PAPER
GAS
TURBINE ENGINE
Disusun oleh
Nama : M. FAHRI APRIYANTO
NIM : 12156431
PROGRAM
STUDI TEKNIK MESIN
SEKOLAH
TINGGI TEKNOLOGI DUTA BANGSA
BEKASI
2016
I.
Pengertian
Turbin
Turbin adalah sebuah mesin berputar
yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian
yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluida yang bergerak menjadikan
baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Contoh
turbin awal adalah kincir angin dan roda air.
Sebuah turbin yang bekerja terbalik
disebut kompresor atau pompa turbo.
Turbin gas, uap dan air biasanya memiliki "casing" sekitar baling-baling yang
memfokus dan mengontrol fluida. "Casing"
dan baling-baling mungkin memiliki geometri variabel yang dapat membuat operasi
efisien untuk beberapa kondisi aliran fluida.
Penggunaan paling umum dari turbin
adalah pemroduksian tenaga listrik. Hampir seluruh tenaga listrik diproduksi
menggunakan turbin dari jenis tertentu. Turbin kadangkala merupakan bagian dari
mesin yang lebih besar. Misalnya Sebuah turbin gas, dapat menunjuk ke mesin
pembakaran dalam yang berisi sebuah turbin, kompresor, kombustor, dan
alternator.
Turbin dapat memiliki kepadatan tenaga
(power density) yang luar biasa
(berbanding dengan volume dan beratnya). Ini karena kemampuan mereka beroperasi
pada kecepatan sangat tinggi. Mesin utama dari Space Shuttle menggunakan Turbopumps
(mesin yang terdiri dari sebuah pompa yang didorong oleh sebuah mesin turbin)
untuk memberikan propellant (oksigen
cair dan hidrogen cair) ke ruang pembakaran mesin. Turbopump hidrogen cair ini sedikit lebih besar dari mesin mobil
dan memproduksi 70.000 hp (52,2 MW). Turbin juga merupakan komponen utama mesin
jet.
II.
Pengertian
Gas Turbine Engine
Gas
Turbine Engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk
memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik
dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda
turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana
terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.
Gas
Turbine Engine disebut juga mesin jet/ mesin putar (rotary engine) yang termasuk dalam internal combustion Engine ( motor bakar dalam ). Udara masuk
melalui inlet duck lalu udara
tersebut dinaikan tekanannya oleh compressor,
kemudian udara masuk ke dalam diffuser,
pada diffuser udara terbagi menjadi
dua, 25% udara masuk ke combution chamber,
75% udara untuk cooling engine, udara
yang masuk ke combution chamber lalu
di bakar hingga memiliki tekanan gas yang tinggi hingga memutar turbin yang
digunakan untuk memutar compressor
melalui poros (shaft), lalu udara
tersebut keluar dengan menghasilkan gaya thrush
yang tinggi.
III.
Komponen
Gas Turbine Engine
Turbin gas tersusun atas
komponen-komponen utama seperti air inlet
section, compressor section, combustion section, turbine
section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling
system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan
tentang komponen utama turbin gas:
a)
Air inlet section.
Air
inlet section berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam
udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
1) Air Inlet Housing, merupakan tempat
udara masuk dimana di dalamnya terdapat peralatan pembersih udara.
2) Inertia Separator, berfungsi untuk
membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
3) Pre-Filter, merupakan penyaringan udara
awal yang dipasang pada inlet house.
4) Main Filter, merupakan penyaring utama
yang terdapat pada bagian dalam inlet
house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor
aksial.
5) Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi
udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
6) Inlet Guide Vane, merupakan blade yang
berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang
diperlukan.
b)
Compressor Section.
Komponen utama pada bagian ini
adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk
mengkompresikan udara yang berasal dari inlet
air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran
dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian
yaitu:
1) Compressor Rotor Assembly.
Merupakan bagian
dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17
tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi
17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun
dari wheels, stubshaft, tie bolt dan
sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
2) Compressor Stator
Merupakan bagian
dari casing gas turbin yang terdiri
dari:
o
Inlet Casing,
merupakan bagian dari casing yang
mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth
dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
o
Forward Compressor
Casing, bagian casing yang di dalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
o
Aft Casing,
bagian casing yang di dalamnya
terdapat compressor blade tingkat
5-10.
o
Discharge Casing,
merupakan bagian casing yang
berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
c)
Combustion Section.
Pada bagian ini terjadi proses
pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan
tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah
menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi
sebagai nozzle. Fungsi dari
keseluruhan sistem ini adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin.
Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya
bervariasi tergantung besar frame dan
penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :
1) Combustion Chamber, berfungsi sebagai
tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan
bakar yang masuk.
2) Combustion Liners, terdapat di dalam combustion chamber yang berfungsi
sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
3) Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat
masuknya bahan bakar ke dalam combustion
liner.
4) Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran
bahan bakar dan udara dapat terbakar.
5) Transition Fieces, berfungsi untuk
mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
6) Cross Fire Tubes, berfungsi untuk
meratakan nyala api pada semua combustion
chamber.
7) Flame Detector, merupakan alat yang
dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.
d)
Turbine Section.
Turbin
section merupakan tempat terjadinya
konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak
compresor aksial dan perlengkapan
lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60% digunakan untuk memutar
kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.
Komponen-komponen pada turbine section adalah sebagai berikut :
1)
Turbine
Rotor Case
2) First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk
mengarahkan gas panas ke first stage turbine
wheel.
3) First Stage Turbine Wheel, berfungsi
untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi
menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
4) Second Stage Nozzle dan Diafragma,
berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk
memisahkan kedua turbine wheel.
5) Second Stage Turbine, berfungsi untuk
memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang
lebih besar.
e)
Exhaust Section.
Exhaust
section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran
pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1) Exhaust
Frame Assembly
2) Exhaust
Gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke
exhaust plenum dan kemudian
didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust
stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil
pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi
temperatur trip. Pada exhaust area
terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah
untuk temperatur trip.
IV.
Prinsip
Kerja Sistem Turbin Gas (Gas Turbine Engine)
Udara masuk kedalam kompresor
melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan
menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat.
Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan
proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar.
Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga
dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil
pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi
untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan
oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan
memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin
ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem
turbin gas adalah sebagai berikut:
1)
Pemampatan (compression)
udara di hisap dan dimampatkan
2)
Pembakaran (combustion)
bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3)
Pemuaian (expansion)
gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4)
Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada
proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat
menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada
menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat
terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian
antara lain:
1) Adanya
gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
2) Adanya
kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan
antara bantalan turbin dengan angin.
3) Berubahnya
nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan
komposisi kimia dari fluida kerja.
4) Adanya
mechanical loss, dsb.
V.
Sejarah
perkembangan GTE
o Tahun
150 (Aeolipile)
Prinsip jet pertama
kali ditemukan kira - kira 150 tahun SM, oleh ilmuwan Mesir kuno (Alexandria)
bernama Heron, alat tersebut dinamakan Aeolipile.
Aeolipile yaitu bejana yang diisi
dengan air dan bejana tersebut dihubungkan dengan bejana sperical yang bebas bergerak
melalui penopang pipa, bila bejana air
dipanaskan maka uap akan mengalir melalui pipa penyangga dan masuk ke bejana
sperical dan memancar melalui dua buah nozzle, pancaran tersebut menghasilkan
gaya dorong dan timbul reaksi gaya gerak sperical berputar dengan arah yang
berlawanan.
o Tahun
1500
Leonardo Da Vinci tahun 1500
memperkenalkan alat yang bekerja menyerupai turbine
yang berputar karena arus panas conntion,
selanjutnya dihubungkan dengan poros untuk memutar mekanisme pemanggangan
daging.
o Tahun
1551
Jawad al-Din menemukan sebuah uap
turbin, yang ia gunakan untuk kekuasaan diri-rotating meludah.
o Tahun
1629
Jets uap turbin
yang dirotasi kemudian diputar digerakkan mesin pabrik stamping memungkinkan
untuk dikembangkan oleh Giovanni Branca.
o Tahun
1678
Ferdinand Verbiest membangun sebuah
model kereta uap mengandalkan jet kekuasaan.
o Tahun
1687
Sir Isaac Newton tahun 1687
mengilustrikan kendaraan yang bergerak karna reaksi gaya dorong pancar gas uap
yang dapat dikontrol.
o Tahun
1791-1930
Sir Frank Whittle 1791- 1930, telah
menemukan ide Gas turbin pesawat terbang (aircraft)
dan percobaan pertama mesin tahun 1937 dibantu oleh Stanford Moss dan sukses terbang dengan pesawat Gloster G-40 pada 15 may 1941.
o 27
agustus 1939
Ernst Heinkel Aircraft Company berhasil
membuat pesawat jet heinkel HE 178
dan pada 27 agustus 1939, diterbangkan oleh capt. Erich Wahrsitz. Pesawat
tersebut bermesin tunggal dengan thrust sebesar 1100 lbs dan kecepatan 400 mph.
Demikian pula pesawat tempur jerman bermesin jet ME 262dengan kecepatan 500
mph.
