i i
Teori Dasar
MOTOR DIESEL Teori Dasar
MOTOR DIESEL
ACHMAD KUSAIRI SAMLAWI
ii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat yang diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Buku “ TEORI DASAR MESIN DIESEL”
Penulisan buku ini selain dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan Buku Ajar di Perguruan Tinggi khususnya jurusan Teknik Mesin diharapkan juga bermanfaat bagi para teknisi yang bekerja dibidang yang berhubungan dengan mesin diesel khususnya para teknisi di Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
Mesin Diesel pada saat ini sudah banyak mengalami perkembangan dalam pemakaian untuk angkutan darat dan laut, kemudian pembangkitan dalam daya kecil dan menengah bahkan sampai daya besar sudah banyak yang menggunakannya.
Untuk mempermudah dalam melakukan pemeliharaan Mesin Diesel para teknisi harus mempunyai dasar-dasar pengetahuan mengenai Mesin Diesel yang baik, agar setiap melakukan pemeliharaan para teknisi dapat memperlakukan setiap komponen yang berada dalam mesin, sesuai dengan konstruksinya.
Selain pemahaman tentang konstruksi mesin, sebagai dasar pengenalan mesin mau tidak mau pengetahuan tentang prinsip kerja Mesin Diesel harus dikuasai dengan baik.
Dasar pengetahuan ini memudahkan untuk mengikuti setiap terjadi perkembangan tentang mesin yang semakin lama semakin dituntut lebih baik lagi dari segi kinerja, pemakaian bahan bakar, dimensi mesin, tingkat polusi dan konstruksinya yang semakin kompak dan bobotnya ringan.
iii
menentukan jenis gannguan serta penanggulangannya.
Tak ada kesempurnaan bagi manusia biasa, untuk itu penulis mengharap saran dan kritik yang membangun dalam upaya penyempurnaan buku ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada berbagai pihak yang telah membantu penyelesaian Penulisa buku ini. Ucapan terima kasih dan penghargaan penulis sampaikan kepada:.
1. Ketua PPJP Universitas Lambung Mangkurat beserta staf
2. Ir.M.Taufiq, MM, Mantan Manager PT.PLN (Persero)-Udiklat Pandaan 3. Ir. Saiful Affandie, A.MT, Kepala SMK Pesantren Al-Ma’arif Singosari
Malang/ Asesor Gema PDKB PLN
4. Hj. Asiatul Jannah, AMD.Kep. dan Khairul Azka, Istri dan putra penulis atas segala pengertian dan kesabarannya serta telah menjadi sumber inspirasi utama bagi penulis.
5. Bapak H.Zainal Mansur dan Ibu Hj. Subaidah selaku orangtua penulis atas segala dorongan bagi penulis
6. Seluruh sejawat di PT. PLN (Persero)-Udiklat Pandaan, Rekan-rekan dosen di Prodi. Teknik Mesin Universitas lambung mangkurat atas segala dorongannya selama penulis menyelesaikan penulisan buku ini
7. Seluruh Sejawat di PT.PLN –PLTD se Indonesia Timur yang telah banyak memberikan kontribusi dalam penulisan buku ini.
8. Semua pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan buku ini.yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Walaupun penulis telah menerima banyak bantuan, namun segala kesalahan dalam buku ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab penulis.
Banjarbaru, 15 Desember 2015
ACHMAD KUSAIRI SAMLAWI
iv
Daftar Isi………... vii
Bab 1. FISIKA MEKANIKA ... 1
1.1. Pengertian ... 1
1.2. Besaran ... 2
1.3. Momen Puntir ... 4
Bab 2. PRINSIP KERJA MESIN DIESEL ... 7
2.1. Pengertian Mesin Diesel ... 7
2.2. Mesin diese 4 Langkah ... 8
2.3. Mesin Diesel 2 Langkah ... 9
2.4. Diagram P-V ... 10
2.5. Diagram Indikator ... 11
2.6. Diagram P-V Ideal ... 13
2.7. Digaram P-V Riel ... 14
2.8. Diagram Katup ... 15
Bab 3 : PEMBAKARAN DAN URUTAN PENYALAAN ... 19
3.1. Pembakaran ... 19
3.2. Urutan Pembakaran ... 25
3.3. Neraca Panas ... 28
Bab 4 : GOVERNOR ... 30
4.1. Pengertian ... 30
4.2. Governor Mekanis ... 35
4.3. Governor Hidrolis ... 37
4.4. Governor Elektrik ... 42
Bab 5 : BAGIAN-BAGIAN UTAMA MESIN DIESEL ... 46
5.1. Prime Mover ... 46
5.2. Cylinder Head ... 47
5.3. Perangkat Katup ... 49
5.4. Rocker Arm ... 50
5.5. Cam shaft ... 50
v
5.8. Poros Engkol ... 54
5.9. Bantalan ... 55
5.10. Transmision Gear ... 56
5.11. Turbo Charger ... 56
Bab. VI PERALATAN BANTU MESIN DIESEL ... 59
6.1. Sistem Pelumasan ... 59
6.1.1. Jenis Sistem Pelumasan ... 59
6.1.2. Fungsi dan Klasifikasi Pelumasan ... 61
6.1.3. Peralatan Sistem Pelumasan ... 63
6.1.4. Prosedur Pengoperasian ... 70
6.1.5. Sistem Pelumasan Mesin Diesel Besar ... 70
6.2. Sistem Pendingin ... 71
6.2.1. Jenis sistem Pendingin ... 71
6.2.2. Fungsi dan Syarat pendingin ... 74
6.2.3. Diagram Sistem Pendingin ... 75
6.2.4. Peralatan Sistem pendingin Air ... 76
6.2.5. Peralatan Sistem Pendingin Udara ... 79
6.2.6. Prosedur Pengoperasian Sistem Pendingin ... 80
6.3. Sistem Bahan Bakar ... 82
6.3.1. Karakteristik Bahan Bakar ... 82
6.3.2. Diagram dan Peralatan Sistem Bahan Bakar ... 86
6.3.3. Prosedur Pengoperasian Bahan Bahan Bakar ... 97
6.3.4. Sistem Udara Masuk dan Gas Buang ... 97
vi
6.4.2. Fungsi Sistem Strat ... 105
6.4.3. Prosedur Pengoperasian Sistem Strat ... 108
Soal Pengayaan I ... 108
Soal Pengayaan II ... 114
Daftar Pustaka ... 118
1
BAB I
FISIKA MEKANIKA
1.1. Pengertian
Fisika berasal dari kata Yunani berarti “Alam“, karena itu fisika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari benda dan alam. Lebih tegas lagi dapat dinyatakan bahwa alam semesta dipandang dari sudut fisika adalah sebagai kumpulan benda-benda yang berinteraksi satu sama lain. Interaksi muncul dalam bentuk yang dikenal sebagai gejala atau peristiwa selanjutnya sering disebut sebagai “gejala fisis”.
Yang dimaksud interaksi disini adalah dua atau lebih benda yang saling mempengaruhi atau saling berperan pada keadaan dan sifat masing-masing benda yang bersangkutan. Sebagai contoh dari berbagai macam bentuk peristiwa diantara nya adalah pesawat sedang terbang diangkasa .
