Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).

1

Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).

Pertemuan ke

Capaian Pembelajaran

Topik (pokok, subpokok

bahasan, alokasi waktu)

Media Ajar Metode

Evaluasi dan Penilaian

Metode

Ajar Aktivitas

Mahasiswa Aktivitas Dosen/

Nama Pengajar

Sumber Ajar (pustaka)

Teks Presentasi Gambar Audio/Video Soal-tugas Web

7. Mahasiswa dapat menjelaskan performa mesin melakukan

perhitungan teknik

Performa Mesin

Waktu: 1x pertemuan

@100 menit

Ѵ Ѵ Ѵ - - - - ^Mahasiswa

Menerima materi dan diskusi di kelas

-Menerima materi sesuai kontrak pembelajaran -Diskusi materi kuliah

-Menyampai kan materi kuliah dan mengaktifka n mahasiswa berdiskusi di kelas

Pengajar:

Harjono

1.Wiranto A M., 1979, Motor Diesel Putaran Tinggi, Ed. 3, Pradnya Paramita, Jakarta 2. Maleev V L., Bambang Priambodo, 1991,

Operasi dan Perawatan Mesin Diesel, Erlangga, Jakarta

2 Bab. VII Performa Mesin

Diskripsi singkat :

Dari proses dan persamaan-persamaan termodinamika siklus diesel dapat diperoleh kerja atau usaha per siklus. Pada setiap siklus pada motor yang riil ada pemasukan kalor yaitu kalor dari hasil proses pembakaran yang akan menghasilkan tekanan dan temperature gas naik dan kenaikan tekanan tersebut akan mendorong piston dan menghasilkan kerja.

Dari perhitungan termodinamika dan keadaan riil maka untuk memudahkan analisa selanjutnya perlu didefinisikan parameter yang dinamai tekanan efektif rata-rata. Tekanan tersebut akan mendorong piston sepanjang langkahnya dan akan menghasilkan kerja, dengan mengetahui besarnya tekanan efektif rata-rata maka dapat dihitung kerja dari sebuah motor dengan ukuran tertentu.

Torsi atau momen putar adalah besarnya gaya dikali lengan, didalam motor bakar, gaya adalah besar tekanan gas ( Pit) didalam silinder dikalikan lengan adalah panjang engkol.

a. Manfaat :

Mahasiswa dapat menghitung performa mesin.

b. Learning Outcomes :

Mahasiswa dapat menjelaskan perhitungan daya, torsi dan tekanan efektif rata-rata.

c. Relevansi :

Mahasiswa dapat menghitung performa mesin saat melakukan perhitungan di tugas akhir.

PENYAJIAN URAIAN:

a. Contoh :

Memberikan contoh performa pada mesin diesel dan contoh aplikasi pengetesan performa mesin.

b. Ilustrasi :

Memberikan penjelasan performa mesin disertai dengan gambar pengetesan performa dan grafik hasil pengetesan

3 c. Aktivitas

Berdiskusi dengan mahasiswa tentang grafik pengetesan performa mesin dan contoh perhitungan performa mesin.

d. Tugas

Mahasiswa mencari contoh perhitungan performa mesin dan gambar atau animasi dengan internet dengan disertai sumber yang jelas.

e. Rangkuman

Dengan penjelasan dari dosen waktu kuliah dan diskusi serta tugas yang harus dikumpulkan kemudian dapat dibuat rangkuman tentang materi performa mesin.

4

BAB. VII

PERFORMA MESIN

7.1 Siklus Diesel

Proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan energy terjadi pada tekanan konstan.

Panas berguna dirubah menjadi daya :

Q = Q23 – Q41 = Cp ( T3 – T 2 ) - Cv ( T4 – T1 ) kj/kg Efisiensi thermis

CP( T3 – T2 ) – CV ( T4 – T1 ) T4 – T1

ηth = --- = 1 - CP / CV --- CP( T3 – T2 ) T3 – T2

T1( T4 / T1 – 1 )

= 1 – 1/ σ --- T₂( T₄ / T₁ – 1 )

Proses isentropis : T1 / T2 = ( V2 / V1 ) ^σ -1 dan T 4/ T3 = ( V3 / V4 )^{σ – 1} Proses 2 – 3 : tekanan konstan P2 V2 / T = P2 V3 / T3 T3 / T2 = V3 / V2

