BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN
1.
1.11 LaLatatar belr belakakanangg Tuj
Tujuan uan kegikegiataatan n prakpraktiktikum um berbberbeda eda dengdengan an tujutujuan an kegikegiatan atan penepenelitlitian,ian, wal
walaupuaupun n kedukeduanya anya samsama-saa-sama ma serisering ng dildilaksaaksanakanakan n di di labolaboratratoriuorium. m. PrakPraktikutikumm bertujuan
bertujuan untuk untuk mempraktikkan mempraktikkan teori teori yang yang sudah sudah ada ada dengan dengan tujuan tujuan membantumembantu proses
proses belajar belajar mengajar. mengajar. Sedangkan Sedangkan penelitian penelitian bertujuan bertujuan untuk untuk mendapatkan mendapatkan teoriteori baru
baru dalam dalam rangka rangka pengembangan pengembangan ilmu ilmu pengetahuan. pengetahuan. Dalam Dalam program program pendidikanpendidikan perguruan
perguruan tinggi tinggi jenjang jenjang akademik akademik strata-1, strata-1, kegiatan kegiatan praktikum praktikum dan dan penelitianpenelitian keduanya diberikan dalam rangka mendidik calon sarjana yang menguasai ilmu keduanya diberikan dalam rangka mendidik calon sarjana yang menguasai ilmu pengetahuan yan
pengetahuan yang sudah ada serta mampu mengembag sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahngkan ilmu pengetahuan.uan.
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 laboratorium, karena obyek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan usaha rekayasanya dalam bentuk mekanisme.Kegiatan ini untuk membentuk dan usaha rekayasanya dalam bentuk mekanisme.Kegiatan ini untuk membentuk ma
manusnusia ia dadalam lam memelalakukkukan an berberbagbagai ai kegkegiaiatatan n fifisik sik dadalam lam hihidupdupnyanya. . KeKegigiataatann praktikum
praktikum dapat dapat dilaksanakan dilaksanakan dengan dengan mengguanakan mengguanakan instalasi instalasi percobaan percobaan sepertiseperti mo
modedel l fifisisik k dadari ri obobyeyeknknya ya atatau au dedengngan an cacara ra sisimumulalasi si mamatetemamatitik k dedengnganan menggunakan
menggunakan software computer software computer .. Pr
Prakaktitikukum m memempmpununyayai i peperarananan n pepentntining, g, teterurutatama ma ununtutuk k memembmbanantutu me
memamahahami mi teoteoriri, , prproseoses s atatau au kakarakrakterterisistik tik dardari i berberbagbagai ai fefenomnomena ena dan dan hashasilil rekayasa dalam bentuk rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila rekayasa dalam bentuk rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila hanya diterangkan melalui proses perkuliahan di kelas.
hanya diterangkan melalui proses perkuliahan di kelas. Mot
Motor or bakabakar r atau atau intinternaernall combucombustion stion enginenginee mermerupakupakan an hasihasil l rekarekayasayasa mekanisme dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya, terutama mekanisme dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya, terutama mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain-lain. Motor bakar mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain-lain. Motor bakar yang digunakan pada percobaan praktikum ini adalah jenis motor bakar Diesel. yang digunakan pada percobaan praktikum ini adalah jenis motor bakar Diesel. Mo
Motor tor babakar kar yanyang g digdigunaunakan kan samsampai pai seksekararang ang adadalaalah h jejenis nis momototor r bakbakar ar totorak rak ((reciprocating enginereciprocating engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin () dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin ( spark ignition spark ignition engine
engine) ) ddaan n mmoottor or didieessel el ((comcomprepressiossion n ignignitiition on engengineine). ). MoMototor r babakakar r yayangng digunakan pada percobaan praktikum ini adalah jenis motor bakar Diesel. Untuk digunakan pada percobaan praktikum ini adalah jenis motor bakar Diesel. Untuk me
kebutuhan, maka kita harus melakukan pengujian terhadap motor bakar tersebut, kebutuhan, maka kita harus melakukan pengujian terhadap motor bakar tersebut, dalam hal ini berupa variable
dalam hal ini berupa variable speed speed test test , yaitu pengujian dengan putaran yang, yaitu pengujian dengan putaran yang bervariasi.
bervariasi.
1.2
1.2 TujTujuan uan PraPraktiktikumkum
Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah : Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :
1.
1. MenMendapdapatatkan kan beberbarbagai gai kakarakrakterterisistitik k kikinernerjaja (performance characteristics)(performance characteristics) dari motor Diesel, melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar dari motor Diesel, melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh mahasiswa.
yang dilakukan oleh mahasiswa. 2
2.. MMeennggeevvaalluuaassi i ddaatta a kkaarraakktteerrssttiik k kkiinneerrjja a tteerrsseebbuut t kkeemmuuddiiaann membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian dengan membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian dengan yang ada dalam buku referensi.
yang ada dalam buku referensi. 3.
3. MenMenggaggambmbarkarkan an DiDiagragram am SaSankenkey, y, yaiyaitu tu didiagragram am yanyang g memenggnggamambarbarkankan keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar 4.
4. MenMengetgetahahui ui pepembmbakaakaran ran semsempurpurna na atatau au titidadak k yayang ng ditditunjunjukkukkan an dendengangan emisi gas buang berupa Carbon Monoksida.
kebutuhan, maka kita harus melakukan pengujian terhadap motor bakar tersebut, kebutuhan, maka kita harus melakukan pengujian terhadap motor bakar tersebut, dalam hal ini berupa variable
dalam hal ini berupa variable speed speed test test , yaitu pengujian dengan putaran yang, yaitu pengujian dengan putaran yang bervariasi.
bervariasi.
1.2
1.2 TujTujuan uan PraPraktiktikumkum
Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah : Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :
1.
1. MenMendapdapatatkan kan beberbarbagai gai kakarakrakterterisistitik k kikinernerjaja (performance characteristics)(performance characteristics) dari motor Diesel, melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar dari motor Diesel, melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh mahasiswa.
yang dilakukan oleh mahasiswa. 2
2.. MMeennggeevvaalluuaassi i ddaatta a kkaarraakktteerrssttiik k kkiinneerrjja a tteerrsseebbuut t kkeemmuuddiiaann membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian dengan membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian dengan yang ada dalam buku referensi.
yang ada dalam buku referensi. 3.
3. MenMenggaggambmbarkarkan an DiDiagragram am SaSankenkey, y, yaiyaitu tu didiagragram am yanyang g memenggnggamambarbarkankan keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar 4.
4. MenMengetgetahahui ui pepembmbakaakaran ran semsempurpurna na atatau au titidadak k yayang ng ditditunjunjukkukkan an dendengangan emisi gas buang berupa Carbon Monoksida.
BAB II BAB II
TINJAUAN PUSTAKA TINJAUAN PUSTAKA
2.1
2.1 PrinPrinsip sip KerjKerja Moa Motor tor BakaBakarr
Motor bakar adalah mesin kalor atau
Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubahmesin konversi energi yang mengubah ener
energi gi kimkimia ia bahabahan n bakabakar r menmenjadi energi jadi energi mekamekanik nik beruberupa pa kerjkerja. a. PadPada a dasadasarnyarnya mesin kalor (
mesin kalor ( Heat Engine Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu: a)
a) ExExterternal nal CoCombmbustustion ion EnEnginginee
Yaitu hasil dari pembakaran udara dan
Yaitu hasil dari pembakaran udara dan bahan bakar memindahkan panasbahan bakar memindahkan panas ke
ke flufluida ida kerjkerja a pada sikluspada siklus. . DimDimana energi diberikana energi diberikan an pada fluidpada fluida a kerjkerjaa dari sumber luar seperti furnace, geothermal, reaktor nuklir, atau energi dari sumber luar seperti furnace, geothermal, reaktor nuklir, atau energi surya. Contoh mesin yang
surya. Contoh mesin yang termastermasuk External Combustion Engine adalahuk External Combustion Engine adalah turbin uap.
turbin uap. b)
b) Internal Combustion EngineInternal Combustion Engine Dim
Dimana ana enerenergi gi didadidapat pat dari pembakadari pembakaran ran bahabahan n bakabakar r didadidalam lam batabatass sistem sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai sistem sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contoh Internal Combustion Engine adalah Motor Bakar fluida kerja. Contoh Internal Combustion Engine adalah Motor Bakar to
torak rak dadan n sisistestem m tuturbirbin n gasgas. . JadJadi i momototor r bakbakar ar totorak rak tetermrmasasuk uk jejeniniss Internal Combustion Engine.
Internal Combustion Engine.
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang
torak yang bergerak translasi bolak-balibergerak translasi bolak-balik k ( reciprocating engine )( reciprocating engine ). Didalam silinder . Didalam silinder it
itulaulah h teterjrjadi adi pempembakbakararan an antantarara a babahan han bakbakar ar dendengan gan oksoksigigen en dardari i udaudarara. . GaGass pembakaran
pembakaran yang dihyang dihasilkan asilkan oleh oleh proses proses tersebut tersebut mampu menggermampu menggerakkan akkan torak torak yangyang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Ge
Gerak rak trtransanslaslasi i tortorak ak tadtadi i memenyenyebabbabkan kan gergerak ak rorotastasi i padpada a porporos os engengkol kol dadann sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi motor bakar 4 langkah dan motor bakar dua langkah.
motor bakar 4 langkah dan motor bakar dua langkah.
2.1.1
2.1.1 Motor Bakar 4 LangkahMotor Bakar 4 Langkah
Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali langkah Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:
a.
a. LaLangkngkah Iah Isap sap (S(Suctuctioion Stn Strokroke)e)
Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), 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. dengan katup KI (katup isap) terbuka dan katup KB (katup buang) tertutup. Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar pada Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar pada motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk ke dalam motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk ke dalam ruang bakar.
ruang bakar. b.
b. Langkah Kompresi (Compression Langkah Kompresi (Compression Stroke)Stroke)
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB tertutup.Sehingga Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB tertutup.Sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan dan temperatur di silinder terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan dan temperatur di silinder naik.
naik. c.
c. LanLangkah gkah EksEkspanspansi i (Ex(Expanspansion ion StrStroke)oke)
Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada motor bensin Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada motor bensin busi
busi dinyalakan, dinyalakan, atau atau pada pada motor motor diesel diesel bahan bahan bakar bakar disemprotkan disemprotkan ke ke dalamdalam rua
ruang ng bakbakar ar sesehihinggngga a teterjrjadi adi proproses ses pepembmbakaakaranran. . AkAkibaibatnytnya a tetekankanan an dandan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi. Sehingga torak mampu melakukan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi. Sehingga torak mampu melakukan langkah kerja atau langkah ekspansi. Langkah kerja dimulai dari posisi torak langkah kerja atau langkah ekspansi. Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada
pada TMA dan TMA dan berakhir berakhir pada pada posisi posisi TMB saaTMB saat t KB mulai KB mulai terbuka terbuka pada pada langkahlangkah buang.
buang. Langkah Langkah ekspansi ekspansi pada pada proses proses ini ini sering sering disebut disebut dengan dengan power power strokestroke atau langkah kerja.
atau langkah kerja. d.
d. LLaangngkakah Bh Buauangng
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB terbuka. SehinggKB terbuka. Sehinggaa gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer.
gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer.
Skema masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4 Skema masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.1
langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.1
Gambar 2.1 Gambar 2.1
Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 Langkah Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 Langkah
Sumber : Diktat Ajar Otomotif, VEDC
2.1.2 Motor Bakar 2 Langkah
Pada motor bakar 2 langkah, setiap satu siklus kerja memerlukan dua kali langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga tidak memiliki katup isap (KI) atau katup buang (KB), dan digantikan oleh lubang isap dan lubang buang yang dibuat pada sisi-sisi silinder (cylinder liner). Secara teoritis, pada berat dan displacement yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya
sekitar dua kali lipat dari motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataanya tidak demikian karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak kompit dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat panggunaan 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.
Dua langkah kerja motor bakar 2 langkah tersebut dijelaskan sebagai berikut : a) Langkah Torak dari TMA ke TMB
Sebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin (atau bahan bakar dikompresikan 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 lebih dulu 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.
Skema masing-masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 2 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.2.
Gambar 2.2
Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 Langkah Sumber: Diktat Ajar Otomotif, VEDC
2.2 Siklus Termodinamika Motor Bakar
Siklus aktual dari proses kerja motor bakar sangat komplek untuk digambarkan, karena itu pada umumnya siklus motor bakar didekati dalam bentuk siklus udara standar ( air 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
Siklus udara standar pada motor bensin disebut siklus Otto, berasal dari nama penemunya yaitu Nicholaus Otto orang Jerman, pada tahun 1876. Digaram P-V dari siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada Gambar dibawah ini
Siklus udara standar pada motor diesel modern disebut Trinkler/Dual cycle. Penemu motor diesel adalah orang jerman bernama Rudolph Diesel sekitar tahun1890 an. Diagram P-V dari siklus dual untuk motor diesel dapat dilihat pada gambar 2.4 S Buang S.Masuk Sal. Bilas Ruang engkol
Gambar 2.3
Diagram Siklus Dual Motor Diesel
Sumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar
Langkah kerja silkus 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)
Gambar 2.4
Siklus Aktual Motor Diesel 2 Langkah Sumber : www.gudangilmu.com
pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar hingga mencapai temperatur nyala akibat kompresi torak. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka motor diesel juga disebut
Apabila tekanan gas dan volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi silinder dapat diukur,maka dapat digambarkan bentuk siklus dual aktual pada motor diesel yang bentuknya seperti ditunjukkan dalam gambar 2.5
Gambar 2.5
Siklus Aktual Motor Diesel 4 Langkah
Sumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar
Proses termodinamika yang terjadi pada masing masing langkah pada siklus aktual pada motor bensin maupun pada motor diesel bukan merupakan proses ideal, karena dalam setiap gerakan piston terjadi kehilangan panas karena pendinginan dan gesekan pada torak dan bantalan
2.3 Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Yang dimaksudkan dengan karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk hubungan antara indikator kerja sebagai variabel terikat dengan indikator operasionalnya sebagai variabel bebas. Dengan adanya bentuk hubungan antara kedua indikator tersebut maka dapat diketahui kondisi optimum suatu motor bakar harus dioperasikan, atau apakah kondisi suatu motor bakar masih baik dan layak untuk dioperasikan
2.3.1 Indikator Kerja dan Indikator Operasional Motor Bakar
Beberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk mengetahui data 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.Rumus mencari Ni :
dimana : Pi : tekanan indikasi rata-rata (kg/cm²)
Vd : volume langkah →π. D². L(m³) 4
D : diameter silinder (m) L : panjang langkah torak (m) n : putaran mesin
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 merupakan daya aktual yang dihasilkan pada poros. Karena adanya kerugian gesekan dan sebagian daya yang digunakan untuk menggerakkan peralatan tambahan , maka Ne < Ni.
Daya ini dibagi menjadi 3 bagian, yaitu:
Peak Horse Power , adalah tenaga yang dapat dicapai tanpa terjadinya penurunan putaran selama ± 1 menit.
Intermiten Horse Power , adalah daya yang dapat dibangkitkan oleh motor bakar tanpa terjadinya penurunan putaran dalam waktu operasi , misalnya 1, 5, 12 jam.
Continuos Horse Power , adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar yang beroperasi pada kecepatan rata-rata dalam waktu
tertentu tanpa terjadinya penurunan dalam waktu lebih dari 24 jam.
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 : Ne = T . n / 716,2 (Ps)
N : putaran (rpm)
3. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nf)
Kehilangan daya (Nf) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan bantalan, ditambah daya untuk penggerak peralatan bantu seperti penggerak kipas pendingin, generator, kompresor AC dan lain lain
Nf = Ni - Ne
4. Tekanan Efektif Rata Rata (M.E.P)
Tekanan rata-rata di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan menghasilkan daya efektif Ne. Data M.E.P digunakan untuk mengetahui apakah proses kompresi yang terjadi masih cukup baik, atau untuk mengetahui adanya kebocoran dari dalam silinder.
M.E.P dirumuskan sebagai berikut :
M.E.P. = Pe = 0,45 . Neo . z (kg/cm²) Vd . n .i
5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :
a. Efisiensi Thermal Indikatif: i = Ni / Qb . 632 x 100 % b. Efisiensi Thermal Efektif : = Ne / Qb . 632 x 100 %
c. Efisiensi Mekanis : m = Ne / Ni . x 100 % d. Efisiensi Volumetrik : v = Gsn z V i d a. . . 60 . . γ x 100%
6. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi motor bakar spesifik (S F C), 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)
2) Beban Mesin / Daya Efektifnya (Nc) pada putaran kerja konstan
Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas digunakan untuk mesin mesin transportasi, yang biasanya beroperasi pada putaran yang berubah ubah. Sedangkan pengujian motor bakar dengan daya efektif sebagai variabel bebas pada putaran konstan digunakan pada motor
bakar stasioner yang biasanya beroperasi pada putaran konstan, terutama pada mesin penggerak generator listrik.
2.3.2 Jenis Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Bentuk hubungan antar masing masing variabel indikator kinerja terhadap variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Data yang digunakan untuk menggambarkan bentuk hubungan antara variabel tersebut dapat berasal dari pengukuran langsung selama pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur. Data seperti putaran mesin dan temperatur dapat diukur langsung, tetapi daya, torsi dan efisiensi dihitung berdasarkan pengukuran terhadap parameter pembentuknya.
Pada pengujian dengan putaran mesin sebagai variabel bebas, jenis karakteristik kinerja yang sering diperlukan adalah :
1) Putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nf)
2) Putaran terhadap torsi (T)
3) Putaran terhadap Mean Effective Pressure (M.E.P) 4) Putaran terhadapSpesific fuel consumption (S F C) 5) Putaran terhadap Efisiensi (ηi , ηe , ηm , ηv)
6) Putaran terhadap komposisi CO , CO2, H2O , dan N2 dalam gas buang
7) Putaran terhadap keseimbangan panas (Q)
Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.
Pada pengujian dengan beban sebagai variabel bebas pada putaran konstan, jenis karakteristik kinerja yang diperlukan tidak sebanyak pada variabel 1 putaran, yaitu:
1. Spesific fuel consumption terhadap beban. 2. Efisiensi (ηi , ηe , ηm , ηv) terhadap beban.
Performance Motor Bakar
1. Grafik hubungan antara momen putar ( torsi ), daya poros, dan pemakaian bahan bakar spesifik
Gambar 2.6
Grafik hubungan daya poros, SFC, dan torsi tehadap putaran
Sumber : Arismunandar, Wiranto,1975. Motor Diesel Putaran Tinggi, Bandung .
a) Grafik hubungan Daya Poros dengan putaran
Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi nilai putaran maka daya poros mengalami peningkatan sampai mencapai titik maksimum (titik dimana putaran poros lebih rendah daripada putaran dimana daya indikatornya maksimum), kenaikkan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat dari daya indikasi yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar semakin besar akibat putaran yang terus bertambah. Kemudian mengalami penurunan pada putaran yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan antara piston dengan silinder dalam ruang bakar, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan pompa bahan bakar, generator, pompa air, katup,dsb. Dapat disimpulkan bahwa ssemakin besar putaran
menyebabkan gesekan yang terjadi juga besar, sehingga beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif.
b) Grafik hubungan torsi dengan putaran
Pada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka nilai torsi semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu, dan kemudian akan menurun pada putaran yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan yang terjadi antara piston dengan silinder ruang bakar yang menyebabkan turunnya grafik. Selain itu besarnya torsi dipengaruhi oleh daya poros atau daya efektif. Dimana daya efektif akan bertambah sesuai dengan bertambahnya putaran, dan kurva mengalami penurunan karena adanya gaya inersia. Gaya inersia disebabkan karena massa dari torak dalam silinder, massa itulah yang menyebabkan perlambatan gerak piston (gaya inersia mempengaruhibesarnya momen putar reaksi ) sehingga
gaya yang terjadi semakin kecil.
c) Grafik hubungan pemakaian bahan bakar spesifik dengan putaran
Pemakaian bahan bakar spesifik yang dimaksud adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Pemakaina bahan bakar spesifik efektif berarti pemakaina bahan bakar untuk setiap daya efektif. Dari grafik hubungan antara specific fuel consumption dengan putaran telihat bahwa pada putaran awal, grafik cenderung mengalami penurunan. 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.
2. Grafik hubungan antara daya, torsi, bahan bakar spesifik, dan Tekanan Efektif
Karena grafik hubungan antara torsi, daya poros, serta pemakaian bahan bakar spesifik sudah dibahas sebelumnya, maka pada pembahasan kali ini tidak diulas kembali.
Gambar 2.7
Grafik hubungan daya, torsi, SFC, dan MEP dengan putaran Sumber : Obert, E.F., Internal Combustion Engine,1968
a) Grafik hubungan antara daya Efektif dengan putaran
Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran maka daya efektifnya akan mencapai nilai maksimum, dengan kata lain daya efektif berbanding lurus dengan putaran. Akan tetapi setelah mencapai titik maksimum, nilainya akan menurun. Nilai daya efektif merupakan pengurangan dari nilai daya indikasi dengan daya mekanis.
b) Grafik hubungan antara daya Mekanis dengan putaran
Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran maka daya mekanis cenderung meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya efektif. Hal ini dikarenakan daya mekanis dipengaruhi oleh daya yang hilang akibat gesekan serta kerugian yang bergerak seperti flywheel, gear
dan daya yang hilang akibat digunakan untuk menggerakkan perlengkapan mesin.
c) Grafik hubungan antara MEP dengan putaran
Dari grafik hubungan antara MEP dengan putaran terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan putaran. Hal ini dikarenakan harga daya efektif (Ne) naik menyebabkan harga tekanan efektif (Pe) naik seiring dengan betambahnya putaran. Akan tetapi setelah mencapai titik maksimum, harga tekanan efektif rata–rata mengalami penurunan karena daya efektif (Ne) yang dihasilkan juga menurun sedangkan putaran tetap meningkat sehingga menyebabkan pembakaran yang terjadi kurang sempurna.
3. Grafik hubungan antara Effisiensi dengan Compression Ratio
Gambar 2.8
Grafik hubungan antara efisiensi dengan perbandingan kompresi Sumber : C.L. Marlev, Internal Combustion Engine, 301
a) Perbandingan efisiensi mekanis dengan kompresi rasio
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi mekanis akan semakin menurun, karena putaran berbanding lurus dengan perbandingan kompresi, maka semakin tinggi putaran efisiensi mekanis akan menurun diakibatkan gesekan yang terjadi semakin besar. b) Perbandingan efisiensi indikasi dengan kompresi rasio
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi mekanis akan semakin meningkat. Kenaikkan tersebut dikarenakan perbandingan selisih daya indikasi lebih besar dibandingkan kenaikkan panas akibat kompresi.
c) Perbandingan efisiensi efektif dengan kompresi rasio
Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi efektif akan semakin meningkat. Pada perbandingan kompresi tertentu efisiensi efektif akan mencapai nilai maksimum dan akan sedikit mengalami penurunan akibat adanya kerugian mekanis.
2.4 Orsat Apparatus
Orsat Apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur dan menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat mengikat gas tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan pengikat. Masing – masing larutan tersebut adalah :
a. Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2
b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2
c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO
Gambar 2.9 Orsat Apparatus
Sumber : www.buylab.co.kr/pro/img/a/ap1090.gif Pada gambar di atas masing – masing tabung berisi :
II. Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalik III. Tabung ketiga berisi larutan KOH
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Peralatan Praktikum
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 kelembapan, hydrometer density, 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 :
Spesifikasi motor diesel untuk percobaan :
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
Instrumen pengukur yang tersedia dalam instalasi Percobaan Motor Bakar diantaranya adalah:
1. Tachometer
→ Untuk mengukur putaran poros out put 2. Flow Meter Bahan Bakar
→ Untuk mengukur solar yang digunakan selama proses praktikum. 3. Flow Meter Air Pendingin
→ Untuk mengukur kapasitas pendinginan 4. Stopwatch
→ Untuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam pemakaian bahan bakar pada tabung pengukur.
5. Termometer
→ Untuk mengukur temperatur air pendingin, temperatur ruangan, dan gas buang.
6. Barometer
→ Untuk mengukur tekanan udara ruangan. 7. Hydrometer Density
→ Untuk mengukur massa jenis bahan bakar yang dipakai. 8. Orsat Apparatus
→ Untuk menganalisa komposisi gas buang termasuk kadar CO2, CO, dan
O2. Karena itu larutan yang dapat mengikat gas-gas buang tersebut.
Larutan tersebut adalah Kalium Hidroksida (KOH) ntuk mengikat CO2,
Asam Kalium Pirogalik untuk mengikat O2, larutan Cupro Clorid
(CuCl2)untuk mengikat CO.
9. Higrometer
→ Untuk mengukur kelembaban relatif uap air. 10. Dinamometer
→ Untuk mengatur pembebanan dala pengereman. 3.2 Prosedur Pelaksanaan Praktikum
Setiap kelompok praktikum melaksanakan sendiri semua proses pengujian dan pengambilan data yang diperlukan untuk memenuhi tujuan praktikum di atas. Dalam melaksanakan proses pengujian tersebut, mahasiswa harus mengikuti semua aturan dan tata tertib yang berlaku di laboratorium dan mengikuti semua petunjuk asisten laboratorium yang bertugas.
Metode percobaan dengan variasi putaran, parameter yang diukur adalah : 1. Gaya Pengereman
2. Tekanan Masuk Nozzle
3. Perbedaan Tekanan Masuk dan Keluar Nozzle 4. Suhu Udara
5. Suhu Gas Buang
6. Suhu Air Masuk dan Air keluar 7. Debit Bahan Bakar
8. Volume Gas Buang
9. Volume Gas Hasil Pembakaran 10. Tekanan Udara
3.2.1 Prosedur Penyalaan Mesin
1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasi
a. Nyalakan pompa pengisi untuk mengisi air dalam tangki sampai level air mencapai tinggi aman.
b. Buka kran air pada pipa-pipa yang mengalirkan air ke mesin dan ke dinamometer.
c. Atur debit air yang mengalir pada flowmeter pada debit tertentu dengan mengatur bukaan kran pada flowmeter.
d. Tekan switch power untuk menghidupkan alat-alat ukur.
e. Hidupkan alarm dinamometer yang akan memberitahu jika terjadi overheating dan level air kurang.
f. Nyalakan dinamo power control dan atur kondisi poros mesin dalam keadaan tanpa beban.
