ANALISIS HUBUNGAN TEMPERATUR UDARA DI KAMAR MESIN DAN UNJUK KERJA MOTOR DIESEL

(1)

i

LAPORAN

PENELITIAN MANDIRI

ANALISIS HUBUNGAN TEMPERATUR UDARA DI

KAMAR MESIN DAN UNJUK KERJA MOTOR

DIESEL

Oleh: PIETER W. TETELEPTA NIP. 195603291977031001 UNIVERSITAS PATTIMURA Januari 2014

(2)

Judul Kegiatan Peneliti/Pelaksana Narna Lengkap NIDN Jabatan Fungsional Program Studi Nomor IIP Surel (e-mail)

Institusi Mitra (ika ada) Narna hstitusi Mitra

Alamat

Penanggungiawab

Waktu Pelaksanaan Biaya Tahun Berjalan Biaya Keseluruhan

Mesin Dan Unjuk Kerja Motor Diesel

Ir. Pieter W. TetelePt4 MT.

Lektor

Teknik Sistem PerkaPalan

U

Ot-Rp.

10.000.000

Rp.

10.000.000 Amboru lJ-01-2014 NrP. 19601024 198803

I

001 Peneliti, NrP. 195603291977031001

(3)

iii

terjadi proses pembakaran langsung di dalam silinder mesinnya antara udara dan bahan bakar pada saat temperatur campuran melampuai titik nyala bahan bakarnya.Tekanan yang dihasilkan melalui proses pembakaran adalah tergantung dari temperatur udara yang dimasukan ke dalam silinder, semakin tinggi temperature maka relatip semakin berkurang jumlah molekul udara yang dikandungnya sebaliknya semakin rendah temperature relatip kandungan molekul udara lebih banyak. Kedua kondisi ini sangat berpengaruh terhadap hasil dari suatu proses pembakaran. Kondisi ini diteliti secara analisis pada mesin DongfengPR 120 dengan temperatur ruangan yang ditinjau 270C,300C,330C, 360C, 390C,dan 420C, serta beban mesin 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pada putaran mesin 2300 rpm dari putaran maksimal 3200 rpm.Dari hasil perhitungan, terlihat bahwa pengaruh temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pemakaian bahan bakar dan beban mesin yang diberikan serta daya mesin yang dihasilkan. Pada temperatur ruangan 270C, dicapai tekanan pembakaran maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm2, daya mesin 4,3 HP, torsi mesin 1,344 kg.m, pemakaian bahan bakar 1,13 l/jam, dan persentase panas yang dirubah menjadi tenaga efektif sebesar 24%.

(4)

iv DAFTAR ISI JUDUL ... i HALAMAN PENGESAHAN ... ii RINGKASAN ... iii DAFTAR ISI ... iv BAB 1. PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 1 1.3 Tujuan Penelitian ... 1 1.4 Batasan Masalah ... 2

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 3

2.1 Perhitungan Thermodinamika ... 3

2.2 Perhitungan Efesiensi Thermis ... 10

2.3 Perhitungan Neraca Panas Mesin ... 10

2.4 Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen ... 11

2.5 Perhitungan Daya Mesin (Ne) ... 11

2.6 Perhitungan Torsi Mesin (Tb) ... 12

BAB 3. METODE PENELITIAN ... 13

3.1 Studi Literatur ... 14

3.2 Pengumpulan Data ... 14

3.3 Objek Penelitian ... 14

3.4 Layout Ruang Eksperimen ... 15

3.5 Langkah-Langkah Eksperimen ... 15

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 17

4.1 Korelasi Temperatur Ruang Terhadap Tekanan Kompresi(PC) Dan Tekanan Maksimum (PZ) Dalam Silinder... 17

4.2 Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 27oC ... 18

4.3 Fluktuasi Daya (Ne) Dan Pemakaian Bahan Bakar Terhadap Perubahan Temperatur Ruang ... 23

(5)

v

270c, 300c, 330c, 360c, 390c, Dan420c ... 28

4.6 Perhitungan Efesiensi Thermis ... 31

4.7 Perhitungan Neraca Panas Mesin ... 31

4.8 Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen ... 33

4.9 Perhitungan Torsi Mesin ... 34

4.10 Perhitungan Tenaga Motor ... 35

BAB 5. PENUTUP ... 37

5.1 Kesimpulan ... 37

5.2 Saran ... 40

(6)

