ANALISA PENGARUH FLYWHEEL DAN FIRING

ORDER TERHADAP PROSES KERJA MESIN

DIESEL

JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

2014

Oleh:

Adin Putra Rachmawan (4210 100 086)

Pembimbing 1 : DR. I Made Ariana, S.T., M.T.

Pembimbing 2 : Ir. Indrajaya Gerianto, M.Sc.

RUMUSAN MASALAH

Rumusan masalah dalam penelitian ini , antara lain :

• Faktor apa saja yang mempengaruhi kemampuan

flywheel untuk menyimpan sebuah momen yang

dihasilkan?

• Bagaimana korelasi antara flywheel dan firing order

terhadap proses kerja mesin tersebut?

Tujuan

Tujuan

• Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi

kemampuan flywheel untuk menyimpan sebuah

momen yang dihasilkan.

• Mengetahui korelasi antara flywheel dan firing order

terhadap proses kerja mesin tersebut.

Metodologi

Dimensional Berat : 23.4 kg 2200rpm = 230.38 rad/s D. Out : 41 cm D.in : 7 cm

• Flywheel pada mesin cummins sebagai bahan

analisa

Material

Material : Cast Iron

Grade : DD 11

Standard : EN 10111 : 2008

Low carbon steel sheet and strip for colding

Classification : Steel

Chemical composition

Unsur %

• C Max. 0.12

• Mn Max. 0.6

• P Max. 0.045

• S Max. 0.045

Mechanical properties

• Rm – Tensile strength 440 Mpa

• ReH – Min. yield strength 170 – 360 MPa

• A – Min. elongation 28 %

• Turning Moment Diagram

Merupakan diagram yang menggambarkan hubungan

antara Torque (T) dan Crank Angle (θ) yang mana

menjelaskan nilai torsi yang dihasilkan maupun

dibutuhkan pada tiap-tiap langkah yang terjadi yang

digambarkan pada sudut dari crank

• Fluktuasi Energi

Perbedaan nilai antara maksimum energy dan minimum energy merupakan fluktuasi energi

• Diasumsikan energi di flywheel pada poin A = E

• Pada poin B, energi pada flywheel = E + a1

• Pada poin C, energi pada flywheel = E + a1 – a2

• Pada poin D, energi pada flywheel = E + a1 – a2 + a3

• Pada poin E, energi pada flywheel = E + a1 – a2 + a3 - a4

• Pada poin F, energi pada flywheel = E + a1 – a2 + a3 - a4 + a 5

• Pada poin G, energi pada flywheel = E + a1 – a2 + a3 - a4 + a 5 - a6

• Kemudian diasumsikan sebagai berikut

• Energi pada poin A = E

• Maksimum energi yaitu pada poin B ; E + a1

• Minimum energi pada poin E ; E + a1 – a2 + a3 - a4

• ∆ E = E + a1 – (E + a1 – a2 + a3 - a4)

• ∆ E = a2 - a3 + a4

• Jadi, fluktuasi energi maksimumnya adalah

∆ E = a2 - a3 + a4

Fluktuasi Energi Maksimum

• Koefisien Fluktuasi Energi

Koefisien fluktuasi energi (CE) merupakan rasio dari

fluktuasi energi maksimum dengan kerja yang terjadi

selama satu siklus.

• CE = Max fluctuation energy/Work done per cycle

• W = TMean x θ

• Dimana : TMean = Torsi rata-rata

θ = 4 π ; Untuk mesin 4 langlah

P = 125 Hp

= 93212 Watts

• P = 2 π x N x Tmean / 60

• TMean= (P x 60)/2 π x N

= 386.5 Nm

• Work done Per cycle

TMean x θ

= 386.5 x 4 π

= 4854.44 Nm

Kemudian

• CE = Fluktuasi energi maksimum / Work done per cycle

Fluktuasi energi maksimum = CE x Work done per cycle

= 0.066 x 4854.44 Nm

= 320.39 Nm

Work done per cycle

Fluktuasi Kecepatan

• Perubahan kecepatan putaran flywheel akibat

kemampuan flywheel menyimpan energi yang naik turun

ini dinamakan dengan fluktuasi kecepatan. Fluktuasi

kecepatan terjadi karena adanya penyerapan maupun

pelepasan energy yang dilakukan oleh flywheel itu

sendiri.

Fluktuasi Kecepatan

• N1 = 2200 (100 % rpm)

• N2 = 800 (30 % rpm)

• N rata-rata = (N1 + N2) / 2

= (2200 + 800) / 2

= 1500 rpm

• Jadi, CS = (N1 – N2) / Rpm

= (2200 – 800) / 1500

= 0.933

Flywheel

Gambaran matematis sebuah flywheel

• T1 , θ1 = Input Energi = Percepatan

• T0 , θ0 = Output Energi = beban = Penurunan kecepatan

Momen Inersia

• Momen Inersia untuk solid flywheel

Diketahui:

m = 23.4 kg

r = 205 mm ; 0.205 m

sehingga

• I = m r­2

= 23.4 kg x (0.205)2

= 0.9834 kgm2

Energi Kinetik pada flywheel

• Analisa Flywheel

• Diameter dalam (A) 70 mm 0.07 m

• Diameter luar (B) 410 mm 0.41 m

• Berat 23.4 kg

• T1 298 Nm (pada 800 rpm)

• T2 475 Nm (pada 1500 rpm)

• Tmean 386.5 Nm

• E1 = 0.5 x I x ω12

= 0.5 x 0.9834 x (230.27)2

= 26070.88 Nm

• E2 = 0.5 x I x ω22

= 0.5 x 0.9834 x (83.73)2

= 3447.39 Nm

Efisiensi energi pada flywheel

• E1 ≡ T1

E1 =26070.88Nm

T1 =475Nm

Ƞ = ((E1 - T1)/E1) x 100 %

= (26070.88 - 475)/26070.88

= 98.18%

• E2 ≡ T2

E2 =3447.39Nm

T2 =298Nm

Ƞ = ((E2 - T2)/E2) x 100 %

= (3447.39 - 298)/3447.39

= 91.36%

Desain Flywheel

Desain Flywheel

Desain Flywheel

Firing order by Crankshaft

Firing 0rder = 1 – 3 – 4 - 2

1

2 3

4

Firing Order

Firing Order = 1 – 3 – 4 - 2

Silinder 0 o (TMA) 180 o 360 o 720 o

1 Hisap Kompresi Usaha Buang

2 Kompresi Usaha Buang Hisap

3 Buang Hisap Kompresi Usaha

4 Usaha Buang Hisap Kompresi

Untuk mesin diesel 4 langkah, dalam satu siklus membutuhkan 2x putaran

crankshaft (720o) untuk menghasilkan satu daya.

Firing order

• Firing ordernya adalah 1-3-4-2

TUJUAN dari pengaturan pada Firing order ini adalah

untuk mengoptimalkan:

Engine Vibrations

Engine cooling

Development of back pressure

Engine Vibration

Jika diketahui pada konfigurasi tersebut diatas, silinder

nomor 1 adalah yang terbakar terlebih dahulu dalam

urutan firing order Sebuah tekanan (p) dihasilkan oleh

silinder nomor 1 dan akan memberikan gaya sebesar

{ pA x [b / (a+b)]} dan { pA x [a / (a+b)]}

Back Pressure

• Aliran gas buang pada exhaust pipe juga dipengaruhi urutan pembakaran mesin. Setelah pembakaran terjadi pada silinder nomor 1, maka langkah selanjutnya adalah langkah buang, untuk membuang gas sisa pembakaran melalu katup exhaust. Jika urutan berikutnya adalah silinder nomor 2, maka gas buang dari silinder nomor 1 yang baru saja melewati katup akan ‘bertabrakan’ dengan gas buang dari silinder nomor 2 dan akan terjadi back pressure dan terus berkembang karena kesalahan urutan pembakaran yang dikenal dengan istilah development of back pressure

Sekian dan Terima Kasih