Analisis Prosedur Pembesaran Ukuran (Oversize) Diameter
Silinder dan Pengaruhnya Terhadap Daya Mesin
Nurhadi
1, Pondi Udianto
2, Achmad Walid
31,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang 1 [email protected]
Abstract− The condition of the engine cylinder walls are worn causing the cylinder hole so large that there is no compression and the engine underpowered, necessitating replacement of oversized pistons and cylinders. The research purpose to determine the extent of the effect of oversized cylinders to increase engine power. The research used an experimental method in the laboratory using Diesel engine Toyota 1VD-FTV with a cylinder volume: 4,461 cc. The power testing using a Superflow Dynamometer on standard cylinder engine and oversized 50. The research results showed that, on a standard cylinder, the engine power is 114.5 HP, while the oversized 50, the engine power is 116.6 HP. By oversized 50, the power increased 1.1 HP or 0.96%.
Key words: oversize, cylinder, engine power
I.
PENDAHULUAN
Ada dua hal yang melatarbelakangi proses oversize silinder. Pertama, kondisi dinding silinder mesin maupun piston yang sudah aus akibat gesekan. Keausan ini menyebabkan lubang silinder terlalu besar sehingga tidak ada kompresi atau tenaga. Akibatnya, kendaraan sulit berlari kencang. Kondisi seperti ini juga bisa disebabkan oleh faktor usia, yang biasanya terjadi setelah lima tahun pemakaian. Kedua, proses oversize mesin ini sering dilatarbelakangi oleh keinginan untuk menambah tenaga mesin.
Pada penelitian ini akan diteliti sejauh mana pengaruh oversize silinder terhadap daya mesin setelah diuji dengan alat uji daya mesin.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini yaitu: (1) Bagaimana prosedur yang benar untuk
melakukan oversize silinder?
(2) Bagaimana pengaruh oversize terhadap daya mesin?
Batasan Masalah
Batasan-batasan pada penelitian ini yaitu :
(1) Penelitian ini menggunakan mesin diesel 4500 cc (2) Silinder dioversize 50 atau 0,5 mm
(3) Tidak mengukur kualitas gas buang hasil pembakaran
Hipotesis penelitian
H1: Oversize silinder akan meningkatkan daya mesin H0: Oversize silinder tidak akan meningkatkan daya
mesin
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian sebelumnyaWuryantoro (2009) menyimpulkan bahwa dengan oversize 1 mm pada silinder mesin sepeda motor Supra X 125 dapat meningkatkan daya sebesar 12,05 % pada putaran 9000 rpm.
Oversize 1 mm adalah ukuran maksimum, dimana setelah itu jika silinder mengalami keausan lagi, maka silinder sudah tidak bisa dipakai lagi.
B. Pengertian Oversize
Oversize adalah penambahan ukuran diameter silinder. Dengan oversize, ukuran piston menjadi lebih besar dari stándar. Ukurannya dihitung dalam satuan milimeter (mm). Nilai oversize adalah nilai di belakang koma, yaitu 0.25, 0.50, 0.75, dan 1.00 mm.
Biasanya oversize disebabkan karena dinding blok silinder mesin sudah tergores/aus. Jika keausan sudah parah, maka harus digunakan piston dengan ukuran yang jauh lebih besar. Contoh piston yang aus sebagaimana Gambar 1.
Efek dari dinding yang tergores/aus yaitu (1) kompresi mesin turun, BBM akan lebih boros dan tenaga berkurang, (2) piston tidak mampu berjalan mulus, dan (3) terjadi kebocoran pada ring piston sehingga oli akan mengalir ke ruang bakar dan lebih merusak katup, busi, dan kepala piston. (Lopez, 2013:1).