1

1.1 Latar Belakang

Mesin Diesel merupakan motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), dimana bahan bakarnya disemprotkan kedalam silinder pada waktu torak hampir mencapai Titik Mati Atas (TMA). Oleh karena udara didalam silinder bertemperatur tinggi yang mencapai titik nyala bahan bakar, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. Tekanan yang dihasilkan melalui proses pembakaran adalah juga tergantung dari temperatur udara yang dimasukan ke dalam silinder, semakin tinggi temperature maka relatip semakin berkurang jumlah molekul udara yang dikandungnya sebaliknya semakin rendah temperature relatip kandungan molekul udara lebih banyak. Kedua kondisi ini sangat berpengaruh terhadap hasil dari suatu proses pembakaran.

Dalam kondisi nyata di lapangan terhadap pengoperasian motor diesel sering dijumpai adanya temperatur ruang kamar mesin yang terlalu panas (± 35 -40˚C). Akibat temperatur ruangan kamar mesin yang panas ini, maka turut

berdampak pada perubahan beberapa parameter yang sangat mempengaruhi unjuk kerja dari motor diesel itu sendiri. Dengan demikian secara langsung berpengaruh terhadap penurunan daya motor.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang permasalahan di atas yang sering terjadi di kapal, maka dengan mengkondisikan situasi temperature kamar mesin di kapal dilakukan penelitian di laboratorium untuk menganalisa pengaruh peningkatan temperature kamar mesin terhadap tenaga mesin yang diberi pembebanan dan tanpa beban.

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini diselenggarakan untuk memenuhi tujuan menganalisa dampak pengaruh fluktuasi temparatur kamar mesin terhadap output mesin, pemakaian

(7)

bahan bakar, temperatur kerja mesin, tekanan maksimum dalam silinder dan balans panas mesin.

1.4 Batasan Masalah

Untuk lebih terarahnya penelitian ini, maka ruang lingkup permasalahan dibatasi pada:

1. Temperatur kamar mesin yang bervariasi dari 27OC sampai 42OC dengan peningkatan tiap 3OC.

2. Penggunaan bahan bakar per jam terhadap perubahan temperature 3. Variasi temperature kamar mesin tehadap pembebanan mesin

4. Pembebanan mesin dengan mengkonstankan putaran tiap kenaikan temperatur.

(8)

2

2.1. PERHITUNGAN THERMODINAMIKA

Perhitungan Siklus Aktual Mesin Metoda Grinevetsky-Mazing

2.1.1Perhitungan Parameter Proses Pengisian

Besarnya tekanan gas (p) pada permulaan langkah kompresi adalah tergantung dari pada :

- Sistem pengisian/penyaluran udara masuk yang dipergunakan untuk pengisian silinder mesin dengan campuran udara serta bahan bakar.

- Sisitem pembuangan (exhaust) gas-gas hasil pembakaran yang sebelumnya telah terbentuk pada proses pemnbakaran di dalam silinder.

- Randemen pengisian silinder yaitu perbandingan antara banyaknya campuran udara dan bahan bakar segar yang dikompresikan di dalam silinder.

Untuk menghitung tekanan udara (pa) dan temperatur (Ta) serta efisiensi (ηch)

pengisisan awal kompresi maka dapat menggunakan rumus-rumus sebagai berikut.

1. Tekanan udara pada awal kompresi

Untuk motor 4 langkah tanpa menggunakan supercharger Pa = ( 0.85 ÷ 0.92 ), kg/cm2

dengan :

Pa = Tekanan awal kompresi, kg/cm2

Po = Tekanan udara luar, kg/cm2

2. Temperatur pada awal langkah kompresi

Ta = ,oK

dengan :

To = Temperatur udara luar,ok

Tₒ + ∆tw . γᵣ . Tᵣ 1 + γᵣ

(9)

∆tw = Pertambahan temperatur percampuran udara bahan bakar,

o

C

Tr = 700 – 800 oK, adalah temperatur sisa gas pembakaran

sebelum bercampur dengan udara yang masuk ke dalam silinder untuk mesin diesel.

r = (0.03÷0.04) = Koefisisen gas residu mesin 4 langkah

3. Efisiensi pengisian (ηch)

ηch =

dengan :

ε = Perbandingan kompresi

o = Tekanan udara luar, kg/cm2 a = Tekanan awal kompresi, kg/cm2 a = Temperatur awal kompresi,ok r = Koefisien gas-gas residu

