## ANALISA PENGARUH TEMPERATUR UDARA MASUK TERHADAP TEKANAN DAN TEMPERATUR GAS BUANG PADA PLTD PULO PANJANG BANTEN
Sandi Setiawan
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta
Abstrak  -- Motor  diesel  adalah  motor  bakar  torak  yang  proses  penyalaannya  bukan  menggunakan loncatan  bunga  api  melainkan  ketika  torak  hampir  mencapai  titik  mati  atas  (TMA)  bahan  bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar melalui nosel sehingga terjadilah pembakaran pada ruang bakar dan udara dalam silinder sudah mencapai temperatur tinggi. Tekanan yang dihasilkan melalui proses pembakaran adalah tergantung dari temperatur udara yang dimasukan ke dalam silinder, semakin tinggi temperature  maka  relatip  semakin  berkurang  jumlah  molekul  udara  yang  dikandungnya  sebaliknya semakin  rendah  temperature  relatip  kandungan  molekul  udara  lebih  banyak.  Dengan  adanya perubahan  temperatur  pada  udara  masuk  akan  mempengaruhi  pada  tekanan  dan  temperatur  gas buangnya. Kondisi ini diteliti secara analisis pada mesin diesel merk SDEC/ Licens Caterpillar dengan putaran  1500  rpm  dan  kapasitas  248  kw.  Dari  hasil  perhitungan  terlihat  bahwa  bahwa  efisiensi pemakaian bahan bakar yaitu 32,9 l/jam pada 31,1 (⁰C) dan minimum 23,5 l/jam pada 27,4 (⁰C). Dengan turunnya  temperatur  udara  sekitar  dari  31,1⁰C  sampai  27,4⁰C  menyebabkan  menurunnya  juga  SFC yang  dihasilkan  dari  perhitungan  0,7  menurun  hingga  menjadi  0,62.  Kg/kw.jam  sedangkan        T  out maksimal  didapat  300,21⁰C  pada  T  in  27,4  ⁰C  dan  minimun  299,42  ⁰C  pada  T  in  31,1  ⁰C.  Dengan besarnya tekanan dan T out dari hasil pembakaran sehingga untuk selanjutnya hasil analisa ini dapat dijadikan bahan untuk pemanfaatan proses pembakaran untuk dijadikan konversi energi lainnya.
Kunci: Mesin diesel, temperatur udara masuk, temperature udara keluar, putaran mesin, SFC

## BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Mesin  Diesel  merupakan  motor  pembakaran dalam  (Internal  Combustion  Engine),  dimana bahan  bakarnya  disemprotkan  kedalam  silinder pada waktu torak hampir mencapai Titik Mati Atas (TMA).  Oleh  karena  udara  didalam  silinder bertemperatur  tinggi  yang  mencapai  titik  nyala bahan  bakar,  maka  bahan  bakar  akan  terbakar dengan  sendirinya.  Tekanan  yang  dihasilkan melalui proses pembakaran adalah juga tergantung dari temperatur udara yang dimasukan ke  dalam  silinder,  semakin  tinggi  temperature maka  relatip  semakin  berkurang  jumlah  molekul udara  yang  dikandungnya  sebaliknya  semakin rendah  temperature  relatip  kandungan  molekul udara  lebih  banyak.  Kedua  kondisi  ini  sangat berpengaruh  terhadap  hasil  dari  suatu  proses pembarakan.
Langkah kompresi diawali dengan langkah hisap dimana udara segar dihisap masuk ke  dalam  silinder  sampai  berakhirnya  langkah tersebut dimana torak berada di Titik Mati Bawah (TMB).  Setelah  berakhirnya  langkah  hisap dilanjutkan  dengan  langkah  kompresi  dimana torak bergerak ke atas menuju ke Titik Mati Atas (TMA).  Pada  saat  torak  hampir  mencapai  TMA, bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder untuk bercampur dengan udara bertekanan tinggi akibat adanya kompresi dari torak. Campuran udara dan bahan bakar yang bertekanan tinggi ini juga akan
memiliki  suhu  yang  tinggi  pula,  sehingga memudahkan proses penyalaan untuk pembakaran.  Hasil  dari  pembakaran  campuran udara  dan  bahan  bakar  ini  berupa  tenaga mekanis. Temperatur ideal yang masuk kedalam ruang  bakar  adalah  sebesar  26  -27˚C.  Dalam pengoperasian  motor  diesel,  temperatur  udara ideal  yang  masuk  kedalam  ruang  bakar  sangat dipengaruhi  oleh  temperatur  lingkungan  atau ruang  sehingga  turut  mempengaruhi  hasil  dari proses terjadinya pembakaran. Untuk menghasilkan unjuk kerja yang optimal dari motor diesel dengan temperatur udara yang ideal, maka sangat  dibutuhkan  temperatur  udara  lingkungan atau ruang yang ideal pula.

## 1.2       Perumusan Masalah
Berdasarkan  latar  belakang  permasalahan  yang terjadi  pada  mesin  diesel  tersebut  maka  dengan menganalisa  besarnya  pengaruh  temperatur udara  terhadap tekanan dan temperature keluar pada  mesin  diesel  yang  terdapat  pada  PLTD pulopanjang.

## 1.3 Batasan Masalah
Batasan  permasalahan  penulis  pada  penulisan Tugas Akhir ini adalah:
a.  Pengaruh  perubahan  temperatur  udara masuk terhadap tekanan yang dihasilkan.
b.  Pengaruh  perubahan  temperatur  udara masuk terhadap temperatur udara keluar dari gas buang hasil pembakaran
1.4 Tujuan
Untuk  menganalisa  pengaruh  temperatur  udara masuk terhadap besarnya tekanan dan temperatur keluar dari gas buang hasil pembakaran mesin diesel yang selanjutnya dapat dimanfaatkan untuk konversi energi.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Tinjauan Umum
Motor  diesel  adalah  motor  bakar  torak  yang proses penyalaannya bukan menggunakan loncatan bunga api melainkan ketika torak hampir mencapai  titik  mati  atas  (TMA)  bahan  bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar melalui nosel sehingga  terjadilah  pembakaran  pada  ruang bakar dan  udara  dalam silinder  sudah mencapai temperatur  tinggi.  Syarat  ini  dapat  terpenuhi apabila  perbandingan  kompresi  yang  digunakan cukup tinggi, yaitu berkisar 16-25. (Arismunandar. W, 1988)

## 2.2 Dasar Perhitungan Thermodinamika
Siklus  aktual  pada  mesin  dengan  pembakaran didalam  ( internal  combustion  engine )  dihitung dengan  maksut  untuk  menentukan  parameter dasar  thermodinamika  suatu  siklus  kerja  yang ditunjukkan  dengan  tekanan  yang  konstan  dan konsumsi  bahan  bakar  spesifik.  Untuk  siklus aktual  dari motor diesel  sendiri  ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.1 Diagram P-V siklus aktual

## 2.3 Turbo Charger
Turbocharger adalah  sebuah  alat  peningkat kinerja  mesin  pembakaran  yang  mendapat  daya dari turbin, sumber tenaga turbin berasal dari gas buang kendaraan.  Untuk meningkatkan keluaran tenaga  mesin  dengan  meningkatkan  massa oksigen  yang  akan  memasuki  mesin.  Kunci keuntungan  dari turbocharger adalah  mereka menawarkan  sebuah  peningkatan  yang  cukup banyak dalam tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1   Studi Literatur
Studi  literatur  dilakukan  untuk  mempelajari  teori- teori  yang  berkaitan  dengan  tugas  akhir  serta mendukung tujuan untuk mendapatkan pengaruh perbedaan  suhu  dan  temperatur  udara  terhadap kinerja  mesin  diesel yaitu  yang  mempengaruhi dari jumlah pemakaian bahan bakar serta tenaga mesin yang dihasilkan. Sumber literatur diperoleh dari  beberapa  buku-buku,  jurnal  penelitian, internet,  serta  fasilitas  perpustakaan  universitas mencubuana.

## 3.2. Diagram Alir Perencanaan

## 3.3 Waktu Dan Tempat Penelitian
Pulau  Panjang  adalah  sebuah  pulau  kecil  yang terletak  di  Teluk  Banten.  Secara  administratif, Pulau  ini  termasuk  dalam  wilayah  Kabupaten Serang Banten. Kepemerintahan dalam pulau ini berbentuk Desa dengan nama desa adalah PULO PANJANG  yang  di  kepalai  oleh  seorang  Kepala Desa  dengan  melakukan pemilihan Kepala desa setiap lima tahun sekali oleh Panitia penyelenggara  Pemungutan  Suara  Pemilihan
Kepala Desa (PILKADES)
berdasarkan keputusan  Badan  Permusyawaratan  Desa  BPD Pulo Panjang, BPD beranggotakan 7 Orang.

## 3.4    Pengumpulan Data
Pengumpulan  dan  pengambilan  data  dilakukan dalam  beberapa  variabel  yaitu  pengukuran temperature pada beberapa waktu, putaran mesin dan  pemakaian  bahan  bakar  serta  dilakukan dalam beberapa kali pengukuran untuk mendapatkan perbandingan data yang akurat dan optimal  dari  mesin  diesel  yang  diteliti  sehingga data  yang  di  hasilkan  dapat  dianalisa  dengan benar.

## 3.5   Objek Penelitian
Objek  yang  akan  dilakukan  pengambilan  data adalah  mesin  diesel  yang  terdapat  pada  PLTD Pulo  Panjang  –  Banten.  dengan  spesifikasi sebagai berikut :

## 1.  MESIN DIESEL
 Merek  : SDEC/ Licens Caterpillar
 Type: SC 11C35OD
 No: C308003543
 Putaran: 1500 Rpm
 Kapasitas/Daya : 248 KW
2.  GENERATOR OPERASI
 Merk: REXFORD
 Type: RF 274K14
 No: 00601296
 Kapasitas/Daya : 250 KVA
 Tegangan/Arus: 400/231 Volt / 386 A
3.6 Peralatan yang digunakan
 Thermometer:  5 buah
 Tachometer digital :  1 buah
 Gelas pengukuran :  1 buah
 Stopwatch :  1 buah
3.7 Langkah-langkah eksperimen
1.  Persiapan mesin diesel dan peralatan.
2.  Melakukan pengujian secara bertahap terhadap  temperatur  ruang  yang  berbeda waktu.
Selama mesin diberikan beban dan tegangan dicatat  serta  temperatur  diukur  menggunakan termometer, beberapa kegiatan tersebut dilakukan dalam beberapa kali untuk mendapatkan hasil data yang akurat dan optimal.
Dari data hasil pengujian yang diperoleh,maka dapat  dilakukan  perhitungan  dan  analisa  data sebagai berikut:
 Termodinamika siklus kerja mesin
 Tekanan  dan  temperatur  Keluar  dari  gas buang
 Fluktuasi  daya  dan  pemakaian  bahan  bakar terhadap perubahan temperatur ruang.
 Korelasi  daya  (Ne)  dan  Putaran  (n)  untuk beban dalam watt.
 Perhitungan efisiensi pemasukan udara untuk pembakaran.
 Perhitungan  Temperatur  keluar  melalui  gas buang.
 Pengaruh perbedaan temperatur udara terhadap SFC (spesific fuel Consumption)
4. PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

## 4.1 Data Hasil Pengukuran
Tabel  4.1  data  hasil  pengukuran  saat  dilakukan pengambilan data dengan n = 1500 rpm
No jam pemakaian BB (l/jam) temperatur (⁰C) Ir (Ampere) Is (Ampere) It (Ampere) v (volt) P total (Kw) 1 18:00 32,9 31,1 180 180 180 380 205,2 2 19:00 32,7 30,9 172 172 172 380 196,08 3 20:00 32,2 30,7 170 170 179 380 197,22 4 21:00 30,9 30,4 170 180 180 380 201,4 5 22:00 30,5 30,3 155 160 170 380 184,3 6 23:00 29,4 30,2 155 160 160 380 180,5 7 0:00 28,8 28,9 150 155 155 380 174,8 8 1:00 27,9 28,7 140 150 150 380 167,2 9 2:00 27,3 28,6 150 140 140 380 163,4 10 3:00 26,5 28,4 140 140 140 380 159,6 11 4:00 26,2 27,6 130 150 140 380 159,6 12 5:00 25,7 27,5 140 120 150 380 155,8 13 6:00 23,5 27,4 140 140 120 380 152
Dari data diatas dapat dibuat grafik 4.1 pengaruh perubahan temperatur terhadap pemakaian bahan bakar yang digunakan.
Pada  grafik  diatas  dapat  diketahui  bahwa pada putaran mesin 1500 rpm pemakaian bahan bakar  terus  meningkat  dari  temperatur  27,4  ⁰C sampai temperatur 31,1⁰C.
4.2 Pengaruh Perubahan Temperature Terhadap Tekanan kompresi (Pc) dan Tekanan Maksimum( Pz) Untuk mendapatkan nilai tekanan kompresi perlu diketahui Pa = 0,9 kg/cm 2 sehingga  P c =   P a . ε ₁ , ( kg/cm 2 ) =  0, 9 . 17 1,34 = 40,09 kg/cm 2
T c =  T a . ε , o k = 304,1 . 17 1,34 = 796,8 o k
Sehingga dapat dihitung
untuk tekanan maksimumnya Pc = λ . Pc = 1,8 . 40,09 kg/cm 2 = 72,16 kg/cm 2
Sehingga dari perhitungan diatas dapat dibuatkan grafik dan tabel 4.3 sebagai berikut.
No Temp Tc Pc Pz 1 31,1 796,8 40,09 72,16 2 30,9 796,3 40,72 73,30 3 30,7 795,8 41,36 74,45 4 30,4 795,0 42,00 75,60 5 30,3 794,7 42,64 76,75 6 30,2 794,5 43,28 77,91 7 28,9 791,1 43,93 79,07 8 28,7 790,5 44,58 80,24 9 28,6 790,3 45,23 81,41
10 28,4 789,8 45,88 82,58 11 27,6 787,7 46,53 83,76 12 27,5 787,4 47,19 84,95 13 27,4 787,1 47,85 86,13
Gambar 4.2 Grafik perbandinga temperatur awal (Ta) dengan Tekanan akhir pembakaran
Gambar 4.3 Grafik perbandinga temperatur awal (Ta) dengan Tekanan akhir kompresi
Dari data hasil perhitungan didapatkan bahwa perubahan  temperatur  udara  mempengaruhi tekanan  kompresi  dan  tekanan  maksimal,  maka semakin  rendah  temperatur  udara  sekitar  maka semakin  kecil    tekanan  kompresi  dan  tekanan maksimumnya.
4.3  Perubahan  Temperatur  udara  terhadap SFC ( Specific fuel consumption)
Untuk  mendapatkan  nilai  SFC,  terlebih  dahulu melakukan  perhitungan  Konsumsi  Bahan  Bakar ( Fc) dan Daya efektif (Ne) sebagai berikut
 FC = Vbb . ρbb . (Tbb/3600)  (kg/s) = 25,87 kg/jam
 Ne =  Pe .П. r 2 . a .n .z 60.100 .75 =   48,86 kg/cm 2 . 3,14 . (8,5) 2 . (1500/60) .1 75. 100 =  36,94 kw
Jadi  untuk  nilai  SFC  ( Specific  fuel  consumption)
yaitu SFC =  FC      (kg/kW jam)
Ne
=   25,87kg/jam 36,94
=   0,70  kg/kW jam
Tabel 4.4 pengaruh perubahan temperatur terhadap SFC No jam pemaka ian BB temperatu r (⁰C) SFC 1 18:00 31,1 31,1 0,70 2 19:00 30,9 30,9 0,70 3 20:00 30,7 30,7 0,69 4 21:00 30,4 30,4 0,68 5 22:00 30,3 30,3 0,68 6 23:00 30,2 30,2 0,68 7 0:00 28,9 28,9 0,65 8 1:00 28,7 28,7 0,65 9 2:00 28,6 28,6 0,64 10 3:00 28,4 28,4 0,64 11 4:00 27,6 27,6 0,62 12 5:00 27,5 27,5 0,62 13 6:00 27,4 27,4 0,62
Dengan  hasil  perhitungan  didapat  nilai Konsumsi  Bahan  Bakar  (FC)  dan  Daya  efektif (Ne) sehingga nilai SFC dapat diketahui, nilai SFC maksimal  0,7  pada  temperatur  31,1  (⁰C)  dan minimal 0,62  pada temperatur 27,4(⁰C).
Gambar 4.4 Pengaruh perubahan temperatur terhadap SFC
4.4  Pengaruh  Temperatur  Masuk  (T  in) terhadap Temperatur Keluar (T out)
Sebelum  mendapatkan  nilai  dari  temperatur  gas buang / T out maka dengan beberapa parameter perhitungan  terdapat  pada  lampiran  yang diketahui sebagai berikut
Gambar 4.5 pengaruh temperature (Tin) terhadapTemperature Keluar (T out )
Dengan besarnya pengaruh temperatur udara yang  masuk  kedalam  mesin  diesel  terhadap temperatur  udara  yang  keluar  maksimal  300,21 (⁰C) pada T in 27,4 (⁰C) dan minimal 299,42 (⁰C) pada T in 31,1 (⁰C) dari gas buang dalam mesin diesel ini, maka dengan melihat hal tersebut kita
No T in (⁰C) Tout (⁰C) 1 40 297,58 2 38 297,99 3 36 298,40 4 34 298,81 5 32 299,23 6 31,1 299,42 7 30,7 299,51 8 30,3 299,59 9 28,6 299,95 10 27,4 300,21 11 25 300,73 12 23 301,16 13 21 301,61 14 19 302,05 15 17 302,50
akan  mencoba  memperbesar  dan  memperkecil temperatur udara masuk kedalam mesin diesel ini.
Dengan  temperatur  dinaikan  dan  diturunkan maka pada tabel terlihat adanya perubahan yang signifikan  terhadap  temperatur  keluar  dan  SFC pada  mesin  diesel,  dengan  T  out  maksimal 302,5(⁰C)  pada  T  in  17  (⁰C)  dan  T  out  minimum 297,58 (⁰C) pada T in 40 (⁰C).
Dari  tabel  diatas  diketahui  bahwa  semakin besar  temperatur  masuk  maka  semakin  kecil temperatur  keluar  dari  gas  buang  mesin  diesel yang  dihasilkan  dari  hasil  pembakaran  pada mesin diesel.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
a.  Perbedaan  temperatur  ruangan  terhadap pemakaian  bahan  bakar  pada  putaran  1500 rpm.  Dari  hasil  pengukuran,  terlihat  bahwa pengaruh temperatur ruangan sangat berpengaruh  terhadap  efisiensi  pemakaian bahan  bakar  yaitu  32,9  l/jam  pada  31,1  (⁰C) dan minimum 23,5 l/jam pada 27,4 (⁰C).
b.  Pengaruh  perubahan  temperatur  terhadap Efisiensi  pemasukan  ( Charge  Efficiency ) sangat kecil maks 31,71 % dan min 31,45 %. c.  pengaruh perubahan temperatur udara sekitar terhadap  tekanan  kompresi  dan  tekanan maksimum  untuk  putaran  1500  rpm,  terlihat bahwa Pc dan Pz rata-rata menurun konsisten dari  temperatur  27,4 0 C  sampai  temperatur 31,1 0 C.
d.  Dengan turunnyanya temperatur udara sekitar dari 31,1 sampai 27,4 menyebabkan menurunnya  juga  SFC  yang  dihasilkan  dari perhitungan 0,7 menurun hingga menjadi 0,62. Kg/kw.jam.
e.  Pada penelitian  ini pengaruh  dari  Temperatur masuk / T in terhadap Temperatur gas buang / T  out  sangat  besar,  T  out  maksimal  didapat
300,21⁰C  pada  T  in  27,4  ⁰C  dan  minimun 299,42 ⁰C pada T in 31,1 ⁰C.
5.2 SARAN
a.  Untuk  tekanan  yang  dihasilkan  dari  hasil pembakaran pada gas buang dapat dimanfaatkan  untuk  memutarkan  kipas  kecil yang selanjutnya untuk memutarkan generator sehingga menghasilkan listrik untuk kebutuhan ruangan mesin diesel.
b.  Untuk  panas  pada  T  out  yang  sangat  besar bisa dimanfaatkan untuk heat exchanger yang digunakan sebagai pemanas

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Hetaria,  Marlon,  2012, Analisa  Pengaruh Kapasitas  Udara  Untuk  Campuran  Bahan Bakar  Terhadap  Prestasi  Mesin  Diesel,
Politeknik  Katolik  Saint  Paul, Sorong. Heywood,  J.B.,  1988,  “  Internal  Combustion Engine Sundamentals, McGraw Hill, Inc., New York.
[2].  Petrovesky.  N, Marine  Internal  Combustion Engie, Translated  from  the  Russion  By Horace,  E.  Isakson  Mir  Publisher  Moscow Sutoyo,  2011,  Mesin-mesin  Pembakaran Dalam,
Universitas
muhhamadiyah,
Magelang.
[3].  Widagdo,  Eko,  2013,  Optimisasi  Pola Pembebanan Daya Mesin Pembangkit Listrik Diesel  SWD  16  TM  410,  Politeknik  Negeri Pontianak  Wiranto  Arismunandar,  Motor Diesel Putaran Tinggi, Edisi IV, Penerbit ITB,
Bandung, 1983
[4].  Wiranto  Arismunandar,  Penggerak  Mula Motor  Bakar  Torak,  Edisi  III,  Penerbit  ITB, Bandung, 1980