Komponen-Komponen Komponen-Kompo nen Turbocharger by TechnoArt TechnoArt Staff Pada artikel sebelumnya telah kita bahas mengenai prinsip kerja turbo (turbocharger (turbocharger ) sebagai salah satu komponen otomotif. Sebenarnya prinsip kerja turbo cukup sederhana, yakni mengkonversikan energi panas dan tekanan gas buang hasil pembakaran motor bakar menjadi energi mekanis putaran poros untuk digunakan lebih lanjut mengkompresi udara yang akan masuk ke ruang bakar melalui intake manifold .
omponen!omponen Turbocharger "erdasarkan prinsip kerja tersebut, turbocharger tersusun tersusun atas beberapa komponen utama yakni turbin, kompresor, dan sistem shaft sistem shaft . #amun selain itu, sebuah sistem turbocharger juga juga dilengkapi dengan berbagai komponen pendukung yang akan kita bahas secara sederhana pada kesempatan kali ini. Turbin Turbin adalah sebuah komponen mekanik yang berfungsi untuk mengkonversikan energi panas fluida yang mele$atinya menjadi energi mekanis putaran poros turbin. Setiap turbin selalu melibatkan fluida yang mengandung energi e nergi panas yang mengalir mele$ati sudu!sudu turbin. Setiap sudu turbin berdesain membentuk no%%le!no%%le sehingga disaat fluida mele$atinya, fluida akan terekspansi diikuti dengan perubahan energi panas menjadi mekanis.
Turbin Pada Turbocharger (Sumber ) &luida yang dikonversikan energi panasnya menjadi tenaga putaran poros pada sistem turbocharger tentu saja adalah udara gas buang dari hasil pembakaran motor bakar. 'as buang ini masih menyimpan cadangan energi berbentuk panas dan tekanan yang masih cukup bermanfaat.
Aliran &luida Pada Turbocharger (Sumber )
Turbin pada turbocharger tersusun atas rotor dan casing . Turbin ini biasa bertipe sentrifugal dengan casing berbentuk volute mirip seperti casing pompa sentrifugal. 'as buang masuk melalui sisi casing , mengalir mengikuti bentuk keong dan masuk ke sudu melalui tepi rotor. Selanjutnya gas buang mengalir mengikuti bentuk sudu turbin sekaligus mengalami proses penyerapan energi panas dan tekanan menjadi putaran sudu, dan berakhir ke sisi tengah rotor untuk keluar ke sisi exhaust . Kompresor ompresor pada turbocharger , berfungsi untuk mengubah energi mekanis putaran poros turbocharger menjadi energi kinetik aliran udara. ompresor berada pada satu poros dengan turbin, sehingga pada saat gas buang mesin mulai memutar turbin, kompresor juga akan ikut berputar dengan kecepatan putaran yang sama. *nergi mekanis yang dihasilkan turbin akan langsung digunakan sebagai tenaga penggerak kompresor.
ompresor Pada Turbocharger (Sumber ) ompresor turbocharger bertipe sentrifugal dan tersusun atas dua bagian utama yakni sudu!sudu rotor dan casing . Pada saat impeller rotor kompresor mulai berputar dengan kecepatan tinggi, udara atmosfer akan mulai terhisap dan masuk ke kompresor melalui sisi inlet. +dara ini akan diakselerasi oleh impeller secara radial menjauhi poros kompresor. Pada saat udara terakselerasi hingga ke casing kompresor yang juga berfungsi sebagai diffuser, kecepatan aliran udara akan turun dan tekanan statiknya akan meningkat. Peningkatan tekanan udara ini akan diikuti dengan kenaikan temperatur juga. Selanjutnya, udara terkompresi ini dikeluarkan untuk menuju ke intercooler . Center Housing & Rotating Assembly (CHRA) asing!masing turbin dan kompresor pada turbocharger tersusun atas bagian rotor dan rumah casing . eduanya berada pada satu poros yang ditopang oleh sebuah sistem bearing (bantalan) di tengah!tengah antara turbin dan kompresor. +ntuk kebutuhanassembly, casing turbin dan kompresor disatukan oleh sebuah sistem bernama Center Housing & Rotating Assembly (-/A). arena sistem bearing juga terletak pada -/A, maka sistem lubrikasi turbocharge juga berpusat pada -/A.
Sistem Center Housing & Rotating Assembly (Sumber ) Putaran poros turbocharger dapat mencapai 011.111 rpm. 2engan putaran secepat itu, dibutuhkan bearing dengan kualitas baik. Thrust bearing tradisional dari turbocharge biasanya terbuat dari perunggu. Pada perkembangan selanjutnya bearing modern turbocharger adalah berupa ball bearing dengan bahan keramik. Penggunaan ball bearing lebih banyak dipilih karena lifetime turbocharger menjadi lebih baik.
Sistem Pelumasan dan Pendinginan Turbocharger (Sumber ) -/A juga menjadi tempat sirkulasi sistem pelumasan oli dan pendinginan. Turbocharge bekerja pada temperatur yang sangat tinggi. Turbin menggunakan gas buang motor bakar yang bertemperatur tinggi, kompresor akan menghasilkan udara terkompresi yang juga bertemperatur tinggi. aka untuk menunjang kea$etan bearing maka dibutuhkan sistem pelumasan dan pendingan yang baik.
