PENGARUH SUHU UDARA YANG MASUK KE RUANG BAKAR TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 1500cc 4 LANGKAH Tugas Akhir - Pengaruh suhu udara yang masuk ke ruang bakar terhadap unjuk kerja motor bensin 1500cc 4 langkah - USD Repository

PENGARUH SUHU UDARA YANG MASUK KE RUANG

BAKAR TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 1500cc

4 LANGKAH

Tugas Akhir

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh

YB. Karisma Pribadi NIM : 035214043

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

THE EFFECT OF AIR TEMPERATURE WHEN ENTERING

COMBUSTION CHAMBER TO PERFORMANCE FROM

4 STROKE GASOLINE ENGINE 1500cc

Final Project

Pressented as partial fulfillment of the requirements to obtain The Sarjana Teknik degree in

Mechanical Engineering

By

YB. Karisma Pribadi Student number : 035214043

Mechanical Engineering Study Program

Mechanical Engineering Department

Engineering Faculty

Sanata Dharma University

Pernyataan

Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 16 Juli 2007

Intisari

Kondisi udara dalam hal ini pengaruh temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar sangat berpengaruh terhadap unjuk kerja dari suatu mesin, hal ini akan dibahas dan dibuktikan dalam penelitian Tugas Akhir ini. Pada penelitian ini akan dibandingkan hasil yang diperoleh dari penggunaan udara dingin, panas, dan normal. Kinerja dari masing-masing metode diatas akan diuji dengan engine testbed mesin bensin guna mengetahui kinerja dari mesin. Pengujian dilakukan dua kali untuk tiap metode kemudian diambil rata-ratanya. Dari data hasil pengujian tersebut dilakukan perhitungan, kemudian dibandingkan dengan grafik. Pengaruh yang dihasilkan untuk tiap-tiap variasi udara juga akan dibahas dalam penelitian Tugas Akhir ini.

Abstract

The condition of air in this case influence of air temperature which enter in combustion chamber have a big effect to performance from machine, this matter will be studied and proved in research of this final project . At this research will be compared the result of which is obtained from usage of cool air, heat, and normal. Performance from each method above will test with engine testbed that is appliance utilize to know performance of machine. The test done twice to every method and then taken the average . From the result of the test, it will be calculated, and then compared to graph. The influence yielded to every air variation also will be discussed in research of this final project.

Kata Pengantar

Puji syukur kepada Allah Bapa di surga yang telah menganugerahkan

berkat, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian

Tugas Akhir yang berjudul ” Pengaruh suhu udara yang masuk ruang bakar

terhadap unjuk kerja motor bensin 1500cc 4 langkah”. Tugas Akhir ini merupakan

salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Dalam Tugas Akhir ini dibandingkan atau dibahas daya yang dihasilkan dan torsi

serta parameter lainnya untuk mengetahui kinerja/prestasi mesin kijang 1500 cc

dengan perubahan suhu udara yang masuk dalam ruang bakar. Dalam kesempatan

ini penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran dan

fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :

1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan

Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Yosef Agung Cahyanta S.T, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin, sekaligus sebagai pembimbing I.

3. Ir. Fx Agus Unggul Santoso selaku Dosen Pembimbing II.

4. Ir. YB. Lukiyanto M. T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

5. Agustinus Roni, selaku Laboran Laboratorium Konversi Energi

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

6. Galih Permadi Siwi, Antonius Aan Ariyanto, yang telah banyak

membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Bapak, Ibu, adik serta keluarga yang telah memberikan cinta, doa restu

dan yang pasti bantuan finansialnya.

8. Yulia Damayanti (Maya), Veny, Novie atas dukungan dan

semangatnya.

9. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir

ini.

Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini tidak terlepas dari kekurangan, oleh

karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun akan selalu diterima

supaya laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi orang lain khususnya

teman-teman yang melaksanakan penelitian tentang motor bakar bensin.

Yogyakarta, 16 Juli 2007

Hormat kami

Daftar Isi

Halaman Judul ...i

Tittle Page ... ii

Halaman Pengesahan Pembimbing ...iii

Halaman Pengesahan ...iv

Halaman Pernyataan ... v

Intisari ...vi

Kata Pengantar ...viii

Daftar Isi ...ix

Daftar Gambar ...xi

Daftar Tabel ...xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 2

1.5 Deskripsi alat ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Uraian ... 5

2.2 Persamaan yang digunakan dalam perhitungan ... 7

3.2 Metode penelitian... 19

3.3 Lokasi Penelitian ... 19

3.4 Alat-alat Pengujian ... 19

3.4.1 Mesin Bensin ... 20

3.5 Langkah Kerja ... 23

3.6 Parameter Dalam Perhitungan Motor Bakar ... 26

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Pengujian dan Perhitungan ... 27

4.1.1 Data Pengujian ... 27

4.1.2 Perhitungan ... 28

4.2 Hasil Perhitungan dan Grafik Hasil Perhitungan ... 50

4.2.1 Tabel Hasil Perhitungan ... 50

4.2.2 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan ... 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 68

5.2 Saran ... 68

Daftar Pustaka ... 69

Daftar Gambar

Gambar 1.1 Deskripsi alat... 3

Gambar 1.2 Penempatan alat percobaan ... 4

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 18

Gambar 3.2 Mesin Toyota 5 K ... 20

Gambar 3.3 Engine Testbed ... 21

Gambar 3.4 Dinamometer... 22

Gambar 3.5 Alat ukur ... 23

Gambar 4.1 Grafik putaran vs torsi ... 53

Gambar 4.2 Grafik putaran vs daya efektif ... 54

Gambar 4.3 Grafik putaran vs daya indikasi ... 54

Gambar 4.4 Grafik putaran vs daya mekanis ... 55

Gambar 4.5 Grafik putaran vs Konsumsi bahan bakar ... 56

Gambar 4.6 Grafik putaran vs tekanan efektif rata-rata... 56

Gambar 4.7 Grafik putaran vs tekanan indikasi ... 57

Gambar 4.8 Grafik putaran vs tekanan mekanis ... 58

Gambar 4.9 Grafik putaran vs massa aliran udara masuk ... 58

Gambar 4.10 Grafik putaran vs Reynold number ... 59

Gambar 4.11 Grafik putaran vs efisiensi pengisisan ... 60

Gambar 4.12 Grafik putaran vs perbandingan udara dan bahan bakar ( AFR ) ... 60

Gambar 4.13 Grafik putaran vs konsumsi bahan bakar spesifik efektif ... 61

Gambar 4.14 Grafik putaran vs konsumsi bahan bakar spesifik indikasi ... 62

Gambar 4.16 Grafik putaran vs kehilangan energi melalui gas buang ... 63

Gambar 4.17 Grafik putaran vs kalor ekivalen dari pemakaian bahan bakar ... 64

Gambar 4.18 Grafik putaran vs Rugi energi melalui gas buang ... 64

Gambar 4.19 Grafik putaran vs kehilangan energi melalui air pendingin ... 65

Gambar 4.20 Grafik putaran vs prosentase kehilangan energi melalui air pendingin ... 66

Daftar Tabel

Tabel 2.1 Massa jenis udara vs temperatur. ... 7

Tabel 2.2 Hubungan antara θ – Ps, θ – ρw ... 12

Tabel 2.3 Hubungan antara θ – υ, θ – γw ... 13

Tabel 4.1 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara panas... 27

Tabel 4.2 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara dingin... 28

Tabel 4.3 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara normal... 28

Tabel 4.4 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara panas ... 50

Tabel 4.5 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara dingin ... 51

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Motor bensin merupakan salah satu jenis mesin pembakaran dalam yang

banyak digunakan sebagai sumber penggerak pada kendaraan. Motor bensin

memperoleh tenaga dari proses pembakaran didalam silinder yang terjadi karena

adanya proses pencampuran antara udara dan bahan bakar serta adanya percikan

bunga api sehingga terjadi tekanan yang tinggi maka ledakan yang terjadi dapat

menghasilkan tenaga.

Seiring dengan perkembangan teknologi kendaraan bermotor maka

manusia dituntut untuk dapat menciptakan mesin yang efisien dan bertenaga,

dalam hal ini menyangkut efisiensi volumetrik dari mesin tersebut. Pengaruh

temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar ikut menentukan unjuk kerja dari

mesin tersebut. Hal ini berhubungan dengan massa jenis udara yang terkandung

dalam udara tersebut, dimana dengan penambahan massa jenis pada udara akan

berpengaruh terhadap performa motor.

Dengan adanya suatu fenomena ini maka penulis melakukan penelitian

pengaruh dari temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar terhadap unjuk

kerja pada mesin bensin dengan cara udara yang didinginkan, dipanaskan, dan

suhu kamar ( normal ).

Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan pembaca

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas maka penulis mencoba untuk meneliti seberapa

besar pengaruh temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar. Dalam hal ini

berlaku persamaan tentang massa jenis yaitu

T R

p

.

=

ρ dimana:

ρ = Massa jenis (_Kg/m3₎

p = Tekanan ( kPa )

R = Konstanta gas (

K Kg

J

. 05 .

287 )

T = Temperatur ( K ) 1.3 Batasan Masalah

Agar penulisan dapat lebih terarah maka dibuat batasan untuk

mempermudah dalam menganalisa, untuk itu penulis memberikan batasan yaitu

pengaruh temperatur udara yang masuk ruang bakar dan daya serta torsi yang

dihasilkan dari masing-masing variasi udara tersebut.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja mesin

menyangkut performa yaitu daya dan torsi dari masing-masing suhu udara

1.5 Deskripsi alat

Gambar 1.1 Alat untuk penelitian Keterangan:

1. Kerangka dari besi profil L. 6. Isolasi dari busa.

2. Heater dengan daya 350W.

3. Pipa tembaga.

4. Pipa besi.

5. Paralon.

Pada gambar 1 merupakan gambar sederhana dari alat untuk penelitian dimana

ada ruang antara pipa besi dan pipa tembaga yang akan diisi oleh fluida air ( air

panas untuk udara panas, air es untuk udara dingin serta tanpa air untuk udara

normal ). Pada pemasukan udara panas digunakan heater untuk memanaskan 1

4

3

2

5 Udara dari _orifice

isolasi

airnya. Alat dipasang pada karburator, pada bagian atas dihubungkan dengan

orifice kemudian bagian bawah terhubung dengan saluran hisap pada karburator.

BAB II DASAR TEORI 2.1 Uraian

Pada penelitian yang saya lakukan ini, yaitu tentang pengaruh suhu udara yang

masuk ke dalam mesin dimana dapat mempengaruhi massa jenis udara tersebut.

Prinsipnya adalah jika udara yang masuk kedalam silinder itu dingin yang berarti

lebih banyak oksigen (ρ besar maka m besar sehingga oksigen yang terkandung didalamnya juga banyak) yang terkandung didalamnya dengan presentase yang

sama sehingga akan dapat menambah daya pada kendaraan dan bila udara yang

masuk itu panas maka oksigen yang terkandung didalamnya akan sedikit sehingga

akan mengurangi daya dari mesin tersebut. Berdasarkan teori, pada setiap

penurunan suhu udara sebesar 10°F pada udara masuk maka akan menghasilkan

penambahan daya sebesar 1% (WWW. Musclecar.Com). Warm Air Intake atau pemasukan dengan udara panasmenghasilkan :

1. Bahan bakar menguap dengan cepat sehingga kecepatan pembakaran

meningkat.

2. Dengan sensor oksigen, mesin bekerja dengan perbandingan

stoichiometrik antara udara dan bahan bakar. Setiap jumlah bahan bakar

yang diberikan dapat disesuaikan dengan jumlah oksigen yang masuk.

WAI menurunkan kepadatan udara, ini berarti bahwa memerlukan udara

Beberapa hal yang diperhatikan dalam pembuatan cold air intake :

• Memperbesar diameter dari saluran masuk, memungkinkan peningkatan

airflow.

• Menghaluskan saluran masuk sehingga mengurangi hambatan udara.

• Menggunakan saringan udara yang lebih efisien.

• Membuat saluran yang lebih singkat menuju intake.

Jadi, dari teori di atas maka dapat menggunakan persamaan dibawah untuk lebih

menjelaskannya.

Keterangan:

P = Tekanan kPa

R = Bilangan Avogadro 8.31447 J/(mol·K)

T = Temperatur K ρ = Massa jenis kg/m3

Dimana, jika nilai P,R konstan dan T berubah-ubah, maka ρ akan berubah pula. Jika T bertambah besar maka nilai dari ρ akan semakin kecil dan begitu pula

Tabel 2.1 Massa jenis udara vs temperatur.

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Density_of_air

2.2 Persamaan yang digunakan dalam perhitungan.

Pada penelitian ini untuk menghitung hasil dari pengambilan data digunakan

persamaan-persamaan dibawah ini :

1. Torsi (T)

Torsi atau momen putar adalah gaya untuk memutar poros engkol.

Besarnya torsi dapat dicari dengan mengalikan gaya yang bekerja (beban pada

dinamometer) dengan panjang lengan pada dinamometer. (Sumber : Ir. Y.B. Impact of temperature

°C c in m/s ρ in kg/m³ - 10 325.4 1.341

- 5 328.5 1.316

0 331.5 1.293

+ 5 334.5 1.269

+ 10 337.5 1.247

+ 15 340.5 1.225

+ 20 343.4 1.204

+ 25 346.3 1.184

Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi

Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

l g m

T= ⋅ ⋅ (kg.m) Keterangan :

m = Massa yang terukur pada dinamometer (kg)

l = Panjang lengan dinamometer (0,35 m)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

2. Daya Efektif

( )

N _e

Menyatakan daya yang diberikan ke poros penggerak oleh motor. (Sumber :

Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 32)

716,2 n . T

N_e= (PS)

Keterangan :

n = Putaran poros mesin (rpm)

3. Tekanan Efektif

( )

P _e

Menyatakan tenaga output mesin tiap satuan volume silinder. Pada proses

pembakaran, campuran bahan bakar dan udara menghasilkan tekanan yang

bekerja pada piston, sehingga menghasilkan langkah kerja. Besaran tekanan yang

bekerja berubah-ubah sepanjang langkah piston tersebut. Jika diambil suatu nilai

tekanan konstan yang bekerja pada piston dan menghasilkan kerja yang sama,

maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata, yang didefinisikan

sebagai kerja per siklus per volume langkah torak. (Sumber : Wiranto Arismunandar,

.z.n.a V

N . 450000 P

L

e

e= (kg/cm 2

)

Keterangan:

L

V = Volume langkah torak per silinder (cm3)

L D 4

π

V_L = 2

D = Diameter silinder (cm)

L = Panjang langkah piston (cm)

z = Jumlah silinder

n = Putaran poros engkol (rpm)

a = Jumlah siklus per putaran,

putaran siklus

= 1 untuk motor 2 langkah

= 2 1

untuk motor 4 langkah

4. Tekanan Indikasi

( )

P_i

Tekanan indikasi adalah tekanan rata-rata indikasi yang bekerja pada

piston selama langkah kerja. (Sumber : Wiranto Arismunandar, Motor Diesel Putaran

Tinggi, Hal 25)

m e i

η

P

P = (kg/cm2₎

m

η = Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0,7 – 0,85 (Sumber : Wiranto

Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 36)

i e m

P P

5. Daya Indikasi

( )

Ni

Daya indikasi adalah daya yang dihasilkan didalam silinder. (Sumber :

Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 28)

450000 a . n . z . V . P N i L

i = (PS)

6. Daya Mekanis

( )

N_m

Daya mekanis disebut juga daya gesek, yaitu selisih antara daya

indikasi dengan daya efektif. (Sumber : Wiranto Arismunandar, Motor Diesel Putaran

Tinggi, Hal 25)

e i

m N N

N = − (PS) 7. Tekanan Mekanis

( )

P_m

Tekanan mekanis adalah selisih antara tekanan indikasi dengan tekanan

efektif. (Sumber : Petrovsky, Marine Internal Combustion, Hal 57)

e i

m P P

P = − (kg/cm2₎

8. Massa aliran udara masuk, ma (kg/s)

(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin,

Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅

⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

s kg

Δp

ρ

2g d 4

π ε α

m_a 2 _a

Keterangan :

α = Koefisien aliran melalui orifice (α = 0,6)

ε = Faktor kompresibilitas udara d = Diameter orifice (0,055m)

ρa = Massa jenis udara basah pada suhu ruang (kg/m3) w a s a n a ρ θ 273 273 760 p p ρ ρ + ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ = ϕ ϕ

ρn = Massa jenis udara kering pada suhu kamar 0 ºC dan tekanan absolut

760 mm Hg (1,293 kg/m3)

Pa = Tekanan atmosfer pada suhu pengujian (mm Hg)

Ps = Tekanan uap jenuh pada suhu pengujian (mm Hg)

( dapat dilihat pada Tabel 2.2 Hubungan antara θ- Ps, θ - ρw )

ρw = Massa jenis uap pada suhu pengujian (kg/m3)

( dapat dilihat pada Tabel 2.2 Hubungan antara θ- Ps, θ - ρw )

θa = Suhu udara ruang (ºC)

ϕ = Kelembaban relatif udara selama pengujian k = Perbandingan kalor spesifik udara (1,4)

Faktor kompressibilitas udara

⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − = + k 1 k a a a a a p 13,59 Δp p 13,59 p 13,59 Δp p 13,59 Δp p 13,59 1 k k ε k 2

ma berlaku jika Re > 7400

υ d π ρ m 4 R a a

e _{⋅ ⋅ ⋅}

⋅ =

( dapat dilihat pada Tabel 2.3 Hubungan antara θ - v , θ - γw )

Tabel 2.2 Hubungan Antara θ – Ps, θ – ρw

θ( ºC ) Ps(mmHg) ρw( kg/m³ ) θ(ºC) Ps(mmHg) ρw(kg/m³)

0,0 4,581 0,00485 20,0 17,530 0,01730

1,0 4,925 0,00520 21,0 18,650 0,01834

2,0 5,292 0,00556 22,0 19,820 0,01943

3,0 5,682 0,00595 23,0 21,070 0,02058

4,0 6,098 0,00636 24,0 22,380 0,02179

5,0 6,540 0,00680 25,0 23,750 0,02306

6,0 7,010 0,00726 26,0 25,210 0,02438

7,0 7,511 0,00775 27,0 26,740 0,02578

8,0 8,042 0,00827 28,0 28,350 0,02725

9,0 8,606 0,00882 29,0 30,040 0,0278

10,0 9,205 0,00940 30,0 31,830 0,03039

11,0 9,840 0,01001 31,0 33,700 0,03207

12,0 10,514 0,01066 32,0 35,670 0,03384

13,0 11,230 0,01135 33,0 37,730 0,03569

14,0 11,980 0,01207 34,0 39,900 0,03762

15,0 12,780 0,01283 35,0 42,180 0,03964

16,0 13,610 0,01364 36,0 44,570 0,04175

17,0 14,530 0,01448 37,0 47,080 0,04396

18,0 15,470 0,01537 38,0 49,700 0,04627

19,0 16,470 0,01631 39,0 52,450 0,04869

20,0 17,530 0,01730 40,0 55,340 0,05120

Tabel 2.3 Hubungan Antara θ – υ, θ – γw

θ ( ºC )

0 10 20 30 40

/s) (m 10 ×

υ 5 2

1,33 1,42 1,51 1,60 1,7

γw ( kg/m³ ) 0,0048 0,0094 0,0173 0,0304 0,0512

Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi,

Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003

9. Effisiensi pengisian, (charging efficiency, ηc)

(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

n V

ρ

60 Z m

η a a

c _{⋅ ⋅}

⋅ ⋅ =

Keterangan :

Z = siklus per putaran,

= 2 untuk mesin 4 langkah

= 1 untuk mesin 2 langkah

V = Volume langkah total silinder (m3)

= 0,001497 m3

10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR)

(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium

Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

f a

Keterangan :

f

m = Konsumsi bahan bakar

ρ

1000 t

3600 b

m_f × _f

⋅ ⋅

= (kg/jam)

b = Volume buret pada pengujian (cc)

t = Waktu yang diperlukan untuk mengosongkan buret

ρf = Berat jenis bahan bakar (Bensin = 0,74 kg/l)

11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif

( )

B _e

Menyatakan ukuran penggunaan bahan bakar oleh motor, pada umumnya

dinyatakan dalam satuan massa bahan bakar per satuan keluaran daya. Atau dapat

juga didefinisikan dengan jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh motor untuk

menghasilkan tenaga 1 HP dalam waktu 1 jam. Besarnya konsumsi bahan bakar

spesifik dinyatakan dengan : (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor

Bakar Torak, Hal 34)

e f e

N m

B = (kg/HP jam)

12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi

( )

B_i

Untuk mengukur banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk

setiap daya yang dihasilkan. (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor

Bakar Torak, Hal 34)

i f i

N m

13. Laju massa gas buang

(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin,

Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

3600

m m

m f

a

g = + (kg/s)

14. Rugi energi pada gas buang (%)

Jumlah energi panas yang hilang bersamaan dengan keluarnya sisa gas

buang dari dalam silinder. (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum

Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma,

2003)

100% Q

Q

η f g

g = ×

Keterangan :

Qg = Energi dalam gas buang .

(

θ θ

)

4,184

( )

kW C

m

Q_g = _g⋅ _p(gas)⋅ _g−out − _g−in ⋅

Cp(gas) = Panas jenis tekanan konstan (kkal/kg ◦C), dapat dilihat pada Gambar

2.1.

θg-in = Suhu udara masuk (°C).

θg-out = Suhu gas buang (°C).

Qf = Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar.

⎟ ⎠ ⎞ ⎜

⎝ ⎛ ⋅ ⋅ =

3600 4,184 m

LHV

Q_{f f}

Gambar 2.1 Hubungan Antara Specific Heat Constant Pressure of Combustion Exhaust Gas (C ) Dengan _pg Temperature Combustion Exhaust Gas (θ_gz)

Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003

15. Rugi energi pada air pendingin

Jumlah energi panas yang hilang melalui air pendingin yang dialirkan ke dalam mesin.(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003).

100% Q

Q

η f w

w = ×

Qw = Energi dalam air pendingin

(

θ θ

)

4,184

( )

kW C

m

Q_w = _w⋅ _p(w)⋅ _wg−out − _w−in ⋅ Keterangan :

mw = Laju air pendingin (kg/jam)

Cp(w) = Panas jenis tekanan konstan air (1 kkal/kg ◦C);

θw-in = Suhu air pendingin masuk (°C)

16. Efisiensi Termal Efektif

( )

η_e

Efisiensi termal efektif adalah daya efektif dibagi dengan hasil kali total

pemakaian bahan bakar per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar.

(Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 33)

LHV . m

632 . N

η f

e e=

17. Efisiensi Termal Indikasi

( )

η_i

Efisiensi termal indikasi adalah daya indikasi dibagi dengan hasil kali total

pemakaian bahan bakar per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar.

(Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 33).

LHV . m

632 . N

η f

BAB III

MATERI DAN METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Mulai

Studi literatur

Persiapan penelitian

Pengambilan data

Analisa data

Pembahasan

Kesimpulan

Selesai

3.2 Metode Penelitian

Keadaan udara yang masuk dalam ruang bakar tentunya akan berpengaruh

terhadap kinerja mesin itu sendiri, disini kondisi udara didinginkan atau

dipanaskan.

Pada penelitian ini dilakukan tiga kali pengambilan data, yaitu data dengan

kondisi udara masukan mengalami pemanasan dan data dengan kondisi udara

masukan mengalami pendinginan serta udara normal. Data-data tersebut diambil

dengan menggunakan mesin dalam kondisi standart hanya saja guna mendukung

dari penelitian ini penulis membuat suatu media berupa tabung yang akan

dipasang pada saluran masuk karburator.

Data-data dari masing-masing percobaan tersebut kemudian diolah dan

dibandingkan. Pembandingan dilakukan dengan perhitungan dan grafik

menggunakan variabel putaran. Dari perhitungan dan grafik tersebut diharapkan

dapat diketahui pengaruh apa saja yang terjadi bila dilakukan percobaan seperti

yang dimaksud.

3.3 Lokasi penelitian

Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan

Teknik Mesin Universitas Satana Dharma Yogyakarta. Dengan menggunakan

mesin Toyota 1500 cc, dengan tipe mesin 5K-Over Head Valve (OHV).

3.4 Alat-alat pengujian

manometer, rotameter, burret, dan tachometer), tak lupa juga keadaan engine pada

keadaan standart (tanpa modifikasi).

3.4.1 Mesin bensin

Dalam penelitian ini mesin yang dipergunakan adalah mesin bensin

dengan kondisi standar dengan spesifikasi sebagai berikut:

Merk / type :Toyota kijang / 5-K

Perbandingan kompresi : 9:1

Volume silinder : 1497 cc

Pendingin :Air

Diameter silinder :80,5 mm

Panjang langkah piston :73,5

Jumlah silinder : 4 silinder segaris (in line)

Gambar 3.2 Mesin Toyota 5-K

Gambar 3.3 Engine testbed

Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Kinerja mesin dilihat dengan memvariasikan suhu udara masuk , yaitu

dengan membandingkan suhu udara yang satu dengan yang lainnya.

Kinerja mesin diuji dengan alat uji yang disebut engine testbed. Dengan engine testbed ini maka daya dan torsi yang dihasilkan oleh mesin serta nilai

konsumsi bahan bakar spesifik minimum dapat diketahui. Alat uji ini terdiri atas

bagian-bagian utama seperti:

Dinamometer

Merupakan alat yang digunakan untuk mengukur daya keluaran mesin.

keluaran mesin dengan jalan membuka gate / penyekat antara sudut rotor dan

stator.

Gambar 3.4 Dinamometer

Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Alat ukur

1. Termokopel, untuk mengukur:

a. Temperatur air yang masuk ke mesin

b. Temperatur air yang keluar dari mesin

c. Temperatur minyak pelumas

d. Temperatur gas buang (exhaust)

2. Preasure guage, untuk mengukur tekanan minyak pelumas

3. Manometer, untuk mengukur penurunan tekanan udara yang melewati orifice

4. Rotameter, untuk mengukur sirkulasi aliran air di dalam mesin

5. Burret, untuk mengukur volume bahan bakar

Gambar 3.5 Alat ukur

Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

3.5 Langkah kerja

Pengambilan data yang pertama dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Memasukkan bahan bakar premium kedalam tangki bahan bakar dan

membuka katup bahan bakar agar dapat mengalir ke mesin.

2. Memeriksa air pendingin di dalam tangki air. Membuka kran air, agar air

dapat bersikulasi di dalam mesin, membuka kran air tambahan agar air

dapat mengalir ke tangki pendingin.

3. Memeriksa oli pelumas mesin agar tetap pada batas yang diijinkan.

4. Menghidupkan mesin dengan memutar kunci kontak.

5. Setelah mesin menyala, putaran mesin diatur sehingga diperoleh kondisi

stasioner, yaitu pada putaran sekitar 600-700 rpm, kemudian

6. Menaikkan putaran mesin, dari kondisi stasioner menjadi 1500 rpm dengan memperbesar bukaan throttle.

7. Selanjutnya mesin diberi pembebanan awal dengan memutar handwheel

pada dinamometer ke kanan.

8. Pada saat mesin dibebani, putaran tetap dijaga pada 3500 rpm, dengan

jalan mengatur bukaan katup throttle.

9. Pada kondisi 3500 rpm dan mesin terbebani, didiamkan dahulu beberapa

saat sampai suhu air pendingin yang keluar dari mesin sekitar 60° C.

Selanjutnya beban ditambah dengan memutar hand wheel dinamometer ke kanan, sambil menjaga putaran tetap pada 3500 rpm, dengan membuka katup

throttle sampai throttle terbuka penuh (putaran mesin tetap 3500 rpm)

Pengujian ini dilaksanakan pada saat throttle terbuka penuh. Setelah mesin dijalankan sesuai pada langkah ke-8 di atas, kemudian dilakukan

langkah-langkah berikut :

1. Mengurangi/menambah beban mesin secara perlahan dengan memutar

handwheel dinamometer sampai putaran yang diinginkan pada pengukuran pertama, yaitu 3500 rpm.

Setelah dinamometer disetimbangkan ( me-level-kan water pas ), kemudian membaca dan mencatat :

• Momen pada dynamometer.

• Waktu untuk mengkonsumsi bahan bakar tiap 100 cc.

• Sikap manometer.

• Debit air pendingin.

• Kelembaban udara pada suhu sekitar (kelembaban kamar).

• Suhu pada lingkungan sekitar (suhu kamar).

• Tekanan udara kamar.

2. Selanjutnya menurunkan putaran mesin sesuai rpm yang dikehendaki dengan

menambah pembebanannya. Dalam pengujian ini dimulai dari 3500, 3000,

2500, 2000, dan 1500 rpm. Pada setiap putaran data-data dicatat secara

bersamaan.

3. Untuk mengakhiri pengujian ini, putaran mesin diturunkan dengan memutar

throttle kekiri dan diikuti dengan mengurangi beban secara perlahan-lahan, hingga putaran tidak lebih dari 2000 rpm dan beban sampai 0 kg. Kemudian

menurunkan lagi putaran mesin hingga mencapai putaran idle 600 rpm. Karena pada penelitian ini dilakukan pengambilan data sebanyak 3 kali, maka

setelah pengambilan data yang pertama selesai, mesin dimatikan terlebih

dahulu dengan tujuan untuk mendinginkan mesin selama 30 menit.

Selanjutnya pengambilan data ke 2, dan ke 3 dilakukan sama seperti

pengambilan data yang pertama (dengan mengulangi langkah kerja ke-5).

Pendinginan mesin harus dilakukan antara pengujian satu ke pengujian yang

3.6 Parameter Dalam Perhitungan Motor Bakar

Data yang diambil pada penelitian Tugas Akhir ini meliputi :

• Putaran mesin.

• Beban pada dinamometer.

• Temperatur air yang masuk ke mesin.

• Temperatur air yang keluar dari mesin.

• Temperatur minyak pelumas.

• Temperatur gas buang.

• Tekanan udara atmosfir.

• Temperatur udara ruang.

• Kelembaban relatif udara selama pengujian.

• Perbedaan tekanan udara yang masuk melalui orifice.

• Debit aliran air pendingin.

• Waktu konsumsi bahan bakar tiap 100 cc.

BAB IV PERHITUNGAN 4.1 Data Pengujian dan Perhitungan

Setelah data berbagai pengujian dari setiap metode diketahui. maka dapat

dibuat perhitungan untuk menggambar grafik prestasi mesinnya. Perhitungan

yang detail untuk contoh perhitungan pada setiap percobaan ituliskan dalam

penelitian Tugas Akhir ini. dan hasil perhitungan untuk data yang lain

ditunjukkan dalam tabel hasil perhitungan. Berdasarkan grafik prestasi mesin

pada masing-masing metode. maka pembahasan dan kesimpulan dapat dibuat.

4.1.1 Data Pengujian

Pengujian pada mesin dengan menggunakan udara panas.dingin. dan

normal. dengan banyaknya pengambilan data masing-masing sebanyak 5 data.

Berikut ini adalah data-data yang diperoleh dari pengujian :

Tabel 4.1 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara panas.

Putaran

mesin Beban Udara ruang Udara masuk

Gas

buang Air pendingin Pelumas

n m ap θa ϕ Δp θ θg θW−in θW−out aliran θp

Waktu konsumsi

Bahan bakar tiap

100cc

No

rpm kg mm Hg ºC % mm

O

H_{2 ºC ºC ºC ºC 1/jam ºC t(s)}

Tabel 4.2 Data pengujian dengan menggunakan udara dingin.

Tabel 4.3 Data pengujian dengan menggunakan udara normal.

4.1.2 Perhitungan

Berdasarkan data yang diperoleh. maka kinerja mesin dapat dicari. Berikut

ini adalah perhitungan untuk mesin dengan menggunakan udara panas pada 1500

rpm :

Putaran

mesin Beban Udara ruang Udara masuk

Gas

buang Air pendingin Pelumas

N m ap θa ϕ Δp θ θg θW−in θW−out aliran θp

Waktu konsumsi

Bahan bakar tiap

100cc

No

rpm kg mm Hg ºC %

Mm

O

H_{2 ºC ºC ºC ºC 1/jam ºC t(s)}

1 3500 20 944 30 60 7,5 24,05 370 28,6 52,9 300 78,25 73,5 2 3000 30 944 30 60 7,125 24,45 383,5 28,7 56,05 260 81,65 76 3 2500 41,5 944 30 60 6,875 24,75 376,5 28,8 59,85 210 82,35 80 4 2000 48,5 944 30 60 6,625 25,75 371,5 28,75 63,45 170 81,65 87,5 5 1500 57,5 944 30 60 6,375 25,65 358,5 28,5 68,35 140 81,1 94,5

Putaran

mesin Beban Udara ruang Udara masuk

Gas

buang Air pendingin Pelumas

n m ap θa ϕ Δp θ θg θW−in θW−out aliran θp

Waktu konsumsi

Bahan bakar tiap

100cc

No

rpm kg mm Hg ºC %

Mm

O

H_{2 ºC ºC ºC ºC 1/jam ºC t(s)}

1. Torsi (T)

T = m . g. l (Nm)

T = 52.5 kg . 9,81 m/s2 . 0,35

= 18,375 kg.m

2. Daya Efektif

( )

N _e

2 , 716 n T

N_e = ⋅ (PS)

2 , 716 1500 375 , 18 ⋅ = e N

= 38,48 PS

= 37,94 HP (1Ps = 0,986 hp)

3. Tekanan Efektif

( )

P_e

a n z V N P L e

e _{⋅ ⋅ ⋅}

⋅

= 450000 (kg/cm2)

L D

V_L 2

4

π

= (cm3)

(

cm

) (

cm

)

V_L 8,05 7,35

4

2_⋅

⋅ =π

= 374,0839 cm3

5 , 0 1500 4 0839 , 374 94 , 37 450000 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = e P

= 15,4314 kg/cm2

4. Tekanan Indikasi

( )

P_i

m e i P P η

m

η = Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0.7 – 0.85. (Sumber : Wiranto

Arismunandar. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Hal 36)

Diambil 0.85

85 , 0

4314 , 15

=

i

P

= 18,1546 kg/cm2

5. Daya Indikasi

( )

N_i

450000

a n z V P

N i L

i

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= (PS)

450000

5 , 0 1500 4 0839 , 374 1546 ,

18 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

i

N

= 45,2757 PS

= 44,6418 HP

6. Daya Mekanis

( )

N_m

e i

m N N

N = − (PS) 366N_m =44,6418−43,

= 6,7013 PS

= 6,6962 HP

7. Tekanan Mekanis

( )

P_m

e i

m P P

P = − (kg/cm2₎

8. Massa aliran udara masuk

( )

m_a

p g

d

m_a =α⋅ε⋅π ⋅ ⋅ 2 ⋅ρ_a⋅Δ 4

2

(kg/s)

Massa jenis udara basah pada suhu ruang

w a s a n a P

P _{ϕ ρ}

θ ϕ ρ ρ + ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ = 273 273

760 (kg/m

3 ) 3 3 / 02725 , 0 68 , 0 28 273 273 760 350 , 28 68 , 0 943 / 293 , 1 m kg mmHg mmHg m kg a ⋅ + + ⋅ ⋅ − ⋅ = ρ

= 1, 43786292 kg/m3 Faktor kompressibilitas udara

⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ Δ − ⋅ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ Δ − ⋅ ⋅ Δ ⋅ ⋅ − = + k k a a k a a a P p P P p P p P k k 1 2 59 , 13 59 , 13 59 , 13 59 , 13 59 , 13 1 ε ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − = + 4 , 1 1 4 , 1 4 , 1 2 943 59 , 13 75 , 6 943 59 , 13 943 59 , 13 75 , 6 943 59 , 13 75 , 6 943 59 , 13 1 4 , 1 4 , 1 ε = 1,00021794

(

0,055

)

2 9,81 / 1,43786292 6,75 4 00021794 , 1 6 ,

0 _{⋅ ⋅ ⋅} 2 _{⋅ ⋅} 2 _{⋅ ⋅}

= m kg s

m_a π

= 0,019665 kg/s

ν π ρ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = d m R a a e 4

(

m s

)

m m kg R_e / 10 582 , 1 055 , 0 14 , 3 / 43786292 , 1 019665 , 0 4 2 5

3⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −

⋅ =

= 20013,5680

9. Effisiensi pengisian. (charging efficiency. ηc)

n V Z m a a

c _{⋅ ⋅}

⋅ ⋅ = ρ η 60 rpm m m kg s kg c 1500 001497 , 0 / 43786292 , 1 60 2 / 019665 , 0 3

3⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

η

= 0,7308

10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR) Konsumsi bahan bakar :

f f p t b m ⋅ ⋅ ⋅ = 1000 3600 (kg/jam) l kg s cm

m_f 0,74 /

1000 92

3600 100 2 _⋅

⋅ ⋅ =

= 2,8956 kg/jam

f a

m m

AFR= ⋅3600

jam kg s kg AFR / 8956 , 2 3600 / 01966 , 0 ⋅ =

11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif

( )

B_e e f e N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_e 9455 , 37 / 8956 , 2 =

= 0,0763 kg/HP.jam

12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi

( )

B_i

i f i

N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_i 64 , 44 / 8956 , 2 =

= 0,0648 kg/HP.jam

13. Laju massa gas buang

( )

G_g

3600 f a g m m

m = + (kg/s)

3600 8956 , 2 01966 , 0 + = g m

= 0,0204 kg/s

14. Rugi energi pada gas buang

f g g Q Q = η

Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ = 3600 184 , 4 f

f LHV m

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ = 3600 184 , 4 8956 , 2 10500 f Q

= 35,33 kW

Energi dalam gas buang

( )⋅

(

−

)

⋅4,184

⋅

= _{g pgas g−out g−in}

g m C

Q θ θ (kW)

(

376,5 45,45

)

4,184 / 25 , 0 / 0204 ,

0 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg s kkal kg C C C

Q_g

= 7,0882 kW

33 , 35 0882 , 7 = g η = 0,2005

15. Rugi energi pada air pendingin

f w w Q Q = η ( )

(

)

3600 184 , 4 ⋅ − ⋅ ⋅

= _{w pw w−out w−in}

w m C

Q θ θ (kW)

(

)

3600 184 , 4 45 , 28 7 , 71 / 1 /

140 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg jam kkal kg C C C Q_w

= 7,0372 kW

33 , 35 0372 , 7 = w η = 0,1991

16. Efisiensi Termal Efektif

( )

η_e

10500 /

8956 , 2

632 9455

, 37

⋅ ⋅ =

jam kg

HP

e η

= 0,7887

17. Efisiensi Termal Indikasi

( )

η_i

LHV m

N

f i

i _⋅

⋅ = 632

η

10500 8956

, 2

632 6418

, 44

⋅ ⋅

= HP

i η

= 0,9279

Berikut adalah perhitungan kinerja mesin dari percobaan dengan menggunakan

udara normal. dengan putaran 1500 rpm:

1. Torsi (T)

T = m . g. l (Nm)

T = 56 kg . 9.81 m/s2 . 0.35 m

= 19,6 kg.m

2. Daya Efektif

( )

N _e

2 , 716

n T

N_e = ⋅ (PS)

2 , 716

1500 6 , 19 ⋅

=

e

N

= 41,0499 PS

3. Tekanan Efektif

( )

P_e a n z V N P L e

e _{⋅ ⋅ ⋅}

⋅

= 450000 (kg/cm2)

L D

V_L 2

4

π

= (cm3)

(

cm

) (

cm

)

V_L 8,05 7,35

4

2_⋅

⋅ =π

= 374,0839 cm3

5 , 0 1500 4 0839 , 374 47 , 40 450000 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = e P

= 16,460 kg/cm2

4. Tekanan Indikasi

( )

P_i

m e i P P η

= (kg/cm2₎

m

η = Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0,7 – 0,85. (Sumber : Wiranto

Arismunandar. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Hal 36)

Diambil 0,85 85 , 0 460 , 16 = i P

= 19,364 kg/cm2

5. Daya Indikasi

( )

N_i

450000 a n z V P

N i L

i

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= (PS)

450000 5 , 0 1500 4 0839 , 374 364 ,

19 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

i

= 48,2941 PS

= 47,6179 HP

6. Daya Mekanis

( )

N_m

e i

m N N

N = − (PS) 4752N_m =47,6179−40, = 7,2441 PS

= 7,1426 HP

7. Tekanan Mekanis

( )

P_m

e i

m P P

P = − (kg/cm2₎

P_m =19,364−16,460 = 2,9047 kg/cm2

8. Massa aliran udara masuk

( )

m_a

p g

d

m_a =α⋅ε⋅π ⋅ ⋅ 2 ⋅ρ_a⋅Δ 4

2

(kg/s)

Massa jenis udara basah pada suhu ruang

w a s a n a P

P _{ϕ ρ}

θ ϕ ρ ρ + ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ = 273 273

760 (kg/m

3 ) 3 3 / 02725 , 0 7 , 0 28 273 273 760 350 , 28 7 , 0 5 , 943 / 293 , 1 m kg mmHg mmHg m kg a ⋅ + + ⋅ ⋅ − ⋅ = ρ

Faktor kompressibilitas udara ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ Δ − ⋅ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ Δ − ⋅ ⋅ Δ ⋅ ⋅ − = + k k a a k a a a P p P P p P p P k k 1 2 59 , 13 59 , 13 59 , 13 59 , 13 59 , 13 1 ε ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − = + 4 , 1 1 4 , 1 4 , 1 2 943 59 , 13 75 , , 6 943 59 , 13 943 59 , 13 75 , 6 943 59 , 13 75 , 6 943 59 , 13 1 4 , 1 4 , 1 ε = 1,00021764

(

0,055

)

2 9,81 / 1,4435528 6,75 4 00021764 , 1 6 ,

0 ⋅ ⋅ ⋅ 2 ⋅ ⋅ 2 ⋅ ⋅

= m kg s

m_a π

= 0,01970 kg/s

ma berlaku jika Re > 7400

ν π⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = d p m R a a e 4

(

m s

)

m m kg R_e / 10 582 , 1 055 , 0 14 , 3 / 4435528 , 1 01970 , 0 4 2 5

3_{⋅ ⋅ ⋅ ⋅} −

⋅ =

= 19974,0799

9. Effisiensi pengisian. (charging efficiency. ηc)

n V p Z m a a

c _{⋅ ⋅}

⋅ ⋅ = 60 η rpm m m kg s kg c 1500 001497 , 0 / 4435528 , 1 60 2 / 01970 , 0 3

3⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

η

10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR) Konsumsi bahan bakar :

f f p t b m ⋅ ⋅ ⋅ = 1000 3600 (kg/jam) l kg s cm

m_f 0,74 /

1000 5 , 91 3600 100 2 ⋅ ⋅ ⋅ =

= 2,9114 kg/jam

f a

m m

AFR= ⋅3600

jam kg s kg AFR / 9114 , 2 3600 / 01970 , 0 ⋅ =

= 24,3639 kg/jam

11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif

( )

B_e

e f e

N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_e 4752 , 40 / 9114 , 2 =

= 0,07193 kg/HP.jam

12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi

( )

B_i

i f i

N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_i 6179 , 47 / 9114 , 2 =

13. Laju massa gas buang

( )

G_g 3600 f a g m m

m = + (kg/s)

3600 9114 , 2 01970 , 0 + = g m

= 0,02051 kg/s

14. Rugi energi pada gas buang

f g g Q Q = η

Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ = 3600 184 , 4 f

f LHV m

Q (kW)

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅

=_{10500 2,9114} 4,184₃₆₀₀

f

Q

= 35,5297 kW Energi dalam gas buang

( )⋅

(

−

)

⋅4,184

⋅

= _{g pgas g−out g−in}

g m C

Q θ θ (kW)

(

375 29,9

)

4,184 / 264 , 0 / 02501 ,

0 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg s kkal kg C C C

Q_g

= 7,8193 kW

5297 , 35 8193 , 7 = g η = 0,2200

15. Rugi energi pada air pendingin

( )

(

)

3600 184 , 4 ⋅ − ⋅ ⋅

= _{w pw w−out w−in}

w m C

Q θ θ (kW)

(

)

3600 184 , 4 28 75 , 70 / 1 /

130 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg jam kkal kg C C C Q_w

= 6,4590 kW

5297 , 35 4590 , 6 = w η = 0,1817

16. Efisiensi Termal Efektif

( )

η_e

LHV m N f e e _⋅ ⋅ = 632 η 10500 / 9114 , 2 632 4752 , 40 ⋅ ⋅ = jam kg HP e η = 0,8367

17. Efisiensi Termal Indikasi

( )

η_i

LHV m N f i i _⋅ ⋅ = 632 η 10500 9114 , 2 632 0192 , 51 ⋅ ⋅ = i η = 1,0547

Berikut adalah perhitungan kinerja mesin dari percobaan dengan menggunakan air

es. dengan putaran 1500 rpm:

1. Torsi (T)

T = m . g. l (Nm)

= 20,125 kg.m

2. Daya Efektif

( )

N _e

2 , 716 n T

N_e = ⋅ (PS)

2 , 716 1500 125 , 20 ⋅ = e N

= 42,1495 PS

= 41,5594 HP (1Ps = 0.986 hp)

3. Tekanan Efektif

( )

P_e

a n z V N P L e

e _{⋅ ⋅ ⋅}

⋅

= 450000 (kg/cm2)

L D

V_L 2

4

π

= (cm3)

(

cm

) (

cm

)

V_L 8,05 7,35

4

2_⋅

⋅ =π

= 374,0839 cm3

5 , 0 1500 4 0839 , 374 5594 , 41 450000 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = e P

= 16,9011 kg/cm2

4. Tekanan Indikasi

( )

P_i

m e i P P η

m

η = Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0,7 – 0,85. (Sumber : Wiranto

Arismunandar. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Hal 36)

Diambil 0,85

85 , 0

9011 , 16

=

i

P

= 19,8836 kg/cm2

5. Daya Indikasi

( )

N_i

450000

a n z V P

N i L

i

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= (PS)

450000

5 , 0 1500 4 0839 , 374 8836 ,

19 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

i

N

= 49,5876 PS

= 48,8934 HP

6. Daya Mekanis

( )

N_m

e i

m N N

N = − (PS) 5594N_m =48,8934−41, = 7,4381 PS

= 7,3340 HP

7. Tekanan Mekanis

( )

P_m

e i

m P P

P = − (kg/cm2₎

8. Massa aliran udara masuk

( )

m_a

p g

d

m_a =α⋅ε⋅π ⋅ ⋅ 2 ⋅ρ_a⋅Δ 4

2

(kg/s)

Massa jenis udara basah pada suhu ruang

w a s a n a P

P _{ϕ ρ}

θ ϕ ρ ρ + ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ = 273 273

760 (kg/m

3 ) 3 3 / 03039 , 0 6 , 0 30 273 273 760 830 , 31 6 , 0 944 / 293 , 1 m kg mmHg mmHg m kg a ⋅ + + ⋅ ⋅ − ⋅ = ρ

= 1, 4359873 kg/m3 Faktor kompressibilitas udara

⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ Δ − ⋅ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅ Δ − ⋅ ⋅ Δ ⋅ ⋅ − = + k k a a k a a a P p P P p P p P k k 1 2 59 , 13 59 , 13 59 , 13 59 , 13 59 , 13 1 ε ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − = + 4 , 1 1 4 , 1 4 , 1 2 944 59 , 13 375 , 6 944 59 , 13 944 59 , 13 375 , 6 944 59 , 13 375 , 6 944 59 , 13 1 4 , 1 4 , 1 ε = 1,0002336

(

0,055

)

2 9,81 / 1,4359873 6,375 4 0002336 , 1 6 ,

0 _{⋅ ⋅ ⋅} 2 _{⋅ ⋅} 2 _{⋅ ⋅}

= m kg s

m_a π

= 0,01909 kg/s

ν π ρ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = d m R a a e 4

(

m s

)

m m kg R_e / 10 582 , 1 055 , 0 14 , 3 / 4359873 , 1 01909 , 0 4 2 5

3⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −

⋅ =

= 19462,6947

9. Effisiensi pengisian. (charging efficiency. ηc)

n V Z m a a

c _{⋅ ⋅}

⋅ ⋅ = ρ η 60 rpm m m kg s kg c 1500 001497 , 0 / 4359873 , 1 60 2 / 01909 , 0 3

3⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

η

= 0,7107

10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR) Konsumsi bahan bakar :

f f p t b m ⋅ ⋅ ⋅ = 1000 3600 (kg/jam) l kg s cm

m_f 0,74 /

1000 5 , 94 3600 100 2 ⋅ ⋅ ⋅ =

= 2,8190 kg/jam

f a

m m

AFR= ⋅3600

jam kg s kg AFR / 8190 , 2 3600 / 01909 , 0 ⋅ =

11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif

( )

B_e e f e N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_e 5594 , 41 / 8190 , 2 =

= 0,06783 kg/HP.jam

12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi

( )

B_i

i f i

N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_i 8934 , 48 / 8190 , 2 =

= 0,05765 kg/HP.jam

13. Laju massa gas buang

( )

G_g

3600 f a g m m

m = + (kg/s)

3600 8190 , 2 01909 , 0 + = g m

= 0,01988 kg/s

14. Rugi energi pada gas buang

f g g Q Q = η

Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ = 3600 184 , 4 f

f LHV m

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ = 3600 184 , 4 8190 , 2 10500 f Q

= 34,4017 kW Energi dalam gas buang

( )⋅

(

−

)

⋅4,184

⋅

= _{g pgas g−out g−in}

g m C

Q θ θ (kW)

(

358,5 25,65

)

4,184 / 264 , 0 / 01988 ,

0 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg s kkal kg C C C

Q_g

= 7,3098 kW

4017 , 34 3098 , 7 = g η = 0,2124

15. Rugi energi pada air pendingin

f w w Q Q = η ( )

(

)

3600 184 , 4 ⋅ − ⋅ ⋅

= _{w pw w−out w−in}

w m C

Q θ θ (kW)

(

)

3600 184 , 4 5 , 28 35 , 68 / 1 /

130 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg jam kkal kg C C C Q_w

= 6,4840 kW

16. Efisiensi Termal Efektif

( )

η_e

LHV m

N

f e

e _⋅

⋅ = 632

η

10500 /

8190 , 2

632 5594

, 41

⋅ ⋅ =

jam kg

HP

e η

= 0,8873

17. Efisiensi Termal Indikasi

( )

η_i

LHV m

N

f i

i _⋅

⋅ = 632

η

10500 8190

, 2

632 0192 , 51

⋅ ⋅ =

i η

4.2 Hasil Perhitungan dan Grafik Hasil Perhitungan 4.2.1 Tabel Hasil Perhitungan

Berikut ini adalah tabel-tabel hasil perhitungan dari mesin yang menggunakan udara panas. dingin. normal.

Tabel 4.4 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara panas

Pengujian 1 2 3 4 5

n (rpm) 3500 3000 2500 2000 1500

T (kg,m) 7 11,375 14 15,75 18,375

Ne (HP) 33,7294 46,9802 48,1848 43,3663 37,9455

Pe (kg/cm2) 5,8786 9,5527 11,7572 13,2269 15,4314

Pi (kg/cm2) 6,9161 11,2385 13,8321 15,5611 18,1546

Ni (HP) 39,6816 55,2708 56,6880 51,0192 44,6418

Nm (HP) 5,9522 8,2906 8,5032 7,6528 6,6962

Pm

(kg/cm2) 1,0374 1,6857 2,0748 2,3341 2,7231

ma(kg/s) 0,02107 0,02072 0,02038 0,02002 0,01966

Re 21443,9776 21095,4922 20741,1373 20380,6073 20013,5680

ηc 0,3356 0,3852 0,4544 0,5582 0,7308

mf (kg/jam) 4,0060 3,9176 3,6 3,1341 2,8956

AFR 18,9352 19,0477 20,3802 23,0028 24,4487 Be

(kg/HP,jam) 0,1187 0,0833 0,0747 0,0722 0,07631

Bi

(kg/HP,jam) 0,10095383 0,07088086 0,06350541 0,06143007 0,06486405

mg (kg/s) 0,02218362 0,02181665 0,02138023 0,2089656 0,0204696

Qg (kW) 8,8037170 9,2330889 8,96504349 7,9424616 7,0882023

Qf (kW) 48,88673 47,80835 43,932 38,24668 35,33660

ηg 0,18008 0,19312 0,204066 0,20766 0,20059

Qw (kW) 8,9433 8,868917 8,11521 7,1128 7,037255

ηw 0,18293 0,18550 0,18472 0,18597 0,19914

ηte 0,50678 0,72180 0,80563 0,83284 0,78875

Tabel 4.5 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara dingin

Pengujian 1 2 3 4 5

n (rpm) 3500 3000 2500 2000 1500

T (kg,m) 7 12,5 14,525 16,975 20,125

Ne (HP) 33,7294 50,5941 49,9917 46,7393 41,5594

Pe (kg/cm2) 5,8786 10,2876 12,1981 14,2557 16,9011

Pi (kg/cm2) 6,9161 12,1030 14,3508 16,7714 19,8836

Ni (HP) 39,6817 59,5224 58,8138 54,9874 48,8934

Nm (HP) 5,9522 8,9283 8,8220 8,2481 7,3340

Pm (kg/cm2) 1,0374 1,8154 2,1526 2,5157 2,9825

ma(kg/s) 0,0207 0,02019 0,0198 0,0194 0,0190

Re 21109,264 20575,088 20211,109 19840,439 19462,694

ηc 0,3303 0,3756 0,4428 0,5434 0,7107

mf (kg/jam) 3,6244 3,5052 3,33 3,0445 2,8190

AFR 20,5749 20,7363 21,4416 23,0216 24,3900

Be

(kg/HP,jam) 0,107457 0,069282 0,066610 0,065139 0,067831

Bi (kg/HP,jam) 0,91339 0,05888 0,05661 0,055368 0,057656

mg (kg/s) 0,02172 0,02116 0,02075 0,02031 0,01988

Qg (kW) 8,58344 8,67990 8,30980 7,93496 7,30983

Qf (kW) 44,2308 42,7758 40,6371 37,1539 34,4017

ηg 0,19406 0,20291 0,20448 0,21357 0,21248

Qw (kW) 8,4726 8,2645 7,5782 6,8559 6,4840

ηw 0,19155 0,19320 0,18648 0,18452 0,18847

ηte 0,56013 0,86877 0,90361 0,92402 0,88375

Tabel 4.6 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara normal

Pengujian 1 2 3 4 5

n (rpm) 3500 3000 2500 2000 1500

T (kg,m) 7 14 15,75 17,675 19,6

Ne (HP) 33,7294 57,8218 54,2079 48,6667 40,4752

Pe (kg/cm2) 5,8786 11,7572 13,2269 14,8434 16,4602

Pi (kg/cm2) 6,9161 13,8321 15,5611 17,4630 19,3649

Ni (HP) 39,6816 68,0256 63,7740 57,2549 47,6179

Nm (HP) 5,9522 10,2038 9,5661 8,5882 7,1426

Pm (kg/cm2) 1,037408 2,074816 2,334168 2,619455 2,904742

ma(kg/s) 0,02111 0,02076 0,02042 0,02006 0,01970

Re 21401,666 21053,847 20700,213 20340,394 19974,079

ηc 0,33496 0,38444 0,45357 0,55711 0,72944

mf (kg/jam) 3,97611 3,86086 3,62448 3,17142 2,91147

AFR 19,11535 19,36602 20,28253 22,77111 24,36396

Be

(kg/HP,jam) 0,11788 0,06677 0,066862 0,065166 0,071932

Bi (kg/HP,jam) 0,10020 0,05675 0,05683 0,05539 0,06114

mg (kg/s) 0,02221 0,02184 0,02142 0,02094 0,02051

Qg (kW) 8,66318 9,09495 9,04266 8,39041 7,81930

Qf (kW) 48,52191 47,11547 44,23085 38,702 35,52970

ηg 0,17854 0,19303 0,20444 0,21679 0,22007

Qw (kW) 7,65323 8,38252 7,62417 6,88035 6,45905

ηw 0,15772 0,17791 0,17237 0,17777 0,18179

ηte 0,51059 0,90143 0,90021 0,92364 0,83676

4.2.2 Grafik Hasil Perhitungan 1. Torsi

Torsi merupakan kemampuan mesin untuk menahan beban. Dalam hal ini

pembebanan dilakukan oleh dynamometer.

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

T

o

rs

i (

K

g

.m

)

dingin panas normal

Gambar 4.1 Grafik putaran vs Torsi

Pada Grafik ini dapat terlihat bahwa torsi yang terbesar yaitu dengan

menggunakan udara dingin sebesar 20,125 Kg.m pada putaran 1500 rpm. Untuk

torsi terkecil yaitu ketika menggunakan udara panas sebesar 18,375 Kg.m pada

1500 rpm. Dari data ini menunjukkan bahwa udara dingin lebih baik dari pada

udara panas dalam menghasilkan torsi.

2. Daya

Besarnya daya yang dihasilkan mesin tergantung pada putaran dan torsi

yang dihasilkan mesin tersebut. karena daya merupakan fungsi dari putaran

0 10 20 30 40 50 60

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

Ne

(

Hp

)

Dingin Panas Normal

Gambar 4.2 Grafik putaran vs Daya efektif

Pada grafik ini menunjukkan bahwa daya terbesar pada 3000 rpm dengan

menggunakan udara biasa. namun pada putaran 1500 rpm daya yang dihasilkan

dengan menggunakan udara dingin lebih baik yaitu sebesar 41,55944 HP. Ada

perbedaan yang signifikan pada ke 3 metode diatas yaitu pada kisaran putaran

2500-3000 rpm.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

Ni

(

Hp

) Dingin

panas Normal

Daya indikasi merupakan daya teoritis yang dapat dihasilkan mesin. Pada grafik

tersebut dapat diketahui bahwa daya indikasi terbesar yaitu dengan udara normal

pada 3000 rpm yaitu sebesar 68,025 HP. Pada penggunaan udara dingin daya

indikasi terbesar pada putaran 1500 rpm yaitu 48,89 HP. untuk udara panas daya

indikasi yang dihasilkan relatif lebih rendah dari 2 metode yang dilakukan.

0 2 4 6 8 10 12

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

D

aya

m

e

kan

is (

N

m

)

Dingin Panas Normal

Gambar 4.4 Grafik putaran vs daya mekanis

Daya mekanis merupakan besarnya daya indikasi yang berkurang karena adanya

gesekan mekanis. Daya mekanis terbesar mencapai 10,20 HP pada 3000 rpm

dengan udara normal. namun pada putaran 1500 rpm daya mekanis lebih besar

3. Konsumsi bahan bakar

2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

k

ons

um

s

i b

a

ha

n ba

k

a

r (

m

f)

Dingin Panas Normal

Gambar 4.5 Grafik putaran vs konsumsi bahan bakar

Mesin dengan pemasukan udara dingin memiliki konsumsi bahan bakar yang

lebih irit dari pada dengan udara normal maupun panas pada setiap putaran.

Dengan udara panas pada putaran 3500 rpm konsumsi bahan bakar lebih banyak

yaitu 4,006 Kg/jam.

4. Tekanan rata-rata

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

P

e (

kg

/cm

2) _Dingin

Panas Norm al

Tekanan maksimum pada mesin terjadi pada putaran 1500 rpm dengan

menggunakan udara dingin yaitu sebesar 16,90 kg/_m2_{. dan akan berkurang}

seiring penurunan putaran mesin. Pada putaran 3500 rpm tekanannya sama yaitu

5,878 kg/m2dengan ke 3 metode yang dilakukan.

0 5 10 15 20 25

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

P

i (

K

g

/cm2)

Dingin Panas Normal

Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Tekanan indikasi

Tekanan indikasi terbesar terjadi pada putaran 1500 rpm dengan udara dingin

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran ( rpm )

P

m

(

K

g

/cm

2)

Dingin Panas Normal

Gambar 4.8 Grafik Putaran vs Tekanan mekanis

Tekanan indikasi terbesar terjadi pada putaran 1500 rpm dengan udara dingin

yaitu sebesar 2,98 kg/m2. namun pada putaran 3000 rpm tekanan indikasi yang dihasilkan oleh udara normal lebih besar yaitu 2,90 kg/_m2_.

5. Massa aliran udara masuk

0.0185 0.019 0.0195 0.02 0.0205 0.021 0.0215

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putar