To = Temperatur kamar mesin, ok

2.1.2Perhitungan Parameter Proses Kompresi

Untuk mempermudahkan perhitungan tekanan (pc) dan temperatur (Tc)

pada akhir langkah-kompresi maka garis kompresi diasumsikan sebagai suatu lengkungan polytropik yang mempunyai eksponent n1. Untuk mesin diesel harga

n1 berbeda-beda sebab tergantung dari pada ukuran mesin kecepatan dan beban

mesin.Lebih besar volume silinder,maka lebih kecil bidang pendinginan sehingga sedikit terjadi penghantaran panas ke dinding-dinding silinder/torak dengan demikian eksponent n1 menjadi lebih besar. Harga n1 ini pun akan menjadi lebih

besar,bila bertambahnya beban mesin serta dengan meningkatnya temperatur.

1. Pangkat Politropis ( n1) A+B.Ta(ε ₁ + 1)= ε . Pₐ . Tₒ (ε − 1 ). Pₒ . Tₐ . ( 1 + ᵣ ) 1.985 n₁ − 1

(10)

dengan :

A dan B = Adalah koefisien-koefisien yang diperoleh dari eksperimen

n1 = ( 1,4 ÷ 1,6 ) yaitu Eksponen politropik kompresi untuk mesin

tanpa turbocharging.

 = Perbandingan kompresi

Untuk memperoleh harga n1 maka nilai ruas kanan dan kiri dari

persamaan diatas harus sama.

2. Tekanan udara pada akhir langkah kompresi ( Pc)

Tekanan udara pada akhir langkah kompresi dapat dihitung menurut persamaan garis lengkung politropis, yaitu :

Pc = Pa.ε ₁, ( kg/cm2)

dengan :

Pa = Tekanan awal kompresi, kg/cm2

3. Temperatur pada akhir langkah kompresi ( Tc)

Tc = Ta.ε ,ok

dengan :

Ta = Temperatur awal kompresi, kg/cm2

4. Kenaikan Tekanan ( λ )

λ =

dengan : Pz = Tekanan maksimmum akhir langkah pembakaran

2.1.3Perhitungan Parameter Proses Pembakaran

Untuk menentukan banyaknya udara yang diperlukan untuk pembakaran bahan bakar cair (liquid-fuei) serta banyaknya produk-produk pembakaran yang dihasilkan dari pembakaran tersebut,maka sebagai titik tolak akan ditinjau unsur-unsur bahan bakar antara lain carbon,hidrogen,oksigen serta nitrogen. Secara

Pz Pc

(11)

teoritis banyaknya udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar adalah tergantung dari pada komposisi bahan bakar tersebut serta dapat ditentukan dengan mempergunakan persamaan-persamaan reaksi dari pada carbon dan hydrogen.

1. Jumlah udara teoritis yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar cair adalah :

LO1 = + +

dengan :

C = kandungan Carbon dalam bahan bakar H = kandungan Hidrogen dalam bahan bakar O = kandungan Oksigen dalam bahan bakar 2. Banyaknya udara teoritis dalam satuan berat adalah :

LO = 28.95 . LO1

3. Jumlah udara sebenarnya yang diperlukan unutk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar cair yaitu :

L1 = α. LO1 ; mol/kg bahan bakar

dengan :

α = koefisien udara lebih

4. Jumlah unsur-unsur hasil pembakaran dari 1 kg bahan bakar adalah : - Carbondioksida ( CO2)

MCO2 = , mol

- Uap air ( H2O )

MH2 = , mol

- Nitrogen yang terdapat dalam udara ( N2)

MN2 = 0.79 . . LO1, mol

, mol / kg bahan bakar

32 4 12 1 0,21 C 12 H 2

(12)

- Oksigen

MO2 = 0.21 . ( − 1) . LO1, mol

Jadi jumlah gas-gas hasil pembakaran dari 1 kg bahan bakar Mg = MCO2+ MH2O + MN2+ MO2

5. Koefisien Kimiawi perubahan molekul ( )

o =

6. Koefisien kimiawi perubahan molekul dengan memperhitungkan gas-gas residu ( )

= ( ₒ+ r) / ( 1 + r)

7. Perbandingan volume relatif dari unsur-unsur hasil pembakaran

VCO2 =

VH2O =

VN2 =

VO2 =

Jumlah dari perbandingan isi relatif unsur-unsur ini adalah : VCO2+ VH2O + VN2+ VO2

8. Kapasitas panas molekul gas-gas pada volume konstan ( MCV)g= Ag+ Bg. Tz , kcal/molok dengan : Ag=(VCO2 . ACO2) + ( VH2O . AH2O ) + ( VN2. AN2 ) + ( VO2. AO2) MCO₂ Mg MH₂ Mg MN₂ Mg MO₂ Mg Mg L

(13)

Bg =(VCO2. BCO2 ) + ( VH2O . BH2O ) + ( VN2. BN2 ) + ( VO2.