Sebuah mesin judul bab dua langkah harus disertakan dengan udara di atas tekanan atmosfer untuk itu untuk bekerja. eskipun turbocharger pertama dike mbangkan untuk mesin aero di perang dunia pertama, tidak sampai tahun 0341!an yang mesin dua langkah besar yang turbocharged. Sebelum kemudian udara bertekanan yang diperlukan untuk 5mengais5 silinder dari gas buang dan memasok muatan udara untuk siklus pembakaran berikutnya diberikan oleh digerakkan secara mekanis kompresor (/oots "lo$er), atau dengan menggunakan ruang di ba$ah piston sebagai kompresor reciprocating (+nder Piston Scavenging). al ini tentu saja berarti bah$a mesin itu menyediakan pekerjaan untuk memampatkan udara, yang berarti bah$a pekerjaan yang berguna yang diperoleh dari mesin mengalami penurunan sebesar jumlah ini. ekuatan mesin telah meningkat fenomenal dalam 61 tahun terakhir. Pada tahun 0371 mesin memberikan 04111k8 adalah mesin yang kuat. esin terbesar saat ini mampu memberikan lebih dari 9 kali jumlah ini. al ini disebabkan tidak hanya untuk bahan dan teknik manufaktur ditingkatkan, tetapi juga untuk perbaikan dan perkembangan di desain turbocharger dipasang ke mesin ini. :umlah energi yang berguna yang mesin dapat mengh asilkan tergantung pada dua faktor; :umlah bahan bakar yang dapat dibakar per siklus dan efisiensi mesin. "ahan bakar sebagian besar terdiri dari karbon dan hidrogen. 2engan membakar bahan bakar oksigen energi dalam bahan bakar dilepaskan dan diubah menjadi kerja dan panas. Semakin banyak bahan bakar yang dapat dibakar per siklus, semakin banyak energi yang dilepaskan. #amun, untuk membakar lebih banyak bahan bakar, jumlah udara yang disediakan juga harus ditingkatkan. isalnya, mesin 01 silinder dengan bore dari 741mm dan stroke dari 6.<4m harus membakar 0kg bahan bakar per revolusi untuk memberikan <7411k8 ketika berjalan pada 014 /P. (2engan asumsi efisiensi 41=). >ni berarti bah$a setiap silinder membakar bahan bakar 1,0 kg per stroke. +ntuk memastikan bah$a bahan bakar dibakar sepenuhnya dipasok dengan 661= lebih banyak udara dari yang dibutuhkan secara teoritis. arena dibutuhkan sekitar 09kg udara untuk memasok oksigen teoritis untuk membakar 0kg bahan
bakar, 9.4kg udara harus diberikan ke masing!masing silinder untuk membakar 1.0kg bahan bakar. "eberapa udara ini digunakan sampai mengais!ngais (membersihkan) gas buang dari silinder. +dara juga membantu mendinginkan kapal dan katup buang. Sebagai piston bergerak naik silinder pada langkah kompresi dan menutup katup buang, silinder harus berisi lebih dari massa teoritis udara (sekitar <,? kg) untuk memasok oksigen untuk membakar bahan bakar sepenuhnya. <.?kg udara pada tekanan atmosfer dan <1@- menempati volume <.6m <. olume silinder dari mesin di contoh kita adalah sekitar 0.6m < setelah katup buang menutup dan kompresi dimulai. arena suhu udara diserahkan ke mesin dinaikkan menjadi sekitar ?1 @ - karena memasuki mesin, dapat menghitung bah$a untuk memasok oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran, udara harus disediakan pada < B tekanan atmosfer atau 6 bar pengukur tekanan. -ATATA#C Angka!angka ini adalah perkiraan dan hanya untuk ilustrasi. Produsen mengutip konsumsi bahan bakar minyak tertentu mesin mereka dalam g D k8h. Angka!angka ini diperoleh dari pembacaan testbed dalam kondisi sempurna yang dekat. Angka!angka yang dikutip berkisar antara 0E4 dan 0?4g D k8h. onsumsi bahan bakar yang sebenarnya khusus yang diperoleh akan tergantung pada efisiensi mesin dan nilai kalor dari bahan bakar yang digunakan.
Turbocharger pada Sulzer RTA96
Sekitar <4= dari total energi panas dalam bahan bakar yang terbuang untuk gas buang. The Turbocharger menggunakan beberapa energi ini (sekitar ?= dari total energi atau 61= dari limbah panas) untuk menggerakkan turbin roda tunggal. Turbin adalah tetap pada poros yang sama sebag ai roda kompresor rotary. Air diambil di, dikompresi dan, karena kompresi meningkatkan suhu udara, itu didinginkan untuk mengurangi volume. al ini kemudian dikirim ke silinder mesin melalui manifold udara atau mengais penerima udara. ecepatan turbocharger adalah variabel tergantung pada beban mesin. Pada kekuatan penuh turbocharger dapat berputar pada kecepatan 01111/P.
BAHA
-asing 'asC -ast >ron (mungkin air cooled) #o%%le cincin dan pisauC paduan nikel -hromium atau paduan #imonic. ompresor casingC paduan Aluminium ompresor 8heelC paduan Aluminium, titanium atau stainless steel
START*+ ,+*, TH,
arena mesin harus disediakan dengan ud memulai dan berjalan pada kecepatan ren tambahan didukung oleh sebuah motor lis disediakan. >ni secara otomatis memotong muatan udara yang disediakan oleh turboc untuk memasok mesin sendiri.
Au!" Blo#er pada $A B % & mesin ' a
