Diesel Cooling System.docx

Optimalisasi Pendinginan Oli Mesin Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

PENDAHULUAN 1.1

LATAR BELAKANG MASALAH Sistem pelumas adalah salah satu penopang utama dari kerja sebuah mesin. Semakin

baik kualitas minyak pelumas yang digunakan maka semakin baik pula performa dan daya tahan mesin. Jika minyak pelumas bekerja dalam temperatur yang terlalu tinggi terus menerus, maka dapat menyebabkan kualitas oli dengan cepat menurun atau terlalu encer, sehingga dapat meningkatkan gaya gesek antara komponen mesin, artinya pelumasan tidak berjalan maksimal. Penambahan oil cooler dapat menekan temperatur minyak pelumas agar tidak terlalu tinggi sehingga pelumasan dapat bekerja dengan baik. Namun terkadang jika temperatur minyak pelumas sangat tinggi, fungsi kerja oil cooler tidak dapat secara optimal menurunkan temperatur minyak pelumas. Oleh karena ini dilakukan analisa untuk merubah atau memodifikasi sistem pendinginan baik pada sisi pelumas maupun pada sisi udara masuk. Dengan harapan dapat menghasilkan peningkatan performasi mesin yaitu daya naik, torsi naik, konsumsi bahan bakar turun dan effisiensi termis naik. 1.2

MAKSUD DAN TUJUAN INOVASI Modifikasi dilakukan dengan harapan agar tidak terjadi pembatasan daya mampu akibat

tingginya temperatur minyak pelumas, dan juga tidak terjadi konsumsi bahan bakar yang tinggi akibat dari tingginya temperatur udara masuk kedalam ruang bakar. Oleh karena itu diharapkan tujuan-tujuan berikut dapat tercapai:

1.3

1.

Meningkatkan daya mampu mesin Daihatsu 12 DS 32 PLTD Wua Wua.

2.

Menekan konsumsi bahan bakar mesin Daihatsu 12 DS 32 PLTD Wua Wua. .

METODELOGI

Modifikasi dilakukan dengan menganalisa permasalahan yang ada kemudian dicari metode penyelesaian dengan melihat karakteristik lapangan dan mesin 12 DS 32 yang ditunjang dengan referensi yang mendukung. Dari hasil analisa kemudian dilakukan modifikasi untuk mengatasi permasalahan. Hasil modifikasi diuji untuk mendapatkan unjuk kerja serta pengaruhnya terhadap sistem pendinginan yang ada.

BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Gambaran Umum Sistem Pendingin Daihatsu 12 DS 32 PLTD Wua Wua. Sistem pendingin mesin ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu: 1.

Sistem Pendingin Intercooler (ICCW)

2.

Sistem Pendingin Pelumas (LOC)

3.

Sistem Pendingin Jacket Water (JCW)

Proses pendingin pada Intercooler Cooling Water (ICCW) adalah : Air dingin yang keluar dari radiator ICCW masuk ke Intercooler untuk mendinginkan udara pembakaran dan setelah itu menuju Lube Oil Cooler (LOC) untuk mendinginkan pelumas mesin, lalu kembali ke radiator ICCW. Sedangkan proses pendinginan pelumas adalah : Pelumas dari sump tank dipompa keluar dengan menggunakan oil gear pump, lalu melalui filter masuk kedalam Oil Cooler dan untuk selanjutnya masuk kembali kedalam mesin melalui fine filter (filtrasi akhir), tetapi sebelumnya minyak pelumas melewati thermostat untuk mengatur batasan temperatur pelumas yang masuk kedalam mesin. Proses pendinginan Jacket Water adalah : Air dingin yang keluar dari radiator JCW dipompa masuk ke dalam mesin untuk mendinginkan mesin lalu kembali ke radiator JCW. Ketiga sistem ini terpasang secara built up saat mesin terpasang di PLTD Wua-wua. Secara sederhana flow diagram dari sistem pendingin ini dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.1 : Flow Diagram Sistem Pendingin Air dan Pelumas

