BAB I
BAB I
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
1.1
1.1 Latar BelakangLatar Belakang
Praktikum merupakan salah satu komponen yang penting dalam proses belajar Praktikum merupakan salah satu komponen yang penting dalam proses belajar mengajar di perguruan tinggi. Tujuan kegiatan praktikum terutama untuk memberikan mengajar di perguruan tinggi. Tujuan kegiatan praktikum terutama untuk memberikan pemahaman
pemahaman yang yang lebih lebih mendalam mendalam kepada kepada para para mahasiswa mahasiswa terhadap terhadap teori teori yang yang telahtelah diberikan dalam proses perkuliahan dikelas. Bentuknya biasanya berupa kegiatan di diberikan dalam proses perkuliahan dikelas. Bentuknya biasanya berupa kegiatan di laboratorium dimana para mahasiswa melakukan percobaan untuk mempraktekkan laboratorium dimana para mahasiswa melakukan percobaan untuk mempraktekkan suatu teori atau karakteristik tertentu dari materi kuliah yang telah diberikan.
suatu teori atau karakteristik tertentu dari materi kuliah yang telah diberikan.
Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian. Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian. Walaupun keduanya sama-sama dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan Walaupun keduanya sama-sama dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan untuk menerapkan teori yang sudah ada dengan tujuan membantu proses belajar untuk menerapkan teori yang sudah ada dengan tujuan membantu proses belajar mengajar. Sedangkan penelitian bertujuan untuk mendapatkan teori baru dalam rangka mengajar. Sedangkan penelitian bertujuan untuk mendapatkan teori baru dalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan.
pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program Dalam program pendidikan perguruan tinggi pendidikan perguruan tinggi jenjangjenjang akademik dalam rangka mendidik calon sarjana
akademik dalam rangka mendidik calon sarjana yang menguasai ilmu pengetahuan yangyang menguasai ilmu pengetahuan yang sudah ada serta mampu
sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahuan.mengembangkan ilmu pengetahuan.
Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di laboratorium, karena objek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan laboratorium, karena objek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan usaha rekayasanya dalam bentuk mekanisme. Kegiatan ini untuk membentuk manusia usaha rekayasanya dalam bentuk mekanisme. Kegiatan ini untuk membentuk manusia dalam melakukan berbagai kegiatan fisik dalam hidupnya. Kegiatan praktikum dapat dalam melakukan berbagai kegiatan fisik dalam hidupnya. Kegiatan praktikum dapat dilaksanakan dengan menggunakan instalasi percobaan seperti model fisik dari dilaksanakan dengan menggunakan instalasi percobaan seperti model fisik dari objeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan
objeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan software software komputer.
komputer.
Praktikum mempunyai peranan penting, terutama untuk membantu memahami Praktikum mempunyai peranan penting, terutama untuk membantu memahami teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasil rekayasa dalam bentuk teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasil rekayasa dalam bentuk rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila hanya diterangkan melalui rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila hanya diterangkan melalui proses perkuliahan di kelas.
proses perkuliahan di kelas. Motor bakar atau
Motor bakar atau internal combustion engineinternal combustion engine merupakan hasil rekayasa merupakan hasil rekayasa mekanisme dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya sampai saat ini, mekanisme dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya sampai saat ini, terutama mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain lain. Motor terutama mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain lain. Motor bakar
engine)
engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine)(spark ignition engine) dan dan motor diesel
motor diesel (compression ignition engine)(compression ignition engine)..
1.2
1.2 Tujuan PraktikumTujuan Praktikum
Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah : Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah : 1.
1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja ( performance performance characteristiccharacteristic ) dari ) dari motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh mahasiswa yaitu :
dilakukan oleh mahasiswa yaitu : a.
a. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif,Karakteristik kinerja antara putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif, dan daya mekanik.
dan daya mekanik. b.
b. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap torsiKarakteristik kinerja antara putaran terhadap torsi c.
c. Karakteristik kinerja antara putaran terhadapKarakteristik kinerja antara putaran terhadap Mean Effective Pressure Mean Effective Pressure (MEP)(MEP) d.
d. Karakteristik kinerja antara putaran terhadapKarakteristik kinerja antara putaran terhadap Spesific Fuel ConsumptionSpesific Fuel Consumption (SFC)(SFC) e.
e. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap efisiensi (ηKarakteristik kinerja antara putaran terhadap efisiensi (ηii,η,ηee,η,ηvv))
f.
f. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap kandungan CO, COKarakteristik kinerja antara putaran terhadap kandungan CO, CO22, O, O22, H, H22O danO dan
N
N22 dalam gas buang. dalam gas buang.
g.
g. Putaran terhadap keseimbangan panas.Putaran terhadap keseimbangan panas. 2.
2. Evaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya denganEvaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian yang ada dalam buku referensi.
karakteristik kinerja yang bersesuaian yang ada dalam buku referensi. 3.
3. Menggambarkan diagramMenggambarkan diagram SankeySankey, yaitu diagram yang menggambarkan, yaitu diagram yang menggambarkan keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar.
keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar. 4.
4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gasMengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gas buang berupa karbon
engine)
engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine)(spark ignition engine) dan dan motor diesel
motor diesel (compression ignition engine)(compression ignition engine)..
1.2
1.2 Tujuan PraktikumTujuan Praktikum
Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah : Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah : 1.
1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja ( performance performance characteristiccharacteristic ) dari ) dari motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh mahasiswa yaitu :
dilakukan oleh mahasiswa yaitu : a.
a. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif,Karakteristik kinerja antara putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif, dan daya mekanik.
dan daya mekanik. b.
b. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap torsiKarakteristik kinerja antara putaran terhadap torsi c.
c. Karakteristik kinerja antara putaran terhadapKarakteristik kinerja antara putaran terhadap Mean Effective Pressure Mean Effective Pressure (MEP)(MEP) d.
d. Karakteristik kinerja antara putaran terhadapKarakteristik kinerja antara putaran terhadap Spesific Fuel ConsumptionSpesific Fuel Consumption (SFC)(SFC) e.
e. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap efisiensi (ηKarakteristik kinerja antara putaran terhadap efisiensi (ηii,η,ηee,η,ηvv))
f.
f. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap kandungan CO, COKarakteristik kinerja antara putaran terhadap kandungan CO, CO22, O, O22, H, H22O danO dan
N
N22 dalam gas buang. dalam gas buang.
g.
g. Putaran terhadap keseimbangan panas.Putaran terhadap keseimbangan panas. 2.
2. Evaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya denganEvaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian yang ada dalam buku referensi.
karakteristik kinerja yang bersesuaian yang ada dalam buku referensi. 3.
3. Menggambarkan diagramMenggambarkan diagram SankeySankey, yaitu diagram yang menggambarkan, yaitu diagram yang menggambarkan keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar.
keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar. 4.
4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gasMengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gas buang berupa karbon
BAB II
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
2.1 Pengertian Motor BakarPengertian Motor Bakar
Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi) . Pada dasarnya mesin kalor energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi) . Pada dasarnya mesin kalor (Heat Engine)
(Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu: dikategorikan menjadi dua (2), yaitu: a.
a. External Combustion Engine External Combustion Engine
Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan lain Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan lain untuk menghasilkan
untuk menghasilkan media yang dapat digumedia yang dapat digunakan untuk menimbulkan dnakan untuk menimbulkan daya sepertiaya seperti turbin uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan daya berasal dari turbin uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan daya berasal dari proses
proses lain lain yang yang terjadi terjadi di di boiler, boiler, di di boiler boiler tersebut tersebut air air dipanaskan dipanaskan sehinggasehingga menghasilkan uap
menghasilkan uap (superheated steam)(superheated steam) dan kemudian uap ini dikirim ke turbin uapdan kemudian uap ini dikirim ke turbin uap untuk menghasilkan daya.
untuk menghasilkan daya. b.
b. Internal Combustion Engine Internal Combustion Engine
Merupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya yang Merupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya yang terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara digunakan terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara digunakan langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang menggunakan piston langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang menggunakan piston seperti
seperti gasoline gasoline engine, engine, diesel diesel engine,engine, dan mesin dengan turbin penggerak (turbindan mesin dengan turbin penggerak (turbin gas).
gas).
2.1.1.
2.1.1. Prinsip Motor BakarPrinsip Motor Bakar
Motor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak. Motor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak. Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang didalamnya terdapat torak yangyang bergerak translasi
bergerak translasi bolak balik. Di bolak balik. Di dalam silinder dalam silinder itulah terjadi itulah terjadi pembakaran antara pembakaran antara bahanbahan bakar dengan oksigen
bakar dengan oksigen dari udara. dari udara. Gas pembakaran Gas pembakaran yang dihasilkan oleh yang dihasilkan oleh proses tersebutproses tersebut mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak).
penghubung (batang penggerak). Gerak Gerak translasi translasi torak torak tadi tadi mengakibatkan gerak mengakibatkan gerak rotasirotasi pada
pada poros poros engkol engkol dan dan sebaliknya. sebaliknya. Berdasarkan Berdasarkan langkah langkah kerjanya, kerjanya, motor motor bakar bakar toraktorak dibedakan menjadi 2, yaitu motor bakar 4
A. Motor Bakar 4 Langkah
Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:
a. Langkah Isap (Suction Stroke)
Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), dengan katup KI (katup isap) terbuka dan katup KB (katup buang) tertutup. Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar pada motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk
ke dalam ruang bakar.
b. Langkah Kompresi (Compression Stroke)
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB tertutup.Sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan dan temperatur di silinder naik.
c. Langkah Ekspansi (Expansion Stroke)
Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada motor bensin busi dinyalakan, atau pada motor diesel bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses pembakaran. Akibatnya tekanan dan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi. Sehingga torak mampu melakukan langkah kerja atau langkah ekspansi. Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada TMA dan berakhir pada posisi TMB saat KB mulai terbuka pada langkah buang. Langkah ekspansi pada proses ini sering disebut dengan power stroke atau langkah kerja.
d. Langkah Buang
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI tertutup dan KB terbuka. Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer. Skema masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.1.
Gambar 2.1 Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 Langkah Sumber: Britannica (2013)
B. Motor Bakar 2 Langkah
Pada motor bakar 2 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 2 kali langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga tidak memiliki katup isap (KI) dan katup buang (KB) dan digantikan oleh lubang isap dan lubang buang. Secara teoritis, pada berat dan displacement yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya 2 kali lipat dari daya motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataannya tidak demikian karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak komplit dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat penggunaan sistem lubang. Tetapi melihat konstruksinya yang lebih simpel dan murah serta memiliki rasio daya-berat dan daya-volume yang tinggi maka motor bakar 2 langkah cocok untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.
a) Langkah Torak dari TMA ke TMB
Sebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin (bahan bakar disemprotkan pada motor diesel) sehingga terjadi proses pembakaran.
Karena proses ini, torak terdorong dari TMA menuju TMB. Langkah ini merupakan langkah kerja dari motor bakar 2 langkah. Saat menuju TMB, piston terlebih dahulu membuka lubang buang, sehingga gas sisa pembakaran te rbuang. Setelah itu dengan gerakan piston yang menuju TMB, lubang isap terbuka dan campuran udara bahan bakar pada motor bensin atau udara pada motor diesel akan masuk ke dalam silinder.
b) Langkah Torak dari TMB ke TMA
Setelah torak mencapai TMB maka torak kembali menuju TMA. Dengan gerakan ini, sebagian gas sisa yang belum terbuang akan didorong keluar sepenuhnya yang disebut scarenging . Selain itu, gerakan piston yang turun menuju TMA menyebabkan terjadinya kompresi yang kemudian akan dilanjutkan dengan pembakaran setelah lubang isap tertutup oleh torak.
2.2 Siklus Termodinamika Motor Bakar
Siklus aktual dari proses kerja motor bakar sangat komplek untuk digambarkan, karena itu pada umumnya siklus motor bakar didekati dalam bentuk siklus udara standar (air standard cycle). Dalam air standard cycle fluida kerja menggunakan udara, dan pembakaran bahan bakar diganti dengan pemberian panas dari luar. Pendinginan dilakukan untuk mengembalikan fluida kerja pada kondisi awal. Semua proses pembentuk siklus udara standar dalam motor bakar adalah proses ideal, yaitu proses
reversibel internal.
2.2.1 Siklus Otto
Siklus standar udara pada motor bensin disebut Siklus Otto, berasal dari nama penemunya, yaitu Nicholas Otto seorang Jerman pada tahun 1876. Diagram P – V dari
Gambar 2.3 Diagram Siklus Otto Ideal
Sumber: Thermodynamics, Cengel, 1994 : 457
Langkah kerja dari Siklus Otto terdiri dari : 1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)
2. Langkah penambahan panas pada volume konstan (2-3) 3. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)
4. Langkah pembuangan panas secara isokhorik (4-1)
Dalam siklus udara standar langkah buang (1-0), dan langkah isap (0-1) tidak diperlukan karena fluida kerja udara tetap berada didalam silinder. Apabila tekanan gas dan volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi torak dapat diuraikan maka dapat digambarkan siklus aktual motor bensin yang bentuknya seperti ditunjukkan pada gambar.
Langkah siklus motor bensin aktual terdiri dari : 1. Langkah Kompresi
2. Langkah pembakaran bahan bakar dan langkah ekspansi 3. Langkah pembuangan
4. Langkah isap
2.2.2 Siklus Diesel
Pada tahun 1890 di Jerman Rudolph Diesel merencanakan sebuah motor dengan menkompresikan udara sampai mencapai temperatur nyala dari bahan bakar, kemudian bahan bakar diinjeksikan dengan laju penyemprotan sedemikian rupa sehingga dihasilkan proses pembakaran pada tekanan konstan. Penyalaan terhadap bahan bakar diakibatkan oleh satu kompresi dan bukan oleh penyalaan busi seperti halnya motor cetus api (S.I Engine)
Gambar 2.5 Diagram P-V dan T-S siklus diesel Sumber: Thermodynamics, Cengel, 1994 : 464
Langkah siklus ini terdiri dari : 1. Langkah isap (0-1) secara isobarik
2. Langkah kompresi (1-2) secara isentropik
3. Langkah pemasukan kalor (2-3) secara isobarik 4. Langkah kerja (3-4) secara isentropik
5. Langkah pelepasan kalor secara isokhorik (4-1) 6. Langkah buang (1-0) secara isobarik
2.2.3 Siklus Trinkler
Siklus trinkler merupakan gabungan antara siklus otto dengan siklus diesel. Pada siklus ini pemasukan kalor sebagian pada volume konstan seperti dalam siklus otto, dan sebagian lagi pada tekanan konstan dalam siklus diesel. Kombinasi demikian merupakan gambaran yang lebih baik pada motor-motor pembakaran dalam modern.
Gambar 2.6 Diagram Siklus Dual Motor Diesel Sumber: Thermodynamics, Cengel, 1994 : 466
Langkah kerja siklus dual motor diesel teoritis terdiri dari : 1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)
2. Langkah pemberian panas pada volume konstan (2-X) 3. Langkah pemberian panas pada tekanan konstan (X-3) 4. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)
5. Langkah pembuangan panas (4-1)
2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk – bentuk hubungan antara indikator kerja sebagai variabel terikat dengan indikator operasionalnya sebagai variabel bebas. Dengan adanya bentuk hubungan antara kedua indikator tersebut maka dapat diketahui kondisi optimum suatu motor bakar harus dioperasikan, atau apakah kondisi suatu motor bakar masih baik dan layak untuk dioperasikan.
2.3.1 Indikator Kerja dan Indikator Operasional Motor Bakar
Beberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk mengetahui kinerja suatu motor bakar diantaranya adalah:
1. Daya Indikatif (Ni)
Daya yang dihasilkan dari reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara yang terjadi di ruang bakar.
z L n D Vd P Ni i 45 , 0
dimana Pi : tekanan indikasi rata-rata (kg/cm²) Vd : volume langkah = .2.
4 (m³)
D : diameter silinder (m) L : panjang langkah torak (m) n : putaran mesin (rpm)
z : jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus untuk 4 langkah z = 2, dan untuk 2 langkah z = 1 2. Daya Efektif (Ne)
Daya efektif motor bakar adalah proporsional dengan perkalian torsi yang terjadi pada poros output (T) dengan putaran kerjanya (n). Karena putaran kerja poros sering berubah terutama pada mesin kendaraan bermotor, besar torsi pada poros (T) yang dapat dijadikan sebagai indikator kinerja motor bakar. Daya ini dihasilkan oleh poros engkol yang merupakan perubahan kalor di ruang bakar menjadi kerja. Daya efektif dirumuskan sebagai berikut
2 , 716 n T Ne dimana T : Torsi (kg . m) n : putaran (rpm)
3. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nf)
Kehilangan daya (Nf) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan bantalan. Ne
Ni Nf
dimana : Ni = Daya Indikatif Ne = Daya efektif Nf = Daya mekanis
4. Tekanan Efektif Rata Rata (MEP)
Tekanan rata-rata di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan menghasilkan daya efektif Ne. Data MEP digunakan untuk mengetahui apakah proses kompresi yang terjadi masih cukup baik, atau untuk mengetahui adanya kebocoran dari dalam silinder.
n i Vd z Neo Pe MEP 0,45 [kg/cm2]
5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari : a. Efisiensi Termal Indikatif
ηi=
Qb
Ni
x 632 x 100 % b. Efisiensi Termal Efektif
ηe= b e Q N x 632 x 100 % c. Efisiensi Mekanis ηm= Ni Ne x 100 % d. Efisiensi Volumetrik ηv = i V n z Gs d a. . . 60 . . x 100 %
6. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), kandungan polutan dalam gas buang dan neraca panas.Indikator operasional motor bakar menunjukkan kondisi operasi dimana motor bakar tersebut dioperasikan. Dua jenis indikator operasional sebagai variabel bebas
1) Putaran kerja mesin (rpm)
2) Beban mesin / Daya efektifnya (Ne) pada putaran kerja konstan
Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas digunakan untuk mesin mesin transportasi, yang biasanya beroperasi pada putaran yang berubah ubah. Sedangkan pengujian motor bakar dengan daya efektif sebagai variabel bebas pada putaran konstan digunakan pada motor bakar stasioner yang biasanya beroperasi pada putaran konstan, terutama pada mesin penggerak generator listrik.
2.3.2 Jenis Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Bentuk hubungan antar masing masing variabel indikator kinerja terhadap variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Data yang digunakan untuk menggambarkan bentuk hubungan antara variabel tersebut dapat berasal dari pengukuran langsung selama pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur. Data seperti putaran mesin dan temperatur dapat diukur langsung, tetapi daya, torsi, dan efisiensi dihitung berdasarkan pengukuran terhadap parameter pembentuknya.
Pada pengujian dengan putaran mesin sebagai variabel bebas, jenis karakteristik kinerja yang sering diperlukan adalah :
1) Putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nf) 2) Putaran terhadap torsi (T)
3) Putaran terhadap Mean Efektif Pressure (MEP) 4) Putaran terhadap spesific fuel consumption (SFC) 5) Putaran terhadap efisiensi (i , e , m , v)
6) Putaran terhadap komposisi CO2, CO , O2 , dan N2 dalam gas buang
7) Putaran terhadap keseimbangan panas 8) Putaran terhadap fuel consumption
Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.
2.4 Karakteristik Kinerja Motor Diesel
2.4.1 Grafik hubungan Putaran dengan Daya Poros dan
F uel Consumption
. a. Grafik Torsi dengan PutaranPada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka torsi semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu. Hal ini disebabkan karena dibutuhkannya momen putar tinggi pada awal putaran poros kemudian terjadi sifat kelembaman sehingga menurun pada putaran
tertentu.
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Putaran dengan daya Poros
Sumber: Arismunandar, Motor Diesel Putaran Tinggi. 1975 : 61
b. Grafik Hubungan antara Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran
Dari grafik 2.7 terlihat bahwa pemakaian bahan bakar yang dimaksud adalah jumlah putaran/ jumlah sirkulasi bahan bakar yang diperlukan untuk daya
mengalami kenaikan. Hal ini dikarenakan konsumsi bahan bakar yang cenderung tinggi karena diperlukan daya yang besar untuk penggerak awal mesin. Pada putaran setelah titik optimum, grafik mengalami kenaikan. Hal ini dikarenakan pembakaran kurang sempurna sehingga daya mengalami penurunan, inilah yang menyebabkan SCF meningkat. Selain itu dengan naiknya putaran maka daya yang dibutuhkan semakin besar
c. Grafik Daya Poros terhadap Putaran
Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi nilai putaran maka daya poros mengalami peningkatan sampai mencapai titik maksimum (titik dimana putaran poros lebih rendah daripada putaran dimana daya indikatornya maksimum), kenaikkan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat dari daya indikasi yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar semakin besar akibat putaran yang terus bertambah. Kemudian mengalami penurunan pada putaran yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan antara piston dengan silinder dalam ruang bakar, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan pompa bahan bakar, generator, pompa air, katup,dsb. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar putaran menyebabkan gesekan yang terjadi juga besar, sehingga beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif
2.4.2 Grafik hubungan antara momen putar (torsi), daya poros, dan MEP
Gambar 2.8 Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEP Sumber: Maleev. 1985. Internal Combustion Engine.
a. Grafik Antara Daya Efektif dan Putaran
Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran, maka daya efektifnya akan mencapai nilai maksimum dengan kata lain daya efektifnya berbanding lurus dengan putaran. Tetapi setelah mencapai titik maksimumnya, nilainya akan menurun. Nilai daya efektif merupakan pengurangan nilai daya indikasi dengan daya mekanis.
b. Grafik Antara Daya Mekanis dan Putaran
Pada grafik terlihat semain tinggi putaran maka daya mekanis cenderung meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya efektif.
c. Grafik Hubungan Mean Efective Pressure dengan Putaran
Pada grafik hubungan putaran dengan MEP terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan putaran. Tetapi setelah mencapai titik ultimate, harga tekanan efetif rata-rata mengalami penurunan.
d. Grafik Hubungan Daya Indikasi dengan Putaran
Pada grafik hubungan daya indikasi dengan putaran terlihat bahwa kurva yang awalnya naik setelah mencapi titik tertentu kurva tersebut akan cenderung menurun. Dikarenakan semakin cepat putaran maka daya yang hilang akibat gesekan juga semain besar sehingga menyebabkan penurunan daya indikasi.
2.4.3 Grafik Hubungan Efisiensi dengan
Compression R asio
Gambar 2.9 Grafik Hubungan Efisiensi dan compression Ratio Sumber: Maleev. 1985. Internal Combustion Engine.
a. Perbandingan Antara Efisiensi Mekanis dengan Compression Ratio
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi mekanis akan semakin menurun, karena putaran berbanding lurus dengan perbandingan kompresi, maka semakin tinggi putaran efisiensi mekanis akan menurun diakibatkan gesekan yang terjadi semakin besar.
b. Perbandingan Efisiensi Indikasi dengan Compression Ratio
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi mekanis akan semakin meningkat. Kenaikkan tersebut dikarenakan perbandingan selisih daya indikasi lebih besar dibandingkan kenaikkan panas
akibat kompresi.
c. Perbandingan Efisiensi Efektif dan Compression Ratio
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi efektif akan semakin meningkat. Pada perbandingan kompresi tertentu efisiensi efektif akan mencapai nilai maksimum dan akan sedikit mengalami penurunan akibat adanya kerugian mekanis.
2.5
Orsat apparatus
Orsat apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur dan menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat mengikat gas tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan pengikat. Masing - masing larutan tersebut adalah :
a. Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2
b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2
c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO
Gambar 2.10 Orsat Apparatus
Pada gambar di atas masing – masing tabung berisi : I. Tabung pengukur pertama berisi larutan CuCl2
II. Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalik III. Tabung ketiga berisi larutan KOH
2.6 Diagram Sankey
Gambar 2.11 Diagram Sankey
Sumber: Arismunandar, Motor Diesel Putaran Tinggi. 1975 : 29
Diagram sankey seperti gambar diatas merupakan diagram yang menjelaskan keseimbangan panas yang masuk dan panas yang keluar serta dimanfaatkan saat pembakaran terjadi. Pada gambar diatas juga menunjukkan bahwa 30-45% dari nilai kalor bahan bakar dapat diubah menjadi kerja efektif. Sisanya merupakan kerugian-kerugian, yaitu kerugian pembuangan (gas buang dengan temperatur 300o – 600o C). kerugian pendinginan dan kerugian mekanis (kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang merupakan beban pendinginan).
Kerugian pembuangan
Gas buang yang bertemperatur 300o – 600oC, merupakan kerugian karena panas/kalor tersebut tidak dimanfaatkan. Selain itu, karena perbedaan temperatur didalam sistem lebih tinggi dibandingkan diluar sistem, menyebabkan temperatur tersebut berpindah / keluar ke lingkungan
Kerugian Pendinginan
Silinder, katup-katup, dan torak akan menjadi panas karena berkontak langsung terhadap gas panas yang bertemperatur tinggi, sehingga dibutuhkan fluida pendinginan berupa air dan udara untuk menjaga komponen tersebut agar tidak rusak, pendinginan ini merupakan kerugian juga karena banyaknya kalor / panas yang hilang akibat diserap oleh fluida pendinginannya
Kerugian Mekanis
Merupakan kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang merupakan beban pendingin.
2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru 2.7.1 Definisi
Common Rail adalah salah satu metode injeksi bahan bakar ke dalam ruang bakar pada mesin diesel dengan sistem penghasil tekanan terpisah dari injektor. Pada
sistem Common Rail semua injeksinya diatur oleh ECU ( Electronic Control Unit ), seperti pengaturan jumlah injeksi, waktu penginjeksian, dan tekanan injeksi yang dapat menghasilkan kerja mesin optimal.
2.7.2 Prinsip Kerja
Gambar 2.12 Prinsip Kerja Common Rail Sumber: Wikipedia (2012)
Pada sistem Common Rail solar dipompa keluar dari tangki oleh pompa bertekanan bertekanan tinggi menuju Rail sebelum dialirkan ke injektor, solar di dalam Rail memiliki tekanan yang seragam disetiap saluran. Penggerak daripada injektor adalah arus listrik dari ECU yang mendapat sinyal dari berbagai sensor pada mesin, seperti sensor temperatur, sensor aliran udara yang masuk, sensor posisi Crank , dll.
2.7.3 Komponen dan Fungsinya
Komponen- komponen pada sistem Common Rail : 1. Electric Feed Pump
Electric Feed Pump yang memberikan supply bahan bakar dari Fuel Tank ke Unit Pompa Utama.
Gambar 2.13 Electric Feed Pump Sumber : NauticExpo (2016)
2. Fuel Filter
Menyaring partikel kotoran dalam bahan bakar, agar tidak menyumbat lubang injektor yang sangat kecil.
Gambar 2.14 Fuel Filter Sumber : NauticExpo (2016)
3. High Pressure Pump
Pompa Utama yang merupakan jantung dari sistem kerja Common Rail ini mempu memasok bahan bakar ke dalam Rail dengan tekanan yang sangat tinggi.
Gambar 2.15 High Pressure Pump Sumber : BoschAutomotive (2016)
4. Rail
Terminologi Common Rail dimana bahan bakar yang masuk di dalamnya disimpan sementara untuk kemudian di salurkan ke injektor ke dalam ruang bakar sesuai dengan perintah dari ECU.
Gambar 2.16 Rail
5. Injektor
Berfungsi untuk menyemprotkan bahan bakar bertekanan tinggi dengan kerapatan yang kecil, sehingga menghasilkan kabut solar yang sempurna.
Gambar 2.16 Injektor
Sumber : Wikipedia (2016)
6. ECU ( Electronic Control Unit )
Bertugas mengatur timing buka tutup injektor, serta durasi buka tutup. Alat ini terhubung dengan beberapa perangkat sensor-sensor yang terdapat pada mesin dan bagian-bagian lainnya (tekanan turbo, pedal gas, beban mesin, suhu bahan bakar, dll).
Gambar 2.17 Electronic Control Unit Sumber : Wikipedia (2016)
2.7.4
2.7.4 Keuntungan Keuntungan dan dan KekuranganKekurangan A.
A. KeuntunganKeuntungan 1.
1. Memberikan peningkatan kinerja, menurunkan konsumsi bahan bakar, danMemberikan peningkatan kinerja, menurunkan konsumsi bahan bakar, dan membuat getaran mesin lebih halus
membuat getaran mesin lebih halus 2.
2. Peningkatan atomisasi bahan bakar, sehingga meningkatkan pengapian danPeningkatan atomisasi bahan bakar, sehingga meningkatkan pengapian dan pembakaran dalam mesin
pembakaran dalam mesin 3.
3. Waktu pembakaran yang lebih sempurna, sehingga menghasilkan tenaga mesinWaktu pembakaran yang lebih sempurna, sehingga menghasilkan tenaga mesin yang jauh lebih baik.
yang jauh lebih baik. B.
B. KekuranganKekurangan 1.
1. Instalasi mesin rumit, karena terdapat banyak komponenInstalasi mesin rumit, karena terdapat banyak komponen 2.
2. Harus menggunakan BBM Solar berkualitas tinggi, penggunaan solar biasaHarus menggunakan BBM Solar berkualitas tinggi, penggunaan solar biasa dapat membuat injektor mampet dan jebol.
dapat membuat injektor mampet dan jebol.
2.7.5
2.7.5 Aplikasi Aplikasi dan dan Cara Cara PerawatanPerawatan Sistem
Sistem Common RailCommon Rail ini sudah banyak diaplikasikan hampir seluruh produsenini sudah banyak diaplikasikan hampir seluruh produsen mobil didunia. Tiap-tiap pabrik mempunyai nama masing-masing untuk teknologi ini, mobil didunia. Tiap-tiap pabrik mempunyai nama masing-masing untuk teknologi ini, contohnya Honda (i-CTDi), Isuzu (iTEQ), Mazda (MZR-CD), Nissan (dCi), dll. Untuk contohnya Honda (i-CTDi), Isuzu (iTEQ), Mazda (MZR-CD), Nissan (dCi), dll. Untuk perawatan yang bisa dilakukan adalah rajin mengganti filter solar dan mengecek kondisi perawatan yang bisa dilakukan adalah rajin mengganti filter solar dan mengecek kondisi
injektor. injektor.
BAB III
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1
3.1 Pelaksanaan PraktikumPelaksanaan Praktikum 3.1.1
3.1.1 Instalasi Percobaaan Motor DieselInstalasi Percobaaan Motor Diesel
Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (
Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (test rig test rig ) lengkap,) lengkap, yang terdiri dari :
yang terdiri dari :
Instalasi Percobaan Motor DieselInstalasi Percobaan Motor Diesel
Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian.Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian.
Instrumen Instrumen pengukur pengukur berbagai berbagai variabel yvariabel yang ang diperlukan diperlukan (alat uk(alat ukur ur kelembaban,kelembaban, higrometer, aeorometer, orsat apparatus).
higrometer, aeorometer, orsat apparatus).
Peralatan bantu seperti instalasi air pendingin dan penyaluran gas buang.Peralatan bantu seperti instalasi air pendingin dan penyaluran gas buang.
Unit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, dengan Unit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, dengan spesifikasi sebagai berikut :
spesifikasi sebagai berikut : o
o Siklus Siklus : : 4 4 langkahlangkah o
o Jumlah Jumlah silinder silinder : : 44 o
o Volume Volume langkah langkah torak torak total total : : 2164 2164 cmcm33 o
o Diameter Diameter silinder silinder : : 83 83 mmmm o
o Panjang Panjang langkah langkah torak torak : : 100 100 mmmm o
o Perbandingan Perbandingan kompresi kompresi : : 22 22 : : 11 o
o Bahan Bahan bakar bakar : : DexliteDexlite o
o Pendingin Pendingin : : AirAir o
o Daya Daya Poros Poros : 47 : 47 BHP BHP / / 3200 3200 rpmrpm o
o Merk Merk : : Nissan, Nissan, Tokyo Tokyo Co.Ltd.Co.Ltd. o
o Model Model : : DWEDWE – – 47 47 – – 50 50 – – HS HS – – AV AV o
Gambar 3.1 Skema Instalasi Motor Diesel Gambar 3.1 Skema Instalasi Motor Diesel
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
3.1.2
3.1.2 Alat Ukur dan FungsinyaAlat Ukur dan Fungsinya
Alat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut : Alat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut : a.
a. Orsat apparatusOrsat apparatus
Digunakan untuk mengukur dan menganalisa gas buang (%). Digunakan untuk mengukur dan menganalisa gas buang (%).
Gambar 3.2
Gambar 3.2 Orsat apparatusOrsat apparatus
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
b. Barometer
Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer (mmHg).
Gambar 3.3 Barometer
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
c. Aerometer
Digunakan untuk mengukur massa jenis bahan bakar (kg/m3).
Gambar 3.4 Aerometer
d. Flash Point
Digunakan untuk mengetahui titik nyala api suatu bahan bakar (oC).
Gambar 3.5 Flash Point
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
e. Diesel Engine Test Bed
Digunakan untuk mengetahui parameter-parameter yang menunjukkan karakteristik motor bakar.
Gambar 3.6 Diesel Engine Test Bed
f. Stopwatch
Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar (s)
Gambar 3.7 Stopwatch
Sumber:Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
g. Hygrometer
Digunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara (%).
Gambar 3.8 Hygrometer
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawija ya
h. Dynamometer
Digunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros (Kg).
Gambar 3.9 Dynamometer
i. Tachometer
Digunakan untuk menghitung putaran mesin (rpm)
Gambar 3.10 Tachometer
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
j. Flowmeter air pendinginan
Digunakan untuk mengukur debit aliran air pendinginan (liter/jam).
Gambar 3.11 Flowmeter air pendinginan
k. Flowmeter Bahan Bakar
Digunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml).
Gambar 3.12 Flowmeter bahan bakar
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya l. Manometer
Digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam system ( mmH2O).
Gambar 3.13 Manometer
m. Viscometer
Digunakan untuk mengukur viskositas fluida (η).
Gambar 3.14 Viscometer
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya n. Bomb calorimeter
Digunakan untuk mengetahui kalor bahan bakar (Kcal/K g)
Gambar 3.15 Bomb Calorimeter
3.2 Prosedur Pengambilan Data Praktikum
Setiap kelompok praktikum melaksanakan sendiri semua proses pengujian dan pengambilan data yang diperlukan untuk memenuhi tujuan praktikum di atas. Dalam melaksanakan proses pengujian tersebut, mahasiswa harus mengikuti semua aturan dan tata tertib yang berlaku di laboratorium dan mengikuti semua petunjuk asisten laboratorium yang bertugas.
Metode percobaan dengan variasi putaran, parameter yang diukur adalah : 1. Gaya Pengereman
2. Tekanan Masuk Nozzle
3. Perbedaan Tekanan Masuk dan Keluar Nozzle 4. Suhu Udara
5. Suhu Gas Buang
6. Suhu Air Masuk dan Air keluar 7. Debit Bahan Bakar
8. Volume Gas Buang
9. Volume Gas Hasil Pembakaran 10. Tekanan Udara
3.2.1 Prosedur Pengujian Motor Bakar 1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasi
a. Nyalakan pompa pengisi untuk mengisi air dalam tangki sampai level air mencapai tinggi aman.
b. Buka kran air pada pipa-pipa yang mengalirkan air ke mesin dan ke dinamometer. c. Atur debit air yang mengalir pada flowmeter pada debit tertentu dengan mengatur
bukaan kran pada flowmeter.
d. Tekan switch power untuk menghidupkan alat-alat ukur.
e. Hidupkan alarm dinamometer yang akan memberitahu jika terjadi overheating dan level air kurang.
f. Nyalakan dinamo power control dan atur kondisi poros mesin dalam keadaan tanpa beban.
2. Cara Menghidupkan Mesin
a. Setelah semua persiapan di atas dipenuhi, nyalakan kunci kontak pada posisi memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal menyala.
b. Putar posisi kunci ke posisi START sambil throttle valve dibuka sedikit sampai mesin menyala (seperti menyalakan mesin mobil).
c. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat untuk menstabilkan kondisi mesin.
3. Cara Mengambil Data
a. Atur bukaan throttle pada bukaan yang diinginkan dengan membaca throttle valve indikator (%)
b. Atur putaran mesin (rpm) dengan mengatur pembebanan pada dinamometer sampai mendapatkan putaran yang diinginkan.
c. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang diperlukan.
3.2.2 Prosedur Penggunaan
Orsat Apparatus
Gambar 3.16 Orsat Apparatus
Cara penggunaan Orsat Apparatus :
1. Set ketiga tabung I, II, III pada ketinggian tertentu dengan membuka keran A, B, C dan mengatur tinggi larutan pada tabung I, II, III dengan menaik – turunkan gelas B, kemudian tutup keran A, B, C setelah didapatkan tinggi yang diinginkan. Posisi ini ditetapkan sebagai titik acuan.
2. Naikkan air yang ada pada tabung ukur C sampai ketinggian air mencapai 50 ml dengan cara membuka keran H dengan menaikkan gelas B. Setelah didapatkan tinggi yang diinginkan, tutuplah kembali keran H.
3. Ambil gas buang dari saluran gas buang untuk diukur, salurkan melalui selang yang dimasukkan ke dalam pipa H.
4. Buka keran H sehingga gas buang akan masuk dan mengakibatkan tinggi air yang ada di tabung ukur C akan berkurang.
5. Setelah tinggi air pada tabung ukur turun sebanyak 50 ml (sampai perubahan air mencapai angka 0) tutuplah keran H dan kita sudah memasukkan volume gas buang sebanyak 50 ml.
6. Untuk mengukur kandungan CO2 buka keran A supaya gas buang bereaksi dengan
larutan yang ada pada tabung III dengan mengangkat dan menurunkan gelas B sebanyak 5 – 7 kali.
7. Setelah 5 – 7 kali kembalikan posisi larutan III ke posisi acuan pada saat set awal dan tutup keran C setelah didapatkan posisi yang diinginkan.
8. Baca kenaikan permukaan air yang ada pada tabung ukur C. Kenaikan permukaan air merupakan volume CO2 yang ada pada 50 ml gas buang yang kita ukur.
9. Untuk mengukur kandungan O2 dan CO ulangi langkah 6 dan langkah 7 untuk
keran B dan keran A pada tabung II dan tabung I.
10. Baca kenaikan permukaan air pada tabung ukur C dengan acuan dari tinggi permukaan air sebelumnya.
3.2.3 Rumus Perhitungan
Adapun rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan adalah sebagai berikut :
1. Momen Torsi
l F
T (kg.m) Dimana : F : besar gaya putar (kg)
l : panjang lengan dinamometer = 0,358 (m)
2. Daya Efektif 2 , 716 n T Ne (PS) Dimana : n : putaran (rpm) Ne : daya efektif (PS)
T : momen torsi (kg.m)
3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS Ne k Neo
.
(PS) 293 273 749
Pw Pa k ; Ps Pw .
Dimana : Neo : daya efektif yang dikonfersi dalam JIS (PS) k : faktor konversi
Ne : daya efektif (PS)
Pa : tekanan atmosfir pengukuran (mmHg) Pw : tekanan uap parsial (mmHg)
: rata-rata temperatur ruangan saat pengujian (°C) : kelembamam udara (%)
4. Tekanan Efektif rata-rata ( Pe ) Pe = n i Vd z Neo 0,45 [ kg/cm2 ]
Dimana : Pe : tekanan efektif Neo : daya efektif (PS)
z : jumlah putaran poros engkol n : putaran poros engkol (rpm) i : langkah mesin Vd : volume langkah (m3) 5. Fuel Consumption 1000 3600 t V FC [ kg/jam ] ρ dexlite = 0,836 gr/mL
Dimana : : Konsumsi bahan bakar (kg/jam) : Satuan bahan bakar (ml)
: Massa jenis bahan bakar (gr/ml) T : Waktu konsumsi bahan bakar (s)
6. Panas Hasil Pembakaran
BahanBakar
LHV
FC
Qb
.
( ) Jam kcalDimana : Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam) FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
BahanBakar
LHV : Low Heating Valve (kcal/kg)
7. Berat Jenis udara
w o a Ps Pa . 273 273 760 . . Dimana : Pa : Tekanan atmosfer pengukuran (mmHg)
: Relative Humidity / Kelembapan Relatif (%) o : Berat jenis udara kering pada 760 mmHg
: Temperatur bola kering(oC)
8. Koefisien Udara 1 2 1 P P P
Dimana : P 1 P : beda tekanan pada nozzle (mmH2O)
1
P : tekanan atmosfer saat pengujian (mmHg) : koefisien udara
9. Massa alir udara melalui nozzle
1 2
2 . . 2 4 . . .P
P
g
d
Gs
a (kg/s) Dimana : Gs : Massa alir udara melalui nozzle (kg/s)α : Koefisien kemiringan nozzle = 0,822 ɛ : Koefisien udara
d : diameter nozzle = 0,048 m g : Gaya gravitasi = 9,81m/s2
a
: Berat jenis udara (kg/m3)
1 – 2 : Perbedaan tekanan pada nozzle
10. Massa Alir gas buang
3600 FC Gs
Gg (kg/s)
Dimana : Gg : massa alir gas buang (kg/s)
Gs : massa alir udara melalui nozzle (kg/s) FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
11. Panas yang terbawa gas buang
Teg
Tud
Cpg
Gg
Qeg
.
.
X 3600 (kcal/jam)Dimana : C pg : panas jenis gas buang (kcal/kg.oC)
Teg : suhu gas buang (°C)
Tud : temperatur(°C)
Gg : massa alir gas buang (kg/s)
Qeg : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold ( g )
% 100
x
Qb
Qeg
g Dimana : g : efisiensi kerugian (%)
Qeg : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
Q b : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
13. Kerugian Panas Pendinginan (Qw)
Qw=ρ.Ww.C pw (Two-Twi) (kcal/jam)
Dimana : ρ : Massa jenis air = 1 kg/liter
Ww : debit air pendinginan (liter/jam)
C pw : panas jenis air = 1 kcal/kg.oC
Two : temperatur air keluar (oC)
Twi : temperatur air masuk (oC)
14. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water ( w)
% 100
x
Qb
Qw
w Dimana : w : efisiensi kerugian panas (%)
Qw : kerugian panas pendinginan (kcal/jam)
15. Efisiensi Thermal Efektif ( e) % 100 632
x
x
Qb
Ne
e Dimana : e : efisiensi efektif (%) Ne : daya efektif (PS)
Q b : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
16. Efisiensi Friction ( f ) e w g f 100%
Dimana : f : efisiensi gesekan (%)
g
: efisiensi kerugian (%)
w
: efisiensi kerugian panas (%)
e
: efisiensi efektif (%)
17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar (Qf )
632 .
FC
LHV
Qf
BB (kcal/jam)Dimana : LHV BahanBakar : Low Heating Valve (kcal/kg)
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam) 18. Daya Friction
% 100
xQf
Nf
fDimana : Nf : daya mekanis (PS)
f
: efisiensi gesekan (%)
19. Daya Indikasi
Nf Ne
Ni
Dimana : Ni : daya indikasi (PS) Ne : daya efektif (PS) Nf : daya mekanis (PS)
20. Spesific Fuel Consumption Effective
Ne FC SFCe
Dimana : SFCe : Spesific Fuel Consumption Effective FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam) Ne : daya efektif (PS)
21. Spesific Fuel Consumption Indicated
Ni FC SFCi
Dimana : SFCi : Spesific Fuel Consumption Indicated FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam) Ni : daya indikatif (PS)
22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif Ne
Qe 632.
Dimana : Qe : panas efektif (kcal/jam)
Ne : daya efektif (PS)
23. Panas yang hilang karena sebab lain
Qe
Qw
Qeg
Qb
Qpp
Dimana : Q pp : panas yang hilang karena sebab lain (kcal/jam)
Qeg : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
Qw : kerugian panas pendinginan (kcal/jam)
Qe : panas efektif (kcal/jam)
24. Efisiensi Thermal Indikasi % 100 632
x
x
Qb
Ni
i Dimana : i : efisiensi indikasi (%)
Ni : daya indikasi (PS)
Q b : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
25. Efisiensi Mekanis % 100 x Ni Ne m
Dimana : m : efisiensi mekanis (%)
Ni : daya indikasif (PS) Ne : daya efektif (PS)
26. Efisiensi Volumetrik % 100 . . . 60 . . x i Vd n z Gs a v
Dimana : v : efisiensi volumetric (%)
z : jumlah poros engkol Vd : volume engkol (m3) I : langkah mesin
Gs : massa alir udara melalui nozzle (kg/s) n : putaran poros (rpm)
27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar 3600 x FC Gs R
Dimana : R : rasio udara bahan bakar
Gs : aliran udara melalui nozzle (kg/s) FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis
2 2
2 2 2 4 76 , 3 2 76 , 3 4 N O H CO N O H C
H M C M N M O M F A Ro s
2 2 4 76 , 3 4 ) / (Dimana : Ro : Rasio udara bahan bakar teoritis
2
O
M : Massa relatif oksigen
2
N
M : Massa relatif nitrogen C
M : Massa relatif karbon H
M : Massa relatif hidrogen
29. Faktor Kelebihan Udara
Ro R
Dimana : : faktor kelebihan udara R : rasio udara bahan bakar
Ro : rasio udara dalam bahan bakar teoritis
30. Faktor Koreksi Standard
5 , 0 st st T T P P A = 5 , 0 273 273 st st T T P P
Dimana : A : faktor koreksi
Pst : tekanan atmosfer = 760 mmHg
Tst : 25 ˚C
P : tekanan udara atsmosfer (mmHg) T : temperatur ruangan (oC)
31. Daya Efektif Standard
Ne ANest
.
Dimana :
Ne st : daya efektif standar (PS)A : faktor koreksi Ne : daya efektif (PS)
32. Torsi Efektif Standard
T ATst
.
Dimana :
T st : torsi efektif standar (kg.m)A : faktor koreksi T : torsi (kg.m)
33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard
A SFCe SFCe st
Dimana :
SFCe
st : Pemakaian Bahan Bakar Efektif StandarSFCe : Spesific Fuel Consumption Effective A : faktor koreksi
34. Analisa Gas Buang
Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
% CO2 =
Veg
Vco
2 x 100% % O2 =Veg
Vo
2 x 100% % CO =Veg
Vco
x 100% % N2 =Veg
VN
2 x 100%Dimana : VCO2 : Volume CO2
VO2 : Volume O2
VCO : Volume CO VN2 : Volume N2
BAB IV
HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
Untuk pengolahan data diambil data percobaan nomor 3. Untuk hasil pengolahan data yang lain disajikan dalam bentuk tabel.
4.1 Data Hasil Pengujian
Putaran (n) : 1800 rpm
P1 : 714 mmHg
P1 – P2 : 30 mmH2O
Beban Pengereman (F) : 25 kg
Temperatur Udara Masuk (Tud) : 30oC
Temperatur Gas Buang (Teg) : 680oC
Temperatur Air Masuk (Twi) : 36 oC
Temperatur Air Keluar (Two) : 78oC
Konsumsi Air (Ww) : 460 liter/jam
Waktu (t) : 16,20 s
Volume Gas Buang (Veg) : 50 cm3
Volume Gas CO2 : 92 cm3
Volume Gas CO : 88 cm3
Volume Gas O2 : 90 cm3
Massa Jenis : 0,838 g/ml3
Suhu Bola Kering : 28 oC
Suhu Bola Basah : 27 oC
Kelembaban Relatif : 91%
4.2 Pengolahan Data 1. Moment torsi (T)
T = F.L (kg.m)
= 25 . 0,358 (kgm) = 8,95 kg.m
2. Daya Efektif (Ne)
2 , 716 n T Ne 2 , 716 1800 95 , 8
=
22,493 (PS)3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS Neo = k . Ne (PS) 293 273 749 Pw Pa k ; Pw
.
Ps 246 , 23 349 , 28 82 , 0 Pw 293 28 273 246 , 23 713 749 k 0957 , 1 k Neo = k . Ne Neo = 1,0957 . 22,493 = 24,646 (PS)4. Tekanan Efektif Rata-Rata (Pe) Pe = n i Vd z Neo 0,45 = 1800 4 00054 , 0 2 45 , 0 646 , 24 = 5,7052kg/cm2 5. Fuel Consumption (FC)
1000 3600 t V FC 1000 3600 837 , 0 22 , 16 30 FC 5665 , 5 FC kg/jam
6. Panas hasil pembakaran (Qb) Qb= FC . LHV bahan bakar(kcal/jam)
Qb= 5,5665 . 10500 (kcal/jam) Qb= 58447,84 kcal/jam
7. Berat jenis udara (γa)
w o a Ps Pa . 273 273 760 . .
02878 , 0 . 82 , 0 28 273 273 760 349 , 28 . 82 , 0 716 . 293 , 1 a 0913 , 1 a 8. Koefisien Udara (ε) 1 2 1 P P P
= 0,001951 6 , 9737 19 1 2 1 P P P
0 0,002063 0,10 0,15 0,20 0,25 ε 1.000 x 0,969 0,906 0,873 0,840 x 969 , 0 1 969 , 0 001951 , 0 1 , 0 0 1 , 0 99940 , 0 x 9. Massa alir udara melalui Nozzle (Gs)
Gs = 2. . .( ) 4 . . . 2 1 2 P P g d a (kg/s)
Gs = 0,0300 kg/s
10. Massa alir gas buang (Gg) Gg = Gs + 3600 Fc (kg/s) Gg = 0,0300 + 3600 5665 , 5 (kg/s) Gg = 0,0315 kg/s
11. Panas yang terbawa gas buang (Qeg)
Qeg = Gg C pg (Teg-Tud) 3600 (kcal/jam)
Qeg = 0,315 . 0,285 (680 – 29) 3600 (kcal/jam)
Qeg = 21039,07 kcal/jam
12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold (ηg)
ηg= b eg Q Q x 100 % ηg = 84 , 58447 07 , 21039 x 100 % ηg = 35,9963 %
13. Kerugian Panas Pendinginan (Qw)
Qw=ρ.Ww.C pw (Two-Twi)
Qw = 1.445.1.(72-31) Qw = 18245 kcal/jam
14. Efisiensi kerugian panas dalam Cooling Water (ηw)
ηw = b w Q Q x 100 % ηw = 84 , 58447 18245 x 100 % ηw = 31,2159 %
15. Efisiensi Thermal Efektif (ηe)
ηe= b e Q N x 632 x 100 %
ηe= 84 , 58447 493 , 22 x 632 x 100 % ηe= 24,3226 % 16. Efisiensi Friction (ηf ) ηf = 100% -( ηg+ ηw+ ηe) ηf = 100% - (35,9963% + 31,2159% + 24,3226%) ηf = 8,4652 %
17. Ekivalen Daya Terhadap Konsumsi Bahan bakar (Qf )
Qf = 632 . Fc LHV bb Qf = 632 665 , 5 . 10500 Qf = 92,4808 PS 18. Daya Friction (Nf) Nf = % 100 . f f Q Nf = % 100 4808 , 92 . 4652 , 8 Nf = 7,828687 PS 19. Daya Indikasi (Ni)
Ni = Ne + Nf
Ni = 22,493 + 7,828687 Ni = 30,3224 PS
20. Spesific Fuel Consumption Effective (SFCe) SFCe = Ne Fc (kg/PS.jam) SFCe = 4937 , 22 5665 , 5 (kg/PS.jam)
SFCi = Ni Fc (kg/PS.jam) SFCi = 3224 , 30 5665 , 5 (kg/PS.jam) SFCi = 0,1836 kg/PS.jam
22. Panas Hasil Pembakaran Yang Diubah Menjadi Daya Efektif (Qe) Qe = 632 . Ne
Qe = 632 . 22,4937
Qe = 14216,0290 kcal/jam
23. Panas yang hilang karena sebab lain (Qpp) Q pp = Q b-Qeg-Qw-Qe
Q pp =58447,84 – 21039,07 – 18245 – 14216,0290
Q pp = 4947,7394 kcal/jam
24. Efisiensi Thermal Indikasi (ηi)
ηi=
Qb
Ni
x 632 x 100 % ηi= 84 , 58447 3224 , 30 x 632 x 100 % ηi= 32,7878 % 25. Efisiensi Mekanis (ηm) ηm= Ni Ne x 100 % ηm= 3224 , 30 4937 , 22 x 100 % ηm= 74,1818 % 26. Efisiensi Volumetrik (ηv) ηv = i V n z Gs d a. . . 60 . . x 100 % ηv = 4 . 10 . 00054 , 0 . 1800 . 0913 , 1 60 . 2 . 0300 , 0 x 100 % ηv = 84,5561 %27. Rasio Udara bahan bakar (R) R =
.
FcGs
x 3600 (kgudara/kg bahan bakar )
R = 5665 , 5 0300 , 0 x 3600
R = 19,3714 kgudara/kg bahan bakar
28. Rasio udara dalam bahan bakar teoritis (Ro)
2 2
2 2 2 4 76 , 3 2 76 , 3 4 N O H CO N O H C
Dimana unsur kimia bahan bakar : C12,3H22; α = 12,3 ; β = 22
Reaksi stoikiometri : 2 2 2 2 2 22 3 , 12 H
17
,
85
(
O3
,
76
N)
12
,
3
CO11
,
1
H O67
,
116
N C Ro = (A/F)s= H M C M N M O M
2 2 4 76 , 3 4 = H M C M N M O M 22 3 , 12 4 22 3 , 12 76 , 3 4 22 3 , 12 2 2
= 1 . 22 12 . 3 , 12 28 4 22 3 , 12 76 , 3 32 4 22 3 , 12
= 14,41 kgudara/ kg bahan bakar
29. Faktor Kelebihan Udara (λ) λ = Ro R λ = 41 , 14 3714 , 19 λ = 1,3443
5 , 0
st st T T P P A = 5 , 0 273 273
st st t t P P ; Pst = 760 mmHg ; 26 oC 5 , 0 273 26 273 28 716 760
A 0648 , 1 A31. Daya Efektif Standar (Ne)st
Ne st A.
Ne (PS)
Ne st 1,0668 .22,4937 (PS)
Ne st 23,9959 PS 32. Torsi efektif standar (T)st
T st A.
T (kg.m)
T st 1,0668.8,95 (kg.m)
T st 9,5477kg.m33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar (SFCE)st
A SFCe SFCe st (kg/PS.jam)
0668 , 1 2475 , 0 st SFCe (kg/PS.jam)
SFCe
st 0,2320 kg/PS.jam 34. Analisa gas buang- % 2 2 100% Veg VCO CO % 100% 50 ) 88 100 ( 2 CO % 24% 2 CO - % 2 100% 2 Veg VO O % 100% 50 ) 92 88 ( 2 O %O2 8%
- % 100% Veg VCO CO % 100% 50 ) 95 92 ( CO %CO6% - % 2 2 100% Veg VN N % 100% 50 ) 50 95 ( 2 N % N 2 90%
4.3 Grafik dan Pembahasan
4.3.1 Hubungan antara Putaran terhadap Torsi
G am b ar 4 .1 G ra fi k H u b u n g an an ta ra P u ta ra n te rh ad ap T o rs i
Gambar 4.1 merupakan grafik hubungan antara putaran dengan torsi. Dari grafik dapat diambil kesimpulan bahwa torsi cenderung naik sampai pada putaran 1950 rpm, kemudian torsi cenderung turun pada putaran selanjutnya. Dalam percobaan ini torsi tertinggi mesin berada pada torsi 9,129 kg.m pada putaran 1950 rpm.
Besarnya nilai Torsi dipengaruhi oleh daya efektif (Ne) dan gaya pada poros (F) dimana akan bertambah seiring dengan bertambahnya putaran sampai pada putaran tertentu dan kemudian menurun pada putaran yang lebih tinggi. Peningkatan torsi terjadi karena semakin besar putaran maka konsumsi bahan bakar meningkat yang dapat dilihat pada lampiran tabel perhitungan. Hal ini menyebabkan daya indikatif meningkat pula. Semakin besar daya indikatif menyebabkan semakin besar daya efektifnya yang
selanjutnya akan memperbesar torsi. Akan tetapi, pada putaran yang sangat tinggi torsi akan menurun. Hal ini disebabkan karena menurunya konsumsi bahan bakar pada putaran yang sangat tinggi. Penurunan konsumsi bahan bakar dikarenakan pada putaran tinggi pompa bahan bakar bekerja cepat, sehingga bahan bakar yang terpompa akan semakin sedikit akibat sifat kelembaman fluida bahan bakar. Pada awal mesin dihidupkan, mesin membutuhkan gaya yang besar untuk menggerakan poros. Karena itu torsinya juga semakin besar. Setelah mencapai putaran tertentu nilai torsi akan menurun, penurunan torsi dapat terjadi dikarenakan. adanya gaya inersia atau kelembaman yang
disebabkan oleh massa crankshaft yang menyebabkan menurunya gaya pada piston yang bergerak karena untuk menggerakkan komponen-komponen lainnya hanya membutuhkan gaya yang kecil, hal ini sesuai dengan persamaan:
] . [kg m L F T n Ne T 716,2 [PS]
4.3.2 Hubungan antara Putaran terhadap Daya G am b a r 4 .2 G ra fi k H u b u n g an an ta ra P u ta ra n te rh ad ap D ay a
Gambar 4.2 merupakan grafik hubungan antara putaran dengan daya. Dari grafik diatas dapat diambil kesimpulan yang berhubungan dengan daya efektif (Ne), daya mekanis (Nf) dan daya indikatif (Ni) adalah sebagai berikut :
Daya Efektif (Ne)
Dari grafik daya efektif (Ne) dapat dilihat bahwa grafik mengalami kenaikan dari putaran awal 1350 rpm sampai dengan putaran 1950 rpm, dan turun pada putaran 2100 rpm. Secara umum grafik mengalami kenaikan disebabkan
karena torsi dan putaran yang naik yang dapat dilihat pada Gambar 4.1, namun pada putaran 2100 rpm grafik mengalami penurunan yang disebabkan karena penurunan nilai torsi lebih dominan dari pada kenaikan putaran. Sesuai dengan
rumus : Ne = 2 , 716 .n T [PS] Daya Friction (Nf)
Dari grafik antara putaran dengan daya Friction (Nf) terlihat bahwa grafik menurun seiring dengan naiknya putaran mesin. Hal ini disebabkan karena pada putaran awal adanya gaya gesek pada ruang bakar kemudian daya yang hilang untuk menggerakan flywheel , gear , dan perlengkapan mesin seperti pompa bahan bakar, pompa air pendinginan, radiator, dsb yang dapat dilihat dari menurunnya efisiensi friction pada lampiran tabel perhitungan. Dari grafik dapat diambil kesimpulan bahwa semakin tinggi putaran maka daya mekanis akan semakin besar. Selain itu, penyebab penurunan grafik Daya Friction (Nf) adalah meningkatnya efisiensi kerugian pendinginan dan efisiensi kerugian gas buang seiring putaran yang dapat dilihat pada lampiran tabel perhitungan, dimana sesuai dengan rumus :
Nf = % 100 .Qf f [PS] η = 100% -( η + η + η )
Daya Indikatif (Ni)
Penurunan daya Indikatif (Ni) disebabkan karena pada putaran yang semakin tinggi, pembakaran yang terjadi kurang sempurna (pasokan bahan bakar dan udara tidak sesuai) hal ini ditunjukkan pada Gambar 4.7 dimana CO meningkat seiring bertambahnya putaran yang menandakan pembakaran semakin tidak sempurna seiring bertambahnya putaran.
Pada grafik hubungan putaran terhadap daya posisi grafik Ni di atas Ne dan Nf sebab :
Nf Ne
4.3.3 Hubungan antara Putaran terhadap
Mean E ffective Pressure
(MEP) b a r 4 .3 G ra fi k H u b u n g an an ta ra P u ta ra n te rh ad apM
ea
n
E
ff
ec
ti
ve
P
re
ss
ur
e
(M E P )Gambar 4.3 merupakan grafik hubungan antara putaran dengan tekanan efektif rata-rata. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa tekanan efektif rata-rata mengalami kenaikan sampai dengan putaran 1950 rpm, kemudian mengalami penurunan pada putaran 2100 rpm. Pada awal putaran grafik cenderung naik, disebabkan karena Daya
Efektif (Ne) cenderung meningkat pada putaran awal seiring dengan bertambahnya putaran. Dimana hal ini sesuai dengan rumus :
MEP = i n Vd z Neo . . . . 45 , 0 [kg/cm]
dimana Neo = k
.
Ne; Ne =2 , 716 .n T MEP = i n Vd z n T k . . . . . . 45 , 0
Dapat dilihat dari rumus diatas bahwa tekanan efektif rata-rata dipengaruhi oleh Torsi (T). Dengan naiknya torsi (T) seiring bertambahnya putaran sampai pada putaran 1950 rpm, maka grafik tekanan efektif rata-rata juga naik pula. Sedangkan pada putaran akhir 2100 rpm grafik cenderung menurun disebabkan karena nilai Torsi (T) yang mengalami penurunan, dapat dilihat pada Gambar 4.1.
4.3.4 Hubungan antara Putaran terhadap
