Uji Kinerja Mesin Fiat 4-Tak dengan Kapasitas CC Menggunakan Automotive Engine Test Bed T101D

(1)

INSTITUT TEKNOLOGI PADANG

https://e-journal.itp.ac.id/index.php/jtm e-ISSN: 2598-8263

Vol. 9, No. 2, October 2019 p-ISSN: 2089-4880

Published by Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (LP2M) - ITP

Uji Kinerja Mesin Fiat 4-Tak dengan Kapasitas 1.100 CC Menggunakan Automotive Engine Test Bed T101D

Fiat 4-Stroke Engine Performance Test with 1100 Cc Capacity Using Automotive Engine Test Bed T101D

Dian wahyu

Department of Mechanical Engineering, Politeknik Negeri Padang

Kampus Limau Manis, Limau Manis, Pauh, Padang, Sumatera Barat 25163, Indonesia

doi.10.21063/jtm.2019.v9.i2.74-83

Correspondence should be addressed to dianwahyuitb@gmail.com

Article Information Abstract

Received:

September 18, 2019 Revised:

October 21, 2019 Accepted:

October 28, 2019 Published:

October 31, 2019

Engine is the main power in the vehicle and has a different performance. The differences in engine performance can occur due to different operating conditions and the fuel used. Therefore, research on the performance of combustion engines must be done to improve service to consumers, because not everyone can perform performance engine performance tests. At the time of planning the manufacture of the combustion engine, theoretical performance was calculated, but the results were different from the actual performance results on the dynamometer. Therefore an engine is tested for performance tests to get the characteristic value of the engine. The process of testing has been carried out in accordance with the Standard Operation Procedure in the relevant literature and concludes that the performance produced by the test machine shows the value of torque characteristics, the average effective pressure of the combustion chamber, fuel consumption and volumetric efficiency which is inversely proportional to the engine rotation speed . For the optimal variable engine operating conditions in this study were at 4000 Rpm with 72 Nm of torque and 30.1 kW of power with a specific fuel consumption of 311.5 g / kWh.

Keywords: Engine, Performance, dynamometer

1. Pendahuluan

Perkembangan dunia industri otomotif pada saat ini semakin hari semakin pesat. Di industri, hampir semua perusahaan menggunakan kendaraan alat berat, baik itu untuk operasional pertambangan maupun peralatan pendukung lainnya. Dalam pemilihan kendaraan alat berat, banyak hal-hal yang perlu dipertimbangkan antara lain model, kebutuhan dan performa.

Salah satu faktor yang mempengaruhi performa dari suatu kendaraan alat berat adalah mesin (engine) kendaraan tersebut. Dalam menciptakan suatu mesin kendaraan bermotor

yang handal, studi terhadap performa mesin sangat diperlukan untuk peningkatan produk mesin, penelitian, dan peningkatan pelayanan pada pelanggan [1]. Mesin sangat berpengaruh terhadap jalannya kendaraan alat berat. Tiap produk mesin memiliki performa tersendiri.

Oleh karena itu, tiap mesin perlu diuji menggunakan peralatan uji engine test bed.

Pengujian atau tes performa suatu mesin merupakan hal yang penting. Hal ini diperlukan untuk mengetahui performa mesin sebelum diproduksi secara massal dan penyesuaian pada kendaraan untuk pemasangan, meningkatkan desain dan konfigurasi, untuk mengintegrasikan

(2)

material baru dan teknologi, mengetahui daya dan konsumsi bahan bakar, efektivitas pendinginan, getaran dan kebisingan, pelumasan, kemudahan dalam pengemudian, dan sebagainya, serta menyesuaiakan dengan regulasi modern untuk mesin guna mengurangi emisi berbahaya, sehingga regulasi yang ketat terpenuhi [2].

Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian engine 4 tak merek fiat berkapasitas 1100 CC pada alat engine test bed tipe Engine Test Bed T101D. Penelitian ini bertujuan untuk mencari kondisi terbaik engine.

2. Metode

A. Motor 4 Langkah

Motor bakar (combustion engine) adalah salah satu jenis mesin kalor, yaitu suatu mesin yang mengkonversi energi kimia yang terkandung pada bahan bakar menjadi energi panas, yang kemudian energi panas ini dirubah menjadi energi gerak atau mekanik [3]. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar (external combustion engine). Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.

Gambar 1. Motor 4 Langkah SOHC (Single Over Head Camshaft)

Motor bensin 4 langkah adalah motor yang pada setiap 4 langkah piston (dua putaran crankshaft) sempurna menghasilkan satu tenaga

kerja (satu langkah kerja) seperti pada Gambar 1. Begitu pula pada mesin diesel 4 langkah.

Jadi pada motor 4 langkah, piston bergerak dari BDC (Bottom Dead Center) ke TDC (Top Dead Center) atau sebaliknya sebanyak 4 kali. Busi (sparkplug) memercikkan bunga api sebanyak satu kali setiap piston bergerak sebanyak 4 langkah. Sedangkan pada mesin 2 langkah, sparkplug memercikkan bunga api sekali tiap 2 langkah piston.

B. Prinsip Kerja

Prinsip kerja motor bensin 4 langkah (Gambar 2) adalah sebagai berikut [4]:

Gambar 2. Prinsip kerja motor bensin 4 langkah

Langkah hisap (induction): Piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Dimana katup masuk terbuka, katup buang tertutup, kemudian campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur di dalam karburator masuk ke dalam ruang bakar melalui katup masuk. Saat piston berada di BDC katup masuk akan tertutup.

Langkah kompresi (compression) : Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dimana katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehingga gas yang telah dihisap tidak keluar pada waktu ditekan atau dikompresi oleh piston yang mengakibatkan tekanan gas dalam ruang bakar akan naik. Beberapa saat sebelum piston mencapai TMA, busi mengeluarkan bunga api listrik. Selanjutnya gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi terbakar. Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik.

Langkah pembakaran (ignition)/ tenaga : kondisi ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan mengembang kemudian menekan piston turun ke bawah dari TMA ke TMB.

Tenaga pembakaran ini disalurkan melalui connecting rod, selanjutnya oleh crankshaft diubah menjadi gerak puntir.

Langkah pembuangan (exhaust) : Katup buang terbuka, katup masuk tertutup. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Gas sisa

(3)

pembakaran terdorong oleh piston keluar melalui katup buang.

C. Sistem Pelumasan

Sistem pelumasan pada diesel engine (Gambar 3) merupakan hal yang penting mengingat tuntutan akan performa yang tinggi dan emisi yang rendah akhir-akhir ini. Sistem pelumasan tidak saja berfungsi untuk menyediakan oli yang bersih pada lokasi yang tepat pada engine, tetapi oli yang digunakan juga harus dapat bertahan pada suhu yang tinggi dan waktu penggantian oli yang lebih panjang [5].

Gambar 3. Skema dasar sistem pelumasan

Keterangan Gambar 3 adalah sebagai berikut : 1. Oil pan: Sebagai suatu wadah

penampungan untuk engine oil. Oil pan juga dapat membuang panas dari engine oil ke atmosfer dan memiliki internal baffle untuk mencegah oli teraduk-aduk.

2. Suction bell: Berfungsi untuk mencegah masuknya kotoran-kotoran besar pada sistem pelumasan. Dari sini oli akan terhisap menuju ke oil pump.

3. Oil pump: Berfungsi untuk mensirkulasikan engine oil dari oil pan ke seluruh sistem pelumasan pada engine. Oil pump digerakan dengan putaran gear yang terhubung pada crankshaft.

4. Oil pressure relief valve: Berfungsi sebagai pengatur tekanan kerja maksimum pada sistem pelumasan. Dengan membatasi tekanan maka akan dapat membantu mengurangi kebocoran-kebocoran internal maupun external sehingga seal dapat bertahan lama.

5. Oil filter: Berfungsi sebagai penyaring kotoran-kotoran yang terkandung dalam engine oil. Pada oil filter base juga terpasang bypass valve yang berfungsi untuk mengalirkan oli tanpa melewati oil filter pada saat oil filter kotor maupun saat oli dingin dengan tujuan untuk menjaga komponen engine saat baru di-start.

6. Oil cooler: Berfungsi untuk memindahkan panas dari engine oil. Di dalam housing oil cooler terdapat tube untuk mengalirkan cairan pendingin (coolant). Proses ini disebut penukaran panas engine oil dengan coolant. Pendinginan ini bertujuan untuk mempertahankan oli pelumas pada saat engine load besar. Pada oil cooler ini juga terdapat bypass valve yang berfungsi untuk mengalirkan oli tanpa melewati oil cooler saat engine oil dingin dan kental.

7. Oil passage: Sebagai jalur aliran oli pelumas dalam engine block maupun cylinder head.

8. Piston cooling jet: Berfungsi untuk menyemprotkan oli ke bagian bawah piston untuk mendinginkan piston. Hal ini membantu mendinginkan piston dengan suhu yang seragam dan menyediakan usia pakai piston yang lebih panjang disamping juga membantu melumasi dinding ruang pembakaran.

9. Crankcase breather: Berfungsi untuk menyamakan tekanan di dalam engine crankcase dengan tekanan udara luar, dan mengijinkan oli kembali ke oil pan dengan mudah. Hal ini terjadi dikarenakan adanya kebocoran gas pembakaran dari ring piston.

D. Sistem Bahan Bakar

Sistem bahan bakar pada motor bensin berfungsi untuk menyediakan dan mengatur banyak sedikitnya campuran bahan bakar dengan udara yang dimasukkan ke dalam ruang pembakaran secara tepat (Gambar 4).

Banyaknya campuran bahan bakar dengan udara harus sesuai dengan yang dibutuhkan mesin (engine), sesuai dengan kondisi dan beban mesin itu sendiri [6].

Gambar 4. Rangkaian dasar sistem bahan bakar konvensional

Keterangan Gambar 4 adalah sebagai berikut:

1. Fuel tank: Bagian ini berfungsi untuk menampung bahan bakar bensin yang akan

(4)

diperlukan engine untuk proses pembakaran. Penempatan tangki bahan bakar biasanya diletakkan di bagian belakang kendaraan untuk mencegah bocoran apabila terjadi benturan.

2. Fuel line: Saluran utama yang menyalurkan bahan bakar dari tangki ke fuel pump.

3. Fuel emission line : Saluran uap bahan bakar yang menyalurkan gas HC (uap bensin) dari dalam fuel tank.

4. Fuel filter: Berfungsi untuk menyaring kotoran atau air yang mungkin terdapat di dalam bahan bakar bensin. Dalam saringan terdapat elemen yang berfungsi untuk menghambat kecepatan aliran bahan bakar, mencegah masuknya air dan kotoran ke dalam carburetor.

5. Charcoal canister: Berfungsi untuk menampung sementara uap bensin yang berasal dari ruang pelampung pada carburetor dan uap bensin yang dikeluarkan dari fuel emission line pada saat tekanan di fuel tank naik karena bertambahnya suhu di dalam internal canister agar tidak terbuang keluar. Uap bensin yang ditampung oleh charcoal canister dikirim langsung ke intake manifold, kemudian ke ruang bakar untuk dibakar pada saat engine-on.

6. Fuel pump: Pompa bensin mempunyai tugas memindahkan bahan bakar bensin

dari fuel tank ke carburetor dengan cara mengisap bahan bakar bensin dari fuel tank dan mendesak masuk ke carburetor.

7. Carburetor: Karburator memproses bahan bakar cair menjadi partikel kecil dan dicampur dengan udara sehingga memudahkan penguapan. Prosesnya serupa dengan penyemburan (spray). Fungsi dari carburetor adalah :

8. Mengatur perbandingan campuran antara udara dan bahan bakar.

9. Mengubah campuran tersebut menjadi butiran-butiran kecil berbentuk kabut.

10. Menambah atau mengurangi jumlah campuran tersebut sesuai dengan kecepatan dan beban mesin yang berubah- ubah.

11. Fuel return line : Saluran pengembali yang menyalurkan kelebihan bahan bakar bensin di carburetor kembali menuju ke fuel tank.

E. Sistem Pengapian

Untuk menghasilkan kerja diperlukan pembakaran dari campuran bahan bakar dengan udara yang dihasilkan dipelopori oleh sistem pengapian (Gambar 5). Fungsi sistem pengapian adalah untuk menghasilkan tegangan yang tinggi untuk mengadakan bunga api di antara elektroda busi sehingga campuran bahan bakar dan udara dibakar secara sempurna walaupun kecepatan berubah-ubah [7].

Gambar 5. Skema dasar sistem pengapian konvensional

Keterangan Gambar 5 adalah sebagai berikut:

1. Battery: Berfungsi sebagai sumber tenaga listrik di sistem kelistrikan pada kendaraan.

2. Fuse: Sebagai pengaman arus listrik.

3. Ignition switch: Berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan listrik pada rangkaian atau mematikan dan menghidupkan sistem.

(5)

4. Resistor: Untuk mengurangi penurunan tegangan di kumparan sekunder pada saat putaran mesin tinggi dan untuk menstabilkan arus yang masuk ke kumparan primer.

5. Ignition coil: Berfungsi mentransformasikan tegangan baterai 12V menjadi tegangan tinggi (5000-25.000 volt) untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat pada celah busi.

6. Distributor: Berfungsi untuk mendistribusikan arus tegangan tinggi ke setiap busi sesuai dengan urutan pengapian melalui rotor (berada di dalam distributor) dan kabel busi.

7. Governor advancer: Bagian ini berfungsi untuk memajukan saat pengapian sesuai dengan putaran engine.

8. Vacuum advancer: Bagian ini berfungsi untuk memundurkan atau memajukan saat pengapian pada saat beban mesin bertanmbah atau berkurang.

9. Breaker points: Berfungsi untuk memutuskan arus listrik yang mengalir melalui kumparan primer dari ignition coil untuk menghasilkan arus listrik tegangan tinggi pada kumparan sekunder dengan cara induksi magnet listrik (electromagnetic induction).

10. Rotor: Berfungsi untuk membagikan arus listrik tegangan tinggi yang dihasilkan oleh ignition coil ke tiap – tiap busi.

11. Distributor cap: Berfungsi untuk membagikan arus listrik tegangan tinggi dari rotor ke hight-tension cords untuk masing-masing ruang pembakaran.

12. High-tension cords: Berfungsi sebagai penyalurkan arus listrik tegangan tinggi dari ignition coil ke busi.

13. Spark plug: Meloncatkan bunga api listrik diantara kedua elektroda busi di dalam ruang bakar, sehingga pembakaran dapat dimulai.

F. Power Output Terminology

Tenaga engine menjelaskan keselarasan antara kualitas maupun jumlah dari karakteristik yang dapat dipercaya. Berikut adalah power output terminology pada engine : 1. RPM: Revolution Per Minutes atau revolusi

per menit adalah banyaknya putaran yang dilakukan dalam satu menit.

2. Torque: Torque atau torsi adalah gaya putar atau puntir yang dihasilkan oleh crankshaft.

Saat engine hidup, pembakaran berlangsung dan menyebabkan piston pada ruang bakar bergerak turun. Pergerakan piston ini

mendorong connecting rod dan menyebabkan crankshaft berputar.

3. HP: Horse Power menjelaskan besarnya output kerja engine yang berhubungan dengan waktu, atau rata-rata kerja yang dihasilkan. Satu horsepower didefinisikan sebagai kemampuan seekor kuda untuk mengangkat beban seberat 33.000 pounds menempuh jarak 1 feet dalam waktu 1 menit.

4. IHP: Indicated Horse Power merupakan tenaga yang dihasilkan engine berdasarkan perhitungan teoritis.

5. BHP : Brake Horse Power merupakan horsepower yang dihasilkan engine yang diperoleh pada saat melakukan pengukuran pada dynamometer tanpa ada parasitic load yang terpasang.

6. FHP: Friction Horse Power merupakan horsepower yang dibutuhkan oleh engine untuk melawan gesekan antara ring piston dan cylinder liner, shaft dan bearing, roda gigi dan komponen bergerak lainnya yang berada di dalam engine. Friction horsepower tergantung pada ukuran dan kecepatan engine.

7. Flywheel horsepower: Adalah horsepower bersih yang dihasilkan oleh engine setelah dikurangi beban aksesoris seperti altenator , kompresor, dll .

8. BMEP: Brake Mean Effective Pressure adalah nilai tekanan rata-rata yang terjadi di dalam ruang bakar selama langkah usaha untuk menghasilkan brake horsepower di flywheel.

9. Heat: Heat atau panas merupakan bentuk energi yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Energi panas diubah menjadi energi mekanis oleh piston dan komponen engine lainnya agar dapat menghasilkan tenaga yang sesuai untuk kerja. British Thermal Unit (BTU) digunakan untuk mengukur nilai panas yang dihasilkan bahan bakar atau panas yang dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya. Satu BTU didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 pound air sebesar 1° F.

G. Engine Performance Parameters

Performa motor bakar bisa diketahui dengan membaca dan mengganalisa parameter yang berfungsi untuk mengetahui torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi dari mesin tersebut. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi daya dan torsi motor atau kemampuan motor. Beberapa faktor yang mempengaruhi antara lain volume silinder,

(6)

perbandingan kompresi, efisiensi volumetrik, dan kualitas bahan bakar.

1) Torque

Pada saat engine running, gaya (F) yang terjadi hasil dari pembakaran di dalam ruang bakar menyebabkan piston bergerak ke bawah menuju TMB. Gerakan ke bawah piston menekan connecting rod menyebabkan crankshaft berputar. Gaya tekan ke bawah dari piston dikalikan dengan jarak dari titik sumbu rod journal ke titik sumbu main journal crankshaft (r) disebut torsi (T) (Gambar 6) [8].

Maka persamaan untuk torsi adalah sebagai berikut :

Gambar 6. Skema pengukuran torsi

(1)

Dimana:

T = Torsi (Nm) F = Gaya (N)

= Jarak lengan torsi (m)

Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap porosnya, dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama dengan arah yang berlawanan.

2) Power

Daya mesin adalah hubungan kemampuan engine untuk menghasilkan torsi maksimal pada putaran tertentu. Daya menjelaskan besarnya output kerja engine yang berhubungan dengan waktu, atau rata-rata kerja yang dihasilkan.

Adapun daya yang dihasilkan engine atau diserap oleh dynamometer adalah hasil perkalian dari torsi dan kecepatan sudut. Jika n

adalah kecepatan putaran engine, maka persamaan untuk daya adalah sebagai berikut :

(2)

Keterangan:

P = Daya (watt) Tm = Torsi mesin (Nm) = Putaran mesin (rad/s) = Putaran mesin (rpm)

3) Brake Mean Effective Pressure

Unjuk kerja mesin relatif yang diukur, nilai tekanan rata-rata yang terjadi di dalam ruang bakar selama langkah usaha untuk menghasilkan brake horsepower di flywheel.

BMEP merupakan parameter untuk mengukur seberapa efektif piston displecement dari engine menghasilkan torsi. Sehingga semakin besar BMEP semakin besar pula torsi yang dihasilkan engine. Persamaan untuk BMEP adalah sebagai berikut :

( ) (3)

Dimana:

BMEP = Brake mean effective pressure (kPa) P = Daya (watt)

Vs = Engine displacement (m³) = Putaran mesin (rpm)

= Indeks siklus (4 langkah=2, 2 langkah=1)

4) Specific Fuel Consumption

Konsumsi bahan bakar spesifik (spesific fuel consumption) didefinisikan sebagai jumlah bahan bakar yang dipakai untuk menghasilkan satu satuan daya dalam waktu satu jam. Persamaan untuk SFC adalah sebagai berikut :

(4)

Dimana:

SFC = Specific fuel consumption (g/kWh)

= Massa jenis bahan bakar yang masuk (kg/hr)

P = Daya (watt) 5) Volumetric Efficiency

Efisiensi volumetrik sangat mempengaruhi performa dari suatu engine karena tenaga yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah udara yang dapat dihisap oleh piston ke dalam ruang bakar. Persamaan untuk efisiensi volumetrik adalah sebagai berikut :

(7)

( ) (5)

Dimana:

= Efisiensi volumetrik (%)

Vair = Laju aliran volumetrik udara (m3/hr)

Vs = Engine displacement (m3)

= Indeks siklus (4 langkah=2, 2 langkah=1)

H. Dynamometer

Dinamometer merupakan peralatan yang digunakan untuk mengukur torsi atau daya pada sebuah engine. Pada dasarnya ada tiga jenis alat ukur daya atau torsi, yaitu dinamometer penggerak, dinamometer trasmisi, dan dinamometer absorpsi. Dinamometer penggerak digunakan untuk mengukur beberapa peralatan seperti turbin dan pompa serta mensuplai energi untuk menggerakkan peralatan yang akan diukur. Dinamometer transmisi adalah peralatan pasif yang ditempatkan dilokasi tertentu. Dinamometer absorpsi mengubah energi mekanik sebagai torsi yang diukur, sehingga sangat berguna untuk mengukur daya atau torsi yang dihasilkan sumber daya seperti motor bakar atau motor listrik.

Pada pengujian ini digunakan dinamometer hidrolik yang termasuk dinamometer jenis absorpsi. Dinamometer hidrolik adalah dinamometer yang menggunakan sistem hidrolis atau fluida untuk menyerap torsi atau daya engine. Fluida yang digunakan biasanya air, dimana air berfungsi sebagai media pendingin dan media gesek perantara.

Dinamometer hidrolik ini memiliki dua komponen penting yaitu sudu gerak (rotor) dan sudu tetap (stator). Rotor terhubung dengan poros dari engine yang akan diukur, dimana putaran dari engine tersebut akan memutar rotor dinamometer. Rotor akan mendorong air di dalam dinamometer, sehingga air akan terlempar menghasilkan tahanan terhadap putaran engine dan menghasilkan panas. Aliran air secara kontinyu melalui casing sangat penting untuk menurunkan temperatur dan juga untuk melumasi seal pada poros. Sedangkan stator terletak berhadapan dengan rotor dan terhubung tetap pada casing. Pada casing dipasang lengan, dimana pada ujung lengan terdapat alat ukur pembebanan (load cell) sehingga torsi yang terjadi dapat diukur. Load cell adalah sebuah force transducer yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja.

Pada saat engine dan dinamometer dihidupkan maka putaran engine diatur pada putaran tertentu. Air masuk ke dalam casing melalui selang dari penampungan air sehingga rongga antara rotor dan stator selalu terisi air.

Air berfungsi sebagai media gesek perantara dan sebagai pendingin karena proses yang terjadi menimbulkan panas. Suplai air harus bersih, dingin, dan konstan yang dapat diperoleh dari pompa air.

I. Diagram Alir dan Setup Pengujian

Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 7 dengan setup pengujian seperti pada Gambar 8.

Gambar 7. Diagram Alir Penelitian

Gambar 8. Setup Pengujian

Skema pengujian dapat dilihat pada Gambar 9 dengan spesifikasi engine yang diuji

(8)

pada Tabel 1 serta spesifikasi hydraulic dynamometric unit uji pada Tabel 2.

Gambar 9. Skema Pengujian

Tabel 1. Spesifikasi engine yang akan diuji

Spesifikasi Uraian

Cycle Otto

Stroke 4

Fuel System MPI Electronic Injection

Cooling Water

Engine displacement 1108 cm³ Max. Power Output 40 kW

Max. Power Engine Speed 5500 rpm

Max. Torque 98 Nm

Max. Torque Engine Speed 2750 rpm Compression Ratio 9.6 : 1

Weight 300 kg

Dimensions 1760x970x1460 mm

Tabel 2. Spesifikasi hydraulic dynamometric unit uji

Spesifikasi Uraian

Max. Speed 10000 rpm

Max. Power 80 kW

H2O Min. Pressure 2 bar H2O Working Pressure 4 bar H₂O Flow Rate Required 30 l/kWh Max. Braking Torque 190 Nm

Accuracy 1%

J. Hasil dan Pembahasan

Performa yang diukur dalam penelitian ini meliputi torsi, kecepatan putaran mesin, aliran udara dan konsumsi bahan bakar seperti pada Tabel 3. Pengukuran yang didapatkan

merupakan hasil dari konversi parameter yang bekerja pada peralatan dan melalui perhitungan waktu. Untuk hasil pengukuran torsi, kecepatan putaran mesin dan aliran udara akan ditampilkan pada digital displays. Sedangkan untuk konsumsi bahan bakar akan dilakukan penghitungan waktu persatuan detik berdasarkan volume konsumsi pada fuel flowmeter glass.

Tabel 3. Hasil pengujian

Test 1 2 3 4 5

Engine speed

(rpm) 5000 4500 4000 3500 3000

Torque

(Nm) 58 66 72 77 82

Fuel flow measurement

25ml (s)

9,9 8,4 7,1 6,5 6,3

Air flow measurement

(m/s)

7,8 7,5 7,3 7,3 6,5

Barometric pressure

(kPa)

100,6 100,6 100,6 100,6 100,6

Ambient temperature

(°C)

27 27 27 27 27

Perhitungan karakteristik performa mesin uji mulai dari power, brake mean effective pressure, specific fuel consumption hingga voluetric efficiency dilakukan melalui proses perhitungan matematik yang menggunakan Persamaan (1) sampai (5). Hasilnya dapat dilihat pada Table 4.

Tabel 4. Hasil perhitungan parameter performa engine

Test 1 2 3 4 5

Engine speed 5000 4500 4000 3500 3000

Torque (Nm) 58 66 72 77 82

Power (kW) 30,3 31,0 30,1 28,2 25,7

BMEP (kPa) 657 748 816 872 929

SFC (g/kWh) 221,4 255,1 311,5 364,1 410,5

Volumetric

efficiency (%) 50 53 58 58 70

(9)

3. Hasil dan Pembahasan

Hasil pengujian engine menunjukkan hasil yang jelas. Pada Gambar 10, grafik antara kecepatan putaran engine (rpm) dengan torsi (Nm), menunjukkan bahwa nilai dari torsi akan menurun seiring dengan naiknya kecepatan putaran engine. Dengan kata lain, torsi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran engine. Penurunan torsi pada grafik tersebut

disebabkan oleh nilai beban pada engine yang semakin berkurang seiring dengan kenaikan kecepatan putaran engine. Pada grafik terlihat torsi maksimal hanya 82 Nm pada kecepatan putaran engine 3000 rpm. Jika dibandingkan dengan spesifikasi dari mesin uji yang torsinya 98 Nm pada 2750 rpm, maka tidak tercapai torsi maksimumnya disebabkan keterbatasan saat melakukan proses pengujian karena jika dibebani hingga di bawah 3000 rpm maka kecepatan putaran engine menjadi tidak stabil.

Gambar 10. Grafik performa engine

Untuk garis antara kecepatan putaran engine dengan daya (kW) ypada grafik menunjukkan bahwa nilai dari daya mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan nilai kecepatan putaran engine (rpm). Seharusnya daya yang dihasilkan oleh engine tetap sama pada tiap perubahan kecepatan engine. Pada grafik terlihat kenaikan daya maksimum 31,086 kW pada 4500 rpm dan kemudian terjadi penurunan daya pada 5000 rpm. Jika dibandingkan dengan daya maksimum pada mesin uji yang mencapai 40 kW, maka kondisi performa mesin uji tidak tercapai sesuai dengan spesifikasinya.

Dilain sisi garis antara Brake Mean Effective Pressure dengan kecepatan putaran engine Pada grafik menunjukkan bahwa nilai dari BMEP (kPa) akan menurun seiring dengan kenaikan kecepatan putaran engine (rpm). Terlihat maksimum BMEP adalah 929 kPa pada

kecepatan putaran engine 3000 rpm dan minimumnya 657 kPa pada 5000 rpm. Dengan kata lain, BMEP berbanding terbalik dengan kecepatan putaran engine dikarenakan tekanan rata-rata dalam ruang bakar akan semakin meningkat jika bebannya semakin besar. Jadi BMEP sebanding dengan torsi yang dihasilkan oleh engine.

Selanjutnya garis grafik perbandingan antara Specific Fuel Consumption dengan kecepatan putaran engine terlihat penurunan SFC (g/kWh) seiring dengan semakin meningkatnya kecepatan putaran engine (rpm). Pada grafik terlihat punca SFC adalah 410,5 g/kWh pada 3000 rpm dan minimumnya 221,4 g/kWh pada 5000 rpm. Jadi SFC sebanding dengan torsi yang dihasilkan oleh engine karena semakin besar torsinya maka semakin banyak pula bahan

(10)

bakar yang dikonsumsi untuk pembakaran di dalam ruang bakar dan menghasilkan tenaga.

Sementara grafik perbandingan antara volumetric efficiency dengan kecepatan putaran engine terlihat terjadi penurunan volumetric efficiency (%) dengan semakin meningkatnya kecepatan putaran engine. Pada grafik terlihat maksimum volumetric efficiency-nya adalah 70% pada 3000 rpm dan minimumnya 50%

pada 5000 rpm. Maka dengan semakin cepatnya putaran engine menyebabkan semakin rendah efisiensi volumetrik udara yang masuk ke dalam ruang bakar sehingga tenaga yang dihasilkan oleh engine semakin berkurang, hal ini dikarenakan kerapatan udara yang masuk semakin berkurang.

Berdasarkan beberapa grafik perbandingan yang telah ditunjukkan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa semakin banyak bahan bakar, panas dan udara yang masuk ke dalam ruang pembakaran maka semakin meningkat tenaga yang dihasilkan oleh engine. Hal ini ditunjukkan dengan grafik kenaikan nilai torsi, BMEP, SFC dan volumetric efficiency yang berbanding terbalik dengan kecepatan putaran engine.

Tabel 5. Variable-variabel kondisi operasi engine yang optimal.

Kondisi optimal operasi engine Nilai

Engine speed 4000

Torque (Nm) 72

Power (kW) 30,1

BMEP (kPa) 816

SFC (g/kWh) 311,5

Volumetric efficiency (%) 58

Dari data hasil pengujian didapatkan variable-variabel kondisi operasi engine yang optimal, yang dapat dilihat pada Table 5.

4. Simpulan

Setelah melakukan penelitian ini maka dapat diambil kesimpulkan, bahwa kondisi optimum pengoperasian sebuah engine dapat ditentukan melalui tes perfoma engine. Untuk variable

kondisi optimal pengoperasian engine ini berada di 4000 rpm dengan torsi 72 Nm dan power 30,1 kW dengan specific fuel consumption sebesar 311,5 g/kWh.

Ucapan Terima kasih

Terima kasih saya ucapkan kepada teman- teman dosen Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang yang telah memberikan kontribusi sehingga paper ini dapat diselesaikan, dan selanjutnya ucapan terima kasih saya ucapkan untuk Jurnal Teknik Mesin Institut Teknologi Padang yang telah menerima paper ini, Seterusnya kepada peneliti lainnya yang telah berpartisipasi men-submitt papernya sehingga buku Jurnal Teknik Mesin ini cepat diterbitkan.