V4 = V1

V3 / V4

Jadi T4 / T1 = T3 / T2( --- )^{σ – 1} dan V3 / V2 ( V3 / V 2) = ( V3 / V2 ) ^{σ – 1} V2/ V1

V / V = λ = Perbandingan volume selama proses pengisian panas

1 λ^σ - 1

5 ηth = 1 - ---

{

---

}

rσ -1 σ ( λ -1 )

7.2 Siklus Gabungan( Tekanan Terbatas )

Gambar Siklus tekanan terbatas

Proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan kalor terjadi pada volume konstan ( 2 – 3a ) maupun tekanan konstan ( 3a – 3 )

Efisiensi Thermis =

CV( T3a – T2 ) + Cp ( T3 – T3a ) – Cv ( T4 – T1 )

Efisiensi thermis : ηth = --- Cv( T3a – T2 ) + Cp ( T3 – T3a )

T4 – T1

= 1 - --- ……….1) ( T3a – T2) + σ ( T3 – T3a )

V1 P3a

T 2= T1( ---)^{σ -1} = T1 ( r )^{σ -1} , T3a = T2 ---= T2 ( r )^{σ – 1}. α . V2 P2

P3a

---- = α : Perbandingan tekanan : laju ledakan P2

V3 V3

λ = --- = --- : Perbandingan pemotongan V3a V₂

6 V₃

T₃ = T_3a T_3a --- = T₁ ( r ) ^{σ -1} α . λ V3a

V3 V3

T4 = T3 ( --- )^{σ – 1} = T1 ( r )^{σ – 1} α λ ( --- )^{σ - 1} V4 V4

V3 V3 V3 V3a V3 V2

--- = --- = --- =--- dimana V2 = V3a

V4 V1 V₁ V3a V₂ V₁ V3 λ

Jadi --- = --- V4 r λ

T₄ =T₁ ( r ) ^{σ – 1} α λ ( ----)^{σ – 1} = T₁ α λ^σ r

Substitusi T2, T3a ,T3 dan T4 ke pers. 1) diperoleh

1 α λ^{σ - 1}

ηth = 1 - ---

{

---

}

r^{σ – 1}( α – 1 ) + α σ ( λ – 1 )

Bila α = 1  P3a / P₂ = 1  titik 2 dan 3a berimpit  menjadi Siklus Diesel λ = 1  V3 / V2 = 1  titik 3 dan 3a berimpit  menjadi Siklus Otto

Contoh

Mesin Diesel putaran tinggi yang bekerja sesuai dengan siklus gabungan, tekanan awal kompresi 1 kgf/cm2 dengan temperature 50⁰ C. perbandingan kompresi 14, penambahan energy pada tahap pertama dapat menaikan tekanan menjadi 2 kali dari tekanan kompresi pada tahap tekanan konstan dapat menaikan volume menjadi 2 kalinya.Hitung temperature pada titik titik mati dan efisiensi termisnya.

Jawab :

T2 / T1 = r^{σ – 1}  T2 = T1 r^{σ – 1} T1 = 50 + 273⁰ = 323 ⁰K

7 Gambar siklus Diesel

T₂ = 323 ( 14 )^{1,4 – 1} = 323 ( 14 )^0,4 = 930 ⁰K P₂ / P₁= r^σ P₂ = 1 . 14^1,4= 40 kgf / cm²

T3 / T2 = P3 / P2T3 = 930 x 80/40 = 1860⁰K pada volume konstan T₄ / T₃ = V₄ / V₃  T4 = 1860 x 2 = 3720⁰K pada tekanan konstan Pada langkah ekspansi

Perbandingan ekspansi : V5 / V4 = 14 / 2 = 7

Jadi T₅ = T₄ / ( V₅/V₄ )^{λ – 1} = 3720 / 70,4 = 1710 ⁰K

7.2.1 DAYA

Dari proses dan persamaan-persamaan termodinamika diatas dapat diperoleh kerja atau usaha per siklus, besarnya adalah sama dengan panas masuk dikurangi panas keluar atau sama dengan panas berguna dan dapat dirumuskan :

Panas masuk Q_m= G. C_v. ( T₃ – T₂ ) kcal.