Pesawat dapat dipandang sebagai satu benda, namun juga sebenarnya dapat diungkapkan sebagai kumpulan atau sistem benda-benda y;ang terdiri dari berbagai macam komponen-komponennya seperti sayap, mesin, pilot, penumpang , bahan bakar dan lain sebagainya yang berorentasi satu sama lainnya.
Fisika adalah bidang ilmu pengetahuan alam yang paling dasar dan terbagi menjadi cabang-cabang fisika antara lain fisika mekanik .
Mekanik dalam pembahasannya benda dipandang sebagai interaksi antar materi yang memiliki sifat dan perilaku y;ang berkaitan dengan gerak.
Dengan demikian, Fisika Mekanik adalah pengetahuan yang berkaitan dengan benda benda yang berinteraksi dan melakukan gerak antar satu dengan yang lainnya.
Gejala Fisis bisa juga disebut ” sifat” dari satu benda dan selalu dinyatakan dengan Simbol yang mempunyai nilai atau harga tertentu
Simbol-simbol yang menggambarkan keadaan atau Sifat atau gajala fisis lebih dikenal dengan sebutan ” Besaran Fisis” atau lazim disebut Besaran . Benda yang sejenis mempunyai simbol yang sama tetapi diberi nilai yang lain. Namun bisa juga sifat lain dari benda yang sama akan mempunyai simbol lain dan nilai yang berlainan pula.
Setiap besaran selalu diikuti oleh satuan-satuan yang sesuai, sebagai dasar dari seluruh besaran, disepakati adanya besaran pokok yang akan berperan sebagai induk dari besaran-besaran lainnya yang akan lahir.
2
1.2. Besaran
Besaran pokok adalah basis utama yang merujuk kepada dimensi ruang, dimensi waktu dan dimensi kebendaan atau massa. Ketiga diwujudkan dengan besaran dan satuannya seperti berikut ini :
Besaran Satuan ( dalam sistem S I )
Massa ( M ) Panjang ( L ) Waktu ( t )
Kilogram ( kg ) Meter ( M ) Second atau detik ( S, det )
Besaran dan satuan lainnya yang merupakan ” turunan” dari besaran pokok tersebut diatas dapat diberikan contohnya sebagai berikut :
Besaran Satuan ( dalam sistem S I )
Luas ( A ) Volume ( V ) Percepatan ( a )
Meter persegi ( m2 ) Meter kubik ( m3 ) Meter perdetik kwadrat ( M/S2
)
Dalam perumusan setiap satu komponen elemen yang saling bergerak dan berinteraksi bisa memiliki lebih dari satu macam sifat / besaran. Antara satu besaran dengan besaran lainnya dapat saling mempengaruhi, demikian pula antara satu komponen dengan komponen lainnya dapat saling berinteraksi .
Besaran yang berperan dalam perumusan ada banyak, beberapa diantaranya yang akan dikemukakan adalah :
Gaya .
Tekanan
Usaha / Kerja
Daya.
Momen putar / puntir.
3
Gaya , didefinisikan sebagai” sebab yang mengakibatkan suatu benda berubah dari keadaan diam menjadi bergerak atau sebaliknya dari keadaan bergerak menjadi diam, satuan gaya dalam Satuan Internasional adalah Newton disingkat N.
Tekanan. adalah besarnya gaya yang bekerja pada luas bidang tertentu satuan tekanan dalam S I adalah satuan gaya persatuan luas sehingga dinyatakan daya : N/M2 ; kg/cm2 , ; bar ; psi dsb.
Proses pembakaran dalam motor bakar menghasilkan tekanan gas hasil proses pembakaran, besarnya dapat dihitung melalui Hukum Thermo dinamika salah satunya dengan pendekatan rumus gas ideal :
V P GRT
Dimana :
P = Tekanan Gas ( N/m2 ) G = Berat Gas ( kg )
R = Konstanta Gas (29,6 kg m/kg K atau 290 N m / kg. K ) T = Temperatur ( K )
V = Isi ruang pembakaran
Sebagai contoh misalkan ;
Setelah terjadi proses pembakaran antara udara & bahan bakar menghasilkan 1 liter gas yang beratnya ( G ) = 1,05 x 10 -3 kg. Udara masuk ke silinder pada tekanan &
temperatur 1,013 bar dan 50 o C kemudian terbakar di sekitar TMA dimana volume ruang bakar = 0,12 liter dan suhunya naik menjadi 2000 0 K maka tekanan yang dihasilkannya adalah :
4
3 3
10 12 , 0
2000 290 10 05 , 1
x x x P x
= 5,1 X 106 N/m2= 5,1 M Pa ( 50x Tekanan semula )
Usaha / kerja di definisikan sebagai besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda terhadap besarnya jarak / lintasan yang ditempuh oleh benda tersebut .
U = F x S U = Usaha . Kerja ...kg.. m
S = Jarak / lintasan yang ditempuh ...m
Apabila lintasan yang dilalui merupakan lingkaran dari pada lingkaran tersebut bekerja gaya keliling yang tetap besarnya, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada setiap putaran adalah :
F
U = F. S
= F. 2R F x R = Momen putar
U = Mp. 2
Daya adalah besarnya usaha yang dapat dilakukan setiap satuan waktu. Dalam teknik satuan waktu yang digunakan ialah ”detik ”. Kalau daya kita nyatakan dengan hurup N dan waktu adalah t maka :
Daya (N) =Usaha ( U) / Waktu ( t ) ... Kg.m/Sekon atau J/s atau Watt
1.3. Momen puntir
Apabila sebuah roda / poros dengan jari – jari R, padanya bekerja gaya keliling F yang menyebabkan roda berputar sebanyak n putaran / menit, maka daya yang bekerja :
N = F. 2 . R. n. ...kg m / det.
60 x 100
5
N = Mp. 2 . n... kg m / det.
60 x 100
1 daya kuda = 75 kg m / det
Tetapi berhubung adanya kehilangan usaha untuk mengatasi gesekan- gesekan maka didalam teknik telah diambil suatu rumus mengenai hubungan antara momen puntir, daya dan putaran sebagai berikut :
Mp = 71620 N/n...kg . cm.
Besarnya gaya keliling F menjadi :
F = 71620 N/n.R...kgp R = dalam .cm.
Pada motor bakar torak, daya yang berguna ialah daya poros engkol, karena itulah yang menggerakkan beban. Daya poros itu sendiri dibangkitkan oleh daya indikator yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak / piston.
Sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanis misalnya gesekan antara piston dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalannya .
Disamping itu daya indikator harus pula menggerakkan beberapa aksesoris seperti pompa pelumas, pompa air pendingin, mekanisme penggerak katup pemasukan dan pengeluaran udara & gas buang, sehingga besarnya daya poros itu adalah :
Np. = Ni – ( Ng + Na ),
dimana Np. = Daya poros / daya efektip ...(DK, Kw) Ni = Daya indikator
Ng = Daya gesek Na = Daya aksesoris.
Sedangkan daya indikator adalah usaha persiklus dibandingkan dengan waktu yang ditempuh dalam satu siklus.
Usaha persiklus merupakan tekanan hasil pembakaran atau sering juga disebut tekanan indikator rata-rata kali dengan volume langkah torak, sedangkan waktu yang ditempuh dalam satu siklus memperhitungkan putarannya & jumlah siklus perputaran.
