Motor Pembakaran Dalam

(1)

MOTOR PEMBAKARAN DALAM

Disusun Oleh Disusun Oleh :: A

ACCHHMMAAD D FFAAIISSOOL L BBAAYYHHAAQQQQII 0022..22000077..11..0077774444

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA

2010/2011

(2)

Performansi Motor Disel Isuzu 4

Performansi Motor Disel Isuzu 4 JA-1 Injeksi LangsungJA-1 Injeksi Langsung

Sistim Force Induction Dengan dan

Sistim Force Induction Dengan dan Tanpa Intercooler.Tanpa Intercooler.

1. Pendahuluan 1. Pendahuluan

Induksi paksa pada motor disel merupakan suatu metoda mekanik untuk Induksi paksa pada motor disel merupakan suatu metoda mekanik untuk memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder dengan tekanan di atas memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder dengan tekanan di atas tekanan atmosfir.Dengan memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder, tekanan atmosfir.Dengan memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder, kapasitas efektif dari motor akan meningkat tanpa meningkatkan ukuran fisiknya. kapasitas efektif dari motor akan meningkat tanpa meningkatkan ukuran fisiknya. Salah satu perangkat mekanik yang digunakan untuk mendorong udara masuk ke Salah satu perangkat mekanik yang digunakan untuk mendorong udara masuk ke da

dalam lam sisililindnder er inini i adadalalah ah susupepercrchahargrgerer, , yayang ng didigegerakrakkakan n sesecarcara a lalangngsusungng

mengikuti putaran poros engkol motor. Dalam Proses pemampatan udara selalu mengikuti putaran poros engkol motor. Dalam Proses pemampatan udara selalu diiringi dengan meningkatnya temperatur melalui proses pemanasan kompresif, diiringi dengan meningkatnya temperatur melalui proses pemanasan kompresif, sehingga menimbulkan permasalahan “ketukan disel” selama pembakaran. Guna sehingga menimbulkan permasalahan “ketukan disel” selama pembakaran. Guna men

mengelgelemieminir nir kerkerugiugian an iniini, , ditditambambahkahkan an intintercoercooleoler r ke ke daldalam am sissistim tim untuntuk uk

men

menuruurunkankan n temtemperperatuatur r udaudara ra sebsebeluelum m masmasuk uk silsilindinder. er. DalaDalam m perpercobcobaan aan iniini

dig

digunaunakan motokan motor r disdisel el injinjekseksi i lanlangsugsung Isuzu 4-JAng Isuzu 4-JA-1, deng-1, dengan an tujtujuan untuuan untuk k

mem

membanbandindingkagkan n sebseberaperapa a besbesar ar penpengargaruh uh penpengguggunaanaan n sissistim tim indinduksuksi i pakpaksasa

den

dengan gan dan dan tantanpa pa intintercoercooleoler ter terharhadap dap perperforforma mma motootor. r. HasHasil il ekseksperperimeimenn

menunjukkan bahwa dengan menggunakan induksi paksa yang dilengkapi dengan menunjukkan bahwa dengan menggunakan induksi paksa yang dilengkapi dengan intercooler, daya kuda rem, torsi dan efisiensi termal berturut-turut meningkat intercooler, daya kuda rem, torsi dan efisiensi termal berturut-turut meningkat dengan

dengan 19,46%,19,46%, 16,89%,16,89%, dandan 23,77%23,77% dan terjadi penurunan konsumsi bahandan terjadi penurunan konsumsi bahan

bakar spesifik sebesar

bakar spesifik sebesar 18,99%.18,99%.

Kinerj

Kinerja a suatu motor pembakaran dalam suatu motor pembakaran dalam pada umumnya dipengpada umumnya dipengaruhi oleharuhi oleh

beberapa parameter, diantaranya kapasitas silinder dan nisbah kompresi. Semakin beberapa parameter, diantaranya kapasitas silinder dan nisbah kompresi. Semakin besar kapasitas silinder, semakin besar keluaran daya dihasilkan oleh motor. Salah besar kapasitas silinder, semakin besar keluaran daya dihasilkan oleh motor. Salah satu upaya meningkatkan kinerja motor yang dapat dilakukan tanpa mengubah satu upaya meningkatkan kinerja motor yang dapat dilakukan tanpa mengubah di

dimemensnsi i fifisisik k dadari ri momototor r adadalalah ah memengnggugunanakakan n sisiststim im ininduduksksi i papaksksa a (( force force

induction

induction).).