Panas keluar Qk= G. Cv. ( T4 – T1 ) kcal

W = Q_m - Q_k = G. C_v – kcal Dengan :

G : berat fluida kerja, kg.

Cv : konstanta panas pada volume konstan.

1 kcal = 427 kg.m

8 Kalor ( panas ) masuk dianggap ekivalen dengan jumlah kalor yang diperoleh dari proses pembakaran didalam silinder motor .

Perhitungan perancangan siklus motor Diesel modern paling sesuai dipergunakan siklus tekanan terbatas.

Siklus Tekanan terbatas 7.2.2 Tekanan Efektif Rata-rata

Selama proses berlangsung dalam setiap siklusnya keadaan selalu berubah, gas yang ada didalam silinder merupakan campuran berbagai macam gas serta uap air dan uap bahan bakar.Dengan demikian sangat sulit dilakukan analisa untuk menghitung kerja yang dihasilkan, maka perlu dilakukan idealisasi dan pengandaian- pengandaian agar dapat dilakukan analisa untuk menghitung keadaan ( besarnya P, V, T ) setiap akhir dari prosesnya atau pada titik-titik matinya, yakni titik awal langkah isap ( titik 0 ), titik awal proses kompresi ( titik 1 ), titik akhir proses kompresi ( titik 2 ), titik akhir proses pemasukan kalor ( titik 3a dan 3 ) titik akhir proses ekspansi ( titik 4 ) dan akhir proses pelepasan energy dan kembali ke titik 1 dan terakhir ke titik 0. Dengan demikian diagram tekanan versus volume dapat dibuat dan diagram tersebut juga disebut diagram indikator.

Kerja yang dihasilkan dalam setiap siklus adalah sama dengan luasan bidang yang dibatasi titik - titik 0 – 1 – 2 – 3a – 3 – 4 – 1 – 0.

Pada setiap siklus pada motor yang riil ada pemasukan kalor yakni kalor dari hasil proses pembakaran yang akan menghasilkan tekanan dan temperature gas naik dan kenaikan tekanan tersebut akan mendorong piston dan menghasilkan kerja. Tekanan tersebut

9 awalnya naik kemudian sampai maksimum dan akan turun karena piston mundur dan volume bertambah besar.

Dari dua hal tersebut ( perhitungan termodinamika dan keadaan riil ) maka untuk memudahkan analisa selanjutnya perlu didefinisikan parameter yang dinamai tekanan efektifrata-rata. Tekanan tersebut akan mendorong piston sepanjang langkahnya dan akan menghasilkan kerja, dengan mengetahui besarnya tekanan efektif rata-rata maka dapat dihitung kerja dari sebuah motor dengan ukuran tertentu.

Pit =

Kerja per siklus = P_it x V_L

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh sebuah mesin dapat pula dihitung dengan menggunakan persamaan :

N = Pitx VL x Z x N x A x PS= Pit VL Z N A PS dengan catatan :

N = daya motor

Pit = tekanan effektif rata-rata, kg/cm² VL= volume langkah torak

Z = jumlah silinder N = putaran poros engkol A = jumlah siklus per putaran A=1 untuk motor 2 langkah

= ½ untuk motor 4 langkah 1 PS = 75 m kg / detik

Untuk menghitung P_it maka perlu diketahui besarnya kalor yang dimasukan, sedang didalam motor yang riil kalor dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar dengan udara, dengan demikian harus dilakukan perhitungan termodinamika dalam pembakaran tersebut. Karena didalam proses yang sesungguhnya tidak ideal karena banyak hal yang mengakibatkan penyimpangan maka didalam perhitungan banyak dilakukan koreksi dengan cara membuat rumus-rumus impiris, dengan cara banyak melakukan eksperimen dan kemudian membuat persamaan-persamaan impiris.

Contoh oleh Profesor V. V. Sineutsky, dalam buku Marine Internal Combustion Engine karangan N. Petrovsky, dirumuskan :

10 Untuk siklus tekanan konstan atau siklus Diesel :

P_it = –

Dengan keterangan :

Pit =tekanan indikasi rata-rata Pc =tekanan akhir kompresi ε = perbandingan kompresi

λ = perbandingan tekanan setelah dan sebelum pemasukan kalor

= kenaikan volume setelah dan sebelum pemasukan kalor δ = kenaikan volume setelah proses ekspansi

n = eksponen politropis

Didalam silinder yang mempunyai tekanan gas konstan Pituntuk motor 4 langkah maka besar Daya :

N = .P_it

.

