SANWACANA
Dengan mengucapkan Alhamdulillah penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Penurunan Temperatur Gas Buang Dengan Sistem Non – Injeksi Pada Header Pipe Knalpot
Terhadap Prestasi Motor Diesel 4 Langkah”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ibu Dr. Lusmeilia Apriani selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung
2. Bapak Dr. Asnawi Lubis selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Lampung
4. Bapak Yuliarto S.T., M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaannya untuk memberikan bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak M. Irsyad, S.T., M.T., selaku dosen Pembahas yang telah memberikan masukan dalam penulisan laporan ini.
6. Bapak Martinus,S. T., M.T., selaku dosen Pembimbing Akademik.
7. Kedua Orang tua-ku yang telah memberikan doa serta nasehat dan bimbingan moril dan spiritualnya
8. Bapak Sumarno, Supervisor Har Turbin PLTU Tarahan yang telah banyak memberikan izin kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Bapak Joko Sukarjo, Assisten Manager Pemeliharaan Mekanik PLTU Tarahan yang telah memberikan banyak izin kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
10. Mas Dadang, Mas Nanang terima kasih untuk bantuannya dalam melaksanakan seminar.
11. Mas Agus Lab Motor Bakar Jurusan Teknik Mesin, atas segala informasi dan
bantuannya dalam pengujian motor diesel 4 langkah.
12. Adik – adik-ku, Dwi Apriyanti dan Tri Febrianingsih atas doa dan semangatnya selama ini.
13. My Team Partner Muffler “ Ricky” terimakasih banyak atas banyak bantuan yang diberikan baik materil dan moril, semoga Allah memberikan yang terbaik dan dimudahkan segala urusannya.
15. Teman – teman Teknik Mesin 04 ( Hardi Suwarno “ Bakpau”, Achmad Baihaki, Ageng Agus Riyadi “ Cina Tapi Jawa”, Laila Utari. R, Dodi Suwanto Putro, Hanggoro Suryo “ Karjo”, Harry Santoso “ Boim”, Lapri Aries Pukesa, Martion “ Uyung”, M. Masrur Rifai “ Fai”, Ridwan, Nohan, Berthoni Chandra, Dasril, Bastiar, Aditya Herning, Puput setiawan, Tohir, Rastra “ Komeng”, Suwardi “ Wan Abud”, Yusro Haryadi, Harun “ Badrun”, Cahyo, Hengki, Rendi Alisati “ Ucok”, Rendi Chandika, Ican, Intan MT).
16. Rekan – rekan seperjuangan Teknik Mesin 04.
17. Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian laporan ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih ada kekurangan-kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Bandar Lampung, 26 Mei 2010
Penulis
I. PENDAHULUAN.
A. Latar Belakang.
Kebutuhan akan alat transportasi seperti kendaraan bermotor kian hari kian meningkat. Berbanding lurus dengan hal tersebut, penggunaan minyak bumi sebagai bahan bakar (bensin dan solar) juga semakin meningkat. Padahal minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu manusia berusaha mencari sumber energi lain seperti energi matahari dan energi listrik untuk menjalankan kendaraan bermotor. Namun kendaraan seperti itu untuk saat ini belum populer dan masih dalam tahap pengembangan. Untuk menjalankan sebuah kendaraan bermotor diperlukan energi sebagai penggerak dari komponen-komponen mesin nantinya.
dirasa kurang oleh pemakainya. Mulai bentuk sampai kinerja mesin yang dinilai tidak memenuhi keinginan pemakai. Padahal produsen membuat kendaraan dengan spesifikasi standar karena spesifikasi itulah yang sesuai untuk digunakan sehari-hari, yaitu adanya keseimbangan antara prestasi dengan ketahahan mesin itu sendiri. Tetapi yang diinginkan oleh masyarakat pengguna adalah meningkatkan daya mesin dengan tetap mengandalkan mesin standar, tanpa membongkar mesin yang orisinil.
Pada mesin dua langkah terjadi proses pembakaran yang kurang sempurna yang ditandai dengan keluarnya bahan bakar yang belum terbakar melalui katup buang, atas dasar hal tersebutlah maka bentuk dari knalpot mesin dua langkah tidak lagi lurus melainkan mengembung ditengah. Bagian yang gemuk inilah ditujukan untuk menciptakan efek turbulensi agar tenaga performa mesin motor dua langkah menjadi besar. Secara prinsip kerja sistem pembuangan dari motor diesel maupun motor bensin memiliki prinsip yang sama yaitu apabila pada motor diesel secara sederhana diawali setelah mesin melakukan langkah kompresi, saat bahan bakar yang telah diinjeksikan keruang bakar dengan udara yang telah terkompresi akibatnya temperatur dan tekanan naik sehingga terjadi langkah kompresi di ruang bakar. Gas sisa pembakaran yang berkecepatan dan bertekanan tinggi tersebut akan bersifat turbulen dan laminar di dalam header pipe. (Pikiran Rakyat, 2006)
Berdasarkan hal tersebut, penulis memakai motor diesel yang memiliki beberapa kelebihan dibandingkan motor bensin antara lain rasio kompresi yang lebih besar dan tenaga yang lebih besar.