Induksi paksa merupakan suatu sistim mekanik untuk mendorong lebih Induksi paksa merupakan suatu sistim mekanik untuk mendorong lebih banyak udara ke dalam silinder dengan tekanan diatas tekanan atmosfir melalui banyak udara ke dalam silinder dengan tekanan diatas tekanan atmosfir melalui proses pemampatan udara masukan. Proses pemampatan udara dapat dilakukan proses pemampatan udara masukan. Proses pemampatan udara dapat dilakukan

melalui sistim

melalui sistim supercharging supercharging yang digerakkan oleh mekanisme roda gigi atauyang digerakkan oleh mekanisme roda gigi atau

sa

sabubuk k yayang ng didihuhububungngkakan n ke ke pupuli li popororos s enengkgkol ol momototor, r, atatau au memelalalului i sisiststimim

turbocharging

turbocharging yang memanfayang memanfaatkan energi dari atkan energi dari gas buang. Karena adanya prosesgas buang. Karena adanya proses

pe

pemammampatpatan an udaudara ra sebsebeluelum m masmasuk uk ke ke daldalam am silsilindinder, er, makmaka a kepkepadaadatan tan udaudarara

ma

masusuk k sesemamakikin n memeniningngkakat t sesertrta a jujumlmlah ah okoksisigegen n yayang ng didigugunanakakan n ununtutuk k

b

berkerkanangsgsunungngnya ya prprososes es pepembmbakakararan an jujuga ga memeniningngkakat t didibabandndining g memetotodede

konvensional yang hanya menarik udara segar ke dalam silinder [3]. Dengan konvensional yang hanya menarik udara segar ke dalam silinder [3]. Dengan men

meningingkatkatnya nya kuakuantintitas tas oksoksigeigen n yanyang g masmasuk uk ke ke daldalam am silsilindinder, er, leblebih ih banbanyak yak

ba

bahan han bakbakar ar yanyang g dapdapat at terterbakbakar ar dendengan gan semsempurpurna, na, sehsehingingga ga menmeningingkatkatkankan

ef

efisisieiensnsi i vovolulumemetrtrik ik dadan n sesemamakikin n babanynyak ak enenergergi i pepembmbakakaraaran n yayang ng dadapapatt

dikonversi menjadi kerja mekanik [6]. dikonversi menjadi kerja mekanik [6].

Permas

Permasalahan yang alahan yang timbutimbul l pada saat pada saat mengmengadopsadopsi i sistisistim m indukinduksi si paksapaksa

ad

(3)

pemampatan udara, sehingga tekanan di dalam silinder pada awal langkah kompresi menjadi lebih tinggi. Peningkatan temperatur udara masukan ini akan berdampak pada peningkatan temperatur dan tekanan di dalam silinder pada siklus selanjutnya, sehingga katup, silinder dan kepala torak menjadi terlalu panas dan motor menjadi overheating . Karena alasan ini, beberapa motor yang mengadopsi sistim induksi paksa harus menurunkan nisbah kompresinya.

Menurunkan nisbah kompresi, ternyata juga menimbulkan permasalahan lain, yaitu menurunnya efisiensi termal motor, sehingga meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik [7], suatu kondisi yang sangat tidak diharapkan dalam

mengatasi kelangkaan dan mahalnya harga bahan bakar, serta permasalahan yang berkaitan dengan pencemaran udara.

Untuk mengatasi permasalahan dalam mengadopsi sistim induksi paksa pada motor pembakaran dalam, tanpa menurunkan nisbah kompresi yang harus mengorbankan efisiensi termal, digunakan suatu penukar kalor yang disebut dengan intercooler guna menurunkan temperatur udara termampatkan sebelum masuk ke dalam silinder.

(4)

2. Dasar Teori

Daya keluaran yang dihasilkan motor sebanding dengan kecepatan rotasi dan kuantitas udara yang dapat dimampatkan di dalam silinder. Dengan asumsi kecepatan rotasi motor konstan, satu-satunya upaya untuk dapat meningkatkan daya motor adalah dengan meningkatkan kuantitas udara yang masuk ke dalam silinder [3].

Berdasarkan persamaan gas ideal,

RT m

PV

=

_u ₍₁₎

Jika V R _{konstan, dimana} _R _{= konstanta gas universal, maka massa udara,}

u

m _{yang masuk silinder berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding}

terbalik dengan temperatur absolutnya.

Massa udara yang masuk silinder = volume yang dipindahkan ( swept volume)

oleh piston, V  kerapatan udara.

u u V

m

=

×

ρ ₍₂₎

Dari persamaan (1) dan (2), diperoleh

T P R u 1 = ρ (3) Jika 1 1 1 RT P u = ρ _dan 2 2 2 RT P u = ρ _{, kemudian} ρ u₁, P ₁,T ₁ dan ρ u2, P 2,T 2

berturut-turut adalah kondisi-kondisi kerapatan, tekanan dan temperatur awal (keadaan 1) dan akhir (keadaan 2), maka

Nisbah kerapatan = 1 1 2 2 1 2 RT P RT P u u = ρ ρ , atau 2 1 1 2 1 2 T T P P u u

₌

ρ ρ (4)

Ini berarti, bahwa dengan meningkatkan P 2 (tekanan akhir) serta menurunkan

2

T _{(temperatur akhir), akan dihasilkan peningkatan kerapatan (}

1

2 u

u ρ

ρ

>

_).