^{.D2 .L}

. .

untuk motor 4 langkah

=

^{. P}it

.

^{. D2 .L .} . 1untuk motor 2 angkah

7.2.3 Torsi

Torsi atau momen putar adalah besarnya gaya dikali lengan, didalam motor bakar, gaya adalah besar tekanan gas ( Pit) didalamsilinder dikalikan luas penampangsilinder( π / 4 D² dan lengan adalah panjang engkol atau setengah panjang langkah L/2.

Untuk poros motor yang berputarn rpm maka dapat digunakan persamaan : Ne= . T . PS

Ne

=

T PS = n . T PS maka T = 716,56 kg.m

Dari persaman tersebut didapat :

- Besar daya berbanding lurus dengan besar torsi dan putaran mesin.

- Besar torsi berbanding terbalik dengan besar putaran mesin

11

12 Grafik FCR pada grafik Performa engine

13 Rangkuman Performa Mesin

Pada siklus diesel sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan kalor terjadi pada volume konstan maupun tekanan konstan.

Efisiensi Thermis =

Pada perhitungan daya untuk memperoleh kerja atau usaha per siklus, besarnya adalah sama dengan panas masuk dikurangi panas keluar atau sama dengan panas berguna dan dapat dirumuskan :

Panas masuk Qm= G. Cv. ( T3 – T2 ) kcal.

Panas keluar Qk= G. Cv. ( T4 – T1 ) kcal

W = Qm - Qk = G. Cv – kcal

14 Pada setiap siklus pada motor yang riil ada pemasukan kalor yakni kalor dari hasil proses pembakaran yang akan menghasilkan tekanan dan temperature gas naik dan kenaikan tekanan tersebut akan mendorong piston dan menghasilkan kerja. Tekanan tersebut awalnya naik kemudian sampai maksimum dan akan turun karena piston mundur dan volume bertambah besar. Tekanan tersebut didefinisikan sebagai tekanan efektif rata- rata (Pit). Dengan mengetahui besarnya tekanan efektif rata-rata maka dapat dihitung kerja dari sebuah motor dengan ukuran tertentu.

Pit =

Kerja per siklus = P_it x V_L

Dengan demikian daya yang dihasilkan oleh sebuah mesin dapat pula dihitung dengan menggunakan persamaan :

N = Pitx VL x Z x N x A x PS= Pit VL Z N A PS

Untuk siklus tekanan konstan atau siklus Diesel :

Pit = –

Dengan keterangan :

Pit =tekanan indikasi rata-rata Pc =tekanan akhir kompresi ε = perbandingan kompresi

λ = perbandingan tekanan setelah dan sebelum pemasukan kalor

= kenaikan volume setelah dan sebelum pemasukan kalor δ = kenaikan volume setelah proses ekspansi

n = eksponen politropis

Didalam silinder yang mempunyai tekanan gas konstan P_ituntuk motor 4 langkah maka besar Daya :

N = .Pit

.

^{.D2 .L}

. .

untuk motor 4 langkah

15

=

^{. P}it

.

^{. D2 .L .} . 1untuk motor 2 angkah

Torsi atau momen putar adalah besarnya gaya dikali lengan, didalam motor bakar, gaya adalah besar tekanan gas ( Pit) didalamsilinder dikalikan luas penampangsilinder( π / 4 D² dan lengan adalah panjang engkol atau setengah panjang langkah L/2.

Untuk poros motor yang berputarn rpm maka dapat digunakan persamaan :

Ne= . T . PS

Ne

=

T PS = n . T PS maka T = 716,56 kg.m

Latihan soal :

1. Gambarkan diagram siklus P-V siklus diesel, jelaskan kondisi tiap titiknya.

2. Jelaskan cara menghitung efisiensi thermis mesin diesel.

3. Jelaskan cara menghitug kerja (daya) pada mesin diesel.

4. Jelaskan definisi tekanan efektiv rata-rata.

5. Bagaimana cara menghitung FCR ( fuel comsumption rasio) Jawaban soal akan didiskusikan di kelas