Karena itu daya indikator suatu mesin dengan jumlah selinder i buah dapat di peroleh dengan persamaan :
6
Ni = pi x Vl x i x n...DK atau Ps 60 x 100 x 75 x z
Pi = Tekanan Pembakaran / indikator ... kg./ cm2 Vl = Volume langkah torak ... cm3 V = π/4 D2 x L ... cm
D = Diameter piston ... cm.
L = Panjang langkah piston. ... dm.
i = Jumlah selinder ...
n = Putaran poros ... Rpm
z = Jumlah siklus perputaran
( 1 untuk mesin 2 langkah & 2 untuk mesin 4 langkah )
7 BAB 2
PRINSIP KERJA MESIN DIESEL
2.1. Pengertian Mesin Diesel
Mesin diesel adalah motor bakar dengan proses pembakaran yang terjadi didalam mesin itu sendiri ( internal combustion engine ) dan pembakaran terjadi karena udara murni dimampatkan (dikompresi) dalam suatu ruang bakar (silinder) sehingga diperoleh udara bertekanan tinggi serta panas yang tinggi, bersamaan dengan itu disemprotkan / dikabutkan bahan bakar sehingga terjadilah pembakaran.
Pembakaran yang berupa ledakan akan menghasilkan panas mendadak naik dan tekanan menjadi tinggi didalam ruang bakar . Tekanan ini mendorong piston kebawah yang berlanjut dengan poros engkol berputar.
Sesuai dengan gerakan piston untuk mendapatkan satu kali proses tersebut maka mesin diesel tersebut dibagi dalam 2 macam :
- Mesin diesel 4 langkah ( 4 tak ) - Mesin diesel 2 langkah ( 2 tak )
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
Mesin diesel 2 langkah ialah : - Mesin diesel dimana setiap satu kali proses usaha terjadi 2 (dua) kali langkah piston atau satu kali putaran poros engkol
8
2.2. Mesin Diesel 4 langkah
I. Langkah pengisian ( hisap )
Piston bergerak dari TMA ke TMB.
Katup hisap terbuka dan katup buang tertutup, karena piston bergerak kebawah maka tekanan didalam silinder menjadi vacum (dibawah satu atmosfir) sehingga udara murni masuk kedalam silinder.
II. Langkah kompresi
Piston bergerak dari TMB ke TMA.
Katup hisap tertutup dan katup buang tertutup, udara didalam silinder didorong (ditekan) sehingga timbul panas dan tekanan yang tinggi.
Akhir kompresi bahan bakar dikabutkan (disemprot- kan dengan tekanan yang sangat tinggi melalui lubang yang sangat kecil) sehingga terjadi pembakaran (be- rupa ledakan)
III. Langkah usaha
Pembakaran menghasilkan tekanan yang tinggi dalam ruang bakar, tekanan ini mendorong piston dari TMA menuju TMB, melakukan usaha
9
IV. Langkah pembuangan
Akhir langkah usaha katup buang terbuka, sehingga gas buang keluar melalui katup tersebut, karena didorong oleh piston ber- gerak dari TMB menuju TMA
2.3. Mesin diesel 2 langkah
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
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
10
2.4. Diagram P – V
Siklus adalah suatu proses yang terjadi berulang - ulang secara kontinyu dan setiap proses tersebut merubah kondisi gas didalam ruang bakar.
Siklus dari suatu mesin diesel terdiri dari 4 (empat) tahapan yaitu ; pengisian, kompresi, usaha dan pembuangan.
Diagram P – V menunjukkan hubungan antara volume ( V ) dengan tekanan ( P ) dalam silinder pada tiap siklus
V 1 = volume silinder ( volume langkah + ruang bakar ) V 2 = volume ruang bakar
V 3 = volume langkah piston P a = tekanan udara luar
i = proses pengisian udara sewaktu langkah hisap
k = proses kompresi diperlihatkan tekanan kompresi maksimum 35 bar, dilanjutkan dengan pembakaran sampai 75 bar
Q2
bar P
u
k
V 1
Pa
75 Q 1
O V 2
V 3
35
i b
11
Q 1 = artinya terjadi penambahan energi yang cukup besar sewaktu terjadi pembakaran pada akhir langkah kompresi dan awal langkah usaha u = garis yang memperlihatkan proses usaha
b = ( kearah kiri ) adalah proses pembuangan gas asap Q 2 = daya yang dihasilkan
Ketentuan-ketentuan yang perlu diperhatikan bahwa :
a. Pada diagram ini dianggap tidak ada kerugian aliran udara pada waktu langkah pengisian maupun langkah buang
b. Dari diagram ini dapat dihitung besar tekanan indikator rata-rata yang mendorong piston yang besarnya tergantung luas indikator.
c. Semakin besar luas diagram berarti semakin besar pula tekanannya, semakin besar pula daya Indikatornya
d. Gambar diagram ini dianggap tidak ada kerugian ( keadaan ideal )
2.5. Diagram Indikator
Untuk mengetahui bagaimana proses perubahan tekanan didalam silinder itu terjadi mari kita perhatikan uraian berikut ini:
I. Langkah hisap
Piston bergerak dati TMA ke TMB oleh perputaran poros engkol dan secara praktis katup masuk terbuka sebelum mulai langkah hisap.
Volume didalam silinder akan bertambah, tekanan turun lebih kecil dari tekanan udara luar (vacuum) menyebabkan udara masuk kedalam silinder melalui katup isap
1 bar
P ( tekanan )
V (Volume) III
I II
IV
Va Vb
*
12
II. Langkah kompresi
Piston bergerak dari TMB ke TMA, katup masuk dan katup buang akan menutup, volume silinder mengecil dan temperatur dan tekanan udara kompresi akan bertambah.
Pada akhir langkah kompresi mesin diesel tekanan dalam silinder 30 bar dan temperatur
550 C.
Beberapa saat sebelum akhir langkah kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder, maka akan terjadi atomisasi bahan bakar didalam silinder karena semprotan bahan bakar yang sangat cepat.
Campuran terbentuk karena atomisasi atau uap bahan bakar dan udara panas akan dapat mengawali pembakaran. Pada waktu piston hampir mencapai TMA, campuran bahan bakar/udara didalam silinder akan terbakar dengan cepat.
III. Langkah usaha
Pada akhir langkah kompresi dan setelah terjadi pembakaran spontan, piston untuk kedua kalinya bergerak dari TMA ke TMB (langkah usaha)
Tekanan gas didalam silinder relatif tinggi sehingga piston didorong ke bawah, piston bergerak kebawah dan ruang didalam silinder bertambah, tekanan dan temperatur gas akan berkurang dengan cepat.
Energi panas akan diubah menjadi energi mekanik yang dapat memutar poros engkol.
IV. Langkah buang
Sebelum piston mencapai TMB katup buang terbuka, sehingga gas pembakaran akan mengalir keluar melalui katup buang menuju saluran pembuangan selanjutnya ke udara luar.
Dengan terbukanya katup buang sebelum akhir langkah usaha, maka gas bekas akan mengalir keluar, pada waktu yang bersamaan piston kembali bergerak menuju TMA
Selama langkah buang, katup buang terbuka dan sisa gas bekas akan terdorong keluar oleh desakan piston. Karena tekanan didalam silinder lebih besar dibanding udara luar, maka diperlukan energi untuk menggerakkan piston, energi tersebut disuplai oleh Fly Wheel atau dari silinder lainnya.