2. Cara Menghidupkan Mesin
a. Setelah semua persiapan di atas dipenuhi, nyalakan kunci kontak pada posisi memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal
menyala.
b. Putar posisi kunci ke posisi START sambil throttle valve dibuka sedikit sampai mesin menyala (seperti menyalakan mesin mobil).
c. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat untuk menstabilkan kondisi mesin.
3. Cara Mengambil Data
a. Atur bukaan throttle pada bukaan yang diinginkan dengan membaca throttle valve indikator (%)
b. Atur putaran mesin (rpm) dengan mengatur pembebanan pada dinamometer sampai mendapatkan putaran yang diinginkan.
c. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang diperlukan.
3.2.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus 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 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 JIS Ne k Neo = . (PS) dimana : 293 273 749 +θ − = Pw Pa k ; Pw=ϕ . Ps
4. Tekanan Efektif rata-rata ( Pe ) Pe = n i Vd z Neo
×
×
×
×
0,45 [ Kg/cm ]5. Fuel Consumption 1000 3600 × × = ρ t V FC [ Kg/jam ] ρ solar = 0,835 gr/mL
6. Panas Hasil Pembakaran
BahanBakar LHV FC Qb = . ( Jam Kcal ) 7. Berat Jenis udara
(
)
w o a Ps Pa γ ϕ θ ϕ γ γ . 273 273 760 . . + + × − × =dimana : Pa = Tekanan atmosfer pengukuran (mmHg)
Ps = Tekanan udara standard pada temperatur tertentu (mmHg) ϕ = Relative Humidity / Kelembapan Relatif (%)
γ o= Berat jenis udara kering pada 760 mmHg
θ = Temperatur bola kering(oC) 8. Koefisien Udara 1 2 1 P P P − = ε
9. Aliran Udara melalui nozzle
(
1 2)
2 . . 2 4 . . . P P g d Gs=
α ε π γ 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 = η
13. Kerugian Panas Pendinginan
(
Two Twi)
Cpw Ww
Qw = . . − (kcal/jam)
Cpw = 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 = η
15. Efisiensi Thermal Efektif
% 100 632 x x Qb Ne e = η 16. Efisiensi Friction e w g f η η η η =100%− + +
17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar
632 . FC LHV Qf
=
BB (PS) 18. Daya Friction % 100 xQf Nf =η f 19. Daya Indikasi Nf 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 = η
25. Efisiensi Mekanis % 100 x Ni Ne m = η 26. Efisiensi Volumetrik % 100 . . . 60 . . x i Vd n z Gs a v γ η =
27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar 3600 . x FC Gs R γ =
28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis
+ = c h Ro 3 48 , 34
29. Faktor Kelebihan Udara
Ro R
=
π
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 mmHg tst= 25 ˚C
P = tekanan udara atsmosfer t = 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 :
% O2= Veg Vo2 x 100% % CO2= Veg Vco2 x 100% % N2= Veg VN 2 x 100% BAB IV
HASIL PERHITUNGAN DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Data Hasil Pengujian terlampir
4.2 Perhitungan Data
Data yang digunakan dalam perhitungan kali ini adalah data no 1, adapun contoh perhitungannya adalah sebagai berikut :
1. Momen Torsi (T) T = F . L
= 27 . 0,358 = 9,666 Kg.m 2. Daya Efektif (Ne)
T = 716,2 n Ne Ne = 2 , 716 .n T = 9,666716.1800,2 = 24,29 Ps
3. Daya Efektif Yang Dikonversi Dalam Standart JIS (Neo) Neo = K . Ne K = 293 273 749 +θ − Pw Pa dimana Pw = φ . Ps = 293 29 273 0772 , 20 715 749 + − = 0,78 . 25,4
= 1,0921 = 20,0772 Neo = 1,0921 . 24,29
= 26,528 Ps
4. Konsumsi Bahan Bakar (Fc)
1000 3600 × × = ρ t V FC [ Kg/jam ] ρ solar = 0,835 gr/mL 1000 3600 835 , 0 76 , 18 30 × × = FC FC = 4,8243 [ Kg/jam ]
5. Panas Hasil Pembakaran (Qb)
Qb = Fc . LHV bb [ Kcal/jam ] LHV solar = 10500 Kcal/kg
= 4,8243 . 10500 = 50655,15 Kcal/jam 6. Koefisien Aliran panas (ε)
1 2 1 P P P − = 6 , 9737 17 [ mmH2O ] = 0,002 Table 1. ( interpolasi ) 0 002 , 0 0 1 , 0 − − = 1 1 969 , 0 − − ε ε = 0,98138
7. Panas Yang Terbawa gas Buang (Qeg ) Gg = Gs + 3600 Fc , dimana
γ
a =γ
n 760 . Ps Q Pa − x θ + 273 273 + φ.γ
w = 1,293 x(
)
760 74 , 25 78 , 0 716−
×
x 29 273 273 + + ( 0,78 . 0,3039 ) = 1,094 dan, Gs = . . . 2. . .( 1 2) 2 P P a g d − γ π ε α [ Kg/dt ]= 2.9,81.1,094.17 4 ) 048 , 0 .( 14 , 3 . 98138 , 0 . 822 , 0 2 = 0,02788 Kg/s Gg = Gs + 3600 Fc = 0,02788 + 3600 2843 , 4 = 0,04128 Kg/s Jadi, Qeg = Gg C pg(Teg-Tud).3600 = 0,04128 . 0,285 . (490 – 32 ) . 3600 = 13997,8 Kcal/jam
8. Efisiensi Kerugian dalam Exhaust manifold (ηg)
ηg= b eg Q Q x 100 % = 15 , 50655 8 , 13997 x 100 % = 28,29 %
9. Kerugian Panas Pendinginan (Qw)
Qw= Ww.C pw(Two-Twi)
= 500 . 1 . ( 63 – 26 ) = 18500 Kcal/jam
10.Efisiensi Kerugian panas dalam Cooling water (ηw)
ηw = b w Q Q x 100 % = 15 , 50655 18500 x 100 % = 36,52 %
11. Efisiensi thermal Efektif (ηe)
ηe= b Q Ne x 100 % x 632 = 15 , 50655 29 , 24 x 100 % x 632 = 30,3 %
12. Efisiensi Friction (ηf )
ηf = 100 - ( ηg+ ηw+ ηe) %
= 100 - ( 28,9+36,52+30,3 ) % = 4,89 %
13. Ekivalen Daya Terhadap Konsumsi Bahan baker (Qf )
Qf = 632 . Fc LHV bb = 632 8243 , 4 . 10500 = 80,15 Ps 14. Daya Friction (Nf) ηf = f Q Nf x 100 % Nf = 100 . f f Q η = 100 15 , 80 . 89 , 4 = 3,92 Ps
15. Daya Indikasi (Ni) Ni = Ne + Nf
= 24,29 + 3,92 = 28,21 Ps
16. Spesific Fuel Consumption Efektif (SFCe) SFCe = Ne Fc [ Kg/Ps.jam ] = 1 , 28 8243 , 4 = 0,1986 Kg/Ps.jam
17. Spesific fuel Consumption Indicated (SFCi) SFCi = Ni FC [ Kg/Ps.jam ] = 21 , 28 8243 , 4 = 0,171 Kg/Ps.jam
18. Panas Hasil Pembakaran Yang Diubah Menjadi Daya Efektif (Qe) Qe = 632 . Ne
= 632 . 24,29
= 15351,28 Kcal/jam
19. Panas yang hilang oleh sebab lain (Qpp) Qpp = Qb – Qeg – Qw - Qe
= 50655,15 – 13997,8 – 18500 – 15351,28 = 2806,07 Kcal/jam
20. Efisiensi thermal Indikasi (ηi)
ηi= Qb Ni x 632 x 100 % = 15 , 50655 21 , 28 x 632 x 100 % = 35,19 % 21. Efisiensi Mekanis (ηm) ηm= Ni Ne x 100 % = 21 , 28 29 , 24 x 100 % = 86,1 % 22. Efisiensi Volumetris (ηv) ηv= nV i z Gs d a. . . 60 . . γ x 100 % = 2 002164 , 0 1800 094 , 1 60 4 02788 , 0 × × × × × x 100 % = 78,51 %
23. Perbandingan Udara Bahan Bakar (R) R = . Fc Gs x 3600 = 8243 , 4 02788 , 0 x 3600 = 19,02 [ Kgudara/KgBB]
Ro = 34,48 ( 3 c + h ) = 34,48 ( 3 86 , 0 + 0,14 ) = 14,711 [ Kgudara/KgBB ]
25. Faktor Kelebihan Udara (λ) λ = Ro R = . 711 , 14 02 , 19 = 1,293
26. Tekanan Efektif Rata-Rata ( Pe ) Pe = n i Vd z Neo
×
×
×
×
0,45 [ Kg/cm ] = 2 1800 002164 , 0 4 45 , 0 528 , 26 × × × × = 6,1293 [ Kg/cm ] 27. Analisa Gas Buang % CO = Veg Vco x 100% = 50 1 x 100% = 2 % VOLUME % O2= Veg Vo2 x 100% = 50 6 , 6 x 100% = 13,2 % VOLUME % CO2= Veg Vco2 x 100% = 50 4 , 1 x 100% = 2,8 % VOLUME
% N2= Veg VN 2 x 100% = 50 41 x 100% = 82 % VOLUME 4.3 PEMBAHASAN GRAFIK
Dari grafik menunjukkan bahwa grafik torsi cenderung naik pada saat putaran awal, tetapi kemudian selanjutnya cenderung turun pada putaran berikutnya (putaran lebih besar). Peningkatan terjadi karena semakin besar putaran maka nilai torsi semakin meningkat sampai putaran tertentu, dan kemudian menurun pada putaran yang lebih tinggi. Penurunan pada grafik (pada putaran 1700-2100) disebabkan karena adanya gesekan yang terjadi antara piston dengan silinder ruang bakar. Selain itu besarnya torsi dipengaruhi oleh daya poros atau daya efektif. Dimana daya efektif akan bertambah sesuai dengan bertambahnya putaran, dan kurva mengalami penurunan karena adanya gaya inersia. Gaya inersia disebabkan karena massa dari torak dalam silinder, massa itulah yang menyebabkan perlambatan gerak piston (gaya inersia mempengaruhi besarnya momen putar reaksi) sehingga gaya
yang terjadi semakin kecil. Secara matematis hubungan antara Torsi (T) dengan putaran (n) adalah:
T = 716,2 n Ne
Selain itu harga Torsi (T) dipengaruhi oleh gaya pengereman (F) dan panjang lengan dynamometer (L). Harga T sebanding dengan harga F dan L. Dengan nilai F naik maka harga T juga naik. Sedangkan L berharga tetap. Sesuai dengan rumus:
T = F . L
Dari grafik hubungan antara putaran dengan daya efektif (Ne) terlihat bahwa pada putaran 1300-1900 grafik mengalami kenaikan seiring dengan bertanbahnya putaran, dan kemudian menurun pada putaran 1900-2100. Secara umum pada saat grafik mengalami kenaikan disebabkan harga torsi juga naik, sesuai dengan rumus :
Ne = 2 , 716 .n T
sedangkan pada saat putaran 1900-2100 grafik cenderung menurun dikarenakan nilai torsi pada putaran tersebutu juga menurun
Dari grafik hubungan antara putaran ( n ) dengan daya mekanis ( Nf ) terlihat bahwa polinom grafik mengalami kenaikkan daya seiring adanya kenaikkan putaran, akan tetapi pada pengambilan data praktikum nilai daya cenderung turun pada putaran1900-2100. Hal ini dikarenakan adanya gaya gesekan pada ruang bakar dan adanya kerugian mekanis akibat digunakan untuk proses pendinginan dan peralatan tambahan pada mesin ( pompa bahan bakar, radiator, kipas pendingin,dll ). Penurunan tersebut juga disebabkan oleh efisiensi friction ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar juga menurun.
Hal ini sesuai dengan rumus sebagi berikut : Nf = Nfr + NVent + NAuk
Dari grafik hubungan daya indikatif (Ni) dengan putaran terlihat grafik cenderung naik seiring dengan bertambahnya putaran. Sesuai dengan rumus :
Ni = z i n Vd Pi . 45 , 0 . . ..
Kenaikan daya Indikatif (Ni) disebabkan pula karena pada putaran rendah, pembakaran yang terjadi lebih sempurna dan kerugian mekanis yang cenderung kecil. Tapi, aktualnya semakin naik putarannya grafik juga mengalami penurunan. Hal tersebut dikarenakan pembakaran yang terjadi kurang sempurna
Pada grafik ini terdapat tiga kurva, yaitu kurva Ne, Kurva Ni dan kurva Nf . Karena Ni terletak paling atas diikuti kurva Ne dan kuva Nf paling bawah. Hal ini disebabkan kurva Ni (daya indikatif) adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar dari hasil pembakaran ruang bakar sehingga Ni adalah daya total yang
dihasilkan proses pembakaran. Karena adanya kerugian gesek dan sebagian daya digunakan untuk menggerakan peralatan tambahan maka nilai Ne lebih rendah dari nilai Ni. Adapun daya Nf terletak paling bawah karena dianggap kerugian daya, maka nilai nya harus sekecil mungkin supaya daya indikasi dapat digunakan seefektif mungkin untuk menggerakan poros. Hal ini sesuai dengan persamaan Ni = Ne + Nf
3. Grafik Hubungan antara Putaran dengan SFC
Grafik Hubungan Antara Putaran terhadap SFCe
Pemakain bahan bakar spesifik efektif berarti pemakaian bahan bakar untuk setiap daya efektif. Dari grafik hubungan antara specific fuel consumption effective dengan putaran telihat bahwa semakin cepat putaran yang terjadi adalah SFCe semakin besar sehinnga grafik cenderung semakin naik. Hal ini dikarenakan konsumsi bahan bakar yang cenderung tinggi karena diperlukan daya efektif yang besar untuk penggerak awal mesin dan juga karena diakibatkan oleh putaran yang semakin cepat. Selain itu hal ini disebabkan juga karena Ne berbanding terbalik dengan SFCe. Hal ini sesuai dengan rumus :
SFCe = Ne FC
Grafik Hubungan Antara Putaran terhadap SFCi
Dari grafik hubungan antara SFCi (SpecificFuel Consumption Indicated ) terlihat bahwa bentuk grafik melengkung terbuka keatas. Hal ini dikarenakan daya
indikasi (Ni) mengalami peningkatan karena pembakaran yang sempurna,tapi setelah melewati titik minimumnya SFCi mengalami peningkatan yang dikarenakan daya indikasiyang menurun pada putaran 1900-2100. Hal ini sesuai sesuai dengan rumus :
SFCi = Ni FC
Letak grafik SFCi selalu di bawah SFCe. Hal ini disebabkan oleh harga Ni > Ne, sesuai dengan rumus : Ni = Ne + Nm , sehingga jika bilangan pembaginya semakin besar dan menyebabkan harga SFCi < SFCe.
4. Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi
Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Indikatif (ηi)
Dari grafik terlihat bahwa grafik membentuk kurva melengkung terbuka kebawah. Hal ini disebabkan karena ηi dipengaruhi oleh Ni dan Qb, semakin
tinggi putaran maka nilai Qb akan semakin meningkat karena pada putaran awal pembakaran bahan bakar masih cenderung sempurna. Tetapi nilai Ni juga semakin meningkat hingga mencapai putaran tertentu, hal ini menyebabkan efisiensi indikasi cenderung meningkat pada putaran awal ( putaran 1300-1700). kemudian setelah melewati titik putaran tertentu, dengan putaran yang semakin tinggi maka efisiensi indikasi akan semakin menurun. Hal ini terjadi karena pada saat putaran 1700-2100 nilai Qb semakin tinggi, tetapi nilai Ni cenderung menurun akibat adanya pembakaran yang tidak sempurna karena putaran yang tinggi. Sehingga menyebabkan grafik pada putaran 1700-2100 cenderung menurun. Hal ini sesuai dengan rumus sbb :
ηi = b i Q N x 100 %
Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Mekanik (ηm)
Dari grafik terlihat bahwa grafik cenderung menurun pada saat putaran awal, kemudian hingga batas putaran tertentu grafik cenderung naik. Grafik yang cenderung menurun pada putaran awal disebabkan karena angka kenaikan nilai Ni cenderung lebih besar dari pada angka kenaikan nilai Ne seiring dengan bertambahnya putaran (pada putaran awal), dan jika dihubungkan dengan rumus
sbb : ηm=
i e
N N
x 100 % ; maka pada saat putaran awal (1300-1700) nilai Efisiensi Mekanis cenderung menurun. Selanjutnya pada putaran berikutnya (1700-2100) nilai Efisiensi Mekanis cenderung naik. Hal ini disebabkan karena pada saat nilai putaran tersebut nilai daya efektif dan daya indikatif keduanya mengalami penurunan akibat adanya pembakaran yang tidak sempurna. Akan t tetapi angka penurunan daya indikatif lebih besar daripada
angka penurunan daya efektif, sehingga menyebabkan nilai efisiensi mekanis pada putaran 1700-2100 cenderung naik.
Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Efektif (ηe)
Dari grafik terlihat bahwa grafik cenderung naik kemudian turun. Hal ini disebabkan oleh perubahan daya efektif yang meningkat kemudian turun akibat adanya kerugian mekanis yang disebabkan oles gesekan antara piston dengan ruang silinder. Hal ini sesuai dangan rumus sbb :
ηe= b e Q N x 100 %
Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Volumetrik (ηv)
Dari grafik hubungan antara putaran dengan efisiensi volumetrik terlihat bahwa grafik cenderung konstan. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi putaran (n), maka beda tekanan pada nozzle ( P1 – P2 ) semakin besar, sehingga aliran udara yang melalui nozzle ( Gs ) juga semakin besar, sehingga Efisiensi Volumetrik (ηv) cenderung konstan. Secara matematis dapat dirumuskan :
ηv= nV i z Gs d a. . . 60 . . γ x 100 %
5. Grafik Hubungan antara Putaran dengan Gas Buang Reaksi pembakaran sempurna adalah :
C11H34+ 25,4 O2+ 92,12 N2 → 16 CO2+ 17 H2O + 92,12 N2
- Putaran dengan N2
Grafik N2 cenderung konstan karena N2 tidak bereaksi pada proses
pembakaran sehingga volumenya relatif konstan. - Putaran dengan CO
Grafik CO cenderung turun karena semakin besar putaran maka pembakaran dalam akan semakin sempurna sehingga CO akan semakin menurun.
- Putaran dengan O2
Grafik O2 cenderung turun karena semakin sempurna proses pembakaran
maka O2 yang diperlukan akan semakin banyak sehingga O2 pada gas buang
akan semakin menurun. - Putaran dengan CO2
Grafik CO2cenderung naik karena merupakan hasil dari reaksi pembakaran
yang semakin sempurna dengan O2 sehinnga hasil pembakaran berupa CO2
6. Grafik Hubungan antara putaran terhadap keseimbangan panas.
Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas Hasil Pembakaran ( Qb ) Dari grafik hubungan antara panas hasil pembakaran (Qb) dengan putaran terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan kemudian mengalami penurunan membentuk kurva terbuka kebawah seiring dengan bertambahnya putaran. Hal ini disebabkan dengan bertambahnya putaran maka waktu untuk melakukan satu siklus semakin singkat sehingga konsumsi bahan bakar semakin meningkat, ini menyebabkan nilai Qb juga meningkat. Dan pada grafik menurun (pada putaran 1700-2100) terjadi karena konsumsi bahan bakar semakin menurun yang menyebabkan Qb juga menurun. Dari persamaan Qb = FC.LHV bb , dimana nilai
LHV bbbesarnya konstan = 10.500 Kcal/kg. Qb dan FC berbanding lurus.
Persamaan secara matematis :
Qb = Qpp + Qeg + Qw + Qe.
Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas Hasil Pembakaran Efektif ( Qw )
Grafik hubungan putaran dengan Qw terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan kemudian selanjutnya mengalami sedikit penurunan. Pada saat putaran semakin tinggi (putaran 1900-2100) maka panas yang dihasilkan akan semakin besar sehingga selisih temperatur air pendingin saat keluar (Two) dengan temperatur air
masuk (Twi) semakin besar, sedangkan debit air konstan.Hal ini sesuai dengan
rumus :
Qw = Ww. C pw. ( Two- Twi )
Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Kerugian Panas akibat Pendinginan (Qeg)
Grafik cenderung naik kemudian turun. Hal ini disebabkan oleh harga Qeg dipengaruhi oleh Qg yang semakin meningkat akibat konsumsi bahan bakar yang semakin meningkat pula. Namun pada aktualnya setelah melalui titik tertentu (putaran 1700) konsumsi bahan baker cenderung turun sehingga Qeg ikut turun. Selain itu penurunan Qeg juga dapat disebabkan oleh selisih antara
suhu panas yang terbawa oleh gas buang (Teg) dengan suhu udara (Tud) yang
semakin kecil. Hal ini sesuai dengan rumus : Qeg = Gg.Cpg.(Teg – Tud).3600
Gg = Gs +
FC
3600 ,dan Gs = 2 . .( 1 2) 4 . . . 2 P P a g d − γ π ε α Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas yang Terbawa Gas Buang ( Qe )
Dari grafik terlihat bahwa ternyata grafik cenderung naik kemudian turun. Grafik mengalami kenaikan disebabkan oleh Ne yang semakin besar. Meningkatnya daya efektif disebabkan karena pembakaran yang terjadi lebih sempurna. Sedangkan grafik yang menurun (pada putaran 1700-2100) disebabkan oleh semakin cepat putaran maka Ne akan semakin besar akan tetapi losses atau kerugian energi yang terjadi juga sekain banyak antara lain gesekan dan lain sebagainya yang menyebabkan penurunan. Hal ini sesuai dengan rumus
Qe = 632 . Ne
Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas yang Hilang ( Qpp ) Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas yang Hilang ( Qpp ) cenderung naik (pada putaran 1300-1700) kemudian menurun (pada putaran 1700-2100). Hal ini disebabkan karena nilai panas yang hilang dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu Qb, Qeg ,Qw dan Qe. Oleh karena nilai Qb, Qeg ,Qw dan Qe cenderung naik pada saat putaran 1300-1700, maka menyebabkan nilai Qpp cenderung naik pada putaran tersebut. Kemudian nilai Qb, Qeg ,Qw dan Qe yang cenderung turun pada saat putaran 1700-2100, maka menyebabkan nilai Qpp juga cenderung menurun pada putaran tersebut.
Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: Qpp = Qb – Qeg – Qw - Qe
7. Grafik Hubungan antara putaran dengan MEP.
Dari data hasil percobaan didapatkan grafik hubungan antara putaran dengan MEP cenderung melengkung terbuka kebawah (naik hingga nilai putaran tertentu, lalu cenderung menurun pada putaran selanjutnya). Grafik pada putaran awal (1300-1700) cenderung naik disebabkan karena Daya Efektif (Ne) cenderung meningkat pada putaran awal seiring dengan bertambahnya putaran. Hal ini sesuai dengan rumus :
Pe = n i Vd z Neo
×
×
×
×
0,45 ;dengan naiknya nilai Ne seiring bertambahnya putaran maka menyebabkan nilai Neo juga naik dengan kenaikan nilai Neo maka menyebabkan nilai Pe juga naik
meskipun nilai pembaginya (n) juga naik.
Sedangkan pada saat putaran (1700-2100) grafik cenderung menurun, hal ini disebabkan karena pada saat putaran 1900-2100 nilai daya efektif cenderung menurun, yang kemudian menyebabkan nilai Neo juga cenderung menurun. Oleh karena nilai Neo yang menurun, sedangkan nilai putaran naik, maka menyebabkan nilai Pe pada putaran 1700-2100 cenderung turun.
4.4 Diagram Sankey pada putaran 1800 rpm
Diagram di atas menjelaskan kesetimbangan panas masuk dan panas yang dimanfaatkan saat pembakaran terjadi pada mesin. Panas hasil pembakaran (Qb) sebesar 50346,6 kcal/jam, sebagian terbuang ke sistem pendingin cooling water (Qw) sebesar 18500 kcal/jam, sebagian terbawa gas buang (Qeg) sebesar 13970,417 kcal/jam, sebagian lagi hilang karena sebab lain diantaranya terbuang lewat dinding silinder block lalu terbuang ke atmosfer / udara (Qpp) sebesar 2522,87 kcal/jam.
Sedangkan panas yang diubah menjadi kerja adalah panas yang diubah menjadi daya efektif pada poros (Qe) sebesar 15353,31 kcal/jam. Proses pembakaran yang terjadi adalah suatu reaksi kimia pada bahan bakar yang dapat merubah parameter-parameter termodinamika seperti tekanan (P), temperatur (T) yang terdapat dalam ruang bakar sehingga dengan berubahnya parameter tersebut timbul daya yang dapat menggerakkan piston yang terhubung dengan poros sehingga poros ikut berputar.
BAB V PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Pada praktikum motor bakar ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik kinerja dari motor bakar. Bentuk hubungan antar masing-masing variabel indikator kerja terhadap variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Dari praktikum didapatkan karakteristik kinerja secara aktual dan yang nantinya akan dibandingkan dengan karakteristik kinerja secara teoritis. Jenis karakteristik kinerja yang diamati antar lain :
• Putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nf) • Putaran terhadap torsi
• Putaran terhadap mean effective pressure (MEP) • Putaran terhadap spesifc fuel consumption (SFC) • Putaran terhadap efisiensi
• Putaran terhadap komposisi CO, CO2, H2O, dan N2 dalam gas buang.
• Putaran terhadap keseimbangan panas.
Pada pembahasan data dan variabel serta hubungan-hubungan dari data hasil pengujian didapatkan kesimpulan yang secara umum hamper sama dengan kinerja motor bakar secara teoritis. Untuk sedikit perbedaan diakibatkan oleh kesalahan-kesalahan yang dilakukan dapat dimaklumi karena pengamatan dan pengambilan data actual dilakukan