GAMBAR 1. KONDISI PISTON YANG PERLU
DIOVERSIZE (Sumber:Victory,2012:1)
Penambahan ukuran silinder dengan oversize tersebut tergantung pada keausanya. Tetapi oversize juga harus menyesuaikan dengan ukuran piston yang diproduksi oleh pabrik. Oversize yang dilaksanakan harus secara bertahap yaitu dimulai dari 0,25, 0,50,
0,75, dan 1,00, sesuai dengan keausan silindernya. Misal keausan silinder sebesar 0,15 mm maka oversizenya sebesar 0,25 mm. Jika keausan silinder 0, 30 mm maka oversizenya 0,50 mm dan seterusnya. Setelah silinder dioversize, maka piston dan ring piston juga harus diganti sesuai ukuran silinder yang baru. (Kiswati, 2013:1)
C. Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia antara bahan bakar dengan pengoksidasi (oksigen atau udara), yang menghasilkan panas dan cahaya (Wardana,2008;3). Pembakaran dapat juga didefinisikan sebagai reaksi kimia yang terjadi antara bahan bakar dengan udara (oksigen) dengan bantuan energi dari luar (energi aktivasi). Energi tersebut berfungsi sebagai pemutus ikatan-ikatan bahan bakar menjadi radikal (ion) dan sangat reaktif. Ion-ion akan bereaksi dengan oksigen membentuk ikatan yang lebih kuat. Kelebihan energi dari pembentukan ikatan-ikatan tersebut akan dilepas ke dalam sistem, yang kemudian menyebabkan kenaikan temperatur yang sangat tinggi. Proses pembakaran hidrokarbon secara sederhana yaitu campuran Bahan bakar hidrokarbon dengan Pengoksidasi akan menghasilkan produk pembakaran panas. Pengoksidasi yang paling sering digunakan yaitu udara karena tersedia dalam jumlah tak terbatas. Udara terdiri dari unsur O2 dan N2, dimana N2 merupakan unsur inert, yaitu tidak ikut bereaksi baik dengan bahan bakar maupun dengan O2. Skema proses pembakaran sebagaimana
Gambar 2. Bahan bakar Udara Panas Gas buang Panas
GAMBAR 2. SKEMA PEMBAKARAN D. Daya Poros
Daya yang berguna pada motor bakar torak adalah daya poros karena daya ini yang akan menggerakkan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator. (Nuaink's, 2009;4-20)
Sebagian daya indikator ini digunakan untuk mengatasi gesekan mekanik antara komponen-komponen yang saling bergesekan seperti torak dan dinding silinder, poros dengan bantalan dan lain sebagainya. Selain itu pula daya indikator harus menggerakkan aksesori seperti pompa air, pompa pelumas, pompa bahan bakar, kipas pendingin dan generator. Dengan demikian besarnya daya poros adalah :
……….…(1) dimana :
Pe = Daya poros atau daya efektif [PS,kW]. Pi = Daya Indikator [PS,kW].
Pg = Daya gesek [PS,kW]. Pa = Daya aksesoris [PS,kW].
Untuk mengetahui daya poros diperlukan alat ukur torsi atau dinamometer dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol. Data yang didapat dari pengukuran adalah torsi dan putaran, daya poros didapat dengan memasukkan data yang diperoleh ke persamaan (2).
……….(2) dimana :
T = Momen putar [kgm] dan n = Putaran poros engkol [rpm]
Hasil pengujian suatu motor bakar bensin pada bermacam-macam putaran dengan katup gas terbuka penuh sebagaimana Gambar 3..
GAMBAR.3. CONTOH HASIL PENGUJIAN MOTOR BAKAR TORAK PADA BERMACAM-MACAM PUTARAN
DENGAN KATUP THROTTLE TERBUKA PENUH
E. Dinamometer
Dinamometer adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur torsi atau momen puntir poros out-put penggerak mula seperti motor bakar, motor listrik, turbin uap, turbin gas dan lain sebagainya. Tujuan pengukuran torsi ini adalah untuk menentukan besar daya yang bisa dihasilkan penggerak mula tersebut. Prinsip kerja dinamometer secara umum sebagaimana Gambar 4.
GAMBAR 4. PRINSIP KERJA BRAKE DYNAMOMETER Rotor atau bagian yang berputar dihubungkan ke stator menggunakan kopling tak tetap seperti elektromagnetik, hidrolik atau gesekan mekanik, fungsi dari kopling ini untuk mengubah daya mesin menjadi bentuk daya lain agar mudah diukur. Rotor dan stator ini ditumpu oleh bantalan yang memiliki kerugian gesek kecil. Pada bagian stator terdapat
lengan dimana pada ujung lengan tersebut dipasang alat pengukur gaya. Bila rotor berputar maka stator akan ikut berputar akibat hubungan kopling tak tetap tadi, akan tetapi putaran stator ditahan oleh pengukur gaya yang dipasang pada ujung lengan dengan jarak tertentu dari sumbu putar. Pengukur gaya akan mengukur besarnya gaya F (kg) akibat torsi yang diberikan rotor ke stator.
Torsi mesin diperoleh dengan mengalikan besar gaya pada ujung lengan dengan jarak x :
T = Fx………..(3) dimana :
x = Panjang lengan (m)
F = Gaya yang pada ujung lengan (kg)
Daya (P) yang diberikan mesin ke dinamometer diperoleh dengan memasukkan torsi dan putaran yang didapat ke persamaan (2). (Nuaink's, 2009;4-20)
III.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen, yaitu pengujian langsung memakai sarana laboratorium. Eksperimen dilakukan pada mesin Diesel Toyota sebagaimana Gambar 5, dengan spesifikasi:
• Model: 1VD-FTV
• Type: V8 DOHC 32 Valve Variable Geometry Intercooled Turbo Diesel
• Volume silinder: 4,461 cc • Perbandingan kompresi: 16,8:1
• Sistem bahan bakar: Common Rail Direct Injection
• Power maksimum: 151 kW (202 HP) pada 3400 rpm
• Torsi maksimum 430 N·m (317 lb·ft) pada 1200 -3200 rpm
• Silinder oversize 50 atau 0,5 mm.
GAMBAR 5. MESIN 1VD
Alat pengukur unjuk kerja (torsi) motor digunakan dynamometer merk Superflow. Eksperimen dilakukan dengan metode putaran berubah dengan beban pengereman berubah, untuk melihat daya dan torsi maksimum. Instalasi pengujian sebagaimana gambar 6.
GAMBAR 6. INSTALASI PENGUJIAN
A. Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian dilakukan sebagai berikut:
(1) Menghidupkan
motor
dengan
silinder
standar pada putaran idle, menunggu motor
sekitar 5 menit.
(2) Mengatur bukaan gas pada kondisi full
throttle.
(3) Mencari data torsi dan daya mesin
maksimum pada putaran menengah sampai
tinggi. dengan melakukan pengereman
hingga motor pada putaran menengah (2500
rpm), dan secara bertahap mengurangi
pengereman sampai putaran motor menjadi
4000 rpm. Setiap interval 500 rpm,
mencatat besar torsi dan daya yang
ditunjukkan pada dinamometer .
(4) Mengulangi
percobaan
hingga
total
percobaan 3 kali.
(5) Melakukan percobaan yang sama untuk
engine dengan silinder oversize 50.
B.
Hasil Penelitian dan Pembahasan
Prosedur oversize silinderProsedur oversize silinder dilakukan sebagai beikut:
(1) Ukurlah diameter silinder menggunakan
cylinder bore gauge sebagaimana gambar 7.
Pemasangan alat ukur harus tegak lurus
dengan silinder. Jika tidak, maka hasil
pengukuran tidak akurat.
GAMBAR 7. MENGUKUR DIAMETER SILINDER
Engine dynamometer
2 3
1
Nilai
Daya Nilai torsi
(2)
Untuk
mendapatkan hasil pengukuran yang benar maka goyangkan batang cylinder bore hingga mendapatkan pengukuran terkecil. (3) Pengukuran diameter silinder dilakukan padaarah sumbu x dan y, masing-masing pada 3 titik, yaitu bagian atas, tengah dan bawah sebagaimana gambar 8. Hal ini untuk memastikan tingkat keausan atau ketirusan/keovalan silinder. Pengukuran bagian atas dan bawah diambil 10 – 12 mm dari permukaan atas dan bawah silinder blok
GAMBAR 8. MEMBACA PENGUKURAN DIAMETER SILINDER
(4) Pembacaan diambil pada jarum panjang paling jauh bergerak ke arah kanan
(5) Baca alat ukur dengan cermat. Jika A sebagaimana gambar 9 tidak sama dengan B maka silinder dinyatakan oval. Jika ukuran atas tidak sama dengan ukuran bawah maka disebut tirus
GAMBAR 9. POSISI PENGUKURAN DIAMETER SILINDER
(6) Setelah ukuran diameter silinder standar diketahui, lakukan proses oversize. Oversize 50 berarti meningkatkan besarnya diameter silinder sebesar 0,5 mm dari ukuran standar dengan alat pengasah (honing cylinder bore) sebagaimana gambar 10.