13
2.6. Diagram PV Ideal
14
2.7. Diagram PV Riel
15
2.8.Diagram Katup
Uraian dibawah ini adalah suatu contoh dari diagram katup mesin DAF
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.
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 menaikkan rugi pemompaan tetapi juga menurunkan density pengisian udara
A 1 = inlet valve A 2 = oullet valve B = spring valve C = rocker arm D = push rod E = valve lifter F = camshaft G = roda gigi J = crankshaft
16
Penurunan density 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 density 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
Katup bekerja membuka dan menutup aliran fluida gas. Katup masuk bekerja membuka dan menutup aliran udara yang masuk ke dalam silinder, sedangkan katup buang bekerja membuka dan menutup aliran gas bekas ke luar silinder.
Diagram Katup Mesin diesel 4 Tak :
\
490
10
046
013
022
0*
100
00
220
49
0180
0180
0360
0360
0540
0540
046
00
00
013
0180
0*
17
Diagram katup isap
Gambar disamping menunjukkan diagram katup isap dengan besaran derajat yang ditunjukkan Dalam hal ini katup isap membuka pada posisi poros engkol 10 0 sebelum piston mencapai TMA dan akan menutup pada posisi poros engkol 49 0 setelah piston melewati TMB.
Jadi total waktu katup isap terbuka adalah 10 0 +180 0 +49 0 = 239 0
Diagram katup buang
Gambar disamping menunjukkan diagram Katup buang dengan besaran derajat, dimana katup buang menutup pada 46 0 sebelum TMB dan katup buang menutup pada 13 0 setelah TMA.
Jadi total katup buang terbuka adalah 13 0 + 180 0 +46 0 = 239 0
49 0 100
46 0 130
18
Jika diagram katup isap digabung dengan diagram katup buang menjadi satu diagram disebut diagram katup.
Karena timing katup mesin satu dan lainnya bisa berbeda, maka akan berbeda pula diagram katupnya. Hal ini sesuai dengan perencanaan dari tiap type dan jenis mesinnya.
Diagram katup mesin 2 langkah
Pada mesin 2 langkah, piston berfungsi pula sebagai katup (katup buang dan katupisap), 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 akan lebih leluasa untuk keluar
Sehingga pada mesin 2 langkah sepanjang pembukaan katup isap, katup buang juga membuka, keadaan ini disebut “ Saat Pembilasan “ sedara lengkap keadaan ini dapat dilihat pada diagram katup mesin 2 langkah pada gambar dibawah ini :
Pengisian / Bilas Kompresi
Buang
Ekspansi
Pengisian Udara
Pengeluaran Gas Buang
19 BAB 3
PEMBAKARAN DAN URUTAN PENYALAAN
3.1. Pembakaran
Faktor yang menentukan kualitas pembakaran 1. Kadar oksigen
2. Tekanan udara yang dikompresi 3. Suhu / panas udara yang dikompresi 4. Timing pembakaran
5. Tekanan pengkabutan bahan bakar pada injektor 6. Kualitas bahan bakar
7. Jumlah (volume) bahan bakar yang diinjeksikan
Telah kita ketahui bahwa hasil dari pembakaran mesin diesel ditentukan oleh bahan bakar (HSD), oxygen 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 tipe dan kapsitas sesuai dengan disain pabrik pembuat. Jadi mengenai penyemprotan bahan bakar itu diatur sesuai dengan derajat poros engkol.
Masing-masing tipe mesin diesel berbeda berdasarkan pabrik pembuat dan disesuaikan dengan kapasitas masing- masing mesin berdasarkan urutan pengapiannya (Firing order)
Penyemprotan bahan bakar dapat dilakukan pada saat tekanan kompresi, katup masuk dan katup buang pada posisi tertutup, ruang bakar mencapai temperatur nyala, volume didalam silinder menurun, tekanan dan temperatur udara naik. Pada akhir langkah
20
kompresi pada mesin diesel tekanan udara didalam silinder mencapai 30 bar dan temperatur mencapai 5500 C. Selama langkah kompresi piston bertugas menahan udara didalam silinder (ruang bakar) dan pada roda gila dapat terlihat berapa derajat poros engkol terbaca misalnya 220 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 75 bar dan temperatur pembakaran bisa meningkat mencapai 15000 C atau lebih.
Pemahaman yang lebih baik tentang apa yang terjadi dalam silinder mesin diesel selama peiode pembakaran dapat diperoleh dengan cara penyajian secara grafik, seperti pada gambar.
Perubahan tekanan ditunjukkan pada garis ordinat dan waktu ditunjukkan sebagai aksisnya. Gambar diatas menunjukkan prubahan tekanan selama 1800 yaitu dari 900 sebelum TMA sampai 900 sesudah TMA.
Kurva titik-tiik yang simetris pada sisi kanan menunjukkan ekspansi pengisian udara tanpa adanya bahan bakar. Setelah bahan bakar diinjeksikan dan terjadi pembakaran, maka prosesnya akan terjadi 4 periode yang terpisah
Tekanan psi
60 60 90
90 30 0 30
200 400 600 800
*
*
* *
31 2
4
TMA
21
Periode pertama : Dimulai dari titik 1 sampai titik 2 yaitu bahan bakar mulai disemprotkan. Periode ini disebut periode persiapan pemba-karan atau periode kelambatan ( delay period ). 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 tiik 3. Periode ini disebut periode cepat.
Periode ketiga : 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.
Perlu diingat bahwa tekanan rendah tidak hanya pengaruh dari timing injection pump saja, tapi ada penyebab lain yang lebih dominan.
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 actual 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.
22
Pada kenyataan dilapangan hasil timing injection tidak selalu tepat sesuai dengan manual / instruction book pabrik pembuat mesin.
Ada 3 macam kondisi timing injection :
1. Injection timing normal ( firing point correct ) 2. Injection timing cepat ( firing point too early ) 3. Injection timing lambat ( firing point too late )
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
1 2 3 4 5 6
Perbedaan maximum terendah dan tertinggi 10 bar
23
Timing normal mempunyai pengaruh terhadap SPD sebagai berikut :
Pengaruh terhadap mesin akan mengakibatkan umur mesin bertambah panjang, daya besar dan tahan lama getaran mesin berkurang, suara mesin terasa halus, suhu normal.