Secara matematis, dalam kondisi ideal, kuantitas udara yang masuk ke

dalam silinder, m



u,i dengan kerapatan udara ideal, ρ u,i serta kondisi masukan

( P, T ) pada N Rpm, dinyatakan dengan [1]:

j a

k g

N

z

V

m

_u_i _d _u_i 1₂

6 0

/

, ,

=

×

ρ

×



(5)

Dengan cara yang sama, pada kondisi aktual, jumlah udara yang masuk kedalam silinder dinyatakan dengan:

ja

k g

N

z

V

m

_u_a _d _u _a 1₂

6 0

/

, ,

=

×

ρ

×



(6)

Nisbah antara jumlah udara yang masuk pada kondisi aktual terhadap

jumlah udara yang masuk secara ideal disebut dengan efisiensi volumetris, η V .

i u a u v m m , ,



=

η ₍₇₎

Persamaan ini menunjukkan bahwa untuk meningkatkan efisiensi volumetris dengan kata lain meningkatkan derajat pengisian silinder dapat dilakukan dengan meningkatkan kerapatan udara aktual di dalam silinder melalui pemampatan udara masukan.

Hubungan antara efisiensi volumetrik dengan daya, torsi dan tekanan efektif purata (mean effective pressure, mep) motor dinyatakan melalui persamaan berikut [4]:

(

)

2 , F A Q NV P

=

η f η v d HV ρ ui (8)

(

)

π ρ η η τ 4 , F A Q V _d _HV _u _i v f

=

(9)

(

F A

)

Q mep =η _fη _v _HV ρ _u,_i (10)

dimana ( F A) _{= nisbah bahan bakar/udara;} Q_HV = nilai kalor pembakaran atas

bahan bakar; η _f =efisiensi pembakaran dan V _d =volume langkah.

Sistim induksi paksa, baik dengan menggunakan supercharger maupun turbocharger , masing-masing memiliki keuntungan dan kerugian. Supercharger mampu beroperasi mulai pada putaran idle karena digerakkan secara langsung mengikuti putaran poros engkol motor. Turbocharger tidak beroperasi pada putaran idle karena opeasionalnya memanfaatkan tekanan limbah gas buang untuk

menggerakkan turbin kompresornya. Dengan pertimbangan kemampuannya untuk beroperasi pada putaran rendah dalam percobaan ini digunakan sistim supercharging [2].

Dalam percobaan ini, digunakan supercharger tipe sliding vane dengan

nisbah tekanan maksimum 1,5:1 atau boost pressure 0,5 bar. Untuk meningkatkan nisbah tekanan, diameter puli supercharger dapat diperkecil, sehingga putarannya semakin tinggi dan dihasilkan tekanan dorong yang le bih besar.

Akibat sampingan yang tidak dapat dihindari dari aplikasi sistim induksi paksa adalah meningkatnya temperatur udara karena proses pemampatan,

sehingga menurunkan kerapatan udara yang masuk ke dalam silinder dan kuantitas oksigen yang masuk silinder lebih rendah. Untuk mengurangi akibat sampingan yang merugikan ini, ditambahkan perangkat penukar kalor yang

(6)

dikenal dengan intercooler ke dalam sistim. Intercooler ditempatkan diantara keluaran supercharger dan saluran hisap motor. Skema dari sistim beserta instalasi fluida pendinginnya ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1. Skema sistim induksi paksa beserta instalasi fluida pendinginnya Supercharger (S) digerakkan dengan memanfaatkan putaran poros engkol motor (M) melalui mekanisme puli yang dihubungkan dengan puli poros engkol motor melalui sabuk (belt ). Intercooler udara ke air (I), digunakan untuk mendinginkan kembali udara yang dimampatkan supercharger sehingga temperatur udara termampatkan yang masuk ke silinder menjadi lebih rendah. Sebagai fluida pendingin digunakan campuran air + ethylene glycol, disirkulasikan oleh pompa air (P) yang beroperasi memanfaatkan putaran poros engkol motor ke radiator

ekstra (RE). Dalam percobaan ini, digunakan intercooler tipe tabung tubular

udara ke air (Gambar 2).

Gambar 2. Intercooler tipe tabung tubular.

Uji prestasi motor dilakukan dengan menggunakan dinamometer rem air (water brake dynamometer ) pada bangku uji.

Daya keluaran poros motor ke dinamometer dinyatakan dengan:

Watt R F N P 60 2π

=

(11)

(7)

dimana:P = daya motor (Watt atau BHp), F = pembebanan dinamometer ( Newton), dan R = 0,9549 m = panjang lengan dinamometer. Atau secara langsung dinyatakan dengan pembacaan terkalibrasi dinamometer:

Hp F N Kwatt F N P 7460 10000 = = (12)

Torsi motor dinyatakan dengan: meter Newton R F

×

−

=

τ (13)

Konsumsi bahan bakar spesifik ( specific fuel consumption, sfc), yang menyatakan kuantitas bahan bakar yang dikonsumsi untuk menghasilkan daya 1 hp selama 1 jam dinyatakan dengan:

(

hp jam

)