Desain knalpot yang lebih baik dari standar karena ada perubahan dimensi dari knalpot itu sendiri, baik dari diameter header pipe maupun silincernya sehingga knalpot racing dapat meningkatkan tenaga mesin. Ada beberapa merk knalpot racing dipasaran yaitu HRP, AHRS, dan SMS yang dapat meningkatkan tenaga mesin hingga 8 % (Motorplus, 2008). Hal ini dikarenakan knalpot racing lebih lancar dalam menyalurkan gas hasil pembakaran. Variasi bentuk knalpot racing dapat dipilih seperti tipe free flow dan meghaphone. Secara umum knalpot racing dapat dibedakan menjadi bentuk panjang dan bentuk pendek. Bentuk panjang, jika knalpot tersebut memiliki silincer berada hampir di ujung buritan motor sedangkan bentuk pendek jika silincer knalpot tidak mencapai buritan (setengah atau lebih sedikit dari panjang bodi motor). Bentuk panjang, efektif untuk memperoleh tenaga di putaran atas sedangkan bentuk pendek sebaliknya efektif untuk memperoleh tenaga di putaran rendah atau dengan kata lain torsi mudah dicapai pada putaran rendah pada tiap pergantian giginya.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Sandra Yance ( 2009) pada mesin bensin 4 langkah konsumsi bahan bakar terbaik pengujian stationer menggunakan knalpot racing model silencer besar sebesar 15,39 % (48 ml), sedangkan pengujian akselerasi 0 - 100 km/jam dan akselerasi 60 ‐ 100 km/jam tanpa
terbaik menggunakan knalpot racing model silincer besar yaitu 118,67 km/jam pada 9621 rpm. Di sisi lain knalpot racing juga memiliki beberapa kekurangan yaitu tingkat kebisingan yang cukup tinggi sehingga mengganggu pendengaran manusia di mana batas tekanan suara yang mampu di tangkap indra pendengaran manusia sebesar 120 desibel, sedangkan tingkat kebisingan knalpot sepeda motor mencapai 110 desibel. Sementara itu tingkat kebisingan yang diperbolehkan untuk kendaraan bermotor maksimal 80 desibel (KCDJ, 2009).
Penelitian sebelumnya pernah dilakukan percobaan oleh Rendi Norian dengan menurunkan temperatur gas buang dengan sistem injeksi. Percobaan tersebut menggunakan motor bensin berkapasitas 500 cc yang memiliki 4 silinder dengan menggunakan sistem injeksi yang disemprotkan ke dalam header pipe knalpot menggunakan fluida air. Hasilnya dapat meningkatkan performa motor khususnya torsi, kenaikan torsi sebesar 24 % torsi puncak digapai pada putaran lebih rendah yaitu 8150 rpm, turun hingga 1500 rpm (Norian.R,1998). Berdasarkan hal tersebut penulis mencoba menggunakan metode lain, selain yaitu dengan menggunakan metode perpindahan panas tidak langsung untuk mempercepat laju aliran panas yang terjadi pada knalpot yaitu menggunakan prinsip kerja air radiator yang membawa panas dari blok silinder sehingga temperatur ruang bakar tidak terlalu panas (Over Heating) .
bakar dan saluran buang, sehingga panas yang dibawa oleh gas buang dapat di serap sehingga terjadi penurunan temperatur dari gas buang itu sendiri. Apabila terjadi penurunan temperatur gas buang maka akan terjadi penurunan tekanan sehingga laju dari aliran gas buang akan meningkat. Untuk mengatur seberapa besar laju perpindahan panas yang terjadi pada header pipe knalpot maka laju aliran fluida pendingin diatur dengan menggunakan variasi penurunan temperatur gas buang sebesar 10° C. Diharapkan berdasarkan pengujian tersebut didapat seberapa optimum pengaruhnya efek dari penurunan temperatur gas buang terhadap prestasi kerja motor diesel 4 langkah.
B. Tujuan Dan Manfaat Penelitian
Pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini mempunyai tujuan sebagai berikut :
1. Mengetahui pengaruh dari penurunan temperatur gas buang dengan menggunakan sistem Non-Injeksi pada header pipe knalpot terhadap prestasi mesin diesel 4 langkah.
2. Membandingkan pengaruh dari penurunan temperatur gas buang menggunakan sistem Non – Injeksi dengan kondisi mesin standar terhadap prestasi mesin pada motor diesel 4 langkah
daya engkol dan pemakaian bahan bakar spesifik, dimana semakin tinggi daya engkolnya serta semakin rendah pemakaian bahan bakar spesifiknya maka prestasi motor diesel tersebut semakin baik.
C. Batasan Masalah
Adapun beberapa batasan masalah yang perlu diberikan agar pembahasan lebih terarah, yaitu:
1. Mesin yang digunakan adalah motor diesel 4 langkah 1 silinder yang terdapat pada Laboratorium Motor Bakar dan Propulsi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
2. Fluida pendingin yang digunakan adalah radiator collant
3. Pengaruh dari getaran pada saat pengujian serta perpindahan panas yang terjadi pada sistem pendingin tidak di bahas dalam skripsi ini.
4. Knalpot yang digunakan adalah knalpot dengan spesifikasi bentuk dan
model yang sama pada Laboratorium Motor Bakar dan Propulsi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
5. Spesifikasi bentuk dari sistem pendinginan luar non injeksi dengan dimensi panjang selimut pendingin 79 cm dan ketebalan aliran untuk fluida pada selimut pendingin 1,27 cm
D. Sistematika Penulisan.
Sistematika yang digunakan pada penulisan skripsi ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan dan manfaat, batasan masalah, hipotesa dan sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang teori yang berkenaan dengan motor diesel 4 langkah, teori pembakaran, parameter prestasi motor bakar dan saluran gas buang
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan metodologi yang digunakan oleh penulis dalam pengambilan data dan mesin serta peralatan pendukung yang di gunakan dalam pengambilan data.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh pada pengujian prestasi motor diesel 4 langkah.
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran yang ingin disampaikan pada penelitian ini.
II. TEORI DASAR
A. Motor Bakar
Pada motor motor 4 tak, untuk melakukan satu siklus memerlukan dua kali putaran poros engkol atau 4 gerakan torak yaitu:
1. Langkah penghisapan 2. Langkah pemampatan 3. Langkah usaha, dan 4. Langkah pembuangan.
Sedangkan pada motor 2 tak, untuk melakukan satu siklus hanya memerlukan satu kali putaran poros engkol atau 2 gerakan torak yaitu:
1. Langkah pengisian kotak engkol dan pemampatan atau satu putaran poros engkol.
2. Langkah pembilasan dan usaha.
B. Komponen Utama Motor Bakar 4 Langkah
Meskipun motor bakar sangat sederhana, akan tetapi komponen-komponennya sangat rumit. Pada dasarnya komponen-komponen utama dari motor bakar antara motor bensin dan motor diesel adalah sama, perbedaanya hanya terletak pada komponen untuk sistem pengapian bahan bakar. Sistem pengapian pada motor bensin dilengkapi dengan karbulator dan busi, sedangkan pada motor diesel menggunakan injector atau atomiser. Untuk lebih jelasnya komponen-komponen pada motor bakar 4 langkah sebagai berikut (Wardono. dkk, 2004):
1. Silinder (cylinder), sebagai tempat berlangsungnya keempat langkah proses pada motor bensin 4-langkah ini.
3. Kepala silinder (head cylinder), yang berfungsi sebagai penutup ujung atau bagian atas silinder, tempat kedudukan busi serta kedua katup dan saluran (hisap dan buang).
4. Saluran hisap (inlet manifold) dan saluran buang (exhaust manifold), yang sebagai saluran masuk udara-bahan bakar ke dalam silinder, dan sebagai saluran keluar gas pembakaran ke saluran buang.
5. Batang engkol (connecting rod), sebagai penghubung piston dan poros engkol..
6. Poros engkol (crank shaft), yang berfungsi sebagai pengubah gerak bolak- balik (reciprocating) dari piston menjadi gerak putar poros engkol tersebut.
7. Kerangka mesin atau blok silinder (crankcase), sebagai tempat silinder dan poros engkol bertumpu dan juga sebagai tempat penyimpan minyak pelumas.
8. Roda gaya atau roda gila (fly wheel), sebagai energi yang menjaga agar poros engkol dapat tetap berputar untuk menggerakkan torak ketika melakukan langkah buang, langkah isap, dan langkah kompresi.
9. Mekanisme katup, berfungsi sebagai pengatur terbuka atau tertutupnya
katup isap atau katup buang.
C. Motor Diesel.
Motor diesel merupakan salah satu jenis motor pembakaran dalam yang membakar bahan bakar melalui proses injeksi sampai panas tertentu, dengan tekanan udara yang tinggi dalam ruang bakar. Motor diesel biasa di sebut motor penyalaan kompresi (compression ignition engine) oleh karena cara penyalaan bahan bakarnya dilakukan dengan menyemprotan bahan bakar yaitu solar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari proses kompresi (Nuruzzaman, 2003). Pada mesin diesel, pembakaran di picu oleh udara yang dimampatkan atau di kompresi di dalam silinder. Akibat pemampatan itu, tekanan udara menjadi sangat tinggi. Begitu juga suhunya, mencapai titik bakar solar. Karena itu, begitu solar disemprotkan ke udara itu, langsung terbakar. Dengan cara ini, mesin diesel tidak memerlukan sistem penyalaan.
seperti yang ditunjukan pada gambar 1 berikut (Aris munandar.W dalam Wardono dkk, 2004).
Proses- proses yang terjadi pada siklus udara bahan bakar tekanan konstan (siklus diesel) adalah sebagai berikut:
Dimana keterangannya:
1. Langkah hisap, disini hanya udara segar yang diisap masuk ke dalam silinder. Dimana Piston (torak) bergerak dari TMA ke TMB, katup masuk membuka dan katup buang tertutup. Udara murni terhisap masuk ke dalam selinder diakibatkan oleh dua hal. Pertama, karena kevakuman ruang silinder akibat semakin memperbesar volume karena gerakan torak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), dan kedua, karena katup masuk (hisap) yang terbuka.
2. Langkah kompersi isentropik, udara segar yang telah dihisap kemudian
dikompres pada langkah kompresi isentropik. Poros engkol berputar, kedua katup tertutup rapat, piston (torak) bergerak dari TMB ke TMA. Udara murni yang terhisap ke dalam silinder saat langkah hisap, dikompresi sehingga tekanan dan suhunya naik.
3. Langkah pembakaran, langkah ini dianggap terjadi pada tekanan konstan,
keterlambatan pembakaran (ignition delay). Proses pembakaran ini menghasilkan tekanan balik kepada piston (torak) sehingga piston akan terodorong ke bawah beberapa saat setelah mencapai TMA sehingga bergerak dari TMA ke TMB. Gaya akibat tekanan pembakaran yang mendorong piston ke bawah diteruskan oleh batang piston (torak) untuk memutar poros engkol. Poros engkol inilah yang berfungsi sebagai pengubah gerak naik turun torak menjadi gerak putar yang menghasilkan tenaga putar pada motor diesel.
4. Langkah buang, dimana katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB
ke TMA. Karena adanya gaya kelembamam yang dimiliki oleh roda gaya (fly wheel) yang seporos dengan poros engkol, maka saat langkah usaha berakhir, poros engkol tetap berputar. Hal tersebut menyebabkan torak bergerak dari TMB ke TMA. Karena katup buang terbuka, maka gas sisa pembakaran terdorong keluar oleh gerakan torak dari TMB ke TMA. Setelah langkah ini berakhir, langkah kerja motor diesel 4 langkah (4 tak) akan kembali lagi ke langkah hisap. Proses yang berulang-ulang tersebut diatas disebut dengan siklus diesel.
D. Proses Pembakaran
bagian yang terpanas. Uap bahan bakar yang terjadi itu selanjutnya bercampur dengan udara yang ada di sekitarnya. Proses penguapan ini berlangsung terus selama temperatur sekitarnya mencukupi. Jadi proses penguapan juga terjadi secara berangsur-angsur. Demikian juga proses pencampuran dengan udara. Maka pada suatu saat di mana terjadi campuran bahan bakar udara yang sebaik-baiknya, proses pembakaran juga dapat berlangsung dengan sebaik-baiknya. Sedangkan proses pembakaran di dalam silinder juga terjadi secara berangsur-angsur saat proses pembakaran awal terjadi pada temperatur yang relatif lebih rendah dan laju pembakarannya pun akan bertambah cepat. Hal itu disebabkan karena pembakaran berikutnya berlangsung pada peningkatan temperatur yang lebih tinggi (Andriesdwiputra, 2008).
Tabel 1. Komposisi udara campuran gas dalam pembakaran
Gas-gas lainnya seperti hidrogen, helium, neon, kripton, xenon : 0,1 % ( Thomas, 1993).
Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam proses pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar menjadi elemen komponennya, yaitu hidrogen dan karbon, akan bergabung dengan oksigen untuk membentuk air, dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Kalau tidak cukup tersedia oksigen, maka sebagian dari karbon, akan bergabung dengan oksigen menjadi karbon monoksida. Kalau terbentuk karbon monoksida, maka jumlah panas yang dihasilkan hanya 30 persen dari panas yang ditimbulkan oleh pembentukan karbon monoksida. (Maleev, 1995).
Reaksi pembakaran ideal dapat dilihat di bawah ini :
C16H34 + 24,5(O2 + 3,76N2) 16 CO2 + 17 H2O + 24,5 (3,76 N2)
Dari reaksi di atas dapat dilihat bahwa N2 tidak ikut dalam reaksi pembakaran. Reaksi pembakaran di atas adalah reaksi pembakarean ideal. Sedangkan reaksi pembakaran sebenarnya atau aktual dapat berupa seperti dibawah ini (Heywood, 1988) :
CxHy + (O2 + 3,76N2) CO2 + H2O + N2 + CO + NOx + HC
Secara lebih detail dapat dijelaskan bahwa proses pembakaran adalah proses oksidasi (penggabungan) antara molekul-molekul oksigen (‘O’) dengan molekul -molekul (partikel-partikel) bahan bakar yaitu karbon (‘C’) dan hidrogen (‘H’) untuk membentuk karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O) pada kondisi pembakaran sempurna, disini proses pembentukan CO2 dan H2O hanya bisa terjadi apabila panas kompresi atau panas dari pemantik telah mampu memisah/memutuskan ikatan antar partikel oksigen (O-O) menjadi partikel ‘O’
dan ‘O’, dan juga mampu memutuskan ikatan antar partikel bahan bakar (C-H dan/atau C-C) menjadi partikel ‘C’ dan ‘H’ yang berdiri sendiri.
Syarat terjadinya pembakaran yang baik pada suatu motor adalah sebagai berikut (Boentarto, 1993) :
a. Adanya tekanan (panas) kompresi yang cukup. b. Campuran bahan bakar dan udar normal.
Hasil pembakaran berupa tenaga panas dan sisa pembakaran yang berupa gas buang. Panas akibat pembakaran harus diatasi agar tidak berlebihan oleh karena ittu motor perlu didinginkan. Sedangkan sisa pembakaran yang berupa gas buang harus disalurkan agar tidak menimbulkan ledakan karena sisa gas buang mempunyai tekanan yang cukup tinggi. Untuk menyalurkan gas sisa buang tersebut pada motor diesel dilengkapi dengan knalpot (exhaust manifold). Yang termasuk dalam sistem pembakaran ini adalah saluran masukan, saluran pembuangan, dan ruang bakar. Saluran pemasukan dengan perlengkapannya bertugas mengalirkan gas baru ke ruang bakar. Ruang bakar dengan komponennya bertugas menampung gas baru untuk dibakar. Saluran pembuangan dengan perlengkapannya bertugas menyalurkan gas buang ke udara luar.
E. Saluran Gas Buang
berlangsung sebagai ledakan yang sangat cepat didalam ruang bakar dan menimbulkan suara yang sangat bising. Untuk meredam suara yang bising tersebut, maka gas hasil pembakaran yang mengalir keluar melalui katup atau klep buang tidak langsung dilepas ke udara luar (udara terbuka), melainkan disalurkan terlebih dahulu ke dalam peredam suara (sillincer).
F. Knalpot
Gambar 3. Komponen knalpot standar ( www.muffler.com)
1. Bagian – bagian knalpot
Adapun bagian-bagian knalpot secara umum antara lain, yaitu :
a. Header (leher knalpot), berupa pipa yang menyalurkan gas sisa hasil pembakaran dari ruang bakar menuju perut knalpot.
Gambar 4 . Tipe silincer racing ( www.muffler.com)
Pipa yang terlalu besar, sama merusaknya dengan pipa yang terlalu kecil. Selain ukuran panjang header dan diameter leher, bentuk silencer dan perut knalpot juga unsur penting (Ahzar, 2008). Pada silencer panjang, tenaga akan keluar di rpm menengah keatas sedangkan untuk silencer pendek, tenaganya akan keluar pada rpm bawah. Semakin besar aliran makin tak terhambat, sehingga tenaga bawah bagus. Sebaliknya lubang kecil akan berdampak pada putaran atas yang lebih bagus. Sedangkan diameter lubang pada selongsong dalam silencer yang tidak terlalu besar juga memiliki pengaruh saat terjadi tekanan balik. Namun panjang silencer tidaklah berdampak begitu besar.
Gambar 5. Knalpot standar mesin diesel
Pada header pipe sebagai jalur mengalirnya gas buang harus memiliki persyaratan yang dipenuhi sebagai suatu acuan keamanan dari perancangan header pipe itu sendiri. Persyaratan yang harus dipenuhi antara lain yaitu :
a. header pipe harus memiliki titik leleh bahan diatas temperatur gas buang.
b. header pipe harus memiliki titik muai bahan diatas temperatur gas buang.
2. Prinsip kerja knalpot
Gas sisa hasil pembakaran yang keluar dari klep buang disalurkan ke knalpot melalui header pipe. Gas buang sisa pembakaran yang berkecepatan dan bertekanan sangat tinggi pada header pipe dibuang dan berkumpul diperut knapot sehingga sebagian akan berbalik (efek turbulensi) ke header. Akibatnya tekanan menjadi lebih tinggi lagi dan menciptakan kompresi baru. Tekananan balik terjadi akibatnya terhalangnya aliran sistem pembuangan, baik dalam pipa pembuangan, peredam suara dan katalis pengubah energi atau komponen lain yang ada dalam sistem pembuangan. Tekanan balik akan melingkupi gas yang terbakar dari saluran silinder, saat katup terbuka. Tekanan balik terjadi saat gas hasil buangan bertemu dengan udara atau bahan bakar yang masuk sehingga terjadi keseimbangan antara aliran gas buang dan campuran udara bahan bakar yang masuk. Elemen – elemen dalam sistem pembuangan juga akan sulit terkendali saat terjadi tekanan balik. Untuk itu diperlukan header dan komponen-komponen lain dalam sistem pembuangan, sebagai penyelaras antara pembuangan dan intake. Unsur-unsur ini akan mengurangi proses hilangnya torsi dan tenaga.
H. Parameter Prestasi dan Operasi Motor Diesel 4 Langkah
kW menggunakan persamaan berikut (Wardono, dkk. 2004):
jam
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Instalasi Pengujian
Pengujian dengan memanfaatkan penurunan temperatur sisa gas buang pada knalpot di motor bakar dengan pendinginan luar menggunakan beberapa alat dan bahan berdasarkan prosedur yang telah di rencanakan sebelumnya. Dalam pengambilan data untuk laporan ini penulis menggunakan motor diesel empat langkah satu silinder dengan spesifikasi sebagai berikut :
1. Spesifikasi Motor Bakar
Merk/Type : ROBIN – FUJI DY23D Jenis : Motor Diesel, 1 silinder Valve rocker clearance : 0,10 mm (Dingin) Volume Langkah Torak : 230 cm3
Langkah Torak : 60 mm
Diameter Silinder : 70 mm Perbandingan Kompresi : 2 : 1
Daya Engkol Maksimum : 3,5 kW pada 3600 revs/min Putaran Maksimum : 3600 revs/min
Waktu Injeksi Bahan-Bakar : 23˚ BTDC
Berat : 26 kg
Gambar 6. Motor Diesel ROBIN – FUJI DY23D
2. Alat Yang Digunakan.
Berikut adalah alat – alat yang digunakan selama penelitian beserta keterangannya : a. Dinamometer Hidraulik
b. Unit Instruksi Instrumentasi TD 114
Unit instrumentasi TD 114 yang merupakan panel untuk pembacaan hasil pengukuran putaran mesin, torsi, temperatur gas buang, laju pemakaian bahan bakar dan laju pemakaian udara pembakaran.
Gambar 7. Instrumentasi TD 114
c. Tachometer
Tachometer digunakan untuk mengukur kecepatan putar mesin saat pengujian.
d. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk menghitung laju pemakaian bahan bakar saat pengujian.
Gambar 9. Stopwatch
e. Termokopel Tipe K.
Termokopel Tipe K digunakan sebagai sensor suhu yang di gunakan untuk mengukur perbedaan panas dalam benda yang di ukur temperaturnya menjadi perubahan potensial atau tegangan listrik (voltase). Dalam penelitian ini digunakan termokopel tipe K untuk mengukur perubahan temperatur yang terjadi pada gas buang dan temperature dari gas buang setelah melalui header pipe yang didalamnya dilakukan pendinginan.
f. Header pipe.
Merupakan pipa saluran buang dari exhaust manifould, pada header pipe ini nantinya akan di pasang selimut pendingin sehingga aliran panas dari sisa gas buang motor diesel dapat di turunkan temperatur dan tekanannya yang di harapkan dapat berpengaruh meningkatkan prestasi dari motor diesel tersebut. Adapun dimensi dari header pipe yang digunakan adalah d = 1,5 inchi dan panjangnya 79 cm.
Gambar 11. Header pipe dengan pendingin
g. Reservoir
Merupakan suatu penampung dari fluida pendingin yang bersirkulasi pada selubung dalam diheader pipe. Jika sirkulasi pada fluida pendingin semakin cepat maka temperatur dari fluida pendingin akan lebih cepat turun sehingga di harapkan pendinginan yang di hasilkan dapat berjalan secara optimal.
h. Pipa Galvanis
Merupakan pipa yang di gunakan sebagai penyalur fluida pendingin yang di gunakan pada sistem pendinginan luar knalpot dengan menggunakan diameter pipa ¼ inchi. Dimana pipa galvanis mampu menahan panas dari fluida yang telah berkontak langsung dengan bidang panas.
Gambar 13. Pipa Galvanis i. . Water Pump
sebesar 42 l / menit sehingga dengan debit tersebut mampu untuk melepas panas yang ada pada gas buang tersebut.
j. Radiator
Komponen ini merupakan alat yang digunakan sebagai pentranfer panas dari fluida yang telah mengalir dari selimut pendingin ke udara luar sehingga fluida pendingin tersebut dapat diturunkan temperaturnya. Dimana nantinya diharapkan fluida yang mengalir kembali menuju selimut pendingin, temperatur dari fluida pendingin tersebut telah terjadi penurunan.
Gambar 15. Radiator
k. Fan
Komponen ini merupakan alat yang digunakan sebagai komponen pendukung dari sistem pendingin dari radiator. Alat ini bekerja dengan menghembuskan udara ke dalam kisis-kisi pipa yang terdapat pada radiator sehingga panas dapat terlepas ke udara atmosfir lebih baik. Hembusan udara dari fan tersebut untuk memaksimalkan efek pelepasan panas dari radiator.
l. Termometer Infra Red
Termometer ini merupakan sebagai komponen pengukur dari temperatur fluida masuk yang telah melewati dari radiator sehingga diketahui penurunan temperatur dari fluida pendingin tersebut. Selain itu juga sebagai display dari termokopel tipe K yang digunakan sehingga diketahui temperatur gas buang yang telah dilakukan pendinginan.
m. Radiator Coolant
Radiator Coolant merupakan fluida pendingin yang biasa digunakan sebagai caiaran radiator yang berfungsi sebagai pelepas panas dari mesin itu sendiri, cairan radiator tersebut dalam penelitian ini berfungsi sebagai fluida pendingin pada header pipe. Pada fluida ini kemampuan melepas panas lebih baik dibandingkan air biasa karena memiliki campuran bahan kimia serta tidak menyebabkan korosi pada radiator.
B. Persiapan Alat Dan Bahan
Sebelum melakukan penenlitian, terlebih dahulu di lakukan survey ke beberapa toko spare part motor dan mobil serta bengkel knalpot dilingkungan Bandar Lampung. Selain itu juga mencari informasi melalui majalah, Koran dan browsing internet mengenai cooling muffler sehingga nanti hasilnya dapat sesuai dengan yang di harapkan Pemilihan pompa sebagai penyalur fluida pendingin menggunakan pompa dengan debit yang diharapkan dimana dengan debit tersebut mampu mengalirkan fluida pendingin secara maksimal nantinya
C. Cara Kerja Pendingin Knalpot.
Gambar 17. Rangkaian alat uji
1. Konsep kerja cooling muffler pada header pipe
Konsep kerja pendingin knalpot pada header pipe secara umum dapat di jelaskan pada gambar dibawah ini :
Gambar 18 .Skema sistem pendingin pada header pipe muffler.
Valve
Selang Suction Radiator
Dop Radiator
Header Pipe
Washer pump Pipa Suction Selang Discharge
D. Prosedur Pengujian
1. Pengkalibrasian Torsimeter TD114
Sebelum melakukan pengujian mesin, torsimeter harus dinolkan dan dikalibrasi terlebih dahulu. Adapun caranya adalah sebagai berikut (Wardono. 2007) :
1. Menghubungkan unit instrumentasi TD114 ini dengan arus listrik dan
menghidupkan unit instrumentasi TD114 tersebut.
2. Memutar span control hingga posisi maksimum (searah putaran jarum jam). 3. Dinamometer diguncangkan untuk mengatasi kekakuan seal bantalannya.
Vibrasi terjadi secara otomatis bila mesin berputar. 4. Memutar zero control hingga torsimeter terbaca nol.
5. Dinamometer diguncangkan lagi untuk memeriksa keakuratan posisi nol tersebut.
6. Menggantungkan beban sebesar 3,5 kg pada lengan dinamometer tersebut. 7. Dinamometer diguncangkan lagi hingga pembacaan torsimeter stabil. 8. Memutar span control hingga torsimeter TD114 menunjukkan bacaan 8,6
Nm.
9. Beban 3,5 kg tadi disingkirkan dan mengulangi langkah-2 hingga langkah-8
2. Variabel – variabel operasi
Untuk berbagai kondisi, nilai parameter prestasi motor bakar bervariasi sehingga dapat menggambarkan karakteristik motor bakar tersebut. Variabel – variabel operasi yang diukur dalam pengujian ini adalah:
a. Putaran mesin, rpm b. Torsi, Nm.
c. Pemakaian bahan bakar, kg/jam d. Pemakaian udara, kg/jam. e. Temperatur gas buang, º C. f. Temperatur udara masuk, º C. g. Tekanan udara masuk, Pa.
3. Pengambilan Data.
Pengambilan data dilakukan untuk setiap putaran mesin dengan range tiap putaran 500 rpm, dalam hal ini pada knalpot menggunakan fluida pendingin, cairan pendingin yang berupa radiator coolant akan bersirkulasi pada selubung di header pipe dengan laju aliran yang diatur dengan bukaan klep. Fungsi dari fluida pendingin tersebut yaitu menurunkan temperatur dari gas buang tetapi tanpa kontak langsung dengan fluida yang didinginkan, lalu setelah torsi dan putaran mesin stabil maka data pengujian dapat diambil.
Pengaturan untuk penurunan temperatur dari gas buang menggunakan 2 buah katup pada pipa penyalur fluida pendingin. Hal tersebut dimaksudkan untuk mengurangi terjadinya temperatur drop yang terlalu jauh sehingga selisih penurunan temperatur gas buang dengan range 10° C tiap putaran mudah tercapai. Katup pertama berfungsi sebagai penahan laju aliran pendingin yang berasal dari pompa, sedangkan katup kedua digunakan sebagai pengatur laju aliran pendingin yang berfungsi untuk pengatur penurunan temperatur gas buang dengan selisih 10° C dengan interval maksimal 3 kali setiap putaran
seterusnya tiap putaran. Setelah sekitar 10 menit di ukur dengan menggunakan stopwatch, di ukur berapa penurunan temperatur gas buang menggunakan termokopel yang telah dipasang pada header pipe serta berapa pemakaian bahan bakar 8 ml setelah itu didapat data konsumsi bahan bakar pemakaian, selanjutnya dilakukan pengulangan hingga 3 kali pengujian.
Mulai
Motor Diesel 4 langkah 1 silinder
Beban 2,5 kg
Putaran (rpm) 1500/2000/2500
/3000/3500
Header pipe tanpa pendinginan Header pipe pendinginan dengan penurunan temperatur 10° C
dengan interval maks 3 kali
Analisa Data
Kesimpulan Dan Saran
Selesai
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Dari hasil pengujian, pengambilan data, dan analisa penggunaan knalpot dengan menggunakan pendingin gas buang pada mesin diesel 4-langkah, maka didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Perlakuan pendinginan gas buang yang dilakukan pada mesin diesel 4
langah terjadi peningkatan yang tidak begitu signifikan ditinjau berdasarkan kenaikan daya engkol, pemakaian bahan bakar spesifik dan torsi yang dihasilkan.
2. Ditinjau dari torsi yang dihasilkan pada saat penurunan temperatur gas buang memiliki nilai torsi yang sama dengan non perlakuan pada setiap putaran mesin, hanya pada putaran mesin 3500 rpm dengan penurunan temperatur gas buang yaitu 30 °C terjadi peningkatan torsi yang dihasilkan sebesar 0,033 Nm.
3. Peningkatan daya engkol terbaik diperoleh pada putaran tinggi yaitu 3000
gas buang 20 °C menghasilkan penghematan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,004 kW (2,610 %).
4. Kontruksi knalpot mempengaruhi performa mesin, terlihat dari penggunaan knalpot modifikasi bila dibandingkan dengan menggunakan knalpot standarnya, sehingga perubahan pada header dan silencer knalpot baik panjang maupun diameter sangat mempengaruhi tenaga yang dihasilkan
B. Saran.
Adapun beberapa saran ingin disampaikan penulis agar penelitian ini dapat lebih baik lagi adalah sebagai berikut :
1. Perlu adanya pengujian kembali dengan selisih temperatur gas buang
yang lebih tinggi untuk memperoleh nilai terbaik dari efek penurunan temperatur gas buang terhadap prestasi mesin diesel 4 langkah.
2. Perlu dilakukan pengujian emisi gas buang untuk mengetahui pengaruh dari penggunaan sistem pendinginan gas buang knalpot ini.
3. Perlu adanya pengujian lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh
DENGAN KERENDAHAN HATI
DOA DAN HARAPAN MENGGAPAI RIDHO ALLAH SWT
KUPERSEMBAHKAN KARYA INI UNTUK
“BAPAK DAN MAMAK”
ATAS DOA, TETESAN KERINGAT SERTA AIRMATA DAN KASIH SAYANGNYA
SEMUA PENGORBANAN YANG TIDAK MUNGKIN TERBALASKAN
SEMOGA ALLAH SWT SELALU MEMBERIKAN KASIH SAYANGNYA SERTA RAHMAT DAN
HIDAYAHNYA KEPADA KEDUA ORANG TUAKU
ADIK – ADIK KU
“DWI APRIYANTI DAN TRI FEBRIANINGSIH”
ATAS SEGALA DOA DAN SEMANGAT YANG DIBERIKAN KEPADA PENULIS
“SOLIDARITY FOREVER”
CIVITAS AKADEMIKA TEKNIK MESIN
&
ALMAMATER TERCINTA
PENGARUH PENURUNAN TEMPERATUR GAS BUANG
DENGAN SISTEM NON INJEKSI PADA
HEADER PIPE
KNALPOT
TERHADAP PRESTASI MOTOR DIESEL 4 LANGKAH
(Skripsi)
Oleh
YULI SUPRIANTO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
TERHADAP PRESTASI MOTOR DIESEL 4 LANGKAH
Oleh
YULI SUPRIANTO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
PADA HEADER PIPE KNALPOT TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL 4 LANGKAH
Nama Mahasiswa : YULI SUPRIANTO No. Pokok Mahasiswa : 0415021095
Jurusan : Teknik Mesin.
Fakultas : Teknik
MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing
Ir. Herry Wardono, M.Sc. Yuliarto, S. T., M. T. NIP. 196608221995121001 NIP. 196607131996021002
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
Dr. Asnawi Lubis
1. Tim Penguji
Ketua : Ir. Herry Wardono, M.Sc. ………
Sekretaris : Yuliarto S. T., M. T. ………
Penguji
Bukan Pembimbing : M. Irsyad, S. T., M.T ...……….
2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung
Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D. E. A NIP. 196505101993032008
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Diagram P-V siklus tekanan konstan ………... 14
2. Siklus mesin diesel 4 langkah ………. 14
3. Knalpot mesin diesel lab motor bakar ……….. 22
4. Knalpot mesin diesel ……….. 23
5. Motor diesel ROBIN – FUJI DY23D ... 27
6. Unit Instrumentasi TD 114 ... 28
7. Tachometer ... 28
8. Stopwatch ... 29
9. Termokopel Tipe K ... 29
10. Header pipe mesin diesel ………... 30
12. Pipa Galvanis ………. 31
13. Water Pump. ………. ... 31
14. Radiator ……….. 32
15. Terrmometer Infra red ……… 33
16. Rangkaian alat uji ……….. 34
17.Skema alat ... 35
18. Alur proses ... 39
20. Pengaruh penurunan temperatur gas buang berdasarkan perlakuan knalpot terhadap torsi mesin ... 43 21. Pengaruh penurunan temperatur gas buang berdasarkan perlakuan
knalpot terhadap daya engkol ... 44 22. Pengaruh penurunan temperatur gas buang berdasarkan perlakuan
knalpot terhadap laju konsumsi bahan bakar spesifik engkol ... 50 23. Perbandingan knalpot standar dengan perlakuan knalpot terhadap
laju konsumsi bahan bakar spesifik engkol pada putaran 1500 rpm 50 24. Perbandingan knalpot standar dengan perlakuan knalpot terhadap
laju konsumsi bahan bakar spesifik engkol pada putaran 2000 rpm 51 25. Perbandingan knalpot standar dengan perlakuan knalpot terhadap laju
konsumsi bahan bakar spesifik engkol pada putaran 2500 rpm 53 26. Perbandingan knalpot standar dengan perlakuan knalpot terhadap
laju konsumsi bahan bakar spesifik engkol pada putaran 3000 rpm 54 27. Perbandingan knalpot standar dengan perlakuan knalpot terhadap
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. 1983. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. ITB. Bandung.
Boentarto. 1993. Cara Pemeriksaan, Penyetelan Dan Perawatan Sepeda Motor. Andi Ofset. Yogyakarta.
Daryanto. 2004. Teknik Sepeda Motor. Yrama Widya. Bandung.
Heywood, J.B. 1998. Internal Combustion Engine. McGraw Hill International. Singapore.
Krist, Thomas. 1993. Dasar-Dasar Pneumatik. Penerbit Erlangga. Jakarta
Maleev V.L., terjemahan Priambodo B. 1995, “Operasi dan pemeliharaan Mesin
Diesel “, Erlangga, Jakarta.
Rendy Norian.1998.”Turning Gama Again-Water Injection”. http://www.suzuki-rg500.com 14 Mei 2008
saat-modifikasi-knalpot 13 april 2008
Triatmono, 2007. Pilih Mana Torsi Vs Power
http://triatmono.wordprees.com/2007/07/09/pilih-mana-torsi-vs-power/13 april 2008
Tecquipment Limited. TD110-TD115 Mini Engine Test Rigs and Instrumentation. England.
Wardono, dkk. 2004. Modul Pembelajaran Motor Bakar 4-Langkah. Jurusan Teknik Mesin – Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Tabel 1. Data hasil pengujian
Putaran Mesin, rpm : 1500/2000/2500/3000/3500 Bahan bakar : Solar Beban : 2,5 kg Spesific grafity : 0,84
Fluida pendingin : Radiator Coolant Nilai kalor bahan bakar : 42.000 kJ/kg
Tipe pendinginan : Injeksi Knalpot Tekanan udara ruangan : 101325 Pa ≈ 1,013 bar Waktu pemanasan : - jam
Penurunan Temperatur gas buang Standard Replika 100C 200C 30°C Bacaan manometer mmH2O
Temperatur udara ruangan, °C Putaran mesin, rpm
Torsi, Nm
Waktu pemakaian bahan bakar, detik Temperatur gas buang, °C
MOTTO
“HAI ORANG – ORANG YANG BERIMAN, JADIKANLAH SABAR DAN SHALAT
SEBAGAI PENOLONGMU SESUNGGUHNYA ALLAH BESERTA ORANG –
ORANG YANG SABAR”
(QS. AL-BAQARAH 2:153)
“ KARENA SESUDAH KESULITAN ITU ADA KEMUDAHAN, SESUNGGUHNYA
SESUDAH KESULITAN ITU ADA KEMUDAHAN “
(QS. ALAM NASYRAH 94 :6-7)
“HIDUPLAH UNTUK MEMBERI BUKAN UNTUK MENERIMA”
&
“
lAKUKANLAH yANG tERBAIK dEMI dUNIAMU dAN aKHIRATMU,cOBALAH uNTUK tIDAK bERGANTUNG
PERNYATAAN PENULIS
SKRIPSI INI DI BUAT SENDIRI OLEH PENULIS DAN BUKAN HASIL PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATUR DALAM PASAL 44 PERATURAN AKADEMIK UNIVERSITAS LAMPUNG DENGAN SURAT KEPUTUSAN REKTOR No. 159/H26/PP/2008
YANG MEMBUAT PERNYATAAN
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang Bandar Lampung pada tanggal 7 Juli 1986, sebagai anak sulung dari 3 bersaudara pasangan Bapak Panut dan Ibu Suminem. Penulis menyelesaikan pendidikan SDN 3 Sawah Lama Bandar Lampung pada tahun 1998, SLTPN 10 Bandar Lampung pada tahun 2001, SMKN Negeri 2 Jurusan Teknik Mesin Bandar Lampung pada tahun 2004, dan pada tahun yang sama penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melaluiu jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi pengurus HIMATEM (Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin) sebagai sekretaris 1 (2005-2006).