Pengaruh terhadap bahan bakar akan mencapai effisiensi yang tinggi
Pengaruh terhadap pendinginan temperature konstan dan penghematan pemakaian air jacket termasuk bahan bakar kimia untuk campuran. Material tidak cepat rusak
Pengaruh terhadap pelumas temperature normal, sehingga dapat mempertahankan viscositas yang baik dan kualitas dari oil yang berakibat material tidak cepat rusak
Pengaruh terhadap daya mesin adalah daya mampu mesin akan bertahan baik dan normal karena temperature dan tekanan pada sistim akan selalu normal dan stabil
Pengaruh terhadap pemeliharaan mesin diesel dapat menghemat biaya pemeliharaan karena mesin jarang mengalami gangguan yang berarti sehingga jadual pemeliharaan rutin dapat dipenuhi
Pengaruh terhadap keandalan mesin dalam memproduksi Kwh secara terus menerus
Pengaruh terhadap tenaga manusia otomatis akan menghemat upah tenaga kerja karena waktu yang dijadualkan akan sesuai dengan realisasi
Injection timing cepat
Yang dimaksud timing cepat adalah proses penyalaan pembakaran diruang bakar lebih besar dari 220 sebelum TMA sehingga mengaki-batkan pembakaran lebih cepat dari waktu yang ditentukan
24
Pengaruh timing cepat terhadap SPD :
Pengaruh terhadap unjuk kerja mesin daya lebih besar, getaran mesin bertambah besar, suara mesin terasa agak keras, suhu operasi mesin masih batas normal
Pengaruh terhadap bahan bakar masih dalam batas normal
Pengaruh terhadap pendinginan masih dalam batas normal dan pemakaian air pendingin beserta bahan kimia masih hemat
Pengaruh terhadap pelumasan masih normal baik tekanan maupun viscositasnya yang berakibat pemakaian spare part hemat
Pengaruh terhadap pemeliharaan mesin diesel dapat menghemat biaya pemeliharaan karena mesin jarang terjadi gangguan yang berarti sehingga jadual pemeliharaan rutin dapat terpenuhi
Pengaruh terhadap keandalan mesin dalam memproduksi Kwh dapat berjalan lancar dan terus menerus
Pengaruh terhadap tenaga manusia secara otomatis menghemat biaya tenaga kerja karena penghematan waktu pemeliharaan.
Injection timing lambat
Yang dimaksud timing lambat adalah proses penyalaan pembaka-ran diruang bakar lebih kecil dari 220 sebelum TMA
25
Pengaruh timing pembakaran lambat terhadap SPD :
Pengaruh terhadap unjuk kerja mesin diesel daya mesin menurun, getaran halus, suhu operasi mesin tidak normal
Pengaruh terhadap bahan bakar akan menjadi boros dan tidak normal
Pengaruh terhadap pendinginan, temperatur tinggi, sehingga pemakaian air dan bahan kimia akan meningkat
Pengaruh terhadap pelumas kurang normal karena temperatur bertambah panas sehingga akan berpengaruh tekanan rendah, viscositas menurun sehingga keandalan mesin berkurang
Pengaruh terhadap pemeliharaan mesin diesel dapat berpengaruh pada biaya pemeliharaan meningkat, kemungkinan ruang bakar akan lebih cepat kotor karena kerak
Pengaruh terhadap keandalan mesin dalam berproduksi Kwh nya akan terganggu karena daya mesin menurun
Pengaruh terhadap tenaga manusia akan sedikit boros karena perlu pemeliharaan meningkat
3.2. Firing Order (Urutan Pembakaran )
Diatas sudah dibicarakan bahwa satu siklus motor diesel 4 langkah terjadi dalam dua putaran engkol (7200).
Bila motor bersilinder banyak (misalnya 4 silinder ), maka dalam dua putaran engkol(7200) 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 pendistribusain 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 menunjukkan urutan pembakaran (dengan sendirinya juga berarti urutan langkah usaha) mesin tersebut adalah sebagai berikut :
26
Dari siliner no. 1 .. siliner no.3 … silinder no. 4 ….silinder No.2 dan kembali ke silinder No.1 secara khusus dapat digambar sebagai berikut.
Matrik F.O. untuk Mesin Diesel 4 Langkah
Jumlah silinder : 8 silinder
F.O. => 1 – 4 – 6 – 2 – 8 – 5 – 3 – 7
Torak nomor 1 bergerak dari TMA ke TMB melakukan Langkah Isap pada putaran Poros Engkol 0 o s/d 180 o.
F.O. mesin diesel 4 silinder = 1 – 3 – 4 - 2
Proses pada mesin diesel 4 langkah dengan 4 silinder :
Silinder 1
Silinder 2 Silinder 3 Silinder 4
K
I K U B
K U B I
I U
I K
U B
HISAP K KOMPRESI U USAHA B BUANG
I
27
Beberapa contoh Firing Order yang ada untuk mesin 4 langkah : Jml
Sil Diagram Poros Engkol Firing Order Keterangan
2 1 – 2 & 1 – 2
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
3 1 – 3 – 2
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
4
1 – 2 – 4 – 3
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
1 – 3 – 4 – 2
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
5 1 – 3 – 5 – 4 – 2
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
6
1 – 5 – 3 – 6 – 2 - 4
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
1 – 4 – 3 – 6 – 2 - 5
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
8
1 – 5 – 2 – 6 – 8 – 4 – 7 - 3
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
1 – 6 – 2 – 8 – 4 – 7 – 3 - 5
Arah putaran mesin & Posisi urutan silinder sesuai pabrik pembuat
28
3.3. Neraca Panas
Panas dari hasil pembakaran bahan bakar didalam silinder hanya sebagian saja yang diolah menjadi kerja efektif (kerja pada proses engkol).
Bagian terbesar justru merupakan panas terbuang dan yang terakhir ini merupakan kerugian yang tidak mungkin dihilangkan sama sekali.
Kerugian panas tersebut meliputi kerugian-kerugian panas yang terbawa gas buang, lewat air pendingin dan kerugian panas akibat gesekan. Panas hasil pembakaran diruang bakar disatu sisi dan panas berguna ditambah kerugian-kerugian disisi yang lain, merupakan suatu neraca keseimbangan.
Tenaga yang dihasilkan oleh sebuah motor diesel adalah dari gas pembakaran dikurangi oleh kerugian -kerugian panas maupun kerugian-kerugian mekanis.
Kerugian mekanis yaitu kerugian yang disebabkan karena gesekan-gesekan bermacam-macam bagian motor yang saling bersinggungan antara lain :
Gesekan antara cincin (ring) dengan dinding silinder
Gesekan antara poros dan bantalan-bantalan
Kerugian mekanik karena tenaga hilang untuk menggerakkan alat-alat seperti katup pompa bahan bakar.,pompa-pompa pendingin, blower, injector dan lain sebagainya.
Kerugan juga karena sebagian panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar hilang terbawa oleh gas buang air pendingin, minyak pelumas dan lain-lain.
29
Bila sistim pendinginan mengalami penurunan kinerja, maka prosentase pendinginan akan meningkat yang berarti daya usaha pada poros akan menurun.
Indikasi yang langsung dapat diketahui dari suhu sistim pendinginan yang meningkat, terutama suhu outlet / keluar dari alat pendingin antara lain; radiator, cooling tower, jacket water cooler, inter cooler, charge air cooler.
Jika sistim pelumasan kurang sempurna maka prosentase gesekan akan meningkat yang berarti daya usaha mesin akan menurun pula. Indikasi yang lansung yang dapat dilihat dari suhu lub.oil inlet engine dan atau hasil pemeriksaan minyak pelumas di laboratorium.
Pembakaran yang kurang sempurna akan meningkatkan prosentase gas bekas / buang, yang berarti pula menurunkan daya usaha mesin yang keluar dari poros.
Indikasi yang langsung dapat diketahui dari suhu gas buang melebihi kondisi normal dan atau tekanan pembakaran melalui alat combustion press gauge.
