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.