BAB III

DASAR TEORI

3.1 Penggunaan Bahan Bakar Pada Mesin Kendaraan 3.1.1 Sistem Penggerak (Propulsion System)

Daya mesin (engine horsepower) dan operating gear merupakan faktor utama

yang menentukan besar tenaga yang tersedia untuk drawbar pada mesin.

Daya mesin tersebut dihasilkan oleh bahan bakar solar dan oksigen melalui

sistem pembakaran self-ignition di dalam silinder mesin. Secara umum, sistem

penggerak yang menggerakkan mesin kendaraan pada haul truck mempunyai

diagram seperti pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Powertrain

Mesin menggerakkan torque converter yang menggerakkan transmisi

(transmission) untuk kemudian menggerakkan diferensial (differential).

Melalui diferensial tersebut, roda gigi dan roda ban kendaraan digerakkan.

Bahan bakar jenis High Speed Diesel (HSD) atau yang biasa dikenal dengan

bahan bakar solar mempunyai nilai kalor sekitar 37 MJ/Liter. Daya keluaran

16

dari mesin pada roda gaya dengan kecepatan rpm dapat dinyatakan sebagai

flywheel horsepower (fwhp). Daya keluaran mesin (fwhp) menjadi daya

masukan bagi sistem transmisi. Sistem ini terdiri dari drive shaft,

transmission, planetary gears, drive axles, dan drive wheels.

Gambar 3.2 Transmisi Daya (Power Transmission)

3.1.2 Rimpull/Tractive Effort

Rimpull/tractive effort merupakan besarnya gaya/kekuatan tarik yang dapat

diberikan oleh mesin suatu alat kepada permukaan roda atau ban

penggeraknya yang menyentuh permukaan jalur jalan. Rimpull biasanya

dinyatakan dalam pounds (lbs) dan dapat dihitung dengan rumus [3-1].

v

E fwhp 871.379.437, Rp = .............................. [3-1]

Keterangan :

Rp = rimpull atau gaya tarik (kg)

17

fwhp = flywheel horsepower atau tenaga mesin (watt)

v = kecepatan kendaraan (m/s)

E = Efisiensi mesin

Dari persamaan [3-1] dapat dilihat bahwa flywheel horsepower (fwhp)

berbanding lurus terhadap rimpull dan kecepatan kendaraan. Rimpull

digunakan untuk mengatasi total tahanan yang menghambat pergerakan

kendaraan dan mempercepat laju kendaraan.

Total energi dari sebuah mesin kendaraan yang dirancang untuk membawa

muatan dapat dikonversikan menjadi rimpull apabila didapatkan traksi yang

cukup antara roda kendaraan dan permukaan jalan. Jika tidak terdapat traksi

yang cukup maka daya total yang dihasilkan mesin tidak bisa digunakan

karena roda kendaraan akan mengalami slip pada permukaan jalan.

3.2 Tahanan-Tahanan Yang Mempengaruhi Gaya Gerak Kendaraan 3.2.1 Tahanan Gulir (Rolling Resistance)

Tahanan gulir merupakan jumlah segala gaya-gaya luar yang berlawanan

dengan arah gerak kendaraan yang berjalan di atas jalur jalan atau permukaan

tanah. Tahanan ini dipengaruhi oleh kecepatan, berat total kendaraan, struktur

jalan, tipe permukaan jalan, ukuran ban, tekanan dan permukaan ban. Tahanan

gulir juga dapat dihitung dengan menggunakan rumus [3-2].

Wr = r. G ...................................................... [3-2]

Keterangan :

r = Koefisien tahanan gulir

G = Berat total kendaraan (ton)

Wr = Tahanan gulir (ton)

18

Koefisien tahanan gulir dapat ditentukan dari Tabel 3.1, berdasarkan tipe jalan

dan kondisi permukaan jalan.

Tabel 3.1 Koefisien Tahanan Gulir

r (%) Type and conditions of

ground Vehicle w/iron wheel treads Crawler tractor

Tractor w/pneumatic tires wheels

Iron truck 1.0 Concrete floor 2.0 2.8 2.3 Macadam road 2.9 3.3 2.8 Wood pavement 2.5 Dry unpaved plain road 4.5 4.6 3.5 Firm terrain 10.0 5.5 4.0 Dry, loose terrain 11.5 6.5 4.5 Soft terrain 16.0 8.0 9.0 Loose gravel 15.0 9.0 12.0 Loose sand 15.0 9.0 12.0 Muddy ground 12.0 16.0 Packed snow 3.7 Ice 2.0

3.2.2 Tahanan Udara (Aerodynamic Resistance) Tahanan udara dapat disebabkan oleh adanya pressure drag karena bentuk

alat angkut dan gesekan udara yang masuk dan keluar kendaraan dan yang

mengenai permukaan alat angkut. Saat alat angkut bergerak dalam massa

udara, pada bagian permukaan depan dan samping kendaraan akan bekerja

gaya tekan dan gaya gesekan serta aliran udara turbulen di antara roda

penggerak akibat adanya gaya udara yang melawan pergerakan kendaraan.

Tahanan udara dipengaruhi oleh luas bidang melintang (cross section area)

dan koefisien tahanan aerodinamis (Ca). Koefisien tahanan aerodinamis

tergantung pada bentuk kendaraan dan dapat diketahui dengan menggunakan

Tabel 3.2 dan Gambar 3.3. Tahanan udara dapat dihitung dengan

menggunakan rumus [3-3].

ACvR aA2

21 = ............................................ [3-3]

19

Keterangan :

RA = Tahanan udara atau tahanan aerodinamis

A = Luas kontak (m2)

Ca = Koefisien tahanan aerodinamis

v = Kecepatan alat angkut (m/det)

= Massa jenis udara (kg/m3)

= 1.292 Kg/m3

Tabel 3.2 Koefisien Tahanan Aerodinamis

Ca W X Y Z

C 0.30 0.24 0.20 0.12

D 0.30 0.27 0.21 0.12

E 0.32 0.26 0.25 0.17

F 0.35 0.35 0.32 0.24

C D E F

W XY

Z

Gambar 3.3 Komponen Koefisien Tahanan Aerodinamis Kendaraan

3.2.3 Tahanan Kemiringan (Grade Resistance) Tahanan kemiringan adalah besarnya gaya berat yang melawan pergerakan

kendaraan menaiki permukaan miring yang licin. Saat kendaraan bergerak

menaiki sebuah permukaan miring yang menanjak, daya tarik total (tractive

effort/rimpull) yang dibutuhkan untuk menjaga pergerakan kendaraan

bertambah sebanding dengan kemiringan jalan. Sebaliknya bila kendaraan

bergerak di permukaan miring yang menurun maka tractive effort yang

20

dibutuhkan untuk menjaga pergerakan kendaraan berkurang sebanding dengan

kemiringan jalan. Hal ini dikarenakan pada saat bergerak di permukaan yang

menurun, gaya gravitasi membantu pergerakan dari kendaraan sehingga

mengurangi rimpull/tractive effort dari kendaraan tersebut.

Sebagai ilustrasi, tahanan kemiringan diberikan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Ilustrasi Tahanan Kemiringan

Keterangan :

erat kendaraan total (ton)

jalan dengan garis horisontal ()

......................................................... [3-4]

yatakan dalam persen

b. dalam ton.

.3 Ketinggian Dari Permukaan Air-Laut (Altitude)

terhadap hasil kerja mesin

G = B

= Sudut yang dibentuk antara

Ws = Tahanan kemiringan (ton)

= G. Sin .............................

= G. (b/a) ........................................................................................ [3-5]

Tahanan kemiringan dipengaruhi oleh 2 faktor yaitu :

a. Besarnya kemiringan yang umumnya din

(%). Kemiringan 1 % berarti jalur jalan itu naik sebesar 1 meter

untuk tiap jarak mendatar sebesar 100 meter.

Berat total kendaraan tersebut yang dinyatakan

3

Ketinggian letak suatu daerah berpengaruh

kendaraan. Hal ini dikarenakan kinerja mesin kendaraan dipengaruhi oleh

tekanan dan temperatur udara luar. Semakin tinggi suatu daerah maka tekanan

21

udara ambient semakin rendah sehingga jumlah oksigen untuk pembakaran

pun berkurang.

Pada haul truck HD785-5, mesin yang dipakai adalah jenis SA12V140-1 yang

memiliki fitur turbocharged dan after-cooled serta sistem injeksi bahan bakar

tipe direct injection. Turbocharged berarti udara yang disemprotkan ke dalam

silinder diberi tekanan tinggi sedangkan after-cooled berarti udara yang

bertekanan tinggi dari turbocharger tersebut didinginkan temperaturnya untuk

mengurangi emisi NOx dan meningkatkan massa jenis udara sehingga

konsumsi bahan bakar menjadi lebih sedikit. Dikarenakan pemakaian

turbocharger, maka kebutuhan jumlah udara yang masuk ke dalam silinder

untuk memperoleh pembakaran yang sempurna dapat dipenuhi hingga

ketinggian 2300 m di atas permukaan laut sedangkan lokasi tertinggi pada

daerah penelitian di site PT. INCO Sorowako pada saat penelitian adalah

711,22 m dari permukaan laut seperti terlihat pada Tabel 3.3. Oleh sebab itu

pengaruh ketinggian dari permukaan laut dapat diabaikan.

Tabel 3.3 Ketinggian Maksimum pada Lokasi Penelitian

Trayek Titik

Tertinggi (m)

Trayek Titik

Tertinggi (m)

ANOAVL470W1 - ANO04_DP 512.12 SS10BRNORTH - SSP_E1A 588.06

INALHI620W1 - KOR04_DP 625.68 SS10BRNORTH - SSP_E3A1 587.25

KATRYN400W1 - BRI01_DP 507.87 SS10BRNORTH - SSP_W3C 593.08

PETEAA721E1 - PET06_DP 711.22 SS10BRSOUTH - SSP_E3A1 587.25

SS10ATAS - PET01_DP 467.45 SSANGN470W1 - HAR01DYKE 570.57

SS10BRNORTH - SSP_E2B1 587.77 WB8BAWAH - SS10ATAS 598.88

WTLBUS640W1 - WAT03_DP 659.20

3.4 Perilaku Operator

Perilaku operator saat mengemudi dapat pula mempengaruhi tingkat konsumsi

bahan bakar kendaraan tersebut. Tekanan pedal gas (throttle) yang tidak

22

konsisten pada saat berjalan maupun pada saat melakukan dumping merupakan

perilaku operator yang paling berpengaruh terhadap penggunaan bahan bakar.

3.5 Waktu Daur (Cycle Time)

Waktu daur atau cycle time adalah waktu yang diperlukan untuk pengangkutan

material. Waktu daur dari haul truck meliputi beberapa faktor yaitu waktu

pemuatan (loading time), waktu pengangkutan (hauling time), waktu

pembongkaran muatan (dumping time), waktu kembali ke tempat pemuatan

(return time), spot time dan delay time.