31 % Daya Usaha Berguna
N e N i
13 % Gesekan 100 %
25 % Air pendingin
31 % Gas Bekas
N f
N e = tenaga yang terdapat pada poros N i = tenaga yang dipakai untuk mendesak torak / piston
N f = tenaga yang terjadi karena gesekan
30
BAB IV GOVERNOR 4.1. Pengertian
Misalkan Pada Satuan Pembangkit Diesel yang sedang beroperasi dengan kondisi normal:
Bila beban jaringan = Daya mesin maka putaran mesin tetap stabil
Bila beban jaringan tiba-tiba naik sedangkan daya mesin tetap maka putaran mesin turun
Bila beban jaringan tiba-tiba turun sedangkan daya mesin tetap maka putaran mesin naik
Sedangkan permintaan dari mesin tenaga untuk penggerak generator, dalam kondisi apapun putaran mesin harus tetap stabil mengingat kebutuhan konsumen akan frekuensi harus tetap, maka : Bagi mesin diesel untuk penggerak generator, pada semua kondisi beban baik beban tetap maupun beban yang bervariasi serta berubah-ubah putaran mesin harus tetap konstan sesuai dengan setingnya
Governor adalah peralatan yang mengatur agar putaran mesin tetap konstan dan stabil walaupun bebannya bervariasi dan berubah-ubah
Daya mesin diesel yang sedang beroperasi ditentukan oleh tekanan pembakaran.
Tekanan pembakaran ditentukan oleh :
1). Kandungan oksigen dalam udara 2). Tekanan udara kompresi 3). Panas udara kompresi
4). Timing penyalaan pembakaran 5). Tekanan pengkabutan injektor 6). Kualitas bahan bakar
7). Jumlah ( volume ) bahan bahan bakar yang disemprotkan injektor
31
Prinsip kerja dari governor mengatur jumlah pemakaian bahan bakar agar kecepatan putaran mesin tetap konstan walaupun terjadi perubahan beban.
Frekuensi berbanding lurus dengan putaran sehingga untuk mengatur frekuensi kita harus mengatur putaran. Daya adalah usaha / tenaga yang diberikan dalam satu satuan
waktu ( detik )
P x N F = ---
60 F = frekuensi
P = pasang kutub N = putaran (rpm)
Beban mesin naik / turun
Putaran mesin turun / naik
Sensor putaran
GOVERNOR ( mengatur )
Posisi rak Bahan bakar dalam
jumlah tertentu
Fuel injection pump ( plunjer & barel )
Injektor Daya mesin Putaran mesin
normal Pembakaran
Beban mesin naik / turun
Putaran mesin turun / naik
Sensor putaran
GOVERNOR ( mengatur )
Posisi rak Bahan bakar dalam
jumlah tertentu
Fuel injection pump ( plunjer & barel )
Injektor Daya mesin Putaran mesin
normal Pembakaran
32
REGULATOR bekerja sebagai :
1). MENDETEKSI PERUBAHAN PUTARAN
2). MENGATUR POSISI REK BAHAN BAKAR
3). START DAN MEMATIKAN MESIN Bagaimana cara mengatur jumlah bahan bakar
Kapasitas bahan bakar yang diinjeksikan kedalam silinder diatur sesuai dengan kebutuhan yang diatur oleh pompa bahan bakar
Tujuan dari pengaturan putaran melalui REGULATOR Rek bahan bakar harus sangat peka terhadap perubahan beban jaring, yang akan mengakibatkan perubahan putaran pada motor Diesel / Frekuensi
?
Pengaturan ini dilakukan oleh REK BAHAN BAKAR
33
Prinsip yang dipakai adalah pengaruh dari gaya sentrifugal massa yang berputar.
Bila benda dengan massa ( M ) yang ter- tergantung diputar pada sumbunya, maka massa M1 dan massa M2 akan saling menjauhi, sebanding dengan jumlah putaran per menit.
Posisi dari titik geser mana akan selalu berubah tergan tung dari jumlah putaran per menit dan besar massa ( M ).
N1 < N2 Perpindahan titik geser ( A ) dapat dibatasi dengan menggunakan pegas G.
Gaya yang menyebabkan perpindahan massa ( M ) dan titik geser ( A ) sebanding dengan besarnya gaya sentrifugal-gaya pegas.
Sistem ini akan tetap bekerja walaupun letak dibalik atau mendatar Bagaimana REGULATOR mendeteksi
perubahan putaran
?
N 1 N 2
34
Kesimpulan : Perubahan putaran yang terjadi akan dideteksi oleh massa M1 dan M2 selanjutmya diteruskan oleh Titik geser A
Bagaimana caranya mengatur REK BAHAN BAKAR
1 DENGAN MENGGUNAKAN GOVERNOR MEKANIS
2 DENGAN MENGGUNAKAN GOVERNOR HIDROLIS
3 DENGAN MENGGUNAKAN GOVERNOR ELEKTRIS
?
35
4.2. GOVERNOR MEKANIS
Dalam sistem ini perubahan putaran diesel yang dideteksi oleh titik geser A, dipakai untuk mengubah posisi rek bahan bakar.
Beberapa hal yang menjadi fungsi bekerja nya alat pengukur :
1. Besarnya massa M1 dan M2 2. Kecepatan putaran
3. Panjang lengan
Pada umunya governor ini dipergunakan pada mesin diesel yang lama dengan daya ≤ 100 kw
Speed governor Bosch EP/RQV
1. Governor housing 2. Governor cover 3. Control rod 4. Torque control 5. Flywight 6. Crank lever 7. Slide pad 8. Adjustment bolt 9. Oil check 10. Cam
11. Guide lever 12. Sliding block 13. Stop dog
14. Adjustment lever 15. Governor lever 16. Articulated fork 17. Spring plate
18. Clearence compensating spring
36
Speed governor WOODWARD
1. Speed governor 2. Drive shaft 3. Flyweight 4. Governor spring 5. Control piston 6. Adjuster piston 7. Oil sump (drain)
8. Governor out put shaft 9. Compression spring 10. Angle lever
11. Lever 12. Oil space 13. Buffer piston 14. Oil space 15. Return piston 16. Restricter 17. Slice pad
18. Speed droop shaft 19. Speed droop lever 20. Fish plate
21. Speed setting motor 22. Speed setting screw 23. Oil pump
24. Oil supply
37
4.3.GOVERNOR HIDROLIS
Prinsip :
Bila daya pada jaring turun, putaran akan bertambah massa M1 dan M2 saling berjalan.
Titik geser A menarik poros relay ke atas yang menyebab kan minyak akan menekan torak P dari atas didalam servo motor. Torak dalam servo motor akan turun, rek bahan bakar akan mengurangi jumlah bahan bakar. Putaran akan turun.
Gaya yang menyebabkan perubahan posisi rek bahan bakar adalah fungsi dari :
Tekanan minyak
dari pada torak dalam servo motor
Pada pemakaiannya governor jenis ini selalu dihubungkan langsung dengan rek bahan bakar
38
Kerja regulator hidrolis (pengaturan sederhana) Dalam penurunan beban pada jaringan
Jika Pg = Pj maka putaran konstan, tidak ada perubahan pada regulator.
Bila Pj turun maka regulator akan mengurangi bahan bakar, putaran akan naik selama regulator belumsempat mengurangi jumlah bahan bakar sebanyak yang diperlukan sanpai diperoleh Pg = Pj (t1)
Sementara itu putaran sudah terlalu tinggi, regulator yang sudah diatur/disetel untuk membuat putaran normal akan terus mengurangi jumlah bahan bakar yang akan membuat turun lagi.
Pada saat putaran berada pada putaran normal ( t2 ) daya generator ( Pg ) menjadi lebih kecil dari daya jaringan ( Pj ) putaran akan turun lagi sampai dibawah harga nominal, sementara itu regulator akan menambah bahan bakar dan demikianlah seterusnya.
PERBEDAAN PUTARAN
39
Dalam penaikan beban pada jaringan
Prinsip kerja :
- Misal daya pada jaring turun putaran naik, maka Mj dan Mg saling berjalan
- Titik geser K naik dan menarik piston torak dari relay
- Minyak me-nol-kan torak servo motor dari atas
- Torak dari servo motor turun
Sementara itu poros KG menekan torak – torak relay kebawah, yang menyebabkan terjadi pengurangan bahan bakar (daya generator Pg turun )
Pada saat itu putaran sedikit berada dibawah harga normal
Regulator akan bekerja kembali
Hubungan antara putaran dan daya tergantung dari bentuk poros huungan AK
A K
G
A G K
40
Kerja dari regulator dengan sistem kompensasi
Jika Pg = Pj ( seperti t0 ) putaran konstan, regulator tidak bekerja
Jika Pj menurun ( mulai dari t0 ) maka regulator segera mengurangi jumlah bahan bakar sebanyak yang diperlukan sampai diperoleh Pj = Pg (t1)
Sementara itu putaran sudah terlalu tinggi relay turun bergerak yang membuat sukar motor turun lagi.
Hal ini menyebabkan relay pada posisi seimbang yang menutup lubang minyak (t2 )
Pada saat ini generator Pg lebih kecil dari daya jaring Pj, putaran akan turun dan regulator menambah bahan bakar sampai diperoleh ;
Pg = Pj ( t3 )
Sementara ini putaran naik lagi, tetapi lama goyangan kecil sekali.
41
Pengaturan kedua
Suatu sistim dengan menggunakan perubahan tekanan dari pegas untuk mengatur posisi titik geser M sehingga putaran kembali keputaran nominal dengan mengatur posisi rek bahan bakar
Regulator Hidrolis Sentrifuse ( Governor Hidrolik Type U G – 8 )
Kemudian dibuat titik KG yang menghubung kan gerakan titik K dengan gerakan servo motor
Dengan sistim kemudi maka torak dari relay akan lebih cepat kem- bali keposisi seimbang
42
Servo motor untuk mengatur synchronizer dan pembebanan dari jarak jauh Speed drop untuk mengatur statisme agar mesin dapat paralel dengan mesin lain Load limit untuk membatasi beban
Speed lsetting untuk mengatur beban atau putaran mesin secara manua Speed setting indicator untuk mengatur mesin pada putaran idle spee
Compensation alat ini digunakan agar bisa diatur maksimum dan minimum perubahan kecepatan agar tidak terlalu tinggi maupun terlalu rendah. Begitu pula bila suatu beban yang agak besar akan masuk dengan mendadak, kecepatan pada detik itu tentu akan turun, dengan alat konpensasi ini bisa diatur agar kecepatan dapat kembali normal dengan cepat dan tidak terlalu bergoyang.
4.4. Governor Elektrik
Pengontrolan kecepatan mesin secara kontinyu dan konstan dengan melalui hubungan actuator ke sistem pemasukan bahan bakar.
Kecepatan mesin disensor dengan magnetik pick-up yang memakai aliran listrik AC dan dikirim atau dialirkan ke actuator merubah input listrik dari kontrol 2301 ke gerak mekanik yang mana dihubungkan ke tuas sistem bahan bakar.
Basic Sistem Governor Elektrik
Magnetik pic-up dipasang pada tutup fly wheel dari mesin, untuk membuat signal AC.
Frekwensi dari signal dikontrol dengan kecepatan/perputaran dari gigi – gigi di fly wheel dan berputar melewati magnetic pick-up
Signal frekwensi kecepatan mesin ini dikirim ke kontrol 2301. Kontrol mempunyai sensor kecepatan yang membuat perbandingan antara sinyal input untuk kecepatan yang ada dengan kecepatan mesin yang diinginkan (setting), itu terdapat dalam kontrol box yang perlu dijaga dan dipelihara.
Jika putaran yang ada dan putaran setting( yang diinginkan ) tidak sama, maka kontrol 2301 akan memberikan koreksi sinyal (perintah ) DC ke coil selenoid, dari kontrol 2301 digunakan ke coil selenoid actuator. Actuator akan mengatur/menyesuaikan
43
jumlah bahan bakar untuk membuat putaran mesin sesuai dengan setting (yang diinginkan )
44
Pilot valve plunjer dihubungkan dengan sebuah magnit permanen yang ditahankan oleh pegas penahan didalam penguatan dua coil selenoid. Hasil signal dari kontrol 2301 digunakan ke coil selenoid untuk membuat gaya magnityang sebanding dengan arus dalam coil. Gaya magnit ini selalu berusaha mengubah magnit dan pilot valve plunjer kebawah ( bahan bakar bertambah ).
Prinsip kerja actuator
Gaya centering spring ( diatas plunjer ) selalu berusaha mengubah magnit dan pilot valve plunjer keatas (bahan bakar berkurang )
Bilamana magnit berputar pada putaran stabil ( steady state condations ), ini berarti dua gaya sama tetapi arahnya berlawanan. Pilot valve plunjer pada saat berada ditengah ( the control land menutup control part )
Jika terjadi penurunan setting putaran mesin pada control 2301 atau kenaikkan putaran mesin (disebabkan dari penurunan beban mesin), input tegangan ke coil selenoid di actuator menjadi turun. Daya magnit dari coil selenoid juga turun , pada waktu gaya dari centering spring lebih besar dari pada coil pilot valve plunjer akan bergerak keatas posisi center. Maka oli yang dibawah power akan bergerak keatas menyebabkan berputarnya terminal shaft kearah penurunan bahan bakar
Jika terjadi kenaikkan setting putaran mesin pada control 2301 atau penurunan mesin (disebabkan dari kenaikkan beban mesin ) input tegangan ke coil selenoid juga akan naik, sekarang gaya dari pada gaya centering spring dan pilot valve plunjer akan bergerak turun mengikuti tekanan oli dibawah power piston. Pada waktu daerah permukaan (tekanan oli bekerja lagi) dari power adalah lebih besar dari pada bagian bawah dari bagian atas piston, piston akan bergerak keatas. Terminal shaft berputar kearah penambahan bahan bakar.
45
46
BAB V
BAGIAN UTAMA UTAMA MESIN DIESEL 5.1. Prime mover
Peralatan utama terdiri dari : 1. Kepala silinder ( cylinder head ) 2. Perangkat katup ( valve gear ) 3. Perangkat piston ( piston assy ) 4. Dinding silinder ( cylinder head ) 5. Block silinder ( cylinder block ) 6. Bantalan utama ( main bearing ) 7. Poros engkol ( cranksfaht ) 8. Poros bubungan ( cam sfaht ) 9. Peredam getaran ( counter weight ) 10. Dudukan mesin ( base plate )
47
1. Piston & Connecting Rod Assy.
2. Cylinder Liner & Engine Block.
3. Crank Shaft.
4. Cam Shaft.
5. Transmission Gear.
5.2. Cylinder head
Fungsi :
1. Menutup bagian atas silinder
2. Tempat meletakkan peralatan - Katup hisap dan buang - Injektor
- Rocker arm
- Ruang bakar mula 3. Untuk pendinginan
48
JENIS KEPALA SILINDER.
