i SKRIPSI
PENGUJIAN MESIN YANMAR L48 PADA DAERAH OPERASI ECONO-DRIVE
Disusun oleh:
Buldan Sibli Syamsul Arifin 141.03.1030
PROGRAM STUDI STRATA 1 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA
JANUARI 2020
ii
THE PERFORMANCE OF YANMAR L48 IN THE ECONO-DRIVE OPERASIONAL RANGE
Disusun oleh:
Buldan Sibli Syamsul Arifin 141.03.1030
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY
INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AKPRIND YOGYAKARTA
JANUARI 2020
iii
iv
v
vi
Gusti Allah Mboten Sare….
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Assalamualaikum Wr.Wb
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
1. Kedua orang tua, bapak dan Alm. Ibunda tercinta Terimakasih atas kasih sayang dan cinta dalam merawat dan membimbing saya semoga dibalas dengan rahmat dan Ridho Allah SWT.
2. Adik-adik saya Bagus Maula Ulil Albab dan Syifa Ikrima Islami yang telah mendoakan dan mensupport agar kakaknya cepat menyelesaikan tanggung jawabnya.
3. Teman-teman MARKESO (Wahidin Ali, Muklas, Kicle, Ompong, Mekcer, Riyoh, A Komar, Indra, Hendi, A wandi).
4. Nur Azizah yang selalu mendukung agar segera menyelesaikan skripsi.
5. Fuzy Lestiany Atmadja dan Layla yang selalu mensupport agar cepat menyelesaikan skripsi.
6. Ryan, Gunawan, Krisnandi, Ambar yang telah membantu penelitian skripsi.
7. Senior Mataram Proto Mas Faizin dan Dyon yang telah membantu memberi wejangan atau motivasi dalam pembuatan skripsi
8. Anak-anak BT TIM (Anjan, Fandhika, Rofiq, Wajihan, Poke, Aris, Warwer, Septyan, Imam)
9. Tim IST AKPRIND 2 (Mataram Proto) yang telah memberikan semangat.
viii
Bissmilahirrohmanirrohim Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT atas Rahmat, taufiq, dan Ridho-Nya sehingga skripsi dengan judul Pengujian mesin yanmar L48 pada daerah operasi econo-drive dapat terselesaikan.
Penyusunan skripsi ini banyak pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung, maka penulis menyampaikan Terimaksih kepada:
1. Kedua orang tua yang telah membimbing dan mendo’akan.
2. Bapak rektor Dr. Ir. Amir Hamzah, MT. selaku rektor Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta.
3. Bapak Dr. Ir. Toto Rusianto, MT. elaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta.
4. Ibu Nidia Lestari, ST, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin 5. Bapak Ir. Purnomo, MSME., Ph.D..selaku dosen pembimbing 1.
6. Bapak Ir. Adi Purwanto., M.T. selaku dosen pembimbing 2.
7. Bapak-bapak dosen Jurusan Teknik Mesin selaku pengajar di bangku kuliah Institut Sains dan Teknologi AKPRIND Yogyakarta.
8. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin
9. Semua pihak yang terkait dalam pembuatan laporan ini baik secara langsung maupun tidak langsung
ix
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan serta jauh dari kata sempurna. Maka dari itu, kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak merupakan masukan yang sangat berguna bagi penulis untuk memperbaiki dan menyempurnakan penulisan yang akan datang. Akhir kata penulis berharap semoga laporan Skripsi ini dapat bermanfaat dan dapat digunakan sebagai penambah ilmu dan pengetahuan untuk para pembaca.
Yogyakarta, Januari 2020 Buldan Sibli Syamsul Arifin
x
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... iv
HALAMAN PENGUJI ... v
HALAMAN MOTTO ... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xiv
ABSTRAK ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Manfaat ... 3
1.6 Sistematika Penyusunan Skripsi ... 4
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
3.1 Tinjauan Pustaka ... 6
3.2 Teori Dasar Diesel ... 9
3.2.1 Cara kerja mesin diesel ... 12
3.3 Teori Pembakaran ... 14
xi
3.3.1 Bahan bakar mesin diesel ... 15
3.3.2 Ruang bakar mesin diesel ... 16
3.3.3 Jenis ruang bakar ... 16
3.3.4 Sistem bahan bakar pada mesin diesel ... 25
3.4 Power dan Torsi mesin Diesel ... 26
3.4.1 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) ... 28
3.4.2 Pengabutan udara ... 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 30
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 30
3.2 Tempat Pengujian ... 31
3.3 Alat dan Bahan penelitian... 31
3.3.1 Alat penelitian ... 31
3.3.2 Bahan penelitian ... 34
3.4 Langkah Pengujian ... 35
3.5 Pengujian Daya dan Dorsi ... 36
3.6 Pengujian Bahan Bakar ... 37
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 39
4.1 Data Hasil Penelitian ... 39
4.2 Pembahasan Hasil Penelitian ... 41
4.2.1 Daya engine ... 41
4.2.2 Daya maksimum... 43
4.3 Torsi Motor ... 43
4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 47
BAB V PENUTUP ... 51
xii
5.2 Saran ... 51 DAFTAR PUSTAKA ... 53 LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Diesel ... 10
Gambar 2.2 Siklus Aktual/ Siklus gabungan Motor Diesel 4 Langkah ... 11
Gambar 2.3 Cara Kerja Mesin Diesel 4 Langkah ... 13
Gambar 2.4 Ruang Bakar Langsung (Direct injection) ... 17
Gambar 2.5 Indirect Injection ... 19
Gambar 2.6 Swirl Combustion Chamber ... 21
Gambar 2.7 Sistem Bahan Bakar Mesin Diesel ... 26
Gambar 3.1 Diagram Alir ... 30
Gambar 3.2 Engine Yanmar L48 ... 31
Gambar 3.3 Dynotest ... 32
Gambar 3.4 Buret ... 33
Gambar 3.5 Tachometer ... 33
Gambar 3.6 Tools Set ... 34
Gambar 3.7 Bahan Bakar Pertamina Dex ... 34
Gambar 3.8 Spesifikasi Bahan Bakar Pertamina Dex ... 35
Gambar 3.9 Rangka Dudukan Engine ... 35
Gambar 4.1 Grafik Daya ... 42
Gambar 4.2 Grafik Torsi ... 45
Gambar 4.3 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)... 48
xiv
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Engine Yanmar L48 ... 40
Tabel 4.2 Data Pengujian Daya Setelah dikonversikan ... 41
Tabel 4.3 Torsi Engine Setelah Pengujian ... 44
Tabel 4.4 Konsumsi Bahan Bakar ... 47
xv ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui performa engine Diesel Yanmar L48 mobil hemat energy Mataram Proto. Mataram Proto Diesel adalah mobil prototype yang memiliki tiga roda yang dibuat untuk perlombaan Kontes Mobil Hemat Energi. Pengujian performa engine Diesel ini yang diukur yaitu daya, torsi dan konsumsi bahan bakar dan dilakukan pada putaran 1000 rpm – 3600 rpm dengan interval 200 rpm. Hasil penelitian diperoleh daya maksimum sebesar 3,50 kW pada rpm 3400. Torsi maksimal sebesar 26,33 N.m pada rpm 3400.
Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) engine Mataram Proto lebih hemat pada putaran mesin di atas 1800 rpm yaitu sebesar 0,2512 kg/kWh Pada engine dengan daya maksimum maupun torsi lebih hemat bahan bakar antara 2000 rpm – 3600 rpm.
Kata kunci: Diesel, Mataram Proto, Performance. Konsumsi Bahan Bakar
1
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Pada era globalisasi, semua bidang khususnya Teknologi berkembang semakin pesat. Berbagai pihak berlomba-lomba mengembangkan dan merekayasa alat agar dapat menghasilkan output yang maksimal dengan input yang seminimal mungkin. Perkembangan yang semakin pesat ini, banyak sekali rekayasa yang juga memandang kenyamanan dan keefisienan suatu alat untuk memudahkan serta sesuai dengan keinginan konsumen maupun masyarakat. Salah satu rekayasa yang diperlukan adalah pada mesin Diesel yang dimanfaatkan dalam perlombaan Kompetisi Mobil Hemat Energi (KMHE).
Dalam kompetisi ini, terdapat dua kategori kendaraan secara umum, yaitu kendaraan prototype dan kendaraan urban concept. Untuk kategori prototype, peserta kompetisi ini ditantang untuk mendesain, membuat, dan melombakan kendaraan dimana desain kendaraan ini dibuat dengan bentuk bodi yang memiliki tingkat gesekan udara kecil dengan efisiensi pemakaian bahan bakar yang tinggi, namun tetap mengedepankan keamanan. Kategori urban concept, peserta kompetisi ditantang untuk mendesain, membuat dan melombakan mobil yang lebih realistis yang dapat memenuhi kebutuhan pengemudi jaman sekarang. Mobil dalam kategori urban concept ini memiliki desain dan kelengkapan lalu lintas yang menyerupai mobil-mobil yang sudah ada dan digunakan di jalan raya.
2
Mobil Mataram Proto menggunakan mesin Diesel tipe Yanmar L48 dengan kapasitas silinder 200cc. Pada engine Yanmar L48 ini, proses pembakaran untuk menghasilkan tenaga, berada pada satu tempat yaitu pada ruang bakar (silinder). Proses pembakaran terjadi dengan ada nya perubahan temperatur dan tekanan pada ruang bakar pada akhir proses kompresi, sehingga bahan bakar yang teratomisasi berbentuk kabut halus yang diinjeksikan pada saat piston sebelum mencapai TMA (pada langkah kompresi) dan bersinggungan dengan udara panas di atas titik nyala bahan bakar, maka akan menyala dan terjadilah proses pembakaran dalam ruang bakar.
Salah satu tim mobil Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta yaitu tim IST AKPRIND 2 dengan kendaraan Mataram Proto mengikuti event kontes mobil hemat energi kategori Prototype. Sebagaimana dalam regulasi kontes, mobil prototype merupakan kendaraan masa depan beroda tiga dengan satu penumpang sabagai pengemudi. Dalam kategori prototype, peserta dituntut untuk membuat kendaraan dengan bobot seringan mungkin, body yang stream line aerodinamis, untuk mencapai efisiensi pemakaian bahan bakar, sehingga ramah lingkungan. Oleh karena itu diperlukan pengujian mesin Yanmar L48 terhadap performa engine Mataram Proto Diesel guna mendapatkan hasil yang optimum dalam event kontes mobil hemat energi (KMHE)..
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang maka diperoleh rumusan masalah yaitu;
apakah dalam observasi hasil pengujian unjuk kerja dapat diketahui konsumsi bahan bakar secara efisien dalam event dan aman serta ramah lingkungan guna lolos dalam regulasi kontes mobil hemat energi (KMHE)?
1.3 Batasan Masalah
1. Tekanan udara yang masuk melalui intake manifold konstan (1 atm).
2. Temperatur udara konstan.
3. Temperatur bahan bakar konstan.
4. Jumlah udara yang masuk dan besaran pasokan bahan bakar dianggap sama atau konstan.
1.4 Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Mengetahui titik maksimal Torsi, Daya engine Yanmar L48 2. Mengetahui specific fuel comsumption engine (sfc) Yanmar L48
1.5 Manfaat
1. Bagi mahasiswa: mampu memperdalam ilmu dan mengetahui performa engine Yanmar l48 dengan ekonomis sehingga dapat dikembangkan lebih lanjut dan di aplikasikan pada kendaraan mobil hemat energi Mataram Proto.
4
2. Bagi ilmu pengetahuan: Sebagai bahan evaluasi dalam peningkatan mutu kurikulum di masa depan.
1.6 Sistematika Penyusunan Skripsi
Rencana penyusunan skripsi adalah sebagai berikut : Halaman Judul
Halaman Pengesahan Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel
INTISARI & ABSTRACT
BAB I. Pendahuluan : Latar belakang masalah; Perumusan masalah;
Batasan masalah; Tujuan Skripsi; Manfaat Skripsi; Sistematika penyusunan Skripsi.
BAB II. Dasar Teori : Landasan teori yang berkaitan dengan tema Skripsi, paradigma, cara pandang; tinjauan pustaka terhadap penulis terdahulu yang ada kaitan dengan tema Skripsi, teori dasar yang dipakai dalam penelitian atau perancangan.
BAB III. Metode Penelitian : Berisikan rencana penelitian yang akan dilaksanakan antara lain : Diagram alir penelitian, Alat dan bahan, Prosedur pengujian, Standar pengujian.
BAB IV. Hasil Penelitian dan Pembahasan : Memuat perhitungan pada hasil data penelitian yang merupakan analisa yang dibuat dengan mengacu ke
dasar teori, hasil penelitian disajikan berupa grafik. Melakukan analisa perhitungan dan membahas hasil penelitian.
BAB V. Penutup : Kesimpulan dan Saran.
Daftar Pustaka Lampiran
6 BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka
Menurut Rosyadi, I. (2014), konsumsi bahan bakar kendaraan bermotor pada dasarnya tinggi namun dapat dikendalikan dan dikurangi. Salah satu cara yang paling tepat adalah dengan memperbaiki proses pembakaran yang terjadi di dalam silinder mesinnya. Langkah ini penting mengingat ketersediaan bahan bakar konvensional yang semakin terbatas atau semakin menipis. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pemanasan bahan bakar solar sebelum masuk ruang bakar dan membandingkannya dengan tanpa pemanas terhadap performa mesin dan konsumsi bahan bakar pada motor Diesel satu silinder. Bahan bakar yang digunakan pada penelitian ini yaitu solar murni yang dipanaskan dengan electric heater (pemanas listrik) dengan variable temperatur yaitu (40˚C, 45˚C,50˚C) dan dibandingkan dengan pengujian tanpa electric heater. Bahan bakar akan di uji dengan menggunakan motor Diesel Dong Feng atau biasanya dikenal dengan mesin Diesel dengan daya 7 HP. Hasil penelitian ini menunjukkan konsumsi bahan bakar yang paling rendah terdapat pada temperature 500 0C pada putaran 1.000 rpm, sementara dengan tanpa pemanas konsumsi bahan bakar lebih tinggi bila dibandingkan dengan menggunakan pemanasan electric heater (pemanas listrik). Hasil uji performa mesin menunjukkan bahwa torsi dan daya mesin pada bahan bakar solar murni ini yang dipanaskan lebih tinggi di bandingkan pada bahan bakar solar murni yang tidak dipanaskan. Setelah dilakukan pengujian pada mesin Diesel. Konsumsi bahan bakar yang paling
irit terjadi pada temperatur 500 oC pada putaran mesin 1.000 (rpm) , sedangkan konsumsi bahan bakar yang paling boros terjadi tanpa pemanasan pada putaran mesin 2.000 (rpm). Performa mesin Diesel juga mengalami peningkatan pada torsi dan daya setelah bahan bakar solar dipanaskan.
Pada penelitian sebelumnya Ismanto, (2012), menjelaskan mesin Diesel Yanmar TS50 4 stroke 1 silinder, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh tekanan bahan bakar pada injektor performa mesin Diesel dengan pengaturan variasi yaitu menambah atau mengurangi seam pada saat mengirim ke pegas, dalam percobaan menggunakan engine test bed dimana mesin diletakkan pada pad yang kemudian dihubungkan ke poros output mesin dengan mesin pengukuran daya, jenis impeller. Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah daya dan torsi, hasil penelitian dapat dilihat bahwa peningkatan terjadi pada 1980 rpm, spin injektor pada tekanan 18 MPa lebih tinggi dari tekanan injektor 16 MPa di putaran 1.980 rpm, Nilai torsi terendah terjadi pada tekanan 16 MPa pada putaran 1.250 rpm sebesar 3,92 Nm. Pada tekanan 13 MPa putaran 1.000-1.750 rpm, terjadi kenaikan nilai daya akan tetapi saat putaran 1960 rpm daya yang dikembangkan lebih stabil.
Menurut penelitian Rosyadi, I. dkk, (2015), dijelaskan bahwa ajang lomba mobil hemat energi Indonesia Energy Marathon Challenge (IEMC) adalah kegiatan yang diadakan untuk menguji kemampuan merancang dan membangun kendaraan yang aman, efisien dan ramah lingkungan. Tim Cula Satu Untirta adalah karya dari mahasiswa Teknik Mesin Untirta yang telah mengikuti kompetisi IEMC pada Tahun 2013. Kendaraan ini menggunakan
8
mesin Diesel stroke 4 yang memiliki kapasitas 210 cc. Namun, dari penggunaan mesin Diesel berkapasitas besar bahwa ia memperoleh hasil yang kurang optimal, karena kapasitas silinder besar dapat mempengaruhi penggunaan bahan bakar yang semakin besar. Ini adalah tujuan utama untuk mengatur penggunaan konsumsi bahan bakar pada mesin yang memiliki kapasitas 210 cc dengan memodifikasi volume silinder penurunan dari 210cc menjadi 132 cc. Dari pengujian menggunakan tiga bahan bakar (Pertamina Dex, Shell dan Total Diesel) diperoleh sebagai hasil dari Shell torsi Diesel, tenaga dan konsumsi bahan bakar rendah dengan torsi maksimum ditetapkan pada mesin 1.800 rpm dengan mesin nilai rotasi 8,76 Nm, serta daya maksimum pada 2.000 rpm dengan nilai 2,36 HP. Pada putaran 1.600 rpm dengan beban pada pegangan 0,56 kg, Daya 1,86 HP yang dapat mencapai waktu 204,66 detik.
Pada penelitian terdahulu Budianto, A. dkk, (2013), ada permasalahan dasar dalam pengoperasian mesin Diesel diantaranya adalah ketersediaan dan biaya yang diperlukan untuk memenuhi konsumsi bahan bakar. Akhir-akhir ini ketersedian bahan bakar minyak semakin menipis sehingga diperlukan adanya bahan bakar alternatif untuk mesin Diesel. Salah satu alternatif yang direkomendasikan adalah batubara cair dengan beberapa alasan, diantaranya jumlah yang melimpah serta harga yang lebih murah. Penelitian ini telah menganalisa performa mesin Diesel berbahan bakar batubara cair. Hasil simulasi ini menunjukkan adanya penurunan performa mesin Diesel diantaranya daya turun sebesar 3,17% pada RPM 2800 dan torsi turun sebesar 2,86% pada RPM 1800.
2.2 Teori Dasar Diesel
Diesel berasal dari nama seorang insinyur dari Jerman yang menemukan mesin ini pada Tahun 1893, yaitu Dr. Rudolf Diesel. Pada waktu itu mesin tersebut tergantung pada panas yang dihasilkan ketika kompresi untuk menyalakan bahan bakar. Bahan bakar ini diteruskan ke silinder dengan menggunakan tekanan udara yang dihasilkan kompresor pada akhir kompresi.
Sehingga, mesin Diesel inovasi pertama dari Rudolf Diesel kurang cocok untuk penggerak tranportasi karena harus tersedia kompresor bertekanan 120 atm. Pada Tahun 1924, Robert Bosch, seorang insinyur dari Jerman, mencoba mengembangkan pompa injeksi bahan bakar menggunakan metode tekanan plunger, oleh karena proses injeksi bahan bakar ke dalam silinder mesin Diesel tidak menggunakan udara makan sistem injeksi ini disebut solid injection atau mechanical injection, yang akhirnya berhasil menyempurnakan ide dari Rudolf Diesel. Keberhasilan Robert Bosch dengan mesin Dieselnya tersebut sampai saat ini digunakan oleh masyarakat.
Prinsip kerja mesin Diesel adalah pada putaran tinggi torak bergerak translasi (bolak-balik) di dalam silinder dihubungkan dengan pena engkol dari poros engkol yang berputar pada bantalannya, dengan perantara batang penggerak atau batang penghubung. Campuran bahan bakar dan udara di bakar di dalam ruang bakar, yaitu ruangan yang dibatasi oleh dinding silinder, kepala torak dan kepala silinder. Gas pembakaran yang terjadi mampu menggerakan torak yang selanjutnya memutar poros engkol. (Arismunandar, 1983:3).
10
Siklus Diesel merupakan siklus ideal untuk motor Diesel. Siklus Diesel ini merupakan siklus udara pressure constant dan dapat diperlihatkan seperti pada Gambar 2.1 di bawah ini.
a) Diagram P- V b) Diagaram T-S Gambar 2.1 Siklus Diesel
Sumber: (Cengel,1989) Keterangan:
1. Langkah 1-2: Proses kompresi isentropik, pada aktualnya terjadi gerakan piston dari TMB ke TMA.
2. Langkah 2-3: Proses pemasukan kalor (q in). Kalor dipindahkan ke fluida kerja pada tekanan konstan.
3. Langkah 3-4: Proses ekspansi isentropik, pada aktualnya gerakan piston dari TMB ke TMA (langkah kerja).
4. Langkah 4-1: Proses pelepasan kalor dengan volume konstan.
Pemasukan dan pengluaran kalor pada siklus Diesel dapat dihitung dengan rumus:
qin= m . cp . △ T
qin= m . cp . ( T 3 – T 2 )…….……….………….(2.1) dan
qout = m . cp . △ T
qout = m . cp . ( T 4 – T 1 )………..………..(2.2) Keterangan :
qin = pemasukan kalor ( kJ ) qout = pengeluaran kalor ( kJ ) m = massa ( kg )
cp = kalor spesifik pada tekanan konstan T = temperature ( K )
Gambar 2.2 Siklus aktual/ siklus gabungan motor diesel 4 langkah (Sumber: Moran dan Shapiro,Termodinamika Teknik Jilid 2, Hal:68)
Siklus gabungan ialah dimana adanya persamaan antara siklus motor bensin dengan siklus motor diesel di dalam proses pembakaran di dalam silinder, dapat kita lihat di bawah ini.
proses siklus:
6 - 1 : Pemasukan udara pada P konstan 1 - 2 : Kompresi isentropis
2 - x : Pemasukan kalor pada V konstan x - 3 : Pemasukan kalor pada P konstan 3 - 4 : Ekspansi isentropis
12
4 - 5 : Pembuangan kalor pada V konstan 1 - 6 : Pembuangan gas buang pada P konstan
Pada siklus gabungan pemasukan kalor tejadi pada volume konstan dan tekanan konstan, dihitung dengan rumus:
Q in = m.cv. ( T3-T2 )…….………...(2.3) Dan
Qin ‘= m.cp .( T4 – T3 )……….(2.4)
Keterangan :
qin = pemasukan kalor ( kJ ) qout = pengeluaran kalor ( kJ ) m = massa ( kg )
cv = kalor spesifik pada volume konstan cp = kalor spesifik pada tekanan konstan T = temperature ( K )
2.2.1 Cara Kerja Mesin Diesel
Mesin Diesel umumnya terdiri dari satu sampai banyak silinder, masing–masing silinder mempunyai cara kerja sesuai langkah pistonnya.
Cara kerja mesin Diesel dibedakan antara mesin Diesel 2 langkah dan mesin Diesel 4 langkah. Untuk mesin Diesel 4 langkah mempunyai cara kerja seperti yang terlihat pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Cara Kerja Mesin Diesel 4 Langkah (Tronmmelmans, J.; Soedjono)
1. Langkah isap
Katup masuk membuka, piston (torak) bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah). Jadi poros engkol 1800.
Tekanan di dalam silinder rendah. Disebabkan selisih tekan udara luar dan tekan rendah didalam silinder, maka udara mengalir ke dalam silinder. Tidak terdapat katup pemadam seperti motor bensin. Udara dapat mengalir masuk tidak terbatas, motor Diesel bekerja dengan sisa udara.
2. Langkah kompresi
Selama langkah kompresi katup masuk dan katup keluar tertutup, piston bergerak dari TMB ke TMA, udara yang ada didalam silinder dimampatkan kuat diatas piston dan menyebabkan temperatur naik.
3. Langkah usaha
14
Selama langkah usaha, katup masuk dan katup keluar dalam keadaan tertutup, pada akhir langkah kompresi (usaha), pompa menyemprotkan sejumlah bahan bakar kedalam ruang bakar dan bahan bakar tersebut disemprotkan oleh nozzel yang berupa kabut.
Bahan bakar tersebut bercampur dengan udara panas, karena temperatur tinggi didalam ruang bakar, maka bahan bakar langsung terbakar, menyebabkan tekan naik dan piston bergerak dari TMA ke TMB.
4. Langkah buang
Pada akhir langkah keluar katup pembuangan membuka, piston bergerak dari TMB ke TMA dan mendorong gas–gas hasil pembakaran keluar melalui katup buang yang terbuka.
2.3 Teori Pembakaran
Secara umum, pembakaran dapat didefinisikan sebagai proses atau reaksi oksidasi yang sangat cepat antara bahan bakar (fuel) dan oksidator. Bahan bakar merupakan segala subtansi yang melepaskan panas ketika dioksidasi dan secara umum mengandung unsur-unsur Carbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), Nitrogen (N), dan Sulfur (S).
Proses pembakaran dapat dipercepat antara lain dengan jalan memutar udara yang masuk kedalam silinder, yaitu untuk mempercepat dan memperbaiki proses pencampuran bahan bakar dan udara. Namun demikian, jika pusaran udara itu begitu besar maka ada kemungkinan terjadi kerusakan ketika mesin dalam keadaan dingin. Hal itu disebabkan karena proses
pemindahan panas dari udara ke dinding silinder, yang masih dalam keadaan dingin, menjadi lebih besar sehingga udara tersebut menjadi dingin juga.
Sebaliknya, jika mesin sudah panas temperatur udara sebelum langkah kompresi menjadi lebih tinggi, sehingga dengan pusaran udara dapat diperoleh kenaikan tekanan efektif rata-ratanya. Oleh sebab itu mesin akan lebih kerja efisien pula. (Arismunandar W, 1983:12)
2.3.1 Bahan Bakar Mesin Diesel
Pada kendaraan ini menggunakan Pertamina Dex dengan nilai oktan minimal 53 lebih baik dari pada solar biasa dengan oktan 48. Selain itu kandungan sulfur pada Pertamina Dex juga lebih rendah maksimal 330 ppm dan yang kita gunakan 90 ppm dan memiliki partikulat paling rendah sebagai indikator bahan bakar bersih sekitar 3,5 mg/liter. Selain itu, juga lebih jernih dan sudah dibekali aditif lengkap, salah satunya anti-foaming, yang mencegah timbulnya buih pada solar.
Tabel 2.1 Spesifikasi Bahan Bakar Pertamina Dex
16
2.3.2 Ruang Bakar Mesin Diesel
(Muhajir:2009) Ruang bakar pada mesin Diesel adalah merupakan bagian yang penting untuk menentukan kemampuan dari pada mesin Diesel itu sendiri. Pada saat ini telah dikembangkan berbagai macam konfigurasi ruang bakar (combustion chamber) mesin Diesel untuk menjamin bahan bakar yang disemprotkan ke dalamnya dapat mengurai, mengabut, dan bercampur rata dengan udara. Ruang pembakaran Diesel dengan demikian memegang peranan penting untuk:
1. Mencapur bahan bakar dengan udara dengan baik sehingga diperoleh effisiensi maksimum.
2. Bentuk ruang pembakaran harus dapat memungkinkan terjadinya campuran yang homogen
3. Ruang pembakaran harus memungkinkan terjadinya turbulensi udara
2.3.3 Jenis Ruang Bakaran
Jenis ruang bakar yang digunakan kendaraan adalah:
1. Ruang bakar langsung (Direct injection)
Injection Nozzle menyemprotkan bahan bakar langsung ke ruang bakar utama (main combustion chamber) yang terdapat diantara cylinder head dan piston (torak). Ruang yang ada pada bagian atas piston (torak) merupakan salah satu bentuk yang dirancang untuk meningkatkan efisiensi dalam pembakaran.
Macam macam ruang injeksi langsung : a. Multi-spherical
b. Hemispherical c. Spherical
Gambar 2.4 Ruang bakar langsung (Direct injection) (Sumber: Daryanto, 2004)
Keuntungan ruang bakar tipe injeksi langsung
a. Penampang permukaan ruang injeksi langsung yang kecil dapat mengurangi kerugian panas sehingga menaikan temperatur udara yang dikompresikan dan menyempurnakan pembakaran.
Pada tipe ini pemanasan awal tidak diperlukan untuk start dengan suhu udara sekitarnya normal. Efisiensi panas yang tinggi disini juga dapat meningkatkan output dan menghemat penggunaan bahan bakar Diesel.
b. Struktur cylinder head lebih sederhana, jadi detonation karena panas akan lebih kecil.
c. Karena kerugian panasnya kecil, maka perbandingan kompresinya dapat diturunkan.
Kerugian ruang bakar tipe injeksi langsung :
18
a. Pompa injeksi harus mampu menghasilkan tekanan tinggi yang diperlukan untuk mengatomisasikan bahan bakar dengan memaksanya keluar melalui nozzle tipe berlubang banyak (multi hole).
b. Kecepatan maksimumnya lebih rendah karena pusaran campuran bahan bakar lebih kecil daripada tipe ruang bakar tambahan (auxilary combustion chamber).
c. Tekanan pembakaran yang tinggi menimbulkan suara yang lebih keras dan resiko knocking lebih besar.
d. Mesin sangat peka terhadap kualitas bahan bakar, biasanya diperlukan bahan bakar yang bermutu tinggi.
2. Ruang bakar tambahan (Auxilary Combustion Chamber) a. Tipe ruang bakar kamar depan (Precombustion Chamber)
Mesin dengan ruang bakar kamar depan (pre chamber) dipasangkan pada kendaraan penumpang dimana kenyamanan lebih penting dari pada kendaraan komersial, disamping itu mesin diesel dengan ruang bakar pre chamber menghasilkan sangat rendah racun emisi (HC dan NOx) dan biaya pembuatan lebih rendah daripada mesin injeksi langsung. Keistimewaan mesin Diesel adalah sangat cocok jika menggunakan dengan turbocharger atau supercharger mekanis, dengan menggunakan turbocharger pada mesin Diesel tidak hanya meningkat tenaga/dayanya saja tetapi juga meningkatkan
efisiensi, mereduksi suara pembakaran dan kandungan racun pada gas buang.
Pada ruang bakar motor Diesel injeksi tidak langsung untuk kendaraan penumpang, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar pendahuluan (pre chamber) yang telah dipanaskan dan disinilah awal pembakaran terjadi untuk mencapai formasi campuran yang baik dengan mereduksi pengapian susulan untuk proses pembakaran utama.
Gambar 2.5 Indirect Injection (Sumber: Daryanto,2004)
Bahan bakar diinjeksikan oleh ,injektor jenis throttling pintle nozzle/satu lubang (single hole) dengan tekanan rendah relatif(di bawah 300 bar). Permukaan ruang pre chamber didesain secara khusus agar penyemprotan bahan bakar berada sedemikian rupa di tengahnya serta membentur dan bercampur dengan udara secara terus menerus. Pembakaran dimulai dan merambat campuran bahan bakar udara serta dibakar secara
20
parsial melaui lubang-lubang di bawah ruang bakar pre chamber ke ruang bakar utama (main combustion chamber) di atas silinder, campuran dipanaskan terus selama proses pembakaran terjadi. Disini pencampuran terus terjadi dengan udara dalam ruang bakar utama dan pembakaran dilanjutkan sampai sempurna. Perlambatan proses pembakaran dan pengontrolan pelepasan energi pada segala tingkat tekanan dalam ruang bakar utama, menghasilkan suara lebih rendah dan beban yang lebih ringan dalam silinder motor. Versi jenis ruang bakar pre chamber yang telah dioptimalkan menghasilkan kadar racun HC dan NOx rata-rata 40 % lebih rendah pada gas buang. Bentuk ruang bakar pre chamber yang telah dimodifikasi secara khusus akan dapat meningkatkan pusaran gerakan udara dari silinder ke ruang pre chamber.
Bahan bakar diinjeksikan pada sudut 5 derajat dari garis tengah ruang bakar ini, busi pijar (glow plug) diletakkan di bawah aliran udara untuk melindunginya dari proses pembakaran.
Pengontrolan pemanasan ruang bakar melalui busi pijar sampai 1 menit setelah star (tergantung dari temperatur air pendingin mesin) dimaksudkan memperbaiki gas buang dan mengurangi suara dalam periode pemanasan.
Keuntungan:
a) Pemakaian jenis bahan bakar lebih luas. Bahan bakar yang relatif kurang baik dapat digunakan, dengan asap yang tidak pekat.
b) Mudah pemeliharaannya karena tekanan injeksi bahan bakar relatif rendah dan mesin tidak begitu peka terhadap perubahan timing injeksi.
c) Karena disini digunakan throtle type nozzle, maka Diesel knocking dapat dikurangi dan kerja mesin lebih tenang.
Kerugian :
a) Biaya pembuatan lebih tinggi karena bentuk silinder lebih rumit.
b) Diperlukan starter yang lebih besar.
c) Pemakaian bahan bakar relatif lebih boros.
b. Ruang bakar kamar pusar (Swirl Combustion Chamber)
Gambar 2.6 Swirl Combustion Chamber (Sumber: Daryanto,2004)
22
Pada ruang bakar motor diesel injeksi tidak langsung untuk kendaraan penumpang, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar pendahuluan (pre chamber) yang telah dipanaskan dan disinilah awal pembakaran terjadi untuk mencapai formasi campuran yang baik dengan mereduksi pengapian susulan untuk proses pembakaran utama. Bahan bakar diinjeksikan oleh injektor jenis throttling pintle nozzle/satu lubang dengan tekanan rendah relative (dibawah 300 bar). Permukaan ruang pre chamber didesain secara khusus agar penyemprotan bahan bakar berada sedemikian rupa di tengahnya serta membentur dan bercampur dengan udara secara terus menerus.
Pembakaran dimulai dan merambat campuran bahan bakar udara serta dibakar secara parsial melaui lubang-lubang di bawah ruang bakar tambahan ke ruang bakar utama di atas silinder, campuran dipanaskan terus selama proses pembakaran terjadi. Disini pencampuran terus terjadi dengan udara dalam ruang bakar utama dan pembakaran dilanjutkan sampai sempurna. Pada awal proses pembakaran, campuran bahan bakar udara dibuat dalam ruang bakar utama melalui area batang/leher dan dicampur dengan udara pembakaran residual.
Dibandingkan dengan proses ruang bakar pre chamber, kerugian-kerugian aliran antara ruang bakar utama dan ruang bakar tambahan lebih rendah untukruang bakar kamar pusar, karena aliran penampang-silang (cross-section) lebih besar, hal
ini menjadikan kerja putaran/beban lebih rendah, konsumsi bahan bakar dan efisiensi lebih baik. Hal yang penting adalah bahwa formasi campuran ditempatkan secara sesempurna mungkin dalam ruang bakar kamar pusar desain ruang bakar kamar pusar, pengaturan dan pembentukan semprotan nozzle dan juga kontak busi pijar (glow plug) yang tepat akan menjadikan formasi campuran yang bagus pada segala kecepatan dan segala kondisi beban. Hal lain yang diperlukan adalah pemanasan yang cepat ruang kamar pusar setelah start dingin, hal ini akan mengurangi keterlambatan pengapian dan menghindari produksi hidrokarbon yang tak terbakar (asap biru) dalam gas buang selama proses pemanasan.
Keuntungan:
a) Dapat dicapai kecepatan mesin yang tinggi karena turbulensi kompresinya tinggi.
b) Gangguan pada nozzle lebih kecil karena menggunakan pin type nozzles
c) Tingkat kecepatan mesin lebih luas dan operasinya yang halus membuat banyak digunakan untuk mobil penumpang Kerugian:
a) Kontruksi cylinder head dan cylinder block (block silinder) rumit.
b) Efisiensi panas dan konsumsi bahan bakarnya lebih buruk daripada sistem injeksi langsung
24
c) Menggunakan busi pijar, tetapi ini kurang efektif untuk kamar pusar yang besar, karena mesin tidak mudah start.
d) Diesel knock akan lebih besar pada kecepatan rendah c. Kamar energi sel (Energy Cell Chamber).
Ruang bakar bantu ini ditempatkan berseberangan dengan injektor Pada dasarnya konstruksi ruang bakar ini, mengkombinasikan konsep yang dikembangkan pada ruang bakar kamar muka dan kamar pusar. Pertama bahan bakar diiinjeksikan dalam bentuk lurus melewati ruang bakar utama.
Kedua, bahan bakar menyerap panas dari ruang utama. Ketiga, bahan bakar masuk ke dalam ruang energy cell, sebagian besar di ruang utama dan sebagian kecil masuk ruang cell kedua.
Keempat, terjadi pembakaran di ruang kedua hingga tekanan naik mendorong bahan bakar di ruang utama dan membentuk pusaran dan terbakar.
Keuntungan ruang bakar energy cell:
a) Mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur
b) Tidak memerlukan pemanas,
c) Gangguan nozzle berkurang karena menggunakan tipe pin.
Kerugian raung bakar energy cell:
a) Saat injeksi bahan bakar sangat mempengaruhi kemampuan mesin.
b) Suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang,
c) Bahan bakar boros.
2.3.4 Sistem Bahan Bakar Pada Mesin Diesel
Salah satu komponen motor Diesel yang memegang peran penting adalah sistem bahan bakar. Peranan pokok adalah menyediakan kebutuhan bahan bakar sebagai salah satu unsur proses pembakaran. Tugas sistem bahan bakar adalah:
1. Mengukur jumlah bahan bakar, 2. Mengabutkan bahan bakar, 3. Mengatur timing injeksi,
4. Mengatur awal dan akhir injeksi.
Pengabutan bahan sendiri adalah proses memecah bahan bakar menjadi butiran kecil-kecil atau sering disebut sebagai proses atomisasi. Proses ini dimaksudkan agar bahan bakar mudah menjadi uap, sehingga dapat bereaksi dengan udara pada proses pembakaran. Disamping itu, persyaratan proses pembakaran adalah terjadi homogenitas udara dan bahan bakar yang berarti kerataan campuran diseluruh ruangan di dalam silinder. Dalam mesin injeksi maka energi potensial dari udara tekan diubah menjadi energi kinetik. Energi kinetik tersebut yang akan mengabutkan bahan bakar dan menimbulkan turbulensi. Komponen sistem bahan bakar Diesel secara sederhana sebagai berikut :
1. Tangki bahan bakar, untuk menyimpan persediaan bahan bakar.
26
2. Transfer pump dan priming pump, Transfer pump berfungsi mengalirkan bahan bakar dari tangki ke pompa injeksi.
Sedangkan priming pump berfungsi memompa bahan bakar secara manual saat proses bleeding.
3. Pompa injeksi, berfungsi menghasilkan tekanan pada sistem bahan bakar sesuai kebutuhan mesin.
4. Injektor untuk mengabutkan bahan bakar sehingga menghasilkan campuran udara homogen.
Gambar 2.7 Sistem bahan bakar mesin Diesel (Sumber: Khairul Muhajir, 2009)
2.4 Power dan Torsi mesin Diesel
Pada motor bakar dihasilkan dari pembakaran dalam silinder yang biasanya disebut dengan daya indikator. Dalam silinder tersebut terjadi perubahan energi kimia bahan bakar dengan proses pembakaran menjadi energy mekanik pada torak. Daya indicator adalah merupakan sumber tenaga persatuan waktu operasi mesin untuk mengatasi semua beban mesin.
Adapun daya yang dihasilkan mesin atau diserap oleh dinamometer adalah hasil perkalian dari torsi dan kecepatan sudut.
P₁ =
. T₁……….…..(2.5)
dan
P₂ =
. T₂………..………(2.6) Atau menggunakan kecepatan sudut sebagai berikut:
P= T. 𝜔 ………...……….………(2.6) dimana dalam satuan SI:
P = daya (kW) T = torsi ( Nm)
N = putaran kerja (rpm) 𝜔 = kecepatan sudut ( rad/s)
Sebagai catatan, torsi adalah ukuran dari kemampuan sebuah mesin melakukan kerja sedangkan daya adalah angka dari kerja telah dilakukan.
Besarnya daya mesin yang diukur seperti dengan didiskripsikan diatas dinamakan dengan brake power (Pb). Daya disini adalah daya yang dihasilkan oleh mesin untuk mengatasi beban, dalam kasus ini adalah sebuah rem. Kecepatan sudut dari suatu bagian dari mesin seringkali dinyatakan dalam putaran/menit (disingkat r/men) dan ditulis dengan n . Mengingat setiap putaran sama dengan 2 𝜋 rad
𝜔 =
...(2.7) dan
V= 2 R n atau V= R 𝝎 ….……...(2.8) Dimana :
V = kecepatan sudut ( m/menit ) R = panjang lengan / jari-jari ( m )
28
n = putaran mesin (rpm) ω = kecepatan sudut (rad/s)
2.4.1 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) ditentukan dalam g/PSH atau g/kWh dan lebih umum digunakan pada Ƞbt. Besar nilai SFC adalah kebalikan daripada Ƞbt. Penggunaan bahan bakar alam gram per jam. Dapat ditentukan dengan persamaan rumus:
SFC= ………..(2.9)
Dengan :
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik ( gr/kWh ) P = daya mesin ( kW )
Sedangkan nilai mf dapat dicari dengan persamaan rumus:
……….……….(2.10)
Dengan :
b = volume (cc ) t = waktu ( sekon )
bb= massa jenis bahan bakar ( kg/l )
ṁf = penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi tertentu
2.4.2 Pengabutan udara
Fungsi dari pengabut atau injector adalah mengatur bentuk kabutan bahan bakar yang diinjeksikan kedalam silinder. Sesuai
dengan fungsi tersebut injector dikelompokan menjadi dua macam, yaitu model orifice dan model pintel.
1. Model orifice dipergunakan pada motor Diesel direct injection.
Model orifice sering juga disebut sebagai model tertutup, karena ujung jarum nozzle tidak terlihat dari luar, model ini diperlukan karena dapat menghasilkan kabutan yang halus, dan sesuai dengan desain ruang bakarnya dapat divariasikan sudut dan jumlah lobangnya. Jadi model orifice terdapat desain single hole/orifice atau multi hole/orifice, model ini terdapat kelemahan yaitu tersumbatnya lobang injeksi oleh karbon, karbon ini berasal dari sisa bahan bakar yang tertinggal sesudah proses injeksi dan bahan bakar tersebut menjadi karbon karena panas pembakaran yang terjadi di ruang pembakaran. Oleh karena itu, saat memeriksa injector orifice salah satu yang harus dilakukan adalah memeriksa dan membersihkan lobang-lobang tersebut dari karbon.
2. Model pintel dipergunakan untuk indirect injection engine. Model ini disebut juga dengan model terbuka karena ujung jaru, nozzle terlihat dari luar di ujung injector. Konstruksi ini dimaksudkan untuk membersihkan lobang bila terjadi karbon.
30 BAB III
METODELOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Mobil Mataram Proto
Analisis Data Persiapan alat dan bahan:
Engine Diesel L48, Tools set, dynotest, Pertamina Dex, Tachometer, Buret, stopwatch
Kesimpulan
Selesai
Pengujian & Perekaman Data:
1. Torsi 2. Daya
3. Konsumsi bahan bakar Mulai
3.2 Tempat Pengujian
Penelitian memerlukan tempat untuk melakukan modifikasi atau pengkopelan dan juga pengujian performa mesin itu sendiri. Modifikasi engine Mataram Proto seperti pembuatan rangka, pembongkaran engine dan pengujian konsumsi bahan bakar ini dilakukan di Lab Teknologi mekanik IST Akprind Yogyakarta dengan alamat Jl.I Dewa Nyoman Oka No.32 Kotabaru, Yogyakarta. Untuk pengujian unjuk kerja torsi, daya, engine Mataram Proto dilakukan di Mototech Jl. Ringroad selatan, Singosaren III, kec.
Banguntapan, Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta 55193.
3.3 Alat dan Bahan penelitian 3.3.1 Alat Penelitian
1. Engine Yanmar L48
engine yang akan digunakan untuk penelitian adalah Yanmar L48N 215 cc, dengan daya 3.5 kW, 4.7 HP, 3600 rpm.
Gambar 3.2 Engine Yanmar L48 Tabel 3.1 Spesifikasi Engine Yanmar L48
32
Engine 4 Stroke SOHC
Bore x Stoke 70 x 57 mm
Displacement 215 cc
Daya maksimum 4 Pk ( 2,9 KW ≈ 3 KW)
Rasio Kompresi 16,1 : 1
Tipe Starter Elektrik Starter
2. Dynotest
Perangkat mesin yang mendukung kinerja dynotest diantaranya roller, blower, sistem pengaman dan pengunci agar tidak terjadi goyangan saat gas penuh, serta seperangkat computer yang dapat membantu data (output) mengenai torsi dan maksimalnya horse power yang dicapai, terbentuk angka serta grafik yang mempunyai arto tentang kemampuan maksimal dari mesin engine yang dites.
Gambar 3.3 Dynotest
3. Buret
Alat ini untuk mengukur laju konsumsi bahan bakar.
Gambar 3.4 Buret
4. Tachometer
Berfungsi untuk mengetahui putaran mesin saat pengujian
Gambar 3.5 Tachometer
5. Tools set
Tools set digunakan untuk pembongkaran dan perakitan mesin baik engine itu sendiri maupun rangka pendukung engine tersebut
34
Gambar 3.6 Tools Set
3.3.2 Bahan Penelitian 1. Bahan Bakar
Bahan bakar yang digunakan pada penelitian ini adalah Pertamina Dex karena memiliki cetane number lebih tinggi dari solar biasa sehingga pembakaran yang dihasilkan lebih sempurna.
Gambar 3.7 Bahan Bakar Pertamina Dex
2. Spesifikasi Bahan Bakar Pertamina Dex
Gambar 3.8 Spesifikasi Bahan Bakar Pertamina Dex (sumber: www.Pertamina.com)
3.4 Langkah Pengujian
1. Pembuatan rangka dudukan mesin agar engine bisa masuk pada alat pengujian dynotest. Rangka menggunakan besi hollow dengan tebal 1 mm.
Gambar 3.9 Rangka dudukan engine
36
2. Melakukan pembokaran mesin untuk mengganti bearing metal dan diganti dengan bearing bambu.
3. Perakitan kembali engine dengan dudukan untuk dilakukan pengujian dynotest.
3.5 Pengujian daya dan torsi
Persiapan alat pengujian dengan pemeriksaan komponen dynotest meliputi, pemeriksaan kekencangan komponen chassis dynotest, pemeriksaan komputer dan program dan pemeriksaan kipas pendingin.
Data yang diambil pada pengujian daya dan torsi adalah ketika akselerasi (uji akselerasi) dan pengujian pada putaran mesin (rpm) tertentu, yaitu 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm, 1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm, 2800 rpm, 3000 rpm, 3200 rpm 3400 rpm, 3600 rpm.
Langkah pengujian daya dan torsi
1. Mempersiapkan alat yang akan diuji yaitu: engine, bahan bakar serta tali untuk mengikat dudukan engine.
2. Letakan engine pada dynotest dan mengikat rangka degan chassis dynotest agar engine tidak bergerak ke kiri maupun ke kanan.
3. Hidupkan mesin dan lakukan pemanasan terlebih dahulu hingga mencapai suhu kerja yang berkisar kurang lebuh 60-80 derajat celcius.
4. Setelah engine mencapai suhu kerja, pengujian pertama yaitu pengujian akslerasi. Tarik gas posisikan pada 1600 rpm kemudian
tarik gas penuh sampai putaran maksimum. Lihat grafik daya dan torsi pada monitor dynotest.
5. Lakukan percobaan diatas selama tiga kali pengujian untuk mendapatkan data yang efektif.
6. Pengujian kedua yaitu pengujian tiap rpm yang telah ditentukan, posisikan gas pada rpm yang ditentukan, missal pertama 1600 rpm.
Kemudian tahan hingga program membaca daya dan torsi rpm tersebut.
7. Lakukan pengujian selama tiga kali pada tiap rpm untuk mendapatkan data yang efektif.
8. Setelah mendapatkan data daya dan torsi, cetak atau print data tersebut.
9. Lakukan pengujian tersebut pada mesin yang sudah diganti bearingnya dengan langkah yang sama.
10. Setelah pengujian alat selesai, lakukan pembersihan pada alat pengujian.
3.6 Pengujian Bahan Bakar
Pada pengujian ini yang dihitung adalah konsumsi bahan bakar yang digunakan adalah Pertamina Dex dengan variasi putaran mesin 800 rpm, 1000 rpm, 1200 rpm, 1400 rpm, 1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm, 2800 rpm, 3000 rpm, 3200 rpm 3400 rpm, 3600 rpm Mempersiapan alat dan bahan yaitu: engine, buret, stopwatch, tachometer, pertamina dex.
38
1. Pasangkan buret pada engine dengan menggunakan selang bahan bakar dan hubungkan langsung ke sistem bahan bakar.
2. Hidupkan mesin untuk melakukan pemanasan hingga suhu kerja.
3. Posisikan putaran pada rpm yang akan di uji, missal pada 1800 rpm. Pertahankan rpm pada putaran 1800 rpm Selma 30 detik dan catat konsumsi bahan bakar pada buret.
4. Lakukan pengujian selama tiga kali tiap rpm untuk mendapatkan data yang efektif.
5. Lakukan percobaan tersebut pada engine yang bearing bambu dan bearing metal.
6. Apabila pengujian telah selesai, lakukan pembersihan pada alat pengujian.
39 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian
Data yang diperoleh dari pengujian ini berupa data pengukuran torsi engine Diesel Mataram Proto yang diuji pada dynotest yang kemudian lebih lanjut disajikan sebagai data performasi engine. Data yang diperoleh masih berupa:
1. Daya dalam satuan Horsepower ( HP ) 2. Torsi dalam satuan Newton ( N.m ) 3. Putaran mesin dalam satuan ( rpm ) 4. Konsumsi bahan bakar atau SFC ( ml/s)
Pengukuran ini menghasilkan performa engine Mataram Proto. Hasil akhir dari penelitian ini adalah untuk mengetahui daya, torsi, dan konsumsi bahan bakar engine Mataram Proto.
Data yang diperoleh merupakan rata-rata dari hasil penelitian karena penilitian ini dilakukan 3 kali, pengambilan data ini bertujuan untuk memperolah data yang lebih akurat dan efektif.
Dapat dilihat data hasil pengujian dibawah ini:
40
Tabel 4.1 Data hasil pengujian engine Yanmar L48
Putaran mesin (rpm)
Daya (HP)
Torsi (N.m)
Konsumsi Bahan Bakar (ml per 30 detik)
1000 3.3 21.45 0,35
1200 3.4 22.87 0,40
1400 3.6 25.74 0,38
1600 3.8 26.46 0,61
1800 4.0 27.69 0,52
2000 4.1 28.87 0,56
2200 4.3 28.31 0,53
2400 4.3 27.00 0,88
2600 4.3 26.27 0,86
2800 4.4 25.54 0,51
3000 4.5 24.97 0,65
3200 4.5 23.56 0,65
3400 4.7 22.69 0,98
3600 4.6 22,20 1,13
4.2 Pembahasan Hasil Penelitian 4.2 1 Daya engine
Data hasil pengujian daya ini memiliki satuan Horsepower (HP) yang dikonversikan menjadi kilowatt (kW). Sehingga dapat dihitung sebagai berikut:
P= 3.3 HP x 0,7457 Kw P= 2,46 kW
Menggunakan perhitungan di atas, maka diperoleh daya engine pada tabel berikut:
Tabel 4.2 Data pengujian daya setelah dikonversikan Putaran mesin
(rpm)
Daya (kW)
1000 2,46
1200 2,53
1400 2,68
1600 2,83
1800 3,98
2000 3,05
2200 3,20
2400 3,20
2600 3,20
2800 3,28
3000 3,35
3200 3,35
3400 3,50
3600 3,43
42
Apabila daya yang sudah dikonversikan tersebut dibuat dalam bentuk grafiik, dapat dilihat pada grafik daya dibawah ini:
Gambar 4.1 Grafik Daya
Grafik 4.1 menjelaskan pada 1000 - 1800 rpm terjadi kenaikan daya yang dihasilkan, ketika 2000 rpm terjadi penurunan daya sebesar 3,05 kW , dan 2200 – 3400 rpm ada kenaikan daya yang relative bertingkat, pada 3600 rpm terjadi penurunan. Kenaikan dan penurunan daya disebabkan karena putaran mesin yang kurang stabil.
Pengujian daya ini menggunakan roda diameter 16 inchi. Penghubung roda dengan engine menggunakan rantai gokart akan tetapi penggunaan dynotest ini memiliki kerugian tenaga sebesar 20-22% karena adanya rugi gesekan roller dengan ban maupun terjadinya selip karena permukaan roller yang cukup licin. Penggunaan kopling sentrifugal juga ikut memperngaruhi terjadinya kerugian tenaga yang dihasilkan karena kemungkinan terjadinya selip. Kopling sentrifugal dapat terhubung dan memutar roda pada 1000 rpm
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600
Daya ( kW )
Putaran Mesin ( rpm )
Grafik Daya
tanpa beban dan 1200-1400 rpm apabila memiliki beban (dengan berat mobil maupun driver)
4.2 2 Daya maksimum
Secara teoritis, engine Diesel merupakan CIE (compression Ignition Engine ) dimana penyalaanya dengan memampatkan udara pada tekanan tinggi yang kemudian diinjeksikan bahan bakar sehingga terjadi pembakran atau tenaga. Semakin tinggi kompresi pada mesin Diesel akan semakin tinggi pula tenaganya yang dihasilkan.
Peningkatan daya berkaitan dengan besarnya torsi yang dihasilkan, berkurangnya volume ruang bakar dan meningkatnya rasio kompresi akan mempercepat kenaikan temperature. Dimana pada kompresi tinggi engine akan lebih panas sehingga efisiensi termal akan meningkat. Daya maksimum engine Mataram Proto Diesel yang dihasilkan adalah 3.50 kW pada 3400 rpm.
4.2 3 Torsi Motor
Torsi engine pada pengujian ini mempunyai satuan N.m dimana hasil tersebut merupakan keluaran langsung dari alat uji yaitu dynotest. Dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
44
Tabel 4.3 Torsi engine setelah pengujian Putaran mesin
(rpm)
Torsi (N.m)
1000 21.45
1200 22.87
1400 25.74
1600 26.46
1800 27.69
2100 28.87
2200 28.31
2400 27.00
2600 26.27
2800 25.54
3000 24.97
3200 23.56
3400 22.69
3600 22.20
Apabila torsi engine disajikan pada grafik, maka dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.2 Grafik Torsi
Torsi digunakan ketika awal untuk menggerakan kendaraan supaya dapat bergerak atau akselerasi. Sesaat kendaraan setelah melaju, selanjutnya torsi atau momen inersia torak sebagian energinya disimpan pada flywheel. Fungsi flywheel selain mengubah gerakan translasi torak menjadi rotasi yaitu meredam tekanan pembakaran dan menyimpan enegi yang dihasilkan engine.
Pada penelitian ini memiliki torsi yang cukup besar yaitu 28,87 N.m pada rpm 2100, pada rpm diawal antara 1000 rpm 2000 rpm telah terjadi kenaikan yang bertingkat secara perlahan hingga rpm puncak, pada rpm 2400 terjadi penurunan. Titik puncak torsi pada pengujian ini ada pada 2100 rpm yaitu 28,87 N.m karena beban dari roller dynotest dan juga penggunaan roda sepeda yang kemungkinan terjadi selip antara ban dan roller.
0 5 10 15 20 25 30 35
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Torsi (N.m)
Putaran mesin (rpm)
Grafik Torsi
46
Naiknya torsi yang bertingkat akan mempercepat pula akselerasi engine tersebut. Akselerasi yang cukup cepat sangat cocok untuk kompetisi mobil hemat energy karena pada perlombaan ini meggunakan sistem kill and run, yaitu engine dihidupkan untuk mendorong kendaraan dan kemudian dimatikan sehingga kendaraan berjalan atau menggelinding dengan daya dorong engine, karena berat mobil itu sendiri. Semakin cepat akselerasi, akan semakin cepat juga top speed atau daya dorong mobil tercapai. Apabila kecepatan mobil atau daya dorong maksimum cepat tercepat maka akan cepat pula mematikan engine sehingga konsumsi bahan bakar juga cepat berhenti dengan akselerasi yang cepat tersebut.
4.2 4 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) gr/kWh
Pengujian konsumsi bahan bakar dilakukan dengan buret untuk mengukur volume bahan bakar yang dikonsumsi dengan waktu 30 detik pada rpm yang sudah ditentukan.
Penguian dilakukan tiga kali percobaan tiap rpm dan diambil tata-rata konsumsi bahan bakarnya. Hasil pengukuran bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 4.4 dibawah ini dengan satuan ml/s.
Dari data pengambilan konsumsi bahan bakar, dapat digunakan untuk menghitung SFC dengan mencari laju aliran bahan bakar ( ) terlebih dahulu. Rumus yang digunakan sebagai berikut.
=
. bb
Setelah dilakukan perhitungan menggunakan rumus di atas dengan volume bahan bakar (b) 0,35 ml, waktu (t) 30 detik, dan massa jenis bahan bakar
( bb) 0,866 kg/L mendapatan hasil penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi tertentu ) 0,036 kg/jam. Ketika niali ) sudah diketahui maka dapat dilakukan perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
SFC=
Setelah dilakukan perhitungan menggunakan rumus di atas dengan nilai penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi tertentu ) 0,036 kg/jam, dan daya ( ) 2,46 kW pada putaran 1000 (rpm) mendapatan hasil konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) 0,4065 kg/kWh
Penyelesaian: massa jenis pertamina dex : 0,866 (kg/l) Rpm: 1000
=
.
= 0,036 kg/jam
SFC =
SFC = 0,4065 kg/kWh
Menggukan perhitungan di atas dapat diperoleh laju aliran bahan bakar . Setelah diperoleh laju aliran bahan bakar konsumsi bahan bakar spesifik dapat dihitung. Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik.
48
Tabel 4.4 Konsumsi Bahan Bakar
Putaran mesin Rpm
Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
b/t (ml/s)
ṁf (kg/jam)
SFC
(Kg/kWh) (gr/kWh)
1000 0,35 0,036 0,4065 406.5
1200 0,40 0,041 0,3952 395.2
1400 0,38 0,039 0,3731 373.1
1600 0,61 0,063 0,3533 353.3
1800 0,52 0,321 0,3212 321.2
2000 0,56 0,058 0,3108 310.8
2200 0,53 0,055 0,2985 298.5
2400 0,88 0,091 0,2805 280.5
2600 0,86 0,089 0,3015 301.5
2800 0,51 0,052 0,3028 302.8
3000 0,65 0,067 0,2985 298.5
3200 0,65 0,067 0,3065 306.5
3400 0,98 0,101 0,3047 304.7
3600 1,13 0,117 0,3105 310.5
Data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik di atas apabila dibuat dalam bentuk grafik seperti gambar di bawah ini.
Gambar 4.3 Grafik konsumsi bahan bakar spesifik (SFC)
Grafik pengujian konsumsi bahan bakar spesifik di atas menunjukan bahwa lebih hemat bahan bakar pada putaran mesin pertengahan kurang lebih di atas 2200-rpm - 2400 rpm, setelah mencapai daya maksimum 3400 rpm dengan daya 3,50 kW, konsumsi bahan bakar engine hemat bahan bakar karena putaran tinggi tanpa adanya beban sehingga pada putaran tinggi engine tidak memerlukan daya atau torsi besar untuk memutar poros engkol, nozzle hanya menyemprotkan sedikit bahan bakar untuk mendorong torak ke bawah.
Pada engine yang memiliki kompresi tinggi dengan 1 silinder seperti engine Mataram Proto ini, cenderung hemat di 2400 rpm, ke atas atau setelah mencapai daya maksimumnya karena penyemprotan bahan bakar yang cenderung konstan sesuai dengan tarikan throttle gas walaupun sudah dilengkapi dengan governor untuk menyesuaikan saluran bahan bakar yang masuk ruang bakar tetapi ketika putaran gas sudah ditarik penuh dan rpm
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600
Sfc gr/kWh
Putaran Mesin ( rpm )
Grafik Konsumsi bahan bakar (sfc)
50
tinggi governor terserbut tidak berpengaruh. Governor terserbut berpengaruh ketika putaran rendah menuju putaran sedang.
51 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan
1. Daya yang dihasilkan dalam pengujian performa engine Mataram Proto Diesel mengalami kenaikan pada daya maksimal sebesar 3,50 kW pada 3400 rpm.
2. Torsi yang dihasilkan dalam pengujian performa engine Mataram Proto Diesel mengalami kenaikan torsi maksimal sebesar 28,87 N.m pada 2100 rpm.
3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( SFC ) engine lebih hemat pada putaran mesin di 2400 rpm yaitu 280.5 gr/kWh dan saat putaran menengah antara 2600-3600 rpm yaitu 310.5 gr/kWh konsumsi bahan bakar lebih boros, ketika daya maksimum cenderung konstan yaitu 3.50 kW pada rpm 3400 .
4. Pada engine Mataram Proto ini semakin tinggi putaran yang dibutuhkan semakin boros terjadinya. Namun pada putaran rendah atau menengah jauh lebih hemat bahan bakar.
5.2.Saran
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besaran unjuk kerja atau performa engine Diesel Mataram Proto dengan parameter daya, torsi maupun konsumsi bahan bakarnya. Akan tetapi pengujian ini kurang terlaksana secara sempurna karena ada beberapa keterbatasan. Keterbatasan tersebut antara lain:
1. Tidak dilakukan pengukuran menggunakan alat ukur untuk mengukur jumlah udara yang masuk kedalam ruang bakar.
52
2. Tempat, waktu dan dana yang terbatas dalam pengujian daya dan torsi karena harus menyewa di tempat lain sehingga harus benar-benar hati- hati dalam penggunaan alat. Disamping harus menyewa tempat dalam penyewaan alat juga lebih lama sehingga waktu untuk menguji berkurang.
3. Penelitian tidak meninjau lebih dalam mengenai besaran pemasukan bahan bakar dalam ruang bakar serta pusaran yang dihasilkan.
penelitian lanjutan diperlukan untuk mengetahui pusaran dan besaran pemasukan bahan bakar dengan pengujian memakai alat air flowmeter dan flowbench.
4. Untuk penelitian lanjutan sebaiknya mengukur gas buang engine Mataram Proto dengan menggunakan gas analyzer.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto dan Koichi Tsuda, 1983, Motor Diesel Putaran Tinggi, Cetakan Ke-5, PT. Pradya Paramita, Jakarta.
Budianto, A. dkk, 2013. Analisa Performa mesin Diesel berbahan bakar batubara cair berbasis pada simulasi. No. 1 (2). Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS). Surabaya
Ismanto, 2012, Analisis Variasi Tekanan pada Injektor Terhadap Performance Torsi dan Daya pada Motor Diesel, No.1 (2). Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Janabadra, Yogyakrata.
Isnawan, E, D. 2017. Studi Eksperimental Karateristik Motor Bakar Empat Langkah Berbahan Bakar Biogas. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Industri. Institut Sains & Teknologi Akprind, Yogyakarta
Muhajir, K, 2009. Motor Bakar Torak, Akprind Press, Yogyakarta
Royadi, dkk, 2015, Analisa Unjuk Kerja Mesin Diesel Kapasitas 132cc Pada Prototype Cula Satu. No.1 (1). Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Banten.
Rosyadi, I. 2014. Analisa Pengaruh Pemanasan Awal Bahan Bakar Solar Terhadap Performa Dan Konsumsi Bahan Bakar Pada Mesin Motor Diesel Satu Silinder, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik.
Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Banten.
Shofiyudin, F. 2017. Analisa Pengaruh Rasio Kompresi Terhadap Performa Engine Mataram Proto Diesel. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Industri. Institut Sains & Teknologi Akprind, Yogyakarta.
Wibowo, A .A, 2017. Analisis Unjuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi Pajero Sport. Jurusan Teknik Mesin. Fakultas Teknologi Industri. Institut Sains & Teknologi AKPRIND. Yogyakarta
LAMPIRAN