Kg t P m sfc bb − × × = 3600 / (14)

dimana P = daya ( Hp), m_bb =_{massa bahan bakar yang dikonsumsi (kg ) dan}

t

=

waktu yang dibutuhkan untuk mengkonsumsi m_bb kg _{bahan bakar.}

Efisiensi termal,η th, dinyatakan dengan efisiensi pemanfaatan kalor dari

bahan bakar untuk menghasilkan kerja mekanik. Efisiensi termal dinyatakan dengan HV th Q sfc× = 641,67 η ₍₁₅₎

dimana sfc = konsumsi bhan bakar spesifik (kg/Hp-jam), Q_HV = Nilai kalor

pembakaran (kkal/kg ) yang dihitung dari persamaan:

API

Q_HV

=

16610

+

40

°

_Btu/lb ₍₁₆₎

Karena 1 Btu = 1054 J; 1 kal = 4,184 J, dan 1 lb = 0,4536 kg, maka:

kg kal kg lb J kal Btu J lb Btu 0963 , 555 4536 , 0 1 186 , 4 1 1 1054 1 = × × ×

Persamaan (16) dapat dituliskan ulang dengan:

(

API

)

kkal kg Q HV =0,555 16610 +40° / (16a)

=

°

API

₍

₎

131,5 60 5 , 141 − ° F SG (16b)

dimana SG = specific gravity bahan bakar pada 60 F. Untuk solar = 815 kg/m3_.

Dari persamaan (16a) dan (16b):

kg kkal Q_HV 1 , 6303 5 , 131 815 5 , 141 40 16610 555 , 0

=

























₋

+

=

(17)

(8)

3. Metodologi Penelitian

Uji performa motor dilakukan dengan menggunakan dinamometer rem air

pada tiga kondisi yang berbeda: konvensional (tanpa supercharger dan

intercooler ); dengan supercharger ; dengan supercharger + intercooler . Alat dan Bahan

• Motor disel: Isuzu 4-JA-1, injeksi langsung, kapasitas silinder 2499 cm3

dan nisbah kompresi: 18,4 : 1.

• Dinamometer rem air: Zollner/3n19A.

• Supercharger , jenis sliding vane dengan boost pressure 0,5 bar. Merk:

Brambo.

• Intercooler udara-air jenis tabung tubular (pipa galvanis) dengan koil

pendingin pipa tembaga.

• Radiator ekstra dengan dimensi 40 cm  30 cm  3 cm dengan fan

elektrik yang beroperasi secara kontinyu.

• Pompa air eksternal untuk mensirkulasikan air pendingin.

• Pressure gauge untuk mengukur tekanan udara yang akan masuk ke dalam

silinder.

• 2 buah termokopel tipe J, masing-masing untuk mengukur temperatur

udara yang akan masuk ke dalam silinder dan termperatur air yang keluar dari radiator ekstra masuk ke dalam intercooler.

• 2 buah gelas ukur, masing-masing untuk mengukur kuantitas bahan bakar

yang masuk ke dalam pompa bahan bakar dan yang dikembalikan.

• Fluida pendingin: menggunakan larutan aquadest-ethylene glycol dengan

konsentrasi 50 : 50.

• Stowatch, digunakan untuk mengukur waktu yang dibutuhkan guna

mengkonsumsi 50 ml bahan bakar.

Rancang Bangun Intercooler dan sistim pendinginnya.

Dari percobaan pendahuluan dengan perangkat supercharger, diperoleh temperatur udara maksimum yang keluar dari supercharger dan masuk ke dalam

silinder  117 C. Direncanakan intercooler yang mampu menurunkan

temperatur keluaran supercharger sebesar 30C. Dimensi intercooler yang

(9)

Gambar 3. Geometri intercooler tabung tubular.

Untuk menjaga efektivitas intercooler, digunakan radiator ekstra (memanfaatkan kondensor AC) yang dilengkapi dengan fan dan pompa air eksternal. Sebagai fluida pendingin digunakan larutan aquades + ethylene glycol dengan konsentrasi 50% dengan tujuan untuk meningkatkan titik didih fluida pendingin

Pengujian

• Uji performa motor dilakukan di laboratorium Motor Bakar, Jurusan

Teknik Mesin, UK Petra dengan menggunakan dinamometer rem air (water brake dynamometer ). Susunan peralatan uji ditunjukkan pada Gambar 4.

• Pengujian untuk kondisi sistim yang berbeda selalu diawali pada kondisi

atmosferik yang kurang lebih sama ( pudara  1,017 bar, t _ruang  31C,

dan RH 60%.

• Pengujian dilakukan dengan metode putaran variabel melalui proses

penambahan beban secara bertahap. Diawali pada putaran 3000 RPM dengan pembebanan bertahap pada interval putaran 200 RPM, sampai tercapai putaran 1400 RPM.

• Pada tiap tahap pembebanan diperoleh data pengukuran: putaran, N

(RPM), beban, F (Newton), waktu untuk mengkonsumsi 50 ml bahan

bakar pada gelas ukur (sekon), aliran balik bahan bakar (ml), temperatur dan tekanan udara masuk ke dalam silinder.