KEPALA SILINDER TUNGGAL
KEPALA SILINDER MAJEMUK
49
5.3. Perangkat katup ( valve gear )
Fungsi valve :
Mengatur masuk dan keluarnya udara masuk dan gas buang
Fungsi valve guide : Untuk menjaga gerakan katup agar tegak lurus pada dudukannya
50
5.4. ROCKER ARM ( PELATUK ).
Fungsi : meneruskan gaya dari Cam shaft untuk menggerakkan katup
5.5. Cam shaft
Fungsi : mengatur gerakan inlet & exhaust valve dan fuel injection pum
Dudukan katup ( inlet valve seat )
Sudut dudukan katup berkisar 300 – 450 .
Dudukan katup yang sudah aus sekali biasanya diganti baru
51
5.6.Piston
Fungsi :
1. Merapatkan ruangan silinder dari bagian dalam
2. Memampatkan udara
3. Menerima tekanan pembakaran waktu proses kerja
4. Meneruskan tekann pembakaran Keporos engkol melalui batang penghubung (connecting rod) 5. Bagian permukaan menyerap panas selama proses berlang sung
Piston assy
Keterangan :
1. Piston (rakitan lengkap torak) 2. Torak
3. Pena piston 4. Ring pegunci 5. Ring persegi
6. Ring kompresi muka plat chromium
7. Ring kompresi muka 8. Ring pegas helix
Rakitan lengkap batang peng- hubung ( connecting rod )
10. Batang penghubung 11. Dudukan pena pistin 12. Baut
13. Pena / pin 14. Ring ½ 15. Sekrup
16. Pena pengunci 17. Pna plug 18. Washer 19. Baut kollar 20. Bantalan
52
Fungsi ring piston pada umumnya :
1. Mencegah kebocoran ruang bakar 2. Menyalurkan panas dari piston ke air
pendi ngin melewati dinding silinder
Fungsi batang penghubung :
1. Meneruskan tekanan torak ke poros engkol..
2. Meneruskan putaran poros engkol ke torak.
53
5.7. Dinding silinder (cylinder head)
54
Fungsi :
Tempat berlangsungnya seluruh urutan kerja mesin ( hisap, kompresi, usaha dan buang )
Dinding silinder terbagi dua : 1. Dinding basah ( wet liner ) 2. Dinding kering ( dry liner )
Dinding basah :Dinding yang didinginkan langsung oleh air pendingin, biasanya untuk mesin sedang/besar
Dinding kering :Dinding yang didinginkan tidak oleh air, umumnya mesin kecil atau kondisi khusu
5.8. Poros engkol ( crank shaft ) Fungsi :
1. Menerima gaya inersia yang tinggi pada puncak tekanan gas diatas piston 2. Mengubah gerak bolak-balik ( translasi ) menjadi gerak putar ( rotasi )
55
5.9. Bantalan ( main bearing )
Fungsi : Untuk mendukung bagian–
bagian yang bergerak sehingga bagian-bagian tersebut tetap berada pada posisi yang diinginkan
Klasifikasi bantalan :
1. Bantalan untuk gerak putar ( rotary motion )
a. Journal bearing yang mendapat beban utama dari perputaran poros (main bearing)
b. Trust bearing (bantalan axial) yang mendapat beban sepanjang poros yang berputar
2.. Bantalan untuk gerak bolak-balik (reciprocating motion)
a. Bantalan untuk gerak lurus (contoh : dinding silinder untuk mendukung pergerakan piston )
b. Bantalan untuk gerak tumbukan (contoh : bushing untuk mendukung pin piston )
56
5.10. TRANSMISION GEAR ( RODA GIGI PENGATUR )
Fungsi :
1. Mengatur saat membuka & menutup katup.
2. Mengatur waktu pengabutan bahan bakar.
3. Mengatur langkah torak.
5.11. Turbo charger
Fungsi : Untuk memampatkan udara yang akan masuk kegalam silinder, sehingga daya mesin akan lebih besar, dibanding dengan mesin berdimensic sama tetapi tanpa turbocharger.
57
Turbocharger terdiri atas turbin dan blower
58
59
BAB VI
PERALATAN BANTU MESIN DIESEL
6.1. SISTEM PELUMASAN
6.1.1 JENIS SISTEM PELUMASAN.
1. Sistem Pelumasan Basah ( Wet system ).
Sistem Pelumasan Basah
Dimana bak penampungan pelumas berada di dalam mesin yang biasa disebut CARTER
60
2. Sistem Pelumasan Kering ( Dry system ).
Sistem Pelumasan Kering
Dimana bak penampungan pelumas berada di luar mesin yang biasa disebut SUMP TANK.
61
6.1.2. FUNGSI DAN KLASIFIKASI PELUMAS.
Fungsi Pelumasan
1. Untuk membatasi bagian-bagian yang bergerak agar tidak saling bergesekan dengan membuat lapisan FILM.
2. Sebagai media pendingin mesin.
3. Mengeluarkan kotoran (geram-geram) yang berada diantara bagian yang bergerak agar tidak mempengaruhi bagian yang bergerak menjadi lebih cepat rusak (aus).
4. Sebagai media pencegah korosi komponen mesin.
Klasifikasi Pelumas (API).
Mesin Bensin.
1. SA.
2. SB 3. SC 4. SD 5. SE 6. SF 7. SG 8. SH
Klasifikasi Pelumas (API).
Mesin Diesel.
1. CA.
2. CB 3. CC 4. CD 5. CD II 6. CE 7. CF 4
62
DIAGRAM SISTEM PELUMASAN
Bak Penampung.
( Carter, Sump Tank )
Pompa Pelumas.
( Lub. Oil Pump )
Thermostsat
Oil Cooler
Filter Bagian-bagian mesin yang
perlu dilumasi
Lub Oil Centrifugal ( Purifier ) Lub Oil Pressure
Control Valve
63
6.1.3. PERALATAN SISTEM PELUMASAN
( Fungsi dan Prinsip Kerja ) 1. Carter atau Sump Tank.
Fungsi :
a. Menampung pelumas untuk di sirkulasikan keseluruh bagian mesin yang memerlukan pelumasan dan yang telah bersirkulasi dalam mesin.
b. Menampung endapan kotoran dan geram-geram dalam mesin agar tidak ikut bersirkulasi.
Prinsip Kerja :
Bak penampung akan menampung pelumas yang telah bersirkulasi dan mempunyai area untuk pipa (saluran) isap dari pompa pelumas, sehingga kotoran tidak ikut terhisap oleh pompa.
64
2. Pompa Pelumas.
Fungsi :
Memompakan minyak pelumas bersirkulasi ke bagian utama mesin dan bagian-bagian mesin yang perlu mendapat pelumasan.
Prinsip Kerja :
Pompa pelumas adalah pompa roda gigi sehingga tekanan pompa dapat mencapai tekanan yang tinggi, pada saat mesin mulai berputar pompa sudah mulai bekerja dengan tekanan yang rendah, kemudian jika putaran
65
3. Filter
66
Fungsi :
Menyaring minyak pelumas agar kotoran dan geram-geram tidak ikut ber
