## STUDI KOMPARASI PENGGUNAAN TURBOCHARGER PADA ENGINE PERKINS DALAM UNIT GENSET
Ir. Koos Sardjono,MSc 1 , Achmad Mu’alimin 2
Lecture 1 ,College student 2 ,Departement of machine, Faculty of Engineering, University Muhammadiyah Jakarta, Jalan CempakaPutih Tengah 27 Jakarta Pusat 10510, Tlp 021- 4244016,4256024, email : k.sardjono@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Turbocharger  adalah  pompa  udara  yang  didesain  untuk  memanfaatkan  energi yang  terkandung  dalam  gas  buang  yang  tidak  terpakai  .Karena  turbocharger menggunakan  energi  yang  tersimpan  dalam  gas  buang,  maka  daya keluaran/output  dari  mesin  dapat  meningkat  tanpa  mempengaruhi  efisiensi  dari kerja  engine itu sendiri. Turbocharger dilengkapi  dengan waste gate valve yang berfungsi untuk mengontrol tekanan udara yang masuk (boost pressure) dan ada pula  yang  dilengkapi  dengan  inter-cooler  yang  berfungsi  untuk  menurunkan temperatur udara yang masuk ke silinder sehingga kerja spesifik pada saat proses pembakaran  dapat  meningkat.Udara yang dihisap masuk  ke dalam silinder oleh compressor  wheel  ini  memiliki  tekanan  yang  lebih  besar  dibandingkan  tekanan atmosfir, sehingga menyebabkan bertambahnya kepadatan udara di dalam ruang bakar.  Engine  yang  tidak  menggunakan  turbocharger,  efisiensi  pengisian  udara yang dihisap ke silinder hanya 65% - 85%, hal ini dikarenakan pengaruh tahanan pada  sistem  saluran  hisap  dan  adanya  gas  buang  yang  tersisa  pada  sistem pembuangan.  Dengan  menggunakan  turbocharger,  mesin  diharapkan  memiliki efisiensi  pengisian  udara  yang  lebih  sehingga  daya  yang  dihasilkan  juga  ikut meningkat.
KATA KUNCI : turbocharger, turbin wheel, compresor wheel, pressure.

## 1.PENDAHULUAN
Dengan banyaknya variatif produk  yang dihasilkan (termasuk modifikasi), maka timbul  permasalahan-permasalahan  pada  saat  pembebanan  dilapangan.  Salah  satunya yaitu berkurangnya tenaga mesin yang dapat mempengaruhi efisiensi kerja mesin genset menjadi menurun. Hal ini dapat dilihat pada  saat tahap pengetesan mesin genset dengan menggunakan loadbank ,  dimana output atau  keluaran  daya  listrik  berkurang  dari spesifikasi yang diharapakan. Penyebab berkurangnya daya listrik keluaran atau performa mesin ini dapat dikarenakan oleh beberapa faktor, diantaranya:
1. Tekanan  udara  yang  masuk  ke  ruang  bakar  belum  cukup  tinggi,  sehingga  pada saat  langkah  kompresi,  udara  yang  ditekan  dalam  silinder  tekanannya  menjadi berkurang.
2. Temperatur  ruang  bakar  pada  saat  langkah  pembakaran  kurang  tinggi  (hal  ini dikarenakan  tekanan  pada  ruang  bakar  yang  masih  kurang),  sehingga
menyebabkan  pembakaran  bahan  bakar  tidak  berlangsung  secara  sempurna (bahan bakar tidak terbakar keseluruhan).
3. Panas  dalam  ruang  bakar  kurang  tinggi,  karena  tekanan  dan  temperatur  yang masih kurang maka panas yang dihasilkan pada saat pembakaran juga berkurang sehingga mempengaruhi kerja sistem pembakaran.
4. Banyaknya  konsumsi  bahan  bakar  yang  masuk  ke  dalam  silinder  harus disesuaikan dengan tekanan udara yang masuk ruang bakar.
5. Kehilangan  tenaga  karena  pengaruh losses, seperti  adanya  tahanan  ( filter  air ) pada  saluran  udara  masuk  ( intake  manifold )  dan  adanya  tahanan  ( muffler dan sistem perpipaan) pada saluran gas buang ( exhaust manifold ).