(10)

Gambar 4.Susunan perangkat pengujian.

4. Hasil dan Pembahasan

Pada Gambar 5 dan 6 ditunjukkan pola yang berbeda antara temperatur dan tekanan udara yang masuk ke dalam silinder. Temperatur udara yang masuk ke dalam silinder cenderung lebih rendah pada putaran tinggi (Gambar 5), sedangkan tekanan cenderung semakin meningkat (Gambar 6). Peningkatan temperatur pada putaran lebih rendah disebabkan karena meningkatnya friksi internal dengan bertambahnya beban pada motor. Peningkatan tekanan yang terjadi pada putaran

lebih tinggi disebabkan karena meningkatnya kecepatan pergerakan piston di dalam silinder. Temperatur udara rata-rata meningkat sebesar 89,86% (dalam

kisaran antara 70 C sampai dengan 120) dengan penambahan supercharger

pada sistim. Hal ini terutama disebabkan karena meningkatnya tumbukan antar molekul udara yang merupakan bagian dari proses pemampatan udara. Dengan menambahkan intercooler ke dalam sistim peningkatan temperatur akibat proses pemampatan dapat ditekan menjadi 43,37%, atau terjadi penurunan temperatur

udara termampatkan sebesar 46,49%.

Terjadi peningkatan tekanan udara rata-rata sebesar 40,01% akibat proses pemampatan udara melalui supercharger. Dengan adanya penambahan intercooler

ke dalam sistim, sehingga terjadi penurunan temperatur udara termampatkan, maka peningkatan tekanan keluaran supercharger turun menjadi 36,55%, atau terjadi penurunan tekanan sebesar 3,46%.

Karena kerugian tekanan akibat pendinginan udara melalui intercooler yang terjadi relatif kecil (3,46%) dibandingkan penurunan temperaturnya (46,49%), maka terjadi peningkatan nisbah kerapatan udara termampatkan dengan adanya penambahan intercooler. Hal ini dapat diartikan bahwa disamping terjadi peningkatan massa udara (karena proses pemampatan dengan supercharger), juga

terjadi peningkatan kerapatan udara (karena proses pendinginan udara termampatkan oleh intercooler ). Dengan meningkatnya massa dan kerapatan udara, semakin banyak jumlah oksigen yang dapat dimanfaatkan untuk melangsungkan proses pembakaran di dalam ruang bakar.

Pada kurva daya dan torsi Vs putaran (Gambar 7 dan 8) ditunjukkan terjadi peningkatan daya dan torsi rata-rata pada berbagai tingkat kecepatan masing-masing sebesar 10,06% dengan menambahkan supercharger pada sistim. Jika temperatur udara yang masuk kedalam silinder setelah proses pemampatan

diturunkan dengan menambahkan intercooler pada sistim, daya dan torsi rata-rata

pada berbagai tingkat kecepatan dapat ditingkatkan lagi, masing-masing sebesar 19,46% dan 19,02%. Berdasarkan persamaan gas ideal (persamaan 1) yang menyatakan bahwa massa udara berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan temperaturnya, maka dengan meningkatkan tekanan udara masukan, massa udara yang masuk akan semakin besar dan pada gilirannya akan meningkatkan kuantitas oksigen yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan

(11)

proses pembakaran menjelang akhir langkah kompresi. Pada sisi lain, dengan meningkatkan tekanan udara masukan serta menurunkan temperatur udara termampatkan melalui perangkat intercooler akan semakin meningkatkan kerapatan udara masukan, dan pada gilirannya akan semakin meningkatkan derajat pengisian silinder (efisiensi volumetrik). Dengan asumsi variabel-variabel lain pada persamaan 8 dan 9 konstan, meningkatnya efisiensi volumetrik motor akan menghasilkan peningkatan daya kuda rem (bhp) dan torsi pada motor. Disamping itu dengan memampatkan udara yang masuk ke dalam silinder, periode persiapan pembakaran akan dipersingkat.

Pada kurva konsumsi bahan bakar spesifik Vs putaran (Gambar 9), ditunjukkan terjadi penurunan konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata sebesar 12,79% dengan penambahan supercharger. Jika temperatur keluaran supercharger diturunkan dengan perangkat intercooler , konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata turun sebesar 19,43%. Hal ini terjadi karena dengan meningkatnya massa dan kerapatan udara yang masuk ke dalam silinder, semakin banyak oksigen yang dapat bereaksi dengan bahan bakar untuk berlangsungnya proses pembakaran sehingga pembakaran dapat berlangsung jauh lebih efisien. Kondisi ini mampu mereduksi produk hidrokarbon yang tak terbakar pada gas buang, sebagai biang borosnya konsumsi bahan bakar.