BO2)

9. Kapasitas molekul gas-gas pada tekanan konstant ( MCp)g = ( MCV )g + 1.985, kcal/molok

10. Kapasitas panas molekul udara pada volume konstant dan temperatur ( Tc)

( MCv)a = Aa + Ba . Tc , kcal/molok

11. Temperatur pembakaran maksimum

+ [(MCV)a+ (1.985.λ)].Tc= . (Mcp)g.Tz

dengan :

z = Koefisien keuntungan kalor sepanjang segmen garis

pembakaran

Untuk memperoleh harga Tzmaka digunakan persamaan kuadrat :

Tz = −b ± √b − 4ac_2a

2.1.4Perhitungan Parameter Proses Ekspansi

1. Derajat ekspansi pendahuluan (ρ) ρ =

2. Derajat ekspansi lanjutan ( )

 = 3. Pangkat politropik ( n2) Ag+ Bg. Tz 1 + = dengan : z. Hz . ₒ . (1 + ᵣ) . T . Tc = ρ 1 _{ⁿ₂⁻ ¹} 1.985_{ⁿ₂⁻ ¹}

(14)

Ag dan Bg = panas jenis gas-gas hasil pembakaran.

n2 = 1,15–1,30

Untuk memperoleh n2 maka nilai ruas kanan dan kiri dari persamaan

diatas harus sama.

4. Tekanan Akhir Ekspansi (Pb)

Pb = , kg/ cm2

5. Temperatur Akhir Ekspansi (Tb)

Tb = ,oK

6. Tekanan Rata-Rata Indikator Teoritis (Pit)

Pit = (-1) + (1- ) - (1- )

dengan :

Pc = Tekanan gas akhir kompresi

ε = Perbandingan kompresi

λ = Tingkat kenaikan tekanan

δ = Derajat ekspansi lanjutan

ρ = Derajat ekspansi pendahuluan n1 = Eksponen politropik kompresi

n2 = Eksponen politropik ekspansi

7. Tekanan Indikator Sebenarnya (Pi)

Pi= φ.Pit

P ⁿ₂

T δⁿ₂⁻ ¹

(15)

dengan :

φ = Faktor koreksi dari diagram aliran indikator untuk motor 4 lankah

8. Efisiensi mekanis (ηm) ηm=

2.2. Perhitungan Efesiensi Thermis

1. Efesiensi Thermis Indikator

€ti = 632/(bix Hi)

Dimana

bi : bahan bakar spesifik indicator

Hi : nilai kalor bahan bakar

2. Efesiensi Thermis Efektif (€te) €te = €ti x €m

Dimana

€ti : efesiensi thermis indicator €m : efesiensi thermis mesin

2.3. Perhitungan Neraca Panas Mesin

1. Panas yang dihasilkan pembakaran sempurna B.Kg.bb tiap jam sebagai berikut

Qf = B x Hi………. Kcal/jam

Dimana

B : pemakaian bahan bakar dalam jam Hi: nilai kalor bahan bakar

2. Persentase jumlah panas diubah menjadi tenaga efektif (Qe)

Qe% = (Qe/Qf) x 100 %

Dimana

Qe = 632 x Ne………. Kcal/jam

3. Panas yang diambil oleh bahan pendingin (Qcool)

Pₑ Pᵢ

(16)

Qcool = kc x Qds + kp x Qds

Dimana

Qds : panas yang timbul dalam silinder

kc : persentasi panas yang diambil oleh bahan pendingin melalui dinding silinder (15%) kepala silinder (8%) dankatup (5%) sehingg di ambil 28%

kp : persentasi panas yang diserap ke dasar torak 5% 4. Panas yang keluar bersama gas buang