Pada tahun 1947
pilot amerika Chuck Yeager berhasil menerbangkan pesawat melebihi kecepatan
suara (BELL X-1).
VI.
GTE
diterapkan pada mobil bisa kah ?
Berdasarkan data perkembangan
turbin gas penemuan terbesarnya adalah digunakan untuk penerbangan atau pesawat
terbang yaitu pada tahun 1939 oleh Ernst
Heinkel Aircraft Company dengan meluncurkan pesawat jet heinkel HE 178.
a) Apa
itu turbo charger ?
Belakangan
ini, perangkat turbo charger kian
populer di kalangan pabrik mobil untuk meningkatkan kinerja mesin kendaraan
yang mereka jual. Di sini penulis mencoba membahas bagaimana perangkat itu
bekerja.
Seperti kita
ketahui, proses pembakaran dalam mesin memerlukan dua unsur penting yaitu bahan
bakar dan oksigen (udara). Fungsi turbo adalah menambah pasokan udara yang
dibutuhkan mesin, agar proses pembakaran terjadi dengan sempurna.
Pada putaran rendah, kebutuhan oksigen
untuk proses pembakaran masih bisa tercukupi dengan hanya mengandalkan
kevakuman akibat langkah hisap piston di dalam silinder. Namun saat mesin
berputar cepat hal itu sulit terjadi. Penyebabnya karena cepatnya putaran mesin
ikut meningkatkan kecepatan gerak katup-katup sehingga komponen penyekat
tersebut lebih cepat menutup saluran intake
dalam rangka menyiapkan langkah kompresi meskipun udara yang diisap oleh mesin
belum seluruhnya berhasil masuk.
Akibatnya, mesin
tidak pernah bisa mencapai proses pembakaran yang sempurna. Otomatis, mesin pun
tidak bisa mengeluarkan kemampuannya secara utuh.
Turbo charger ini sejatinya merupakan sebuah
“pompa turbin” yang bertugas
mengisap udara segar untuk kemudian dihembuskan sekuat mungkin ke saluran intake manifold mesin sehingga
timbul tekanan udara. Ketika katup intake
terbuka, udara bertekanan tadi dengan cepat berpindah ke dalam ruang bakar
tanpa perlu menunggu tersedot oleh kavakuman akibat langkah hisap piston.
Alhasil udara yang akan dimampatkan dalam silinder menjadi lebih banyak. Ketika
ia (udara masuk) bercampur dengan uap bahan bakar kemudian dimampatkan lalu
diberi percikan api dari busi, maka terjadilah ledakan energi yang mendorong
piston untuk memutar poros engkol.
Untuk
menyempurnakan kinerja turbo charger,
biasanya pabrikan kendaraan menambah komponen intercooler yang dipasang di antara turbo charger dan saluran intake
mesin sebelum throttle body. Intercooler berfungsi menurunkan suhu udara yang
dihembuskan oleh turbo charger menuju
saluran intake mesin. Udara yang
lebih dingin membuat kandungan molekul oksigen menjadi lebih rapat dan padat
sehingga tenaga dan efisiensi bahan bakar meningkat secara beriringan.
Turbo charger sebenarnya tidak jauh
berbeda dengan sebuah kompresor pada umumnya yang merupakan alat mekanik yang
berfungsi meningkatkan tekanan fluida mampu mampat. Jika dalam pelajaran
Mekanikan fluida dan rekayasa mekanika teknik Mesin alat ini secara prinsip
kerja sama dengan pompa untuk merubah tekanan agar fluida dapat berpindah dari
tekanan tinggi ke tekanan rendah, akan tetapi perbedaannya pada fluida yang di
pindahkan berbeda, untuk pompa mengalirkan fluida berupa cairan sedangkan
kompresor untuk memindahkan fluida berupa gas.
b) Siapa
penemu teknologi turbo charger
Teknologi
turbo charger ditemukan oleh insinyur
swiss yang bernama Alfred Büchi pada tahun 1879. Ia adalah kepala riset mesin
diesel di sebuah perusahaan manufaktur yaitu Gebrüder Sulzer. Ia menerima paten
pada tahun 1905 dan berhasil mengembangkan teknologi ini ketika melakukan riset
selama 20 tahun. Turbo charger pertama kali digunakan pada mesin pesawat produksi Napier
Lioness pada tahun 1920.
c) Aplikasi/
kendaraan yang menggunakan Turbo charger
Turbo
charger mungkin kita sering mendengar istilah tersebut untuk kendaraan
diesel meskipun sebenarnya turbo charger
dapat di aplikasikan tidak hanya di mesin diesel saja, tetapi kenapa sampai
saat ini turbo charger banyak
digunakan hanya di mesin diesel saja?