## 2. DIAGRAM ALIR
TIDAK YA SELESA Persiapan Alat & Bahan PERCOBAAN 1 (tanpa Turbocharger ) PERCOBAAN 2 (dengan Turbocharger ) Analisa Perhitungan EVALUASI Running test Pemasangan alat ukur Load test Pemasangan unit turbocharger dan kelengkapannya Pemasangan alat ukur Running test Load test Pengecekan & Penyetelan Pengecekan & Penyetelan MULAI

## 3.  METODE PENELITIAN
Metode  pustaka,  Metode  tanya  jawab  ( interview )  serta  Metode  pengamatan ( observasi )      Metode observasi merupakan  metode  yang  diterapkan  guna  untuk memperoleh  data  dengan  cara  melakukan  pengamatan  secara  langsung  pada  obyek penelitian, dalam hal  ini adalah motor diesel perkins  lovol yang sudah terkopel  menjadi satu  dengan  generator  listrik  sehingga  digunakan  sebagai  pembangkit  listrik  alternatif atau biasa disebut dengan nama mesin genset.

## 4. DATA HASIL PENELITIAN
4.1.Analisa thermodinamika pada percobaan 1 (tanpa turbocharger )
Parameter performa mesin
 Tekanan efektif rata-rata (mep)
Didefinisikan  sebagai  suatu  tekanan  yang  dibayangkan  bekerja  pada  permukaan  piston pada langkah kerja, sehingga dapat dihitung dengan persamaan 2.23 sebagai berikut: mep   = W nett / V d (4)
= 1,643 / 9,9695 x 10 -4
= 1648,026 kPa
 Daya indikasi (Ẇ i )
Merupakan  daya  yang  dihasilkan  dalam  silinder  motor  sehingga  merupakan  basis perhitungan  atau  penentuan  efisiensi  pembakaran  atau  besarnya  laju  panas  akibat pembakaran didalam silinder.
Besarnya harga daya indikasi (Ẇ i ) pada putaran 1500 rpm dapat dihitung menggunakan persamaan 2.24 sebagai berikut: Ẇ i = (W nett x N) / n (14)
= [1,643 x (1500 / 60)] / 2 = 20,5375 kW Untuk 4 silinder = 4 x 20,5375 kW = 82,15 kW
 Daya poros (Ẇ b )
Daya  yang  dihasilkan  suatu  mesin  pada  poros  keluarannya  disebut  sebagai  daya  poros atau biasa dikenal dengan sebutan Brake Horse Power/BHP , dengan besar torsi (τ) yaitu 237 N.m yang berada pada putaran 1500 rpm dan daya indikasi (Ẇ i ) sebesar 82,15 kW, seperti ditunjukkan gambar kurva dibawah ini:
Gambar 4.1. Engine Torque-Power Curve, Engine Perkins 1004G 15
Sehingga, daya poros (Ẇ b ) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.25 berikut: Ẇ b = 2 π N τ (14) = 2 π (1500 / 60) 237 = 37209 N.m/det = 37,209 kW
 Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc )
Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi dalam menghasilkan  daya  dari  pembakaran  bahan  bakar.  Massa  bahan  bakar  (m f )  sebesar 6,7156 x 10 -5 kg dan daya poros (Ẇ b ) sebesar 37,209 kW, maka laju aliran bahan bakar (ṁ f )  pada  putaran  1500  rpm  untuk  4  silinder  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan 2.27 sebagai berikut:
ṁ f = (m f N jumlah silinder) / n (4)
= [6,7156 x 10 -5 x (1500 / 60) x 4] / 2 = 3,3578 x 10 -3 kg/det Sehingga konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) dihitung dengan menggunakan persamaan 2.26 yaitu: sfc = ṁ f / Ẇ b (4) = 3,3578 x 10 -3 / 37,209 = 9,024 x 10 -5 kg/kW.det
= 324,87 gram/kW.jam
 Efisiensi thermal untuk siklus diesel (η t diesel )
Efisiensi ini merupakan indikasi yang sesungguhnya dari konversi input thermodinamika menjadi kerja mekanis (lihat persamaan 2.28).