2.1

Alat Penukar Panas ( Heat Exchanger ) Alat penukar kalor (Heat Exchanger) adalah suatu peralatan yang digunakan untuk

memindahkan panas antara dua fluida yang mengalir dan memiliki temperatur yang berbeda yang antara keduanya dipisahkan oleh sebuah dinding atau sekat padat. Jenis-jenis penukar panas dapat dikelompokkan menurut geometri konstruksi dari penukar panas (tubes, plates dan

extended surface), proses perpindahan (direct contact dan indirect contact), serta susunan aliran fluida (paralel, counter dan cross flow). 2.1.1 Plate Heat Exchanger

Plate Heat Exchanger (PHE) merupakan sejenis penukar panas untuk fluida yang didalamnya

tersusun banyak sekat - sekat yang berfungsi sebagai pemisah (pembatas) antara fluida panas dan fluida dingin. Sekat - sekat tersebut juga berfungsi sebagai pengarah aliran. Perpindahan panas yang terjadi didalam PHE adalah secara konveksi, konduksi dan sedikit radiasi. Perpindahan panas konveksi terjadi antara plat dengan fluida, perpindahan panas konduksi terjadi pada plat (dinding pemisah fluida) dan perpindahan panas secara radiasi terjadi dari PHE ke lingkungan sekitar (surrounding).

2.1.1 Radiator Radiator adalah suatu alat penukar panas yang digunakan untuk mentransfer energi panas dari suatu medium (air) ke medium lainnya (udara) yang bertujuan untuk pendinginan. Dalam penggunaan radiator ini diharapkan temperatur air pendingin yang masuk kedalam mesin atau intercooler dapat dijaga dalam batasan temperature yang diijinkan. Oleh karena itu

temperatur masuk dan temperatur keluar dari radiator jacket water (JCW) ataupun radiator

intercooler (ICCW) harus diperhatikan agar performasi mesin dapat dipertahankan. 2.2

Kesetimbangan Energi Mesin Diesel Ketika bahan bakar dibakar dalam mesin diesel, hanya sekitar 30% dari energi bahan bakar tersebut yang berubah menjadi kerja mekanik untuk memutar generator dan menghasilan tenaga listrik. Analisis Kesetimbangan Energi pada mesin diesel dilakukan untuk mengetahui komposisi energi mulai dari yang dihasilkan oleh bahan bakar sampai dengan yang dikonversi menjadi kerja mekanik, dan dibuang sebagai kalor pada gas buang dan sistem pendingin serta rugi-rugi energi lainnya. Secara umum, bagan kesetimbangan energi pada sebuah mesin diesel adalah sebagai berikut:

Persamaan Kesetimbangan Energi untuk sebuah mesin Diesel dapat dihitung dari Kalor Bahan Bakar yang digunakan , Daya Mekanik yang dihasilkan, Kalor yang dilepaskan oleh gas buang, Kalor yang dilepaskan pendingin block mesin dll, Kalor yang dilepaskan pendingin Intercooler, Kalor yang dilepaskan pendingin Lube Oil.

2.1.1 Nilai Kalor Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna 1 kilogram bahan bakar. Kalor yang dimiliki oleh bahan bakar dengan laju masa tertentu ditentukan dari

= 1. Kalor Bahan Bakar

(kW)

2. Laju Masa Bahan Bakar

(kg/s)

3. Nilai Kalor

(kJ/kg)

2.1.2 Specifik Fuel Consumption (SFC) Specific Fuel Consumption (SFC) adalah perbandingan jumlah bahan bakar yang digunakan terhadap daya yang dihasilkan suatu mesin. SFC digunakan untuk mengetahui efesiensi dalam penggunaan bahan bakar suatu mesin 2.1.3 Air Fuel Ratio Air Fuel Ratio (AFR) adalah perbandingan laju masa udara terhadap laju masa bahan bakar dalam suatu proses pembakaran