Turbo charger adalah sebuah kompresor
sentrifugal yang mendapat daya dari turbin yang sumber tenaganya berasal dari
asap gas buang kendaraan. Biasanya digunakan di mesin pembakaran dalam untuk
meningkatkan keluaran tenaga dan efisiensi mesin dengan meningkatkan tekanan
udara yang memasuki mesin.
·
Lalu
mengapa turbo charger tidak
diterapkan di Mesin berbahan bakar bensin?
Karena
mesin bensin memiliki rasio putaran yang tinggi oleh karena itu untuk
menggunakan turbo charger rasio kompresi harus direndahkan (agar tidak
melewati tekanan kompresi maksimum dan untuk mencegah knocking mesin) yang menurunkan efisiensi mesin ketika beroperasi
pada tenaga rendah dan itu merupakan sebuah kerugian di mesin bensin. Sedangkan
kerugian ini tidak ada dalam mesin diesel di turbo charge yang dirancang
khusus. Namun, untuk operasi pada ketinggian, pendapatan tenaga dari sebuah turbo charger membuat perbedaan yang
jauh dengan keluaran tenaga total dari kedua jenis mesin.
d) 
Prinsip kerja turbo charger
Prinsip kerja turbo charger
Turbo charger adalah kipas pompa radial
kecil yang dikendalikan oleh energi gas buang dari sebuah mesin. Turbo charger terdiri dari sebuah turbin
dan kompresor terpasang pada sebuah batangan (shared shaft). Turbin tersebut mengubah panas dan tekanan gas buang
menjadi daya putar, yang kemudian digunakan untuk menggerakkan compressor. compressor menggerakkan aliran udara dan memompakannya kedalam intake manifold pada tekanan yang semakin meningkat. Hal tersebut
menghasilkan kadar udara yang besar memasuki silinder dari setiap langkah hisap
(intake stroke).
Gas
buang dari mesin mengalir menuju ke pembuangan (muffler) dialihkan menuju sebuah turbin dengan tujuan untuk memutar
sudu / baling – baling turbin yang di
hubungkan dengan shaft / poros
kompresor. Kompresor berfungsi menghisap
udara dari luar dan meningkatkan tekanan udara kemudian di alirkan menuju intake manifold sehingga udara dalam ruang pembakaran menjadi bertekanan
tinggi sehingga kadar udara yang memasuki dalam ruang silinder menjadi lebih
besar dan daya meningkat. Seringkali mesin bekerja melebihi kapasitas sehingga
kemungkinan terjadi kelebihan kompresi udara oleh karena itu turbo charger di lengkapi dengan
pengatur level udara yang masuk. Jadi pada intinya Turbo charger adalah sebuah instrumen untuk memaksa udara masuk
lebih banyak kedalam ruang bakar sehingga daya yang dihasilkan menjadi lebih
besar.
Komponen
utama dari sistem turbo charger ini
adalah turbin dan compressor. Sumber
penggerak dari sistem turbo charger
ini adalah energi panas dari gas buang sisa pembakaran. Panas gas buang dari
ruang bakar ini akan menggerakkan turbin yang terhubung dengan compressor. Ketika compressor berputar maka udara atmosfer akan masuk ke inlet section dari compressor, Lalu compressor
akan meningkatkan tekanan udara tersebut dan ditransfer ke intercooler sebelum masuk ke ruang bakar mesin. Pada intercooler, udara bertekanan tersebut
akan diturunkan temperaturnya sehingga kandungan uap air yang terkandung di
dalam udara mengalami kondensasi dan berubah dalam wujud cair, sehingga udara
bertekanan yang masuk ke dalam ruang bakar tersebut bebas dari kandungan uap
air. Hal ini lah yang menyebabkan energi yang dihasilkan dari pembakaran
meningkat. Turbin dan compressor
mampu berputar hingga 150.000 rpm. Ini merupakan putaran yang sangat tinggi
sehingga bearing yang digunakan pun
adalah fluid bearing. Kelebihan dari
bearing ini adalah mampu menahan beban putar yang sangat tinggi dan dapat
mendinginkan shaft penghubung dari
turbin dan compressor karena lapisan
film oli yang selalu ada.
e) Keuntungan
Turbo charger:
1.
Responsif
Dalam penerapan standar, adalah hal yangg realistis
untuk melipat gandakan tenaga dari suatu mesin melalui turbo charger. Turbo charger
juga berperan mencegah hilangnya tenaga pada daerah dataran tinggi, dan
memberikan keuntungan yang signifikan pada truk-truk dan mesin Off-Road yang
telah ber-turbo charger.
2.
Ekonomis bahan bakar
Turbo charger
mendaur ulang energi yang dihasilkan oleh mesin kendaraan, mengubah energi
bahan bakar terkonsumsi menjadi tenaga yang lebih besar dengan menciptakan
friksi dan terbuangnya panas yang lebih kecil. Hal ini mengakibatkan mesin
denga turbo charger menjadikan
penggunaan bahan bakar yang lebih hemat daripada keadaan standarnya.
3.
Ramah lingkungan
Karena turbo
charger mengirimkan lebih banyak udara ke mesin, pembakaran bahan bakar
berlangsung lebih mudah, dan lebih bersih. Mesin-mesin diesel modern dengan turbo charger menghasilkan emisi NOx dan
CO2 yg lebih rendah 50% daripada mesin-mesin konvensional.
4.
Fun
(menyenangkan)
Turbo charger
memberikan torsi yang lebih besar, sehingga performa kendaraan menjadi lebih
ganas dan memberikan kenikmatan mengendara yang sesungguhnya
VII.
Kesimpulan
Ketika orang berbicara tentang
mobil balap atau mobil sport dengan performa tinggi, maka istilah turbo charger bukan lah sesuatu yang
asing di dalam pembicaraan tersebut. Turbo
charger dapat secara signifikan meningkatkan horse power (Hp) suatu mesin tanpa secara signifikan menambahkan kapasitas (cc) dari mesin tersebut. Hal itu
lah yang menyebabkan teknologi turbo
charger ini sangat popular.
Perbandingan prinsip kerja Gas Turbine Engine (GTE) dan Turbo charger yang dipakai kendaraan memiliki
persamaan bahwa sebelum udara yang masuk keruang bakar (proses pembakaran)
terlebih dahulu dikompresikan (dengan kompresor) akan memliki tekanan yang
lebih dari tekanan atmosfir (±1 atm) sehingga menghasilkan output (tenaga) yang besar dengan
kondisi silinder yang sama tanpa harus merubah atau memperbesar ruang bakar.
Prinsip Gas Turbine Engine yaitu udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara
(inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara
tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan
ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan
cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut
berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar
hanya untuk menaikkan temperatur.
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem
turbin gas adalah sebagai berikut:
1) Pemampatan
(compression) udara di hisap dan dimampatkan
2) Pembakaran (combustion) bahan bakar
dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3) Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran
memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4) Pembuangan
gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Prinsip Turbo charger yaitu
mengubah panas dan tekanan
gas buang menjadi daya putar, yg kemudian digunakan untuk menggerakkan compressor. compressor menggerakkan aliran udara dan memompakannya kedalam intake manifold pada tekanan yg semakin
meningkat. Hal tersebut menghasilkan kadar udara yg besar memasuki silinder
dari setiap langkah hisap (intake
stroke).
1) Hisap
(Charge Exchange Stroke)
Pada mesin
Diesel atau bensin injeksi, piston bergerak kebawah dan udara ditarik melalui
katup masuk. dalam mesin bensin karburator, udara dicampurkan dengan bensin.
2) Kompresi
(Power Stroke)
Ketika Piston
bergerak keatas, udara atau campuran bensin dan udara di kompress.
3) Ekspansi
(Power Stroke)
Dalam mesin
bensin karburator atau injeksi, campuran bahan bakar dan udara disulut oleh
busi, pada mesin diesel bahan
bakar di injeksikan pada tekanan tinggi dan campuran udara dengan bahan
bakar tersebut akan terbakar secara spontan. kemudian, ledakan tersebut
mendorong piston bergerak kebawah.
4) Pembuangan
(Charge Exchange Stroke)
Gas Buang dikeluarkan melalui katup
pembuangan ketika piston bergerak keatas. Pada mesin dengan Turbo
charger, Udara di kompress sebelum disuplai kembali ke dalam silinder
selama langkah hisap. karena proses tersebut berada pada tekanan yg lebih
tinggi, kadar udara yang lebih besar masuk kedalam ruang bakar sehingga bahan
bakar terbakar lebih efisien. hal ini meningkatkan Power Output, memberikan torsi yang lebih besar pada top speed
dibandingkan pada mesin biasa dengan volume mesin yang sama, dan mengurangi
kadar emisi gas buang. Beberapa mesin diesel bisa di set up untuk menerima udara lebih namun dengan takaran solar yang
sama, yang tidak hanya meningkatkan tenaga tapi juga menghasilkan gas buang yang
lebih bersih.
VIII.
Referensi
