PRAKTIKUM MOTOR BAKAR
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR
LABORATORIUM MOTOR BAKAR
LABORATORIUM MOTOR BAKAR
JURUSAN TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
DisusunOleh DisusunOleh Tim Penyusun Tim Penyusun
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
FAKULTAS TEKNIK
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN MESIN
JURUSAN MESIN
MALANG
MALANG
2014
2014
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 sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum Walaupun keduanya sama-sama sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan
bertujuan untuk untuk menerapkan menerapkan teori teori yang yang sudah sudah ada ada dengan dengan tujuan tujuan membantu membantu prosesproses belajar
belajar mengajar. mengajar. Sedangkan penelitiSedangkan penelitian an bertujuan bertujuan untuk untuk mendapatkan teori mendapatkan teori baru baru dalamdalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi jenjang
jenjang akademik akademik dalam dalam rangka rangka mendidik mendidik calon calon sarjana sarjana yang yang menguasai menguasai ilmuilmu pengetahuan yang sud
pengetahuan yang sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahuan.etahuan.
Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di laboratorium, karena obyek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan laboratorium, karena obyek 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 mengguanakan instalasi percobaan seperti model fisik dari dilaksanakan dengan mengguanakan instalasi percobaan seperti model fisik dari obyeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan software obyeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan 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 hasilrekayasa dalam bentuk teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasilrekayasa 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.
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 sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum Walaupun keduanya sama-sama sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan
bertujuan untuk untuk menerapkan menerapkan teori teori yang yang sudah sudah ada ada dengan dengan tujuan tujuan membantu membantu prosesproses belajar
belajar mengajar. mengajar. Sedangkan penelitiSedangkan penelitian an bertujuan bertujuan untuk untuk mendapatkan teori mendapatkan teori baru baru dalamdalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi jenjang
jenjang akademik akademik dalam dalam rangka rangka mendidik mendidik calon calon sarjana sarjana yang yang menguasai menguasai ilmuilmu pengetahuan yang sud
pengetahuan yang sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahuan.etahuan.
Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di laboratorium, karena obyek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan laboratorium, karena obyek 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 mengguanakan instalasi percobaan seperti model fisik dari dilaksanakan dengan mengguanakan instalasi percobaan seperti model fisik dari obyeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan software obyeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan 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 hasilrekayasa dalam bentuk teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasilrekayasa 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 internal combustion engine merupakan hasil rekayasa Motor bakar atau internal combustion engine 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
bakar yang yang digunakan digunakan sampai sampai sekarang sekarang adalah adalah jenis jenis motor motor bakar bakar toraktorak (reciprocating(reciprocating engine)
engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine)(spark ignition engine) dan motor dan motor diesel
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, , OO22, , HH22OO
dan N
dan 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 diagram Sankey, yaitu diagram yang menggambarkanMenggambarkan diagram Sankey, 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 emisiMengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gas buang berupa karbon monoksida.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Motor Bakar
Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi) . Pada dasarnya mesin kalor (Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:
a. External Combustion Engine
Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan lain untuk menghasilkan media yang dapat digunakan untuk menimbulkan daya seperti turbin uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan daya berasal dari proses lain yang terjadi di boiler, di boiler tersebut air dipanaskan sehingga menghasilkan uap (superheated steam) dan kemudian uap ini dikirim ke turbin uap untuk menghasilkan daya.
b. Internal Combustion Engine
Merupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya yang terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara digunakan langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang menggunakan piston seperti gasoline engine, diesel engine, dan mesin dengan turbin penggerak (turbin gas).
2.1.1. Prinsip Kerja Motor Bakar
Motor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak. Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi bolak balik. Di dalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Gerak translasi torak tadi mengakibatkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak
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 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.
Gambar 2.2 : Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 Langkah Sumber :Beamerguide (2010)
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 terbuang. 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.
(air standar cycle). Dalam air standar 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
Siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada gambar.
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.
Gambar 2.4 Siklus Aktual Otto
Sumber : Thermodynamics, Cengel, 1994 : 457
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 1990 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 Operasional dan Indikator Kerja 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.
dimana Pi: tekanan indikasi rata-rata (kg/cm²) Vd : volume langkah =
(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 4 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
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.
Nf = Ni – Ne 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.
MEP = Pe = 0,45 . Neo . z (kg/cm²) Vd . n .i
5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari : a. Efisiensi Termal Indikatif
b. Efisiensi Termal Efektif
c. Efisiensi Mekanis d. Efisiensi Volumetrik
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
dalam pengujian karakteristik kinerja suatu motor bakar adalah : 1) Putaran kerja mesin (rpm)
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 a. Grafik Torsi dengan Putaran
Pada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka torsi semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu Hal
inidisebabkan 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 2.9 terlihat bahwa pemakaian bahan bakar yang dimaksud adalah jumlah putaran / jumlah sirkulasi bahan bakar yang diperlukan untuk daya yang dihasilkan dan grafik antara fuel consumption dengan putaran cenderung mengalami penurunan. Namun setelah mencapai titik optimum kembali 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
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.
Gambar 2.8 : Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEP Sumber : Maleev. 1985. Internal Combustion Engine.
d. 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.
e. Hubungan 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.
f. 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.
g. 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.
Gambar 2.9 Grafik Hubungan Efisiensi dan compression Ratio Sumber : Maleev. 1985. Internal Combustion Engine.
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.
i. Perbandingan Efisiensi Indikasi dengan Compression Ratio
Semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi mekanis akan semakin meningkat. Kenaikkan tersebut dikarenakan perbandingan selisih daya indikasi lebih besar dibandingkan kenaikkan panas akibat kompresi.
j. Perbandingan Efisiensi Efektif dan Compression Ratio
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 Or sat appar atus
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
Gambar 2.10 : Orsat apparatus
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya 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
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 – 600o C, 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
Teknologi Idling Stop System yang disematkan pada Honda Vario terbukti mampu membuat konsumsi bahan bakarnya mejadi jauh lebih irit. Hal ini terbukti dalam ajang Fun Riding Honda Vario 125 CBS Idling Stop yang diadakan oleh PT Astra Honda Motor (AHM) yang mencatatkan rekor 76,098 km/liter.
Kegiatan Fun Riding Honda Vario 125 CBS Idling Stop ini diadakan pada Rabu, 10 April yang diikuti oleh para jurnalis dari berbagai media nasional. Acara ini mengambil lokasi di kawasan Serpong dengan panjang rute sekitar 15,5 kilometer. Pada rute yang ditetapkan, peserta melintasi 11 lampu merah yang memiliki durasi
pemberhentian relatif lama. Kondisi ini sengaja dipilih untuk menguji langsung teknologi terbaru pada Honda Vario 125 CBS Idling Stop ini.
Berdasarkan hasil pengetesan para jurnalis dalam acara Fun Riding Honda Vario 125 CBS Idling Stop ini, diperoleh konsumsi bahan bakar teririt yaitu 76,098 km/liter. Angka ini dicatat oleh Adib dari media maniakmotor.com. Konsumsi BBM terbaik kedua tercatat 67,660 km/liter diraih oleh Jayadi dari media gilamotor.com. Konsumsi BBM teririt berikutnya 67,234 km/liter yang diraih oleh Eko dari media Motorev.
Angka ini jauh lebih hemat dibandingkan hasil pengujian konsumsi bahan bakar yang dilakukan AHM menggunakan metode ECE R40 di mana tercatat hanya 55,8 km/liter atau lebih hemat bahan bakar 7% dibandingkan dengan Honda Vario PGM-FI non ISS, bahkan bisa lebih hemat 37% jika dibandingkan dengan Honda Vario tipe karburator.
"Dengan berkendara secara econo riding, konsumsi BBM Honda Vario 125 CBS Idling Stop ini bisa jauh lebih hemat. Ini menunjukkan teknologi Idling Stop System terbukti memberikan manfaat yang luar biasa kepada pemakainya," ujar Kristanto Head of Corporate Communication AHM.
Teknologi Idling Stop System akan mematikan mesin Honda Vario 125 CBS Idling Stop secara sementara setelah skutik ini berhenti lebih dari 3 detik. Pengendara hanya perlu menarik tuas gas untuk menghidupkannya lagi. Teknologi ini akan sangat bermafaat digunakan di tengah kondisi lalu lintas yang padat dengan tetap menjamin
ketersediaan aliran listrik saat Idling Stop System ini diaktifkan.
Selain bermanfaat membuat konsumsi BBM lebih hemat, teknologi Idling Stop System ini juga membuat Honda Vario lebih ramah lingkungan. Fitur advance ini merupakan inovasi tahap lanjut yang sebelumnya telah diaplikasikan di motor premium Honda PCX150.
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Waktu dan Tempat Waktu : 23 – 10 – 2014 Jam `: 15.00 WIB
Tempat: Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brwaijaya
3.2 Pelaksanaan Praktikum
3.2.1 Instalasi Percobaaan Motor Bakar
Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (test rig ) lengkap, yang terdiri dari :
Instalasi Percobaan Motor Diesel
Kedua instalasi percobaan tersebut merupakan rangkaian lengkap yang dapat digunakan untuk keperluan praktikum maupun penelitian
Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian.
Instrumen pengukur berbagai variabel yang diperlukan (alat ukur kelembaban, higrometer, aeorometer, orsat apparatus).
Peralatan bantu seperti instalasi air pendingin dan penyaluran gas buang.
Unit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, dengan spesifikasi sebagai berikut :
o Siklus : 4 langkah o Jumlah silinder: 4
o Volume langkah torak total: 2164 cm3 o Diameter silinder: 83 mm
o Panjang langkah torak : 100 mm o Perbandingan kompresi: 22 : 1 o Bahan bakar: Solar
o Pendingin: Air
o Daya Poros: 47 BHP / 3200 rpm
o Model : DWE – 47 – 50 – HS – AV o Negara pembuat: Jepang
Gambar 3.1 : Skema Instalasi Motor Bensin
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya 3.2.2 Alat Ukur dan Fungsinya
Alat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut : a. Orsat apparatus
Gambar 3.2 Orsat apparatus
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya b. Barometer
Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer
Gambar 3.3 Barometer
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawija ya c. Aerometer
Gambar 3.4 Aerometer
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawija ya 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
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya f. Stopwatch
Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar
Gambar 3.7 Stopwatch
Sumber : http://guides.machienescience.org/ile.php/29/1P/stopwatch.gif g. Higrometer
Digunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara
Gambar 3.8 Hygrometer
h. Dynamometer
Digunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros
Gambar 3.9 Dynamometer
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya i. Tachometer
Digunakan untuk menghitung putaran mesin (rpm)
Gambar 3.10 Tachometer
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya j. Flowmeter air pendinginan
Gambar 3.11 Flowmeter air pendinginan
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
k. Flowmeter Bahan Bakar
Digunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml)
Gambar 3.12 Flowmeter bahan bakar
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawija ya l. Manometer
Gambar 3.13 Manometer
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya m. Viscometer
Digunakan untuk mengukur viskositas fluida
Gambar 3.14 Viscometer
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya n. Bomb calorimeter
Gambar 3.15 Bomb Calorimeter
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawija ya 3.3 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
3.3.1 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 mes in 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.
Gambar 3.12 Orsat Apparatus
Sumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya 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 C 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.
3.3.3 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 (m)2. Daya Efektif 2 , 716 n T
Ne
(PS), dimana : n = putaran (rpm) 3. Daya Efektif dalam kondisi standard JISNe
k
Neo
. (PS) dimana : 293 273 749
Pw Pa k ; Pw
. Ps4. Tekanan Efektif rata-rata ( Pe ) Pe = n i Vd z Neo
0,45 [ Kg/cm ] 5. Fuel Consumption 1000 3600
t V FC [ Kg/jam ] ρ solar = 0,835 gr/mL7. Berat Jenis udara
w o a Ps Pa . 273 273 760 . .
dimana : Pa = Tekanan atmosfer pengukuran (mmHg)
Ps = Tekanan udara standard pada temperatur tertentu (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
9. Aliran Udara melalui nozzle
1 2
2 . . 2 4 . . . P P g d Gs
a
(kg/s)dimana : α = koefisien kemiringan nozzle = 0,822
γa = berat jenis udara pada kondisi ruangan saat pengujian
10. Debit Aliran gas buang
3600 FC Gs
Gg
(kg/s)11. Panas yang terbawa gas buang
Teg
Tud
Cpg
Gg
Qeg
. . (kcal/jam) 12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold% 100 x Qb Qeg g
13. Kerugian Panas Pendinginan
Two
Twi
Cpw
Ww
Qw
. . (kcal/jam) dimana : Ww = debit air pendinginanCpw = panas jenis air = 1 kcal/jam Two = temperatur air keluar (oC) Twi = temperatur air masuk (oC)
14. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water % 100 x Qb Qw w
15. Efisiensi Thermal Efektif
% 100 632 x x Qb Ne e
16. Efisiensi Friction e w g f 100% 17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar
632 . FC LHV Qf BB (PS) 18. Daya Friction % 100 xQf Nf
f 19. Daya IndikasiNf
Ne
Ni
20. Spesific Fuel Consumtion Efektif
Ne FC SFCe
21. Spesific Fuel Consumtion Indikasi
Ni FC SFCi
22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif
Ne
Qe
632.23. Panas yang hilang karena sebab lain
Qe
Qw
Qeg
Qb
Qpp
24. Efisiensi Thermal Indikasi
% 100 632 x x Qb Ni i
% 100 x Ni Ne m
26. Efisiensi Volumetrik % 100 . . . 60 . . x i Vd n z Gs a v 27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar
3600 . x FC Gs R
28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis
c h Ro 3 48 , 3429. Faktor Kelebihan Udara
Ro R
30. Faktor Koreksi Standard
5 , 0
st st T T P P A = 5 , 0 273 273
st st t t P P Dimana : Pst = 760 mmHgtst = 25 ˚CP = tekanan udara atsmosfert = temperatur ruangan 31. Daya Efektif Standard
Ne st A.Ne32. Torsi Efektif Standard
T st A.T33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard
A SFCe SFCe st
34. Analisa Gas Buang
Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
% CO = Veg Vco