2.1.4 Metode Beda Temperatur Rata – Rata Logaritmik ( LMTD ) Untuk merencanakan atau memperkirakan performance alat penukar panas, sangat penting untuk mendapatkan hubungan laju perpindahan panas total terhadap temperatur fluida masuk dan temperatur fluida keluar, koefisien perpindahan panas keseluruhan, dan luas permukaan total untuk perpindahan panas. Dengan menggunakan keseimbangan energi dan mengabaikan perpindahan panas antara alat penukar panas dan sekeliling, maka akan didapatkan laju total perpindahan panas antar fluida panas dan dingin, q, q = .Cp,h.( Th,i – Th,o ) ..............................................................(2.4) q = .Cp,c.( Tc,o – Tc,i ) ..............................................................(2.5) Metode yang sering digunakan untuk perancangan dan perhitunganunjuk kerja peralatan penukar panas yaitu dengan berdasar Hukum Newton pendinginan dengan koefisien perpindahan panas keseluruhan, U dan menggunakan perbedaan temperatur rata – rata log ( log mean temperatur difference ), ΔT LMTD q = U.A.ΔT LMTD .............................................................(2.6)

Rekapitulasi Perhitungan Kalor Sebelum dan Setelah Modifikasi

Dari tabel berikut terlihat bahwa untuk beban yang sama (1.600 kW) terjadi penurunan penggunaan kalor bahan bakar dari 4.281 kW menjadi 4.231 kW, yang berarti penggunaan bahan bakar lebih effisien dan SFC setelah modifikasi lebih rendah dari SFC sebelum modifikasi

Tabel. Rekapitulasi Performasi Mesin Sebelum dan Sesudah Modifikasi

Berdasarkan hasil perhitungan diatas, dimana kalor yang dilepas pelumas dengan radiator lebih besar dari kemampuan PHE kondisi awal desain, berarti radiator ini mampu menyerap panas pelumas sampai beban 100 % sekalipun atau 3.000kW. Sehinggga pemasangan radiator ini sangat bermanfaat dalam mengatasi masalah derating akibat temperatur pelumas tinggi.

Dari grafik terlihat bahwa terjadi penurunan Temperatur pada Jacket Cooling Water, Intercooler Cooling Water, Lube Oil dan Gas Buang. Temperatur Lube Oil merupakan bottle neck yang membatasi daya mampu mesin ini, sehingga penurunan temperatur Lube Oil tersebut membuat mesin dapat dioperasikan pada beban yang lebih tinggi, setelah modifikasi daya mampu dapat ditingkatkan dari 1.600 kW menjadi 2.200 kW. Instalasi Sistem Pendingin Pelumas Modifikasi. Instalasi radiator pelumas yang terpasang mengubah sistem pendingin yang ada pada Daihatsu 12 DS 32 PLTD Wua Wua. Pada instalasi baru ini radiator dipasang pararel dengan LO Cooler yang ada dengan valve yang dapat di manuver, sehingga: 1.

LO Cooler dapat dioperasikan pararel dengan Radiator Pelumas

2.

LO Cooler dapat distop dan hanya menggunakan radiator Pelumas sebagai

pendingin karena kapasitasnya cukup besar. 3.

LO Cooler dapat beroperasi seperti kondisi semula saat mesin di install pertama

kalinya. Dengan menggunakan sistem seperti pada gambar diatas, temperatur keluar Radiator menjadi 48 derajat Celsius pada beban 2200 kW. Ini berarti ada kenaikan 600 kW dari beban sebelum modifikasi. jus� k ; e @n� ؒ :35.45pt;line-height:150%'>Radiator adalah suatu alat penukar panas yang digunakan untuk mentransfer energi panas dari suatu medium (air) ke medium lainnya (udara) yang bertujuan untuk pendinginan. Dalam penggunaan radiator ini diharapkan temperatur air pendingin yang masuk kedalam mesin atau intercooler dapat dijaga dalam batasan temperature yang diijinkan. Oleh karena itu temperatur masuk dan temperatur keluar dari radiator jacket water (JCW) ataupun radiator intercooler (ICCW) harus diperhatikan agar performasi mesin dapat dipertahankan.