Program Studi Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Ahmad
Kemampuan mesin motor bakar untuk merubah
Kemampuan mesin motor bakar untuk merubah
energi yang masuk yaitu bahan bakar sehingga
energi yang masuk yaitu bahan bakar sehingga
menghasilkan daya berguna disebut kemampuan
menghasilkan daya berguna disebut kemampuan
mesin atau prestasi mesin.
Daya/Power (N)
1. Daya indikasi/indicated horse power (Ni) adalah daya yang
dihasilkan oleh motor bakar dari hasil pembakaran dalam ruang
bakar
z i n V p Ni i d . 45 , 0 . . . (PS) Dimana :pi = tekanan indikasi rata-rata (kg/cm2) Vd = volume langkah = (m3)
D = diameter silinder (m)
L = panjang langkah torak (m) n = putaran mesin (rpm)
z = jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus : untuk 4 langkah, z = 2
2. Daya Efektif/Brake Horse Power (Ne)
Adalah 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 :
•
•
•
Adapun daya efektif yang dihasilkan (Ne) dapat dicari dengan persamaan :
Nm Ni Ne Atau z i n V p Ne e d . 45 , 0 . . . (PS)
Dimana : Nm = Daya mekanis (PS)
pe = tekanan efektif rata-rata (kg/cm2)
Peak horse power, adalah tenaga yang dapat dicapai tanpa
terjadinya penurunan putaran selama waktu ± 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.
3. Daya Mekanis (Nm)
Adalah daya yang hilang akibat adanya
kerugian dan daya yang digunakan untuk
peralatan tambahan mesin yang besarnya :
z
i
n
V
p
Nm
m d . 45 , 0 . . .
(PS)N
m
N
fr
N
vent
N
auk(PS)
DimanaNfr = daya yang hilang karena gesekan
Nvent = daya yang hilang akibat kerugian dari bagian-bagian yang bergerak
seperti flyeheel, gear, dsb.
Nauk = daya yang hilang karena digunakan untuk menggerakkan
perlengkapan mesin seperti pompa bahan bakar, pompa air, pendingin, kipas radiator, dsb.
Momen Torsi (T)
Hubungan dengan daya efektif :
Tekanan efektif rata-rata (p
e)
n Ne
T
716,2 (kg.m)Dimana :
F = besar gaya putar yang terbaca pada timbangan dinamometer (kg) L = panjang lengan dinamometer
i n V z Ne p d e . . . . 45 , 0
(kg/cm2)
Spesific Fuel Consumption
1.
Spesific fuel consumption efektif (SFCe)
2.
Spesific fuel consumption indicated (SFCi)
Analisa Gas Buang
Ne FC SFCe
(kg/PS.jam) Ni FC SFCi (kg/PS.jam)
Aliran Udara melalui Nozzle (Gs)
1 2
2 . . 2 4 . . . p p g d Gs
a
(kg/det) Dimana :α = koefisien kemiringan nozzle = koefisien udara
a = berat jenis udara pada kondisi ruangan pada saat pengujian
Dimana :
= relative humidity
ps = tekanan udara standart pada temperatur tertentu w = berat jenis air pada temperatur tertentu
= temperatur bola kering d = diameter nozzle = 0,448 m g = gravitasi = 9,81 m/det
Kapasitas Aliran Gas Buang (Gg)
Neraca Panas
Yaitu keseimbangan antara panas atau energi yang dimasukkan
dalam mesin (jumlah panas yang dihasilkan oleh pembakaran
bahan bakar) dengan jumlah panas yang dimanfaatkan menjadi
kerja dan panas yang terbuang secara radiasi atau konveksi.
1.
Panas hasil pembakaran (Q
b)
3600
Fc
Gs
Gg
(kg/det)
LHVbb Fc Qb
. (kcal/jam) Dimana :LHV = Low Heating Value
Untuk : Solar = 10500 kcal/kg Premium = 11000 kcal/kg
2. Kerugian panas pendinginan (Q w)
3.
Panas yang terbawa gas buang (Q
eg)
4. Panas hasil pembakaran yang diubah menjadi daya efektif (Q
e)
5. Panas yang hilang karena sebab lain (Q
pp)
wo wi
w w wW
Cp
T
T
Q
.
.
(kcal/jam)
Dimana :Ww = debit air pendingin
Cpw = panas jenis air ( 1 kcal/jam ) Two = temperatur air keluar (C) Twi = temperatur air masuk (C)
3600
.
.
.
g eg ud egGg
Cp
T
T
Q
(kcal/jam) Dimana :Gg = debit aliran buang (kg/det)
Cpg = panas jenis gas buang = 0,285 (kcal/kg.C)
e w eg b pp Q Q Q Q Q
(kcal/jam)
Efisiensi (
)
1.
Efisiensi mekanis (
m)
2.
Efisiensi thermal efektif (
e)
3.
Efisiensi thermal indikasi (
i)
4.
Efisiensi volumetrik (
v)
5.