Pada Gambar 10 ditunjukan bahwa dengan memampatkan udara masukan ke dalam silinder terjadi peningkatan efisiensi termal sebesar 14,86% dengan penambahan supercharger . Jika intercooler ditambahkan pada sistim, efisiensi termal dapat ditingkatkan lagi menjadi 23,03%. Efisiensi termal berbanding terbalik terhadap konsumsi bahan bakar spesifik (persamaan 15). Ini berarti bahwa semakin rendah konsumsi bahan bakar spesifik, semakin tinggi efisiensi

termalnya. Peningkatan efisiensi termal ini terjadi karena semakin banyak oksigen yang dapat bereaksi dengan bahan bakar karena adanya proses pemampatan udara sebelum masuk ke dalam silinder.

T e m p e r a t u r p e n 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 0 1 8 0 0 2 2 0 0 2 6 0 0 3 0 0 0 P u t a r a n T e m p e r a t u r ( C ) T - k o n T - s p c h T - s p c

(12)

T e k a n a n p e n g 0 . 7 5 0 . 8 5 0 . 9 5 1 . 0 5 1 . 1 5 1 . 2 5 1 . 3 5 1 . 4 5 1 . 5 5 1 4 0 0 1 8 0 0 2 2 0 0 2 6 0 0 3 0 0 0 P u t a r a n T e k a n a n ( b a r ) P - k o n v P - s p c h P - s p c Gambar 6. Kurva tekanan pengisian Vs putaran. D a y a V s 1 0 1 2 . 51 5 1 7 . 5 2 0 2 2 . 5 2 5 2 7 . 53 0 3 2 . 5 3 5 3 7 . 5 4 0 4 2 . 5 4 5 4 7 . 5 5 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 P u t a r a n D a y a ( b h p ) K o n v + S p r + S p r + Gambar 7. Kurva Daya Vs Putaran T o r s i V s 2 0 3 2 . 54 5 5 7 . 5 7 0 8 2 . 5 9 5 1 0 7 . 5 1 2 0 1 3 2 . 5 1 4 5 1 5 7 . 5 1 7 0 1 8 2 . 5 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 P u t a r a n T o r s i ( N - m ) K o n v . + S p r c h .+ S p r c h

(13)

S f c V s 0 . 0 5 0 . 0 7 5 0 . 1 0 . 1 2 5 0 . 1 5 0 . 1 7 5 0 . 2 0 . 2 2 5 0 . 2 5 0 . 2 7 5 0 . 3 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 P u t a r a n S f c ( K g / H p - j a m ) K o n v + S p r + S p r + Gambar 9. Kurva konsumsi bahan bakar spesifik Vs putaran. E f f . t e r m a l 2 0 2 2 . 5 2 5 2 7 . 5 3 0 3 2 . 5 3 5 3 7 . 5 4 0 4 2 . 5 4 5 4 7 . 5 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 P u t a r a n E f f . T h e r m a l ( % ) K o n v + S p r + S p r +

(14)

5. Kesimpulan

• Hasil rancang bangun intercooler serta instalasi sistim pendinginnya

cukup efektif untuk menurunkan temperatur udara termampatkan sehingga mampu meningkatkan kinerja motor yang menggunakan sistim force induction.

• Penggunaan supercharger tanpa intercooler , meningkatkan temperatur

udara rata-rata sebesar 89,86% walaupun dihasilkan peningkatan tekanan udara masuk rata-rata 40,01%

• Dengan penambahan intercooler , peningkatan temperatur udara rata-rata

dapat ditekan menjadi 43,37%. Walaupun tekanan udara hasil pemampatan turun menjadi 36,55%, tetapi masih cukup efektif untuk

meningkatkan kinerja motor secara keseluruhan.

• Tanpa intercooler , rata-rata terjadi peningkatan daya keluaran poros, torsi

dan efisiensi termal masing-masing sebesar 10,06%, 10,06% dan 14,86%, sedangkan penurunan rata-rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 12,79%.

• Dengan penambahan intercooler, rata-rata terjadi peningkatan daya

keluaran poros, torsi dan efisiensi termal masing-masing sebesar 19,46%, 19,02% dan 23,03%, sedangkan penurunan rata-rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 19,43%.

Saran

Karena penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium, perlu dipikirkan penempatan perangkat supercharger dan instalasi sistim pendinginnya di dalam ruang kompartemen mesin agar tidak terpengaruh udara panas di kompartemen mesin.

Daftar Pustaka

5. Arismunandar, W., Motor Disel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta, 1989

6. Chan Fen, L., “Pengaruh Penggunaan Supercarjer pada Motor Disel Isuzu Type 4-JA1”, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

Surabaya, 2004.

7. Heizler, H., Advanced Engine Technology, Edward Arnold, 1996.

8. Heywood, J.B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Book Co, 1989.

9. Obert, F.O., Internal Combustion Engines and Air Pollution, Harper & Row Publishers, 1973.

10. Pulkrabek, W.W.,Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engines, Second edition. Pearson Prentice-Hall, 2004.

11. Taylor, C.F., The Internal Combustion Engine in Theory and Practice, Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1977.