Qef = Qg - Qa

Qg = ( 1– δr )Mg(MCP)gx Trx B

Dimana

Mg : jumlah molekul gas-gas dari pembakaran

Tr : temperatureoK atauoC

B : pemakaian bahan bakar dalam jam (MCP)g : (MCV)g+ 1.985

: Ag+ Bgx Tr + 1.985

5. Panas yang diambil oleh bagian-bagian pos penutup (Qp)

Qp = 2 : 12%

Qp% = 100% - (Qe+ Qcool+ Qef)

2. 4. Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen

1. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Indikator (bi)

bi = 318.4 x {(€cbx Psup)/ α x LoTsupx Pi)} Kg/hp.jam

2. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efektif (be)

be= bi/€m……….. Kg/hp.jam

2.5.Perhitungan Daya Mesin (Ne)

(17)

Ne = , HP Dimana

D : diameter silinder … cm S : panjang langkah torak … cm n : putaran mesin … rpm

a : jumlah silinder

Pe : tekanan efektif … kg/cm2

z : koefisien tak untuk mesin 4 langkah = 2

2. 6. Perhitungan Torsi Mesin (Tb)

Torsi mesin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut

Tb = 716.2 x

Dimana

Nb : daya mesin …… HP

(18)

13

Untuk memperoleh hasil penelitian yang optimal, maka kajian ini diatur dengan format seperti terinci pada flow chart berikut.

Gambar 3.1 Flow Chart Penelitian FLOW

(19)

3.1. Studi Literatur.

Studi literatur ini dilakukan untuk mempelajari teori-teori dasar yang berkaitan serta mendukung tujuan penelitian untuk mendapatkan pengaruh kenaikan temperatur kamar mesin pada beberapa pembebanan mesin, terhadap kecenderungan jumlah pemakaian bahan bakar serta tenaga mesin yang dihasilkan. Sumber literatur diperoleh dari buku-buku, journal, internet, serta fasilitas laboratorium Motor Bakar ITS.

3.2. Pengumpulan Data

Hal ini perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil yang optimal dari temperatur ruang kamar mesin yang bervarisi dari mesin yang diteliti.

3.3. Objek Penilitian

Objek yang dilakukan adalah mesin diesel empat langka milik laboratorium Motor Bakar ITS dengan spesifikasi sebagai berikut:

 Merek : Dongfeng

 Model : PR 120

 Tipe : Horisontal, water cooled

 Jumlah silinder : 1

 Diameter x panjang langkah : 75 x 80 mm

 Daya : 6 HP

 Putaran :3200 rpm

 Kecepatan torak : 8 m/s

 Perbandingan kompresi : 23 : 1

 Massa mesin : 65 kg

3.4.Peralatan yang digunakan

 Termometer 2000C : 5 buah

 Tachometer didital : 1 buah

 Termometer non contac : 1 boah

 Gelas ukur 2 liter : 1 buah

 Lampu pijar 100 watt : 50 buah

 Kunci pas 12 mm : 1 buah

 Tang jepit : 1 buah

(20)

3.5. Lay out ruang eksperimen

Gambar 3.2 Layout Ruang Eksperimen

3.6.Langkah-langkah eksperimen

1. Persiapan peralatan

2. Melakukan penilitian secara bertahap terhadap temperatur ruang mulai dari temperatur 270C dengan beban 500 watt.

Selama mesin diberikan beban, makatemperatur air masukmaupun keluar sebagai media pendingin di ukur denganmenggunakan termometer nonkontak dan putaran mesin diukur memakai tachometer serta waktu diukur denganstopwatch.Hal yang sama juga diperlakukan untuk beban1500 watt dan 2500 watt dan untuk temperatur 270C,300C, 330C,360C, 390C dan 420C. Tiap perlakuan temperatur direplikasitiga kali.

Dari data penilitian yang diperoleh, maka dapatdilakukan perhitungan tentang : - Termodinamika siklus kerja mesin

- Korelasi temperatur ruang terhadap tekanan kompresi (Pc) dan tekanan maksimum (Pz) dalam silinder

- Korelasi temperatur ruang terhadap pemakaian bahan bakar. - Fluktuasi daya dan pemakaian bahan bakar terhadap perubahan

temperatur ruang.

- Korelasi daya (Ne) dan Putaran (n) untuk beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt.

(21)

- Diagram indikatur pada putaran 2300 rpm dan 3200 rpm. - Perhitungan efisiensi thermis

- Perhitungan Neraca Panas Mesin

- Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen - Perhitungan Torsