LAPORAN
PENELITIAN MANDIRI
PENGARUH PENEMPELAN KARBON PADA
DUDUKAN KATUP TERHADAP DAYA MOTOR
OLEH :
Arthur Y Leiwakabessy, ST., MT.
NIDN. 0011017904
UNIVERSITAS PATTIMURA
JULI 2014
RINGKASAN
Motor Diesel adalah motor yang pada umumnya dipakai sebagai motor penggerak kendaraan, alat pengangkut, penggerak/pembangkit tenaga listrik
(generator) dan lain sebagainya. Motor Diesel terdiri dari beberapa komponen utama (baik yang bergerak maupun yang tidak bergerak) juga beberapa komponen/alat pembantu seperti, sistem start, sistem bahan bakar, sistem pelumasan dan sistem pendinginan motor
Sebuah motor dapat menjalankan fungsinya (motor dapat beroperasi) dengan baik apabila semua komponen motor (baik komponen utama maupun komponen pembuatan) harus berada dalam kondisi teknis yang baik. Artinya pada motor tersebut tidak terjadi kerusakan-kerusakan, perubahan bentuk pada salah satu komponen motor tertentu
Karbon yang menempel pada katup buang motor diesel Deutz penggerak Three Wheel Roller Barata MG. 8 adalah setebal 0,5 mm, yang mengakibatkan terjadinya kebocoran udara pada akhir langkah kompresi sebesar 461,43 cm3 atau 12,55%. Akibat kebocoran tersebut maka terjadilah penurunan unjuk kerja. Setelah terjadinya penempelan karbon pada kepala katup buang yang mengakibatkan terjadinya kebocoran, maka besarnya daya motor efektif (Ne) yang dihasilkan
menurun dari 216,8 HP menjadi 208,73 HP.
DAFTAR ISI Judul...1 Halaman pengesahan ...2 Ringkasan...3 Daftar Isi ...4 Bab 1 Pendahuluan ...5 1.latar belakang ...5 2.perumusan masalah...6 3.tujuan penulisan ...6
Bab 2 tinjauan pustaka ...7
1.efisiensi pengisian...7
2.tekanan dan temperature udara kmpresi ...8
3.tekanan dan temperature pembakaran...8
4. Tekanan Indikator (Pi) dan Tekanan Efektif (Pe)...9
Bab 3 metodelogi penelitian ...12
II. Hasil dan pembahasan ...14
1.akibat penempelan karbon terhadap kebocoran...14
2.pengaruh kebocoran terhadap unjuk kerja motor ...15
3.proses pembakaran...18
4.perhitungan parameter langkah ekspansi ...24
5.tekanan indicator (Pi)...26
6.tekanan efektif (Pe) ...27
7.pengaruh kebocoran terhadap daya motor ...27
III. Penutup...30
1.kesimpulan ...30
2.saran ...30
BAB I PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Motor Diesel adalah motor yang pada umumnya dipakai sebagai motor penggerak kendaraan, alat pengangkut, penggerak/pembangkit tenaga listrik (generator) dan lain sebagainya. Motor Diesel terdiri dari beberapa komponen utama (baik yang bergerak maupun yang tidak bergerak) juga beberapa komponen/alat pembantu seperti, sistem start, sistem bahan bakar, sistem pelumasan dan sistem pendinginan motor.
Sebuah motor dapat menjalankan fungsinya (motor dapat beroperasi) dengan baik apabila semua komponen motor (baik komponen utama maupun komponen pembuatan) harus berada dalam kondisi teknis yang baik. Artinya pada motor tersebut tidak terjadi kerusakan-kerusakan, perubahan bentuk pada salah satu komponen motor tertentu.
Dengan adanya kerusakan, perubahan bentuk pada salah satu komponen motor maka akan sangat mengganggu fungsi atau tugas, yang pada gilirannya akan mengganggu tugas/pengoperasian motor tersebut secara keseluruhan.
Katup (valve) merupakan salah satu komponen penting motor (yang bergerak) yang berfungsi untuk mengatur udara bersih atau campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder (fungsi katup masuk) dan gas bekas yang keluar dari dalam silinder motor (fungsi katup buang). Katup buang dalam menjalankan fungsinya dapat mengalami kerusakan-kerusakan atau perubahan bentuk tertentu, terutama karena katup tersebut selalu berhubungan dengan gas panas sisa pembakaran yang ada di dalam silinder motor.
Mesin Diesel Deutz merupakan salah satu motor buatan Jerman yang digunakan pada alat berat Three Wheel Roller Barata MG.8/penggilas jalan, mengalami gangguan pengoperasian (motor agak sulit dihidupkan dan
penempelan arang karbon pada bagian katup buang (exhaust valve). Menurut pengamatan penulis, ada endapan karbon yang mengeras dan cukup tebal menempel pada permukaan piringan katup buang (exhaust valve) tersebut, maka terjadilah kebocoran pada saat langkah kompresi maupun pada saat langkah ekspansi yang mengakibatkan kinerja motor dan daya motor menjadi berkurang.
2. Perumusan Masalah
Melihat latar belakang penulisan maka dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut :
1. Katup tidak dapat menutup pada dudukan katup dengan baik karena terganjal pada karbon, sehingga terjadi kebocoran.
2. Akibat fari kondisi tersebut maka daya motor berkurang.
3. Tujuan Penulisan
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk mengetahui ketebalan karbon yang menempel pada katup tersebut.
2. Untuk mengetahui Daya Motor akibat adanya penempelan karbon pada katup buang (exause valve).
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengaruh Ganjalan Katup terhadap Daya Motor 1. Efisiensi Pengisian (ῃch)
Efisiensi pengisian untuk motor dengan supercharging dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut :
ηch=
r a sup sup a γ 1 T T P P 1 ε 7) Dimana : ε = Perbandingan kompresi Po = Tekanan udara luar, atmTsup = Temperatur udara dalam supercharging, atm
Psup = Tekanan udara di dalam supercharging, atm
To = Temperatur udara luar,OK
γr = Koefisien gas residu = 0,03 – 0,04
dari persamaan di atas terlihat bahwa bila gas masih menempati sebagian ruang silinder sehingga menghambat udara bersih yang akan menempati ruang silinder yang sama, akan mengakibatkan koefisien gas residu/gas bekas (γr) akan meningkat karena proses pembilasan tidak
berlangsung dengan baik. Selain itu akan terjadi perubahan nilai perbandingan kompresi (ε), yaitu :
dari rumus di atas terlihat bahwa Vs pada saat langkah kompresi akan berubah karena katup menutup terlambat dari semestinya, yaitu VSakan
menjadi kecil. Karena VS mengecil sedangkan VC tetap, maka
perbandingan kompresi (ε) akan mengecil.
Vc Vc Vs ε Vc Vs 1 ε
Keadaan seperti tersebut pada gilirannya akan mengurangi efisiensi pengisian (ηch) motor tersebut.
Apabila terjadi ganjalan antara katup dan dudukannya tidak tepat (terlalu rapat atau terlalu longgar/renggang), maka daya motor yang dihasilkan akan menjadi berkurang, yang mana hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut.
2. Tekanan dan Temperatur Udara Kompresi
Apabila kebocoran katup karena speling antara piringan kepala katup dengan dudukan katup, maka akan terjadi kebocoran sehingga tekanan dan temperatur udara pada akhir langkah kompresi akan menurun dari yang seharusnya.
Tekanan dan temperatur udara pada akhir langkah kompresi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :
Pc= Pa.εn1, kg/cm2.1)
Sedangkan temperatur udara kompresi yang terjadi di dalam silinder adalah :
Tc = Ta.εn1-1,oK.2)
3. Tekanan dan Temperatur Pembakaran
Tekanan maksimum di dalam silinder motor pada saat terjadi pembakaran udara kompresi dengan bahan bakar yang disemprotkan oleh nozel injektor adalah :
Pz = λ. Pc, atm.7)
Dimana :
λ – tingkat kenaikan tekanan.
Dari rumus di atas, apabila tingkat kenaikan tekanan tetap, maka dengan berkurangnya tekanan pada akhir langkah kompresi (Pc), maka mengakibatkan tekanan pembakaran maksimum juga akan menurun. Demikian juga terhadap temperatur pembakaran maksimum yang terjadi di dalam silinder motor juga akan menurun.
Tekanan pembakaran maksimum yang terjadi di dalam silinder motor dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
v
ud
c
p g z 3). r o 1 z T . mc μ T . 1,985 mc γ 1 α.L Q ξ Dimana :(mcv)g = Kalor spesifik gas pada volume konstan (kcal/mol.oC)
(mcv)g = Ag+ Bg. Tz
(mcp)g = 6,9761 + 0,0006385 Tz
Q1 = Nilai kalor bawah bahan bakar (kcal/kg.bb)
Q1 = 10136,2 kcal/kg.bb
ξz = Koefisien panas bahan bakar yang berguna
ξz = 0,65 ÷ 0,85 (untuk motor diesel)
λ = Perbandingan kenaikan tekanan selama proses pembakaran berlangsung = 1,7 – 2,2
Akibat adanya penurunan tekanan dan temperatur udara pembakaran makan tekanan dan temperatur gas yang pada akhir langkah ekspansi juga akan menurun. Hal ini dapat diikuti melalui rumus berikut ini.
atm. , δ P P (nz1) b 2 4) dan K. , δ T T (n z1) o b 2 5) Dimana :
n2 = Eksponen polytropik garis ekspansi = 1,15 – 1,3
δ = Perbandingan ekspansi total = ρ ε c z c z T . P P . T μ. ρ ε = Perbandingan kompresi
ε = 13 – 14 untuk motor putaran menengah
4. Tekanan Indikator (Pi) dan Tekanan Efektif (Pe)
Untuk mendapatkan tekanan indikator di dalam silinder motor, maka perlu dihitung tekanan indikator teoritis yang terjadi di dalam silinder motor, yaitu dengan menggunakan rumus berikut.
atm , 1 n 1 ε 1 1 1 n 1 δ 1 1 λρ 1 ρ λ 1 ε P P 1 1 n 2 1 n c it 1 2 Dengan memperhitungkan koefisien koreksi diagram indikator (φ) = 0,95 – 0,97, maka tekanan indikator motor adalah :
Pi =φ. Pit, atm.
Melihat rumus di atas, maka dapat dikatakan bahwa tekanan indikator teoritis akan menurun karena adanya penurunan tekanan pada akhir langkah kompresi (Pc). Jadi jelas juga tekanan indikator motor (Pi) juga akan menurun.
B. Daya Motor
Daya Motor Indikator (Ni), yaitu daya yang dapat dihasilkan oleh motor tersebut sebagai akibat pembakaran udara kompresi dan bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder. Daya ini diukur di dalam silinder motor.
Besarnya daya indikator motor dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :
RUMUS DISINI Dimana :
D = diameter silinder motor, cm S = panjang langkah torak, dm n = putaran motor, rpm
i = jumlah silinder
Pi = tekanan indikator motor, atm Z = koefisien tak
Z = 2 untuk motor 4 tak = 1500 60 360 135 x
Daya Motor Efektif (Ne), adalah daya motor yang dihasilkan oleh putaran poros engkol setelah memperhitungkan semua kehilangan mekanis (ηm) yang terjadi di dalam motor tersebut. Kehilangan
mekanis tersebut berkisar antara 0,78 – 0,83 untuk motor 4 tak. Jadi besarnya daya motor efektif adalah :
Ne = ηm. Ni, PK
Dengan adanya penurunan terhadap parameter-parameter motor tersebut diatas (Pi), maka daya yang dihasilkan oleh motor juga akan menurun
BAB III METOLOGI PENELITIAN Merek/Type : Deutz/MG8 Daya Motor : 200 HP D : 15.5 cm a : 4 silinder s : 19,5 cm d : 2,5 cm n : 1500 rpm Ketebalan Arang : 0,5 Netto Weight 720.00 KG Manufacturing Number KW2600859 Dimension Unit 185 X 76 X 115 CM
Benefit Easy to start
Easy to maintenance Noise level â ¤ 85dB Ready to connect with ATS
Features Panel Digital with COMAP
High quality engine and alternator component Built-in AMF system
Sound proof type
Specification Stand by Output (kVA/kW) : 22.3 / 17.8 Prime Output (kVA/kW) : 20.3 / 16.2 Voltage (V): 380
Frequency (Hz):50 Power Factor (PF) : 0.8
Engine Idle Speed (rpm) : 1500
Engine Manufacturing / Model : Perkins / 404D-22G Number of Cylinder : 4 Vertical In-Line
Fuel Tank Capacity (â ) : 60 Oil Capacity (â ) : 10.6
Engine Coolant Capacity (â ) : 7
Fuel Consumption of Standby (â /h) : 6.9 Fuel Consumption of Prime (â /h) : 6.2
Alternator Manufacture / Model : Stamford / PI144D Excitation : Brushless, Self-exited
Insulation Class : H Protection Class : IP23 Standard Certificate
-Lead Time 90
Sales UOM EA
Warranty Code 23(More Detail)
Voltage Phase 380 Volt/3 Phase
Capacity 20KVA
Engine Brand Perkins
Engine Size None
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Akibat Penempelan Karbon terhadap Kebocoran
Karena terjadi penempelan karbon pada permukaan kepala piringan katup dan dudukannya sebesar 0,5 mm, maka pada saat katup menutup, ada terjadi celah antara piringan katup dengan dudukannya. Pada kondisi ini, maka terjadilah kebocoran udara kompresi pada saat proses kompresi berlangsung dan kebocoran gas pembakaran pada saat terjadi proses pembakaran dan ekspansi.
Banyak udara yang bocor per menit pada akhirnya langkah kompresi dapat dihitung sebagai berikut :
Vb = Pc x t x A x n, cm3
= 461,43 cm3 Dimana :
p = tekanan udara kompresi, kg/cm2 t = lamanya waktu kebocoran, detik.
= 0,015 detik A = luas kebocoran, cm2 = π. d. t = 3,14. 2,5. 0,05 = 0,3925 cm2 Dimana :
d adalah diameter piringan katup n – putaran motor, rpm = 1500 rpm
Banyaknya udara yang masuk ke dalam silinder motor pada saat sebelum terjadi kebocoran (Vs) adalah :
Vs = π/4. D2. S.
Karena kebocoran maka udara yang tersisa di dalam silinder motor pada akhir langkah kompresi adalah :
Vkom = Vs – Vb
= 3677,627 – 461,43 = 3216,197 cm3
Besarnya presentasi volume udara pada akhir langkah kompresi setelah terjadi kebocoran adalah = 87.45%
Jadi presentasi volume udara yang bocor pada akhir langkah kompresi adalah 12,55%.
Akibat kebocoran pada katup tersebut maka akan terjadi penurunan untuk kerja motor yang pada gilirannya menurunkan daya motor.
100% x 627 3677, 484 3631, Vkom
4.2. Pengaruh Kebocoran Terhadap Unjuk Kerja Motor
Perhitungan unjuk kerja motor ini terbagi atas dua bagian, yaitu :
Perhitungan unjuk kerja motor sebelum terjadinya kebocoran pada katup buang karena penempelan karbon, dan
Perhitungan unjuk kerja motor setelah terjadinya penempelan karbon pada kepala katup buang dan dudukannya.
Perhitungan unjuk kerja motor yang dimaksudkan disini adalah meliputi parameter-parameter pengisian, kompresi, pembakaran, ekspansi, pembuangan serta tekanan indikator, tekanan efektif dan daya motor.
1) Perhitungan Parameter Pengisian
Tekanan Udara sebelum Supercharger (Po’)
Po’= Po’- Po1
Dimana :
Po = tekanan udara keluar = 1 kg/cm2
Po1 = kerugian tekanan pada pipa pemasukan sebelum super –
charger
Maka :
Po’ = Po– (0,05. Po)
= 1 – (0,05 x 1) = 0,95 kg/cm2
Temperatur Udara sesudah Supercharger (Tsup)
n 1 n o' sup o sup P P T T Dimana :
To = temperatur udara luar (33oC)
= (273 + 35) = 306oC Psup = tekanan supercharger
= (1,20 – 1,35) atm abs (untuk putaran rendah) = 1,35 kg/cm2(diambil)
= 1,35 x 1 = 1,35 kg/cm2
n = eksponen polytropik untuk udara atmosfir = (1,7 – 2,0) untuk centrifugal supercharger = 1,85 (diambil) Maka : Tsup = 306 x 359,616 oK 95 , 0 35 , 1 1,85 1 85 , 1
Tekanan Awal Langkah Kompresi (Pa)
Tekanan gas pada awal langkah kompresi pada sistem didesain untuk pengisian silinder dengan campuran udara bahan bakar atau udara kerja yang dapat ditentukan sebagai berikut :
Pa = (0,9 ÷ 0,95) Psupkg/cm2
= 0,95 Psup(dipilih)
= 0,95 x 1,35 Pa = 1,2825 kg/cm2
Temperatur gas di dalam silinder pada awal langkah kompresi dihitung sebagai berikut :
Ta = r r r w T t T 1 sup Dimana :
γr = koefisien gas residu
= (0,03 – 0,14) untuk motor empat langkah = 0,03 (diambil)
∆tw = kenaikan temperatur dalam silinder karena bersentuhan
dengan dinding silinder yang panas.
= (10oC – 15oC) untuk motor 4 langkah dengan Supercharger = 15oC (diambil)
Tr = temperatur gas residu = 750 K (berdasarkan referensi dari
700-800 K) Maka : Ta = 03 , 0 1 ) 750 03 , 0 ( 15 616 , 359 x = 385,55OK Efisiensi Pengisian (ηch)
Efisiensi pengisian dihitung berdasarkan persamaan berikut :
ηch =
r a sup sup a γ 1 T T T P 1 ε ε ηch =
0,03 1 x 385,55 x 1,35 x 1 15 359,616 x 1,2825 x 15 ηch = 0,9222) Perhitungan Parameter Kompresi
Tekanan dan temperatur pada akhir langkah kompresi sebelum terjadi kebocoran dapat dihitung sebagai berikut :
Tekanan Akhir Kompresi (Pc)
Pc = 52,25 kg/cm2
Dimana :
n1 = eksponen politropik
= (1,34 – 1,39)
Jika diasumsikan kalor pada langkah kompresi (Qc = 0) adalah
proses adiabatik, maka n1 = k1, dan dengan menggunakan
persamaan kesetimbangan energi untuk jumlah mol gas pada langkah kompresi, pangkat eksponen pada garis politropik dapat ditentukan sebagai berikut :
A + B Ta(εn1 – 1)+ 1) = 1 985 , 1 n Dimana :
A dan B = Koefisien gas A = 4,62 dan B = 53 x 10-5
4,62 + (53 x 10-5 x 385,55) x(15(n1-1)+ 1) =
1
n 1,985
Dengan menggunakan metode trial and error diperoleh n1≈1,3690
4,62 + (53 x 10-5x 385,55) x [15(1,3690)-1)+ 1] = 5,37940 5,37939 ; 1 1,3690 1,985
Temperatur Akhir Kompresi (Tc)
Tc = Taεn1-1)
= 385,55 x 15(1,3690 – 1)= 385,55 x 15(0,3690) Tc = 1047,27oK
Setelah terjadi kebocoran 12,55% maka banyaknya udara yang tertampung di dalam silinder motor pada akhir langkah kompresi adalah sebanyak 87,45%. Besarnya tekanan dan temperatur pada akhir langkah kompresi setelah terjadi kebocoran tersebut adalah :
3) Proses Pembakaran
Jenis bahan bakar yang digunakan adalah bensin dengan rumus kimia C8H18 nilai kalor bawah (LHV) adalah 10582 kcal/kgbb dan komposisi
bahan bakar sebagai berikut : a) Prosentase Bahan Bakar
Berdasarkan spesifikasi bahan bakar solar dari PERTAMINA diperoleh komposisi kimia bahan bakar sebagai berikut :
Karbon C = 87%
Hidrogen H = 12,6%
Oksigen O2= 0,4%
Jumlah oksigen di udara sebesar 21%
Perbandingan udara dan bahan bakar teoritis yang diperlukan untuk proses pembakaran adalah :
Lo’ = 32 O 4 H 12 C 0,21 1 Lo’ = 32 0,004 4 0,126 12 0,87 0,21 1 Lo’ = 0,495 mol/kgbb
Berdasarkan referensi untuk koefisien perbandingan udara dan bahan bakar teoritis dan aktual untuk motor bensin,
α = 1,3 ÷ 1,7 dan diambil□ = 1,6
sehingga jumlah kebutuhan udara sesungguhnya yang digunakan pada proses pembakaran adalah :
L’ = α. Lo
L’ = 1,6 x 0,495 L’ = 0,792 mol/kgbb
Pembakaran 1 kg bahan bakar menghasilkan produk hasil pembakaran sebagai berikut :
Karbon dioksida CO2: MCO2 = 0,0725mol 12 0,87 12 C Uap air H O
MH2O = 0,063mol 2 0,126 2 H Oksigen O2 MO2 = 0,21 x (α– 1) x Lo’ MO2 = 0,21 x (1,6 – 1) x 0,495 MO2 = ,06237 mol Nitrogen N2 MN2 = 0,79 xαx Lo’ MN2 = 0,79 x 1,6 x 0,495 MN2 = 0,62568 mol
b) Jumlah Total Mol Produk Hasil Pembakaran Mg = MCO2+ MH2O+ MO2+ MN2
Mg = 0,0725 + 0,063 + 0,06237 + 0,62568
Mg = 0,82355 mol
c) Perbandingan Relatif Komponen Hasil Pembakaran VO2 = 0,07573 0,82355 0,06237 M M g O2 VN2 = 0,75973 0,82355 0,62568 M M g N2 VHO2= 0,07650 0,82355 0,063 M M g O H2 VCO2= 0,08803 0,82355 0,0725 M M g O C2
d) Jumlah Total Koefisien Panas Spesifik Campuran Gas Ag = VCO2ACO2+ VH2OAH2O+ VO2AO2+ VN2AN2
Bg = VCO2BCO2+ VH2OBH2O+ VO2BO2+ VN2BN2
Dimana :
ACO2 = 7,82 BCO2 = 0,00125 kcal/molOC
AH2O = 5,79 BH2O = 0,00112 kcal/molOC
AN2 = 4,62 BN2 = 0,00053 kcal/molOC Jadi, Ag = (0,08803 x 7,82) + (0,0765 x 5,79) + 4,62 x (0.07573 + 0,75973) Ag = 0,6883946 + 0,442935 + 3,8598252 Ag = 4,9911 kcal/molOC Bg = (0,08803 x 0,00125) + (0,07650 x 0,00112) + 0,00053 x (0,07573 + 0,75973) Bg = 0,0001100385 + 0,00008568 + 0,0004427938 Bg = 0,0006385 kcal/molOC
e) Kapasitas Panas Molar Rata-Rata (isokhorik) Udara pada Volume Konstan dan Temperatur Kompresi (Tc)
(mcv)ud = Ag+ BgTc
(mcv)ud = 4,9911 + (0,0006385 x 1047,27)
(mcv)ud = 5,65978 kcal/molOC
Kapasitas panas molar rata-rata (isokhorik) udara pada volume konstan dan temperatur kompresi (Tc) setelah kebocoran.
(mcv)ud = Ag+ BgTc
(mcv)ud = 4,9911 + (0,0006385 x 915,838)
(mcv)ud = 5,5759 kcal/molOC
f) Kapasitas Panas Molar Rata-Rata (isokhorik) Gas pada Volume Konstan dan Temperatur Pembakaran Maksimum (Tz)
(mcv)gas = Ag+ BgTz
= 4,9911 + 0,0006385 Tz
g) Kapasitas Panas Molar Rata-Rata (isobarik) Gas pada Tekanan Konstan dan Temperatur Pembakaran Maksimum (Tz)
(mcp)gas = (mcp)gas + 1,985 = 4,9911 + 0,0006385 Tz + 1,985 =
6,9761 + 0,0006385 Tz
Nilai kalor bawah bahan bakar dapat ditentukan berdasarkan persamaan pendekatan Madelev’s sebagai berikut :
LHVbb = 81 C + 246 H – 26 O
LHVbb = 42438,24 kJ/kgbb
i) Koefisien Molar Gas Residu
Campuran bahan bakar selalu menghasilkan mol gas residu, perubahan aktual di dalam mol gas akan mempengaruhi karakteristik koefisien molar, yang dinyatakan dengan persamaan berikut ini : μ= r r o γ 1 γ μ Dimana
μo = Koefisien kimia perubahan molar
μo = 1,0398 , 792 , 0 82355 , 0 jadi L Mg μ = 1,0386
j) Tekanan dan Temperatur Hasil Pembakaran
Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi, tekanan dan temperatur maksimum dari hasil pembakaran dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
Temperatur Maksimum (Tz)
p g z c ud v r o 1 z T . mc μ T . λ 1,985 mc γ 1 α.L Q ξ Dimana :(mcv)g = Kalor spesifik gas pada volume konstan (kcal/mol O
C)
(mcv)g = Ag+ Bg. Tz
(mcp)g = 6,9761 + 0,0006385 Tz
Q1 = Nilai kalor bawah bahan bakar kcal/kgg.bb)
ξz = Koefisien panas bahan bakar yang berguna
ξz = 0,65 ÷ 0,85 (untuk motor diesel)
ξz = 0,75 (diambil)
λ = Perbandingan kenaikan tekanan selama proses pembakaran berlangsung = 1,7 – 2,2 = 1,7 (diambil)
Jadi :
2 z z z z ) (T 0,00066315 T 7,2454 2 18780,4316 T x ) T 0,0006385 (6,9761 x 1,0386 1047,27 x 1,7 x 1,985 5,65978 0,03) (1 x 0,495 x 1,6 10136,2 x 0,75 Dengan menggunakan persamaan matematika (rumus abc) nilai temperatur maksimum hasil pembakaran diperoleh sebagai berikut : Tz =
0,00066315 x 2 2 18780,4316 x 0,00066315 x 4 7,2454 7,2454 2 Tz = 2162,028OKSetelah terjadi kebocoran pada katup akibat penempelan karbon pada permukaan kepala katup buang, maka temperatur pembakaran maksimum (Tz) adalah :
z z)xT T 0,0006385 (6,9761 x 1,038 915,838 x 1,7 x 1,985 5,576 0,03) (1 x 0,495 x 1,6 10136,2 x 0,75 Dengan menggunakan persamaan matematika (rumus abc) nilai temperatur maksimum hasil pembakaran diperoleh sebagai berikut : Tz =
0,00066315 x 2 17516.2176 x 0,00066315 x 4 7,2454 7,2454 2 T = 2037,6612OK Tekanan Maksimum (Pz)
Untuk tekanan pembakaran maksimum dapat dihitung dengan persamaan berikut ini :
Pz= λ xPc
Dimana :
λ= Perbandingan kenaikan tekanan selama proses pembakaran = 1,7 – 2,2
= 1,95 (diambil) Jadi :
Pz = 1,95 x 52,2548 = 101,8969 kg/cm2
Nilai hasil perhitungan memenuhi batas yang diizinkan, yaitu : Pz = (55 - 140) kg/cm2
Setelah terjadi kebocoran karena penempelan karbon pada permukaan kepala katup buang maka tekanan pembakaran maksimum (Pz) yang terjadi di dalam silinder adalah :
Pz = 1,95 x 45,693 = 89,1014 kg/cm2
Untuk nilai derajat pendahuluan garis ekspansi ditentukan sebagai berikut : ρ= 1,099 1047,27 x 101,8969 52,2548 x 2162,028 x 1,0386 T . P P . T μ. c z c z
Nilai derajat pendahuluan garis ekspansi setelah terjadi kebocoran karena penempelan karbon pada permukaan kepala katup buang adalah :
ρ= 1,185 915,838 x 89,1014 45,693 x 2037,6612 x 1,0386 T . P P . T μ. c z c z
4.3. Perhitungan Parameter Langkah Ekspansi
Tekanan pada langkah ekspansi dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut : Pb = 2 n z δ P
Untuk siklus volume konstan derajat pertambahan proses ekspansi (δ) sama dengan perbandingan kompresinya (ε). Nilai pangkat ekponen politropik garis ekspansi (n2) untuk proses ekspansi dapat ditentukan
sebagai berikut : Ag+ Bg+ Tz 1 n 1,985 δ 1 1 2 1 n2 Dimana :
n2 = Eksponen polytropik garis ekspansi = 1,15 – 1,3
δ = Perbandingan ekspansi susulan = 13,648 1,099 15 ρ ε 4,9911 + [0,0006385 x 2162,028] x 1 n 1,985 13,648 1 1 2 1) (n2
dengan menggunakan metode trial and error (coba-coba) diperoleh nilai eksponen politropik, n2≈1,2822. 4,9911 + [0,0006385 x 2162,028] x 1 2822 , 1 1,985 13,6354 1 1 (1,2822-1) Tekanan Akhir Ekspansi (Pb)
Pb = 2 n z δ P Pb = 3,7088 kg/cm2
Temperatur Akhir Ekspansi (Tb) adalah :
Tb = (n 1) z 2 δ P Tb = 1034,057OK
Untuk kondisi setelah terjadi kebocoran katup karena penempelan karbon maka besarnya tekanan dan temperatur pada akhir langkah ekspansi adalah :
Tekanan Akhir Ekspansi (Pb)
Pb = 2 n z δ P Pb =
1,287 12,66 89,10135 Pb = 3,397 kg/cm2 Temperatur Akhir Ekspansi (Tb) adalah :
Tb = (nz1) 2 δ P Tb = (1,287 1) 12,66 2037,6612 Tb = 1005,21OK
δ = ρ ε = 12,66 185 , 1 15 4,9911 + [0,0006385 x 2037,6612] x 1 n 1,985 12,66 1 1 2 1) (n2
dengan menggunakan metode trial and error (coba-coba) tidak dipeoleh nilai eksponen politropik yang dapat menghasilkan nilai pada ruas kiri sama dengan nilai ruas kanan dari persamaan tersebut di atas. Nilai ruas kiri yang paling mendekati nilai ruas kanan hanya pada n2≈1,287.
4,9911 + [0,0006385 x 2037,6612] x 6,9200 6,916 1 287 , 1 985 , 1 ) 1 287 , 1 ( 66 , 12 1 1
Dengan demikian nilai n2 tidak memenuhi ketentuan tersebut di atas (n2
= 1,15 – 1,30)
4.4. Tekanan Indikator (Pi)
Untuk menghitung tekanan indikator sebenarnya terlebih dahulu harus dihitung tekanan indikator teoritis berdasarkan persamaan berikut :
Pit =
n 1 2 1 n c 1 2 ε 1 1 1 n 1 δ 1 1 λρ 1 ρ λ 1 ε P Pit = 9,1180 kg/cm2Dengan mengalikan faktor koreksi diagram indikator (φ), maka diperoleh tekanan indikator sebenarnya sebagai berikut :
Pi=φ. Pit
Dimana :
φ = Faktor koreksi diagram indikator
φ = 0,95 ÷ 0,97
φ = 0,97 (diambil)
Jadi tekanan indikator sebenarnya adalah : P1 = 0,97 x 9,1180
P1 = 8,844 kg/cm2
Hasil perhitungan tekanan indikator memenuhi syarat berdasarkan referensi, yaitu 8,5 ÷ 17 kg/cm2.
Setelah terjadi kebocoran pada katup buang karena penempelan karbon, maka besarnya tekanan indikator adalah :
Pit =
n 1 2 1 n c 1 2 ε 1 1 1 n 1 δ 1 1 λρ 1 ρ λ 1 ε P Pit = 8,777 kg/cm2Dengan mengalikan faktor koreksi diagram indikator (φ), maka diperoleh tekanan indikator sebenarnya sebagai berikut :
Pi=φ. Pit
Dimana :
φ = Faktor koreksi diagram indikator
φ = 0,95 ÷ 0,97
φ = 0,97 (diambil)
Jadi tekanan indikator sebenarnya adalah : P1 = 0,97 x 9,1180
P1 = 8,5137 kg/cm2 4.5. Tekanan Efektif (Pe)
Besarnya tekanan efektif diperoleh dengan mengalikan efisiensi mekanis (ηm) terhadap tekanan indikator sebagai berikut :
Pe = ηmx Pi
Dimana :
ηm= Efisiensi mekanis
ηm= 0,80 ÷ 0,88 (untuk motor diesel dengan supercharger)
ηm= 0,88 (diambil)
sehingga diperoleh tekanan efektif : Pe = 0,88 x 8,844 kg/cm2
Pe = 7,7831 kg/cm2
Besarnya tekanan (Pe) motor setelah terjadinya kebocoran karena
penempelan karbon pada piringan katup adalah : Pe = 0,88 x 5,5137 kg/cm2
4.6. Pengaruh Kebocoran Katup terhadap Daya Motor
1. Daya Motor Indikator
Daya indikator (Ni) menyatakan daya yang dihasilkan gas di dalam
silinder per unit waktu, atau dapat dinyatakan dengan rumus berikut ini : Ni = 0,45z Vs.n.i . P1 Dimana : Vs = Volume silinder Vs = 0,03379 m3 n = Putaran mesin n = 650 rpm i = Jumlah silinder i = 8 (delapan) z = Koefisien tak
z = 2 (untuk motor 4-langkah) Sehingga daya indikatornya adalah :
Ni = 2 x 0,45 4 x 1500 x 2 0,00367767 x 8,844 Ni = 216,8 HP No Parameter Kinerja
Motor Kondisi Normal
Kondisi setelah Ketidaklonggaran Katup 1. Tekanan Kompresi, Pc 52,2548 kg/cm2 45,693 kg/cm2 2. Tekanan Pembakaran, Pz 101,8969 kg/cm2 89,1035 kg/cm2 3. Tekanan Indikator, Pi 8,844 kg/cm2 8,5137 kg/cm2 4. Tekanan Efektif, Pe 7,7981 kg/cm 2 7,4921 kg/cm2
Setelah terjadi kebocoran pada katup, maka besarnya daya indikator (Ni) yang dihasilkan motor adalah :
Ni = 2 x 0,45 4 x 1500 x 2 0,00367767 x 8,5137 N = 208,7 HP
2. Daya Motor Efektif
Daya efektif menyatakan daya guna dari mesin yang berfungsi untuk menggerakkan poros. Daya efektif dihitung sebagai berikut :
Ne = ηmx Ni
Ne = 0,88 x 216,8 HP
Ne = 190,784 HP
Setelah terjadi kebocoran karena penempelan karbon pada piringan katup, maka besarnya daya efektif motor adalah :
Ne = ηmx Ni
Ne = 0,88 x 208,7 HP
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Karbon yang menempel pada katup buang motor diesel Deutz penggerak Three Wheel Roller Barata MG. adalah setebal 0,5 mm, yang mengakibatkan terjadinya kebocoran udara pada akhir langkah kompresi sebesar 461,43 cm3atau 12,55%.
Akibat kebocoran tersebut maka terjadilah penurunan unjuk kerja.
Setelah terjadinya penempelan karbon pada kepala katup buang yang mengakibatkan terjadinya kebocoran, maka besarnya daya motor efektif (Ne) yang dihasilkan menurun dari 216,8 HP
menjadi 208,73 HP.
5.2. Saran
Dapatlah diberi beberapa saran sebagai berikut :
1. Harus diusahakan terjadinya pembakaran sempurna antara udara dan bahan bakar di dalam ruang silinder motor. Untuk maksud ini maka diusahakan udara yang dimasukan harus cukup untuk membakar bahan bakar, udara harus bercampur dengan baik dan nozel injektor harus selalu dalam kondisi baik.
2. Harus diusahakan jangan sampai minyak pelumas masuk ke dalam ruang bakar dan terbakar pada saat terjadinya proses pembakaran karena akan menimbulkan jelaga atau karbon di dalam ruang bakar. 3. Harus dilakukan pembersihan karbon secara periodik, terutama pada
kepala katup agar tidak menimbulkan celah antara kepala katup dengan dudukannya guna menghindari terjadinya kebocoran dari dalam ruang silinder motor.
DAFTAR PUSTAKA
1. Anonimous, Pengetahuan Dasar Motor Diesel.
2. BPM, Arends, H Berenschot, Motor Bensin, Erlangga, Jakarta 1980.
3. Djati Nursuhud MSME., Ir., Diktat Pengantar Mesin-Mesin Konversi Energi, Fakultas Teknologi Industri ITS, Surabaya, 1990.
4. Nokoela Soenarta, Shoichi Furuhama, Motor Serbaguna, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1985.