(15)

MOTOR DIESEL

Energi dalam bentuk apapun selalu diperlukan. Misalnya kereta api uap yang mendapatkan energinya dengan membakar batu bara / kayu (sekarang

menggunakan bahan bakar diesel atau listrik). Banyak biaya yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi. Pencarian sumber energi baru dan usaha meningkatkan efisiensi terus dilakukan. Penggunaan energi harus konsisten dengan hukum alam yaitu Termodinamika yang merupakan hukum dasar sehubungan dengan Panas dan Kerja

Dalam termo, benda yang menjadi fokus perhatian disebut sistem, sedang yang lainnya di sekitarnya disebut lingkungan (surrounding). Sistem dipisahkan dari lingkungan oleh Boundary (dinding pembatas). Boundary yang memungkinkan adanya aliran panas disebut Diathermal Boundary Boundary yang tidak

memungkinkan adanya aliran panas disebut Adiabatik Boundary

supply energi yang kita miliki adalah : Perpindahan panas (heat) (misal :

pembakaran bahan bakar carbon), sedang yang diperlukan adalah energi mekanik. Maka diperlukan alat yang menyerap panas dari suatu sumber dan

mengkonversikannya menjadi energi mekanik yang disebut: Mesin Panas (Heat Engine).

Proses yang berlangsung dalam suatu mesin panas adalah proses siklus, berarti U2=U1—-> Q = W

[panas(heat) netto masuk ke engine = kerja netto oleh engine] Dalam diagram P-V, proses siklus digambarkan : kurva tertutup, W= luasan kurva,

jika arah kurva: searah jarum jam (C.W), nilai W:+ ; jika arah kurva C.C.W, nilai

(16)

Transformasi energi dalam mesin panas: panas QH disupply ke mesin oleh res. panas (Hot Res), mesin mengkonversi panas Qh menjadi kerja W tetapi ada

sebagian panas yang hilang Qc ke Cold Reservoir 1. Siklus MesinOtto (mesin 4 – langkah)

Udara dan bensin masuk ke silinder melalui Valve Intake saat piston turun (langkah hisap), volume bertambah dari Vmin ke Vmax (rasio kompresi ‘R’ = Vmax/Vmin)

Pada akhir langkah hisap, Valve Intake tertutup dan campuran (udara + bensin) dikompresi selama langkah kompresi hingga Vmin. Kemudian campuran terbakar oleh adanya nyala api busi dan membuat gas berekspansi ke Vmax mendorong piston dan melakukan kerja langka kerja. Akhirnya, Valve Exhaust terbuka dan

sisa pembakaran

ke luar selama langkah pembuangan dan proses terulang kembali — proses siklus.

untuk mengukur tekanan dalam combustion chamber dan volume-nya selama 4-langkah secara keseluruhan, anda akan mendapat diagram seperti gambar 6 (p-V diagram). Diagram tersebut mewakili setiap keadaan gas didalam chamber

Keterangan : TDC : Top Dead Center / titik mati atas

BDC : Bottom Dead Center / titik mati bawah IT : Ignition Temperatur / temperatur bakar

Konstruksi Mesin Otto



Pada mesin otto ruang bakarnya dilengkapi dengan busi yang berfungsi sebagai pembakar mula campuran bahan bakar yang telah mencapai ta\ekanan yang pas

(17)

karburator. Karburator ini berfungsi untuk mengatur percampuran antar bahan bakar dengan uadar kemudian menyemprotkan hasil campuran tersebut kedalam

ruang bakar.

Cara Kerja Mesin Otto (4 – Langkah) 1. Intake Stroke

Pada langkah ini piston bergerak kebawah silinder dan tekanan akan jatuh

(tekanan negatif). Katup masuk (Intake Valve) terbuka. Karena tekanannya yang rendah campuran udara dan bahan bakar terhisap kedalam silinder.

2. Compression Stroke

Pada titik mati bawah (TMB), silinder berada pada volume maksimum dan katup masuk (intake valve) tertutup. Sekarang piston bergerak kearah atas, menuju titik mati atas (TMA) dan mengkompresi campuran udara dan bahan bakar. Tekanan meningkat dan volume berkurang. Kerja yang diperlukan untuk mengkompresi meningkatkan energi dalam campuran – dan temperaturnya meningkat. Karena cepatnya pengkompresian, maka hanya sebagian kecil energi yang ditransfer ke lingkungan.

(18)

3. Power Stroke

Gaya yang dihasilkan menghantarkan piston kebawah menuju cra nk shaft (katup-katup tertutup). Volume meningkat dan tekanan menurun. Tidak ada lagi energi yang ditambahkan dan karena peristiwa ini, energi dalam dari gas meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur.

4. Exhaust StrokeGb : 9 Exhaust Stroke

Pada BDC (titik mati bawah), katup pembuangan gas (exhaust valve) terbuka dan piston bergerak keatas silinder. Tekanan jatuh mendekati tekanan luar dari silinder

karena katup pembuangan gas terbuka. Gas buang meninggalkan silinder. Volume berkurang.