η t diesel = 1 – (1 / r c ) k-1 [(β k – 1) / {k (β – 1)}] (14) = 1 – (1 / 16,5) 1,4-1 [(3,6376 1,4 – 1) / {1,4 (3,6376 – 1)}]
= 0,5502 x 100% = 55,02 %
 Efisiensi mekanis (η m )
Merupakan  perbandingan  antara  daya  poros  (Ẇ b )  dengan  daya  indikasi  (Ẇ i ),  dimana daya  poros  (Ẇ b )  sebesar  37,209  kW  dan  daya  indikasi  (Ẇ i )  sebesar  82,15  kW,  maka besarnya efisiensi mekanis (η m ) dapat diketahui dengan persamaan 2.29 sebagai berikut: η m = Ẇ b / Ẇ i (4)
= 37,209 / 82,15 = 0,4529 x 100% = 45,29 %  Efisiensi volumetrik (η v )
Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan ( swept volume ) mesin dapat terisi fluida kerja dengan massa udara (m a ) = 1,108 x 10 -3 kg, densitas udara (ρ a ) = 1,1536 kg/m 3 dan besar  volume  langkah  (V d )  =  9,9695  x  10 -4 m 3 ,  maka  efisiensi  volumetrik  (η v )  dapat dihitung menggunakan persamaan 2.30 berikut ini: η v = m a / (ρ a V d ) (4)
= 1,108 x 10 -3 / (1,1536 x 9,9695 x 10 -4 ) = 0,9634 x 100% = 96,34 %
4.2.Analisa thermodinamika pada percobaan 2 (dengan turbocharger )
 Parameter performa mesin
 Tekanan efektif rata-rata (mep)
Didefinisikan  sebagai  suatu  tekanan  yang  dibayangkan  bekerja  pada  permukaan  piston pada langkah kerja, sehingga dapat dihitung dengan persamaan 2.23 sebagai berikut: mep   = W nett / V d (4) = 1,8553 / 9,9695 x 10 -4
= 1860,976 kPa
 Daya indikasi (Ẇ i )
Merupakan  daya  yang  dihasilkan  dalam  silinder  motor  sehingga  merupakan  basis perhitungan  atau  penentuan  efisiensi  pembakaran  atau  besarnya  laju  panas  akibat pembakaran di dalam silinder.
Besarnya harga daya indikasi (Ẇ i ) pada putaran 1500 rpm dapat dihitung menggunakan persamaan 2.24 sebagai berikut:
Ẇ i = (W nett x N) / n (14)
= [1,8553 x (1500 / 60)] / 2 = 23,19 kW Untuk 4 silinder = 4 x 23,19 kW = 92,76 kW
 Daya poros (Ẇ b )
Daya  yang  dihasilkan  suatu  mesin  pada  poros  keluarannya  disebut  sebagai  daya  poros atau biasa dikenal dengan sebutan Brake Horse Power/BHP , dengan besar torsi (τ) yaitu 323 N.m yang berada pada putaran 1500 rpm dan daya indikasi (Ẇ i ) sebesar 92,76 kW, seperti ditunjukkan gambar kurva dibawah ini:
Gambar 4.2. Engine Torque-Power Curve, Engine Perkins 1004TG 15
Sehingga, daya poros (Ẇ b ) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.25 berikut: Ẇ b = 2 π N τ (14) = 2 π (1500 / 60) 343 = 50711 N.m/det = 50,711 kW
 Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc )
Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi dalam menghasilkan  daya  dari  pembakaran  bahan  bakar.  Massa  bahan  bakar  (m f )  sebesar 7,38635 x 10 -5 kg dan daya poros (Ẇ b ) sebesar 50,711 kW, maka laju aliran bahan bakar (ṁ f )  pada  putaran  1500  rpm  untuk  4  silinder  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan 2.27 sebagai berikut: ṁ f = (m f N jumlah silinder) / n (4) = [7,38635 x 10 -5 x (1500 / 60) x 4] / 2 = 3,693175 x 10 -3 kg/det Sehingga  konsumsi  bahan  bakar  spesifik  ( sfc )  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan 2.26 yaitu: sfc = ṁ f / Ẇ b (4) = 3,693175 x 10 -3 / 50,711 = 7,2828 x 10 -5 kg/kW.det
= 262,18 gram/kW.jam
 Efisiensi thermal untuk siklus diesel (η t diesel )
Efisiensi ini merupakan indikasi yang sesungguhnya dari konversi input thermodinamika menjadi kerja mekanis (lihat persamaan 2.28). η t diesel = 1 – (1 / r c ) k-1 [(β k – 1) / {k (β – 1)}] (14)
= 1 – (1 / 16) 1,4-1 [(3,3164 1,4 – 1) / {1,4 (3,3164 – 1)}]
= 0,5568 x 100%
= 55,68 %
 Efisiensi mekanis (η m )
Merupakan  perbandingan  antara  daya  poros  (Ẇ b )  dengan  daya  indikasi  (Ẇ i ),  dimana daya  poros  (Ẇ b )  =  50,711  kW  dan  daya  indikasi  (Ẇ i )  =  92,76  kW,  maka  besarnya efisiensi mekanis (η m ) dapat diketahui dengan persamaan 2.29 sebagai berikut: η m = Ẇ b / Ẇ i (4)
= 50,711 / 92,76 = 0,5467 x 100% = 54,67 %  Efisiensi volumetrik (η v )
Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan ( swept volume ) mesin dapat terisi fluida kerja dengan massa udara (m a ) = 1,18182 x 10 -3 kg, densitas udara (ρ a ) = 1,23 kg/m 3 dan besar  volume  langkah  (V d )  =  9,9695  x  10 -4 m 3 ,  maka  efisiensi  volumetrik  (η v )  dapat dihitung menggunakan persamaan 2.30 berikut ini: η v = m a / (ρ a V d ) (4) = 1,18182 x 10 -3 / (1,23 x 9,9695 x 10 -4 ) = 0,9638 x 100% = 96,38 %

## Data hasil perhitungan dari percobaan pertama dan kedua
Tabel 4.1. Rangkuman data hasil perhitungan dari percobaan pertama dan kedua
ITEM PERCOBAAN 1 tanpa turbocharger PERCOBAAN 2 dengan turbocharger
1. Engine model 1004G14 1004TG14 ( modify ) 2. Engine type four cylinder, naturally aspirated four cylinder, turbocharger 3. Code letters AAT ABT 4. Rasio compresion (r c ) 16,5 16 5. Ø cylinder (m) 0,100 6. Panjang langkah (m) 0,127 7. Putaran mesin (rpm) 1500 8. Volume langkah/V d (m 3 )
9,9695 x 10 -4
9. Volume sisa/V c (m 3 ) 6,432 x 10 -5 6,6463 x 10 -5 10. Tekanan masuk silinder/P 1 (kPa) 99,323 125,674 11. Temperatur masuk silinder/T 1 (K) 300 356 12. Tekanan ruang bakar/P 3 (kPa) 5029,529 6095,5572 13. Temperatur ruang bakar/T 3 (K) 3349,14 3579,076 14. Kerja satu siklus/W nett (kJ) 1,643 1,9543 15. Kalor masuk/Q in (kJ) 2,98777 3,2862 16. Kalor keluar/Q out (kJ) (- 1,344151) (- 0,7544) 17. Tekanan rata-rata/mep (kPa) 1648,026 1860,976 18. Daya indikasi 1 silinder/Ẇ i (kW) 20,5375 23,19 19. Daya indikasi 4 silinder/Ẇ i (kW) 82,15 92,76 20. Torque /τ (N.m) 237 323 21. Daya poros/Ẇ b (kW) * 37,209 50,711
0 1000 2000 3000 4000 4.5 25 35 45 55 60 P ut ar an m esin (rpm) Beban arus (ampere) Grafik beban arus vs putaran mesin Putaran mesin tanpa… Putaran mesin dengan…
22. Konsumsi BB/ sfc (gr/kW.jam) ** 324,87 262,18 23. Efisiensi thermal/η t (%) 55,02 55,68 24. Efisiensi mekanis/η m (%) 45,29 54,67 25. Efisiensi volumetrik/η v (%) 96,34 96,38
*   Terjadi kenaikan daya sebesar 26,62 % setelah menggunakan turbocharger .
** Terjadi  penurunan  untuk  konsumsi  bahan  bakar  spesifik  ( sfc )  sebesar  19,3  %  pada mesin dengan turbocharger .
Kemudian pada saat dilakukan pengetesan mesin genset menggunakan loadbank dengan kondisi  pembebanan  maksimum  yaitu  60  A,  maka  data  hasil  pembebanan  dapat  dilihat pada tabel dan grafik dibawah ini:
Tabel 4.2. Putaran mesin pada saat pembebanan
Beban arus (A) Putaran mesin (rpm) tanpa turbocharger dengan turbocharger 4,5 25 35 45 55 60 1500 2010 2035 2600 2830 2995 1500 2025 2500 2745 2970 3020
Gambar 4.3. Grafik hubungan beban arus (A) vs putaran mesin (rpm)
Berikut  ini  gambar  diagram  P-V  dan  T-S  dari  masing-masing  percobaan  yang  telah dilakukan:
 PERCOBAAN 1 : mesin genset tanpa turbocharger
Gambar 4.4. Diagram P-V mesin perkins          Gambar 4.5. Diagram T-S mesin perkins tanpa turbocharger                                              tanpa turbocharger
 PERCOBAAN 2 : mesin genset dengan turbocharger
Gambar 4.6. Diagram P-V mesin perkins           Gambar 4.7. Diagram T-S mesin perkins dengan turbocharger dengan turbocharger

## 5. KESIMPULAN
1. Untuk putaran yang sama yaitu 1500 rpm, daya output ( BHP ) yang dihasilkan oleh mesin dengan turbocharger jauh lebih besar jika dibandingkan dengan mesin tanpa turbochager dengan prosentasi kenaikan daya sebesar 26,62 %.
2. Konsumsi  bahan  bakar  spesifik  ( sfc )  dari  mesin  yang  menggunakan turbocharger dengan putaran 1500 rpm terjadi penurunan sebanyak 19,3 %,  yang berarti bahwa mesin  dengan turbocharger lebih  irit  untuk  pemakaian  bahan  bakarnya  jika dibandingkan dengan mesin tanpa turbocharger .
3. Pemakaian turbocharger sangat bermanfaat terutama pada mesin-mesin diesel yang beroperasi pada ketinggian lebih dari 1500 m dari permukaan air laut ( dpl ), dimana kepadatan udaranya masih rendah.
4. Dari  grafik  torsi  mesin  dapat  dilihat  bahwa  torsi  meningkat  seiring  dengan bertambahnya  putaran  mesin  dan  setelah  mencapai  torsi  maksimum  maka  secara perlahan torsi akan turun walaupun putaran mesin terus bertambah.
5. Mesin  dengan turbocharger akan  lebih  efektif  jika  dibandingkan  dengan  mesin tanpa turbocharger karena  energi  yang  terkandung  dalam  gas  buang  masih  dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin wheel .

## 5.2 SARAN
1. Dalam  penelitian  ini,  modifikasi  mesin  dengan  pemasangan turbocharger tidak disertai  dengan intercooler dikarenakan  ruang  dalam  genset  yang  tidak memungkinkan. Jadi, sebaiknya apabila akan dilakukan penelitian lagi yang sejenis harap  disertakan  pula  untuk  pemasangan intercooler ,  sehingga  perubahan  daya mesin akan lebih signifikan.
2. Penelitian  ini  dilakukan  pada  mesin  genset  dengan  tipe  tertutup (silent  type) . Apabila  ingin  dilakukan  penelitian  lagi  dikemudian  hari,  penulis  berharap  agar dipilih  mesin  genset  dengan  tipe  terbuka (open  type) saja  agar  dalam  proses penelitian dan pemasangan, segala sesuatunya menjadi lebih mudah.
3. Perusahaan  harus  memiliki  alat  ukur  performa  mesin,  seperti:  dinamo  meter  agar kondisi  mesin  pada  saat  pembebanan  diketahui  secara  aktual  dan  memudahkan dalam penggambaran kurva performa mesin.
4. Sebaiknya  peralatan-peralatan  yang  digunakan  dalam  pekerjaan  perbaikan, pengetesan  dan  kegiatan  bongkar  pasang,  meliputi: Hand  Tool , Measuring  Tool , Power  Tool , Lifting  Tool , Pulling  Tool , Special  Tool dan Diagnostic  Tool ,  harus lebih lengkap.
5. Sebaiknya dibuat suatu ruangan khusus untuk pengetesan mesin genset agar selama pengetesan  berlangsung  tidak  terganggu  maupun  mengganggu  aktifitas  pekerjaan produksi lainnya.
6. Harus  terdapat  perpustakaan  yang  khusus  untuk  menampung  data-data  hasil pengetesan mesin genset, sehingga pengambilan data menjadi lebih mudah.

## DAFTAR REFERENSI
1. Arismunandar, W., 1998. Pengantar turbin gas dan motor propulsi , ITB Bandung.
2. Beecham, M., 2003. The global market for automotive turbochargers for passenger cars  and  commercial  vehicles .  Research  report:  ABOUT  Automotive,  ABOUT publishing limited.
3. FORPOWER  A.C.  Generator, Shop  Manual  for  Alternators  Series  SG1 , Three Phase Alternators .
4. Heywood,  J.B.,  1988, Internal  Combustion  Engine  Fundamental ,  Mc  Graw-Hill Book Company.
5. History, Borg Warner Turbo and Emission Systems ,
URL: http://www.turbodriven.com/en/turbofacts/default.aspx (Accessed: 20 th June 2007).
6. Isuzu Training Center, Intermediate 1 Training, Handbook of Turbocharger , URL: http://discodan.org/gfx/celica/servicemanual/engine/tc.pdf
7. LOVOL  Engines, User’s  Handbook,  The  1000  Series  Engines  Used  For  Genset , Part No. T76812896, 4 and 6 Cylinder Diesel Engines for Genset: 1004G, 1004TG, 1006TG1A, 1006TG2A, 1006TAG.
8. Mahadi, 2007, Efek penggunaan supercharger terhadap unjuk kerja dan konstruksi pada sebuah mesin diesel , Universitas Sumatera Utara (USU) Repository.
9. Mechanic  Development,  2004, Motor  Diesel, Plant  Department  PT.Pamapersada Nusantara, Jakarta.