GAMBAR 10. MENGASAH SILINDER
(7) Pasang tiang pengasah sedemikian rupa hingga pusat pengasah berada di dalam pusat cylinder bore
(8) Hidupkan alat. Gerakkan alat ke atas dan ke bawah dengan gerakan pendek dengan berkonsentrasi.
(9) Setelah pengasahan, block cylinder harus dicuci dengan air sabun yang panas. Bahan pelarut tidak selalu dapat menghilangkan sisa ampelas yang ada.
Data Pengujian
Data pengujian sebagaimana tabel 1 dan 2.
TABEL 1. DATAPENGUJIANPADAENGINESTANDAR PUTAR
AN
MESIN POWER TORSI
(RPM) (HP) (LBS-FT) 2000 60.3 160 2500 98 196.1 2840 108.6 200.7 3035 114.5 198.1 3346 106.8 167.7 3711 98.1 138.8 3860 80 108.8
TABEL 2. DATAPENGUJIANPADAENGINEOVERSIZE50 PUTAR
AN
MESIN POWER TORSI
(RPM) (HP) (LBS-FT) 2000 62.1 155 2500 100 185 2840 110.6 192 3035 116.6 196.9 3346 110 168 3711 99 130 3860 80 105
Data tersebut selanjutnya dikelompokkan berdasarkan variabel yang dicari, yaitu variabel daya dan tosri pada engine standar dan oversize 50 sebagaimana tabel 3 dan 4.
TABEL 3. DATAPENGUJIANDAYAPADAENGINE
STANDARDANOVERSIZE(HP)
PUTARAN MESIN ENGINE STANDAR ENGINE OVERSIZE (RPM) 2000 60.3 62.1 2500 98 100 2840 108.6 110.6 3035 114.5 116.6 3346 106.8 110 3711 98.1 99 3860 80 81
TABEL 4. DATAPENGUJIANTORSIPADAENGINE
STANDARDANOVERSIZE(LB-FT)
PUTARAN MESIN ENGINE STANDAR ENGINE OVERSIZE (RPM) 2000 160 155 2500 196.1 185 2840 200.7 192 3035 198.1 196.9 3346 167.7 168 3711 138.8 130 3860 108.8 105
Selanjutnya data daya dan torsi yang sudah dikelompokkan tersebut, dibuat grafik sebagaimana gambar 6 dan 7.
GAMBAR 6. GRAFIK MESIN VS PUTARAN
Dari grafik pada gambar 6 terlihat bahwa pada mesin dengan silinder standar, daya maksimum sebesar 114.5 HP tercapai pada putaran 3035 rpm, sedangkan pada mesin dengan silinder oversize 50, pada putaran 3035 rpm daya maksimum sebesar 116.6 HP. Terjadi kenaikan daya mesin sebesar 1,1 HP atau 0,96 %.
Bila dibandingkan, antara engine yang menggunakan silinder standar dengan engine yang menggunakan silinder oversize 50, maka terlihat bahwa pada engine oversize 50 mengalami kenaikan nilai daya. Hal ini terjadi karena dengan oversize silinder, maka berarti volusi/isi silinder menjadi lebih besar, yang artinya jumlah bahan bakar dan udara yang bisa dimasukkan ke silinder lebih besar, sehingga daya meningkat.
Kenaikan daya yang relatif kecil tersebut dapat difahami karena sebenarnya ukuran diameter silinder yang sesungguhnya itu tidaklah tepat sesuai dengan spesifikasinya, tetapi sedikit dibawah spesifikasi, sehingga walaupun diameter silinder diperbesar sampai maksimum oversize 100, maka daya maksimumnya pun tidak akan melebihi daya maksimum dengan silinder spesifikasinya. Misalnya mesin dengan spesifikasi volume silinder 1000 cc, maka volume silinder aktualnya adalah 989 cc. Jika mesin tersebut dioversize, maka kenaikan volume silindernya tidak akan melebihi 1000 cc, sehingga kenaikan nilai dayanya juga tidak akan melebihi daya spesifikasi. Demikian juga dengan mesin yang volume silindernya 4500 cc, maka volume silinder aktualnya juga ˂ 4500 cc, yaitu hanya 4.461 cc, sehingga kenaikan dayanya relatif kecil setelah dioversize. Selain itu, karena baru dioversize, maka faktor gesekan juga meningkat, sehingga memperkecil kenaikan daya porosnya.
GAMBAR 7. GRAFIK TORSI VS PUTARAN Dari grafik pada gambar 7 terlihat bahwa pada mesin dengan silinder standar, torsi maksimum sebesar 200,7 lb-ft tercapai pada putaran 2840 rpm, 0 20 40 60 80 100 120 140 0 2000 4000 6000 D ay a (H P) Putaran (RPM)
Grafik Daya vs Putaran Mesin
silinder standar silinder oversize 50 0 50 100 150 200 250 0 1000 2000 3000 4000 To rsi ( lb s-ft) Putaran (RPM)
Grafik Torsi vs Putaran Mesin
silinder standar silinder oversize 50
sedangkan pada mesin dengan silinder oversize 50, torsi maksimum sebesar 196,9 tercapai pada putaran 3035 rpm. Pada putaran 3035 rpm, torsi mesin dengan silinder standar sebesar 198,1 lb-ft. Terjadi penurunan torsi mesin sebesar 1,2 lb-ft atau 0,61%.
Nilai torsi ssebuah mesin sangat mempengaruhi dayanya. Daya merupakan hasil kali torsi dengan kecepatan sudut putar. Pada putaran yang sama, semakin besar nilai torsi, maka daya juga meningkat. Pada gambar 7 diatas, nilai torsi justru turun sebesar 0,61%. Hal ini faktor gesekan pada mesin yang baru dioversize mengalami peningkatan, sehingga hambatan-hambatan mesin saat berputar meningkat dan menurunkan torsi.
IV.
KESIMPULAN DAN IMPLIKASI
Berdasar pembahasan terhadap hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa, dengan pembesaran diameter silinder (oversize 50), nilai daya meningkat sebesar 1,1 HP dari semula 114,5 HP menjadi 116,6 HP. Peningkatan daya hanya 0,96%. Kenaikan tersebut relatif kecil, karena dengan oversize faktor gesekan mesin akibat penggantian silinder dan piston baru juga meningkat.Oversize bukanlah cara terbaik untuk meningkatkan daya mesin, namun lebih tepat sebagai
metode untuk mengembalikan performa atau daya mesin pada spesifikasinya setelah mengalami keausan/kerusakan silinder.
V.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kiswati, Rini Endang, 2014, Cara Over-Size Piston, [Online],Available: http://www.google.com, diakses pada 10 Maret 2014.
[2] Lopez, Agustavo Fabian, 2014, Apa yang dimaksud dengan Over-Size, [Online],Available: http://www.google.com, diakses pada 10 Maret 2014.
[3] Midiani, Ike, Pengaruh Penambahan Inhibitor CO2 terhadap Batas Mampu Nyala LPG sebagai Refrigeran Alternatif, Tesis Universitas Brawijaya, Malang, 2010. [4] Nuaink's, 2009. Teori dan Dasar Perancangan Brake
Dynamometer Tipe Cakram, Tugas Akhir, [Online], Available: http://www.dynamometer.html, diakses pada 5 April 2012
[5] Victory, Pandji Theoseta, 2012, Oversize Sendiri
Mesin Motormu, [Online], Available: http://www.google.com, diakses pada 10 Maret 2014. [6] Wardana, I.N.G, Bahan Bakar dan Teknologi Pembakaran,
Cetakan Pertama, Danar Wijaya – Brawijaya University Press, Malang, 2008.