Siklus Mesin Diesel



Mesin diesel adalah mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang beroperasi dengan menggunakan minyak berat sebagai bahan bakar dengan suatu prinsip bahan bakar tersebut disemprotkan (diinjeksikan) kedalam silinder yang

didalamnya sudah terdapat udara dengan tekanan dan suhu yang cukup tinggi sehingga bahan bakar tersebut secara spontan terbakar. Pada mesin diesel ukuran kecil yang dipergunakan secara umum banyak digunakan diameter silinder antara

(19)

60 mm (untuk 2 PS dsb) sampai diameter 120 mm. Amat sulit untuk

memproduksi mesin diesel daya tidak lebih dari 1 PS atau I kW. Hal ini tidak sama dengan mesin gasoline (mesin otto). Hal ini disebabkan terutama karena jumlah bahan bakar yang disemprotkan tidak dapat dikurangi sampai

sekecil-kecilnya ditambah lagi suhu udara yang ditekan naiknya sangat kecil dalam silinder yang isinya kecil.

Mesin diesel mempunyai > mesin Otto, karena R>(T pembakaran lebih tinggi). Cara kerja sama seperti mesin bensin, beda utamanya adalah: selama langkah kompresi, tidak ada bahan bakar dalam silinder. Pada awal langkah kerja, bahan bakar diinjeksikan ke silinder dengan cepat — bahan bakar terbakar secara

spontan karena T yang tinggi saat kompresi Adiabatik (tidak diperlukan busi). Konstruksi Mesin Diesel



Dalam konstruksi mesin diesel, proses awal pembakaran tidak melibatkan initial ignition source atau sumber awal pembakaran yang berupa busi atau yang lainnya. Pada mesin diesel proses pembakarannya terjadi secara sendirinya (self ignition) akibat adanya penambahan tekanan. Namun mesin diesel dilengkapi dengan

sebuah injektor yang berfungsi untuk menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar agar bahan bakar masuk keruang bakar dalam bentuk kabut sehinga mudah sekali terbakar.

(20)

• Cara Kerja Mesin Diesel

• Pada proses intake udara dihisap oleh gerakan piston dari 1 ke 2 yaitu piston yang bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah (BDC).Siklus Aktual Mesin Diesel

• Setelah udara dihisap maka udara di kompresikan secara isentropik dari 2 ke 3, hingga mencapai titik mati atasnya (TDC). Pada keadaan ini udara telah mencapai temperatur bakar bahan bakar sehingga bahan bakar akan mengalami proses 3 ke 4 yaitu ignition pada saat bahan bakar baru di injeksikan. Pada saat bahan bakar diinjeksikan secara konstan maka secara otamatis piston akan mundur secara perlahan-lahan agar tekana didalamnya tidak berubah.

• Setelah itu bahan bakar bercampur dengan uadara maka seketika itu terjadilah combusion (pembakaran) karena udara didalam telah mencapai temperatur bakar dari bahan bakar.

• Bahan bakar tebakar sehingga menyebabkan piston bergerak mundur akibat ledakan yang timbul dari proses pembakaran bahan bakar. Piston mundur dari 4 ke 5 secara isentropik.

• Kemudian piston bergerak maju kembali dari BDC ke TDC untuk melakukan pembuangan dari hasil pembkaran bahan bakar tadi, proses ini dinamakan exhaust

yaitu dari titik 5 ke 6. Proses tersebut terus berulang sesuai dengan urutan yang ada pada siklus. Dimana siklusnya merupakan siklus yang tertutup.

KESIMPULAN

No MOTOR OTTO MOTOR DIESEL

1 Mesinnya lebih ringan Mesinnya lebih Berat

2 Mengahasilkan hasil lebih besar pada rpm yang tinggi Sebaliknya

3 Memakai bahan bakar yang lebih banyak Memakai nahan bakar yang lebih sedikit sekitar 72 % dari pemakain minimum motor bensin

4 Lebih ringan dibanding motor diesel pada volume yang sama Dalam

kenyataannya bahwa solar lebih berat 11 % dan mempunyai kalori 9 % lebih tinggi dari bensin pada volume yang sama

5 Getaran dan suaranya lebih halus Getaran dan suara yang berisik pada beban yang rendah

6 Motor otto bekerja tenang pada beban rendah disamping pemakaian bahan bakar dan udara yang sedikit. Akibatnya tekanan sevara keseluruhan rendah dan proses pembakaran berjalan lambat Kebalikan daripada ini adalah Motor Diesel yang

selalu diisi penuh dengan udara dan tekanan sangat tinggi sekalipun pada beban kecil. Karena itu tekanan naik dengan tiba – tiba karena penyalaan spontan. Hal ini menyebabkan kerja motor diesel tidak halus.

7 Mesin otto siklusnya memiliki proses dua isentropik dan dan dua isokhorik. Mesin diesel siklusnya bekerja pada dua isentropik, satu ishokorik, dan satu isobarik.