesifik sebesar :
Bsfc = 182,2
445,48= 𝟎, 𝟒𝟎 𝐥𝐛/𝐇𝐏 𝐣𝐚𝐦
3.4.3 Perhitungan Efisiensi Thermal Efektif
Nilai dari efisiensi thermal dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
η
the =2545 x BHP𝐺𝑓 𝑥 𝑄𝐿 𝑥 100%
dimana,
BHP = Daya poros =445,48 HP
Gf = Pemakaian bahan bakar setiap jam = 182,2 Lb/jam QL = Nilai kalor bawah bahan bakar = 18,225 BTU/Lb
Maka besarnya efisiensi thermal efektif dapat dihitung sebagai berikut : ηthe = 2545𝑥429,26
182,2 𝑥 18,225100%
=32,89 %
3.4.4 Hasil Perhitungan Optimasi Motor Diesel Catterpilar C32
Berdasarkan hasil perhitungan diatas maka dapat diperoleh hasil sebagai berikut :
Tabel 4 Perbandingan Hasil Evaluasi dan Optimasi Motor Diesel Catterpilar C32
No. Performance Evaluasi Optimasi
1. Pemakaian bahan bakar per jam 104 liter/jam 94 liter/jam
2. Pemakaian bahan bakar spesifik 0,45 lb/HP jam 0,40 lb/HP jam 3. Efisiensi Thermal Efektif (𝜂the) 30,91 % 32,89 %
Dari hasil perhitungan optimasi pada tabel diatas maka didapatkan penurunan pemakaian bahan bakar per jam menjadi 94 liter / jam, penurunan bahan bakar spesifik 0,40 lb/HP jam dan kenaikan efisiensi thermal efektif menjadi 32,89 %.
Optimalisasi pemakaian bahan bakar per jam dilakukan dengan menurunkan temperatur dan tekanan masuk silinder.
749
4. SIMPULAN
Berdasarkan perhitungan unjuk kerja diesel engine catterpilar C32 yang dihitung berdasarkan kondisi operasi yang didapat selama melaksanakan praktik kerja lapangan, sehingga penulis bisa mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Mesin bekerja dibawah daya maksimum dengan pemakaian bahan spesifik yang besar.
2. Sistem pendingin tidak bekerja dengan baik.
3. Penurunkan temperatur dan tekanan udara masuk silinder dapat menurunkan jumlah pemakaian bahan bakar per jam.
4. Terjadi pengendapan bahan bakar pada tangki sehingga bahan bakar kurang efisien.
5. Aftercooler tidak bekerja dengan baik.
6. Peningkatan pemakaian bahan bakar karna beban operasi lebih tinggi dari pada standar desainnya.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Achmad Kusairi Samlawi, 2015,” Teori Dasar Motor Diesel”, Banjarbaru.
[2] Achmad Kugairi Samlawi, 2018, “Motor Bakar”, ULM, Lampung.
[3] Maleev V.L, 1945 second edition “Internal Combustion Engine”,McGraw-Hill Book Company,Inc,California
[4] Maleev V.L, 1995, “Operasi dan pemeliharaan Mesin Diesel”,Erlangga, Jakarta.
[5] Petrovski N, 1968, “Marine Combustion Engines, MIR Publishers, Moskow [6] Wiranto Aris munandar,1983,”penggerak Mula Motor Bakar Torak’,ITB, bandung
[7] Wiranto Aris Munandar, 1997, “Motor Bakar Putaran Tinggi”, PT.Fradya Papamita, Jakarta
Daftar Simbol
a = Volume dari theoritical air, Cu ft/lb A = Luas Silinder, Inch2
B = Pemakaian Bahan Bakar, Lb/HP/jam BHP = Daya Efektif , HP
D = Diameter Silinder, Inch
e = Udara Lebih, %
Gf = Jumlah Pemakaian Bahan Balkar per Jam, lb/jam Gu = Jumlah Pemakaian Udara per Siklus, Lb/siklus/silinder IHP = Daya Indikator, HP
I = Jumlah Silinder, HP L = Panjang Langkah, Buah
n = Putaran Mesin
N = Daya, HP
QL = Nilai Kalor Bawah bahan Bakar, BTU/lb r = Perbandingan Kompresi
raf = Ratio Air Fuel
T = Suhu, ºR
V = Volume, ft3
z = Index Siklus
Z = Faktor Kompresibilitas
η = Effisiensi, %