Efisiensi friction ( ηf )
Dimanaa : berat jenis udara aktual
ηf = 100 – ( ηg – ηw – ηe )
ηf = .100% Qf
Perhitungan perbandingan udara bahan bakar ( R )
Perhitungan factor kelebihan udara (
λ
)
R = . FC Gs Dimana :
R = rasio udara bahan bakar ( Kg udara/ Kg bahan bakar )
γ = berat jenis spesifik bahan bakar pada temperature pengujian ( Kg/l )
λ
=Ro R
dimana :
Ro = rasio udara bahan bakar teoritis ( kualiatas udara teoritis ) (Kg udara / Kg bahan bakar )
c h Ro 3 48 , 34 C = 0,86 dan h = 0,14 Dimana :
Faktor Koreksi
Daya Efektif Standar (Ne)
st
Torsi Efektif Standar (T)
st
Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar (SFCE)
stDimana :
pst = 760 mmHg
p = tekanan udara atmosfir tst = 25 C t = temperatur ruangan
Ne st
A.Ne (PS)
T st
A.T (kg.m) A SFCe SFCe st (kg/PS.jam)r V V V V BDC TDC max min L rata rata rata rata V x P si klus per Kerja torak langkah volume si klus - per kerja P
Prata-rata A B C D VLTekanan E fektif R ata-R ata :
Tekanan tertentu yang konstan yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja per-siklus yang sama dengan siklus yang dianalisis.
Perbandingan kompresi : r = V max /V min r = V B DC /V TDC
Daya yang dihasilkan oleh Motor B akar :
PS
a
x
n
x
z
x
V
x
P
PS
x
a
x
n
x
z
x
V
x
P
N
L rata rata x x L rata rata000
.
450
75 100 60 1
dimana : Ｎ : daya motor (PS) Prata^rata : tekanan efektif rata-rata (kg/cm2 )
V L : volume langkah torak (cm3 )
z : jumlah silinder
n : putaran poros engkol (rpm)
a : jumlah siklus per-putaran motor 2 langkah (a=1) motor 4 langkah (a=1/2)
Siklus aktual motor Diesel 4 langkah
Dalam kenyataan tidak ada s atu sik lus pun merupakan s ik lus volume kons tan,
tekanan kons tan, maupun tekanan terbatas .
Penyebab penyimpang an s ik lus udara (ideal) :
1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tak sempurna
2. Katup tidak tidak dibuka dan ditutup tepat pad TMA dan TMB, karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja.
3. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses.
4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, ketika torak berada pada posisi TMA, tidak terdapat pemasukan kalor seperti pd siklus ideal. Kenaikan temperatur dan tekanan fluida kerja terjadi akibat proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder.
5. Proses pembakaran memerlukan waktu, jadi berlangsung tidak spontan.
6. Terdapat kerugian kalor akibat ada transfer panas dari fluida kerja ke fluida pendingin. 7. Terdapat kerugian kalor bersama gas buang.
A ntara effis iens i s iklus udara (ideal) dan s iklus s ebenarnya terdapat hubung an tertentu yaitu pada effis iens i indikator.
E ffis iensi i ndikator diperoleh dari has il peng ukuran dan di definis ikan s ebag ai :
siklus - per dimasukkan yg energi sebenarnya siklus per kerja i
i bensin ≈ 0,5 –
0,75
i volume konstan i diesel ≈ 0,75 –0,85
i tekanan terbatas≈ 0,65 –
0, 80
i tekanan konstandimana
i bensin ≈ 0,25 –
0,45
i diesel ≈ 0,40 –0,55
Jika Pi rata-rata diketahui, maka daya indikator dapat dihitung sebagai
PS
x
a
x
n
x
z
x
V
x
P
N
i i rata rata L 4501.000
Dalam siklus aktual kalor input tidak dimasukkan dari luar, melainkan diperoleh dari hasil pembakaran di dalam silinder. Jumlah energi bahan bakar (Q m) tersebut adalah
P
x
Q
x
f
x
G
PS
x
Q
x
f
x
G
PS
x
Q
x
G
Q
atau
jam
kcal
Q
x
f
x
G
Q
x
G
Q
c o a x c o a x c o f m c o a c o f m 632 1 75 3600 427 75 3600 427/
udara bakar bahan an perbanding G G f kg kcal bakar bahan kalor nilai Q jam kg digunakan yang udara jumlah G jam kg digunakan yang bakar bahan jumlah G o a o f c o a o f / ) / ( / / Dengan efisiensi termal indikator (i) dapat dinyatakan sebagai 5 427 3 427 75 3600
.
632
.
.
x c o f L rata rata i c o f i x c o f i ix
Q
G
a
x
n
x
z
x
V
x
P
Q
G
N
x
Q
G
N
Misalkan dari pengukuran diagram indikator sebuah motor bakar torak diketahui Pi rata-rata = 7,5 kg/cm2. Apabila V
L = 900 cm3 , z = 6, n = 2000
rpm, motor 2 langkah (a=1), jumlah bahan bakar yang terpakai Gf = 25,29 kg/jam dan Q c = 10000 kcal/kg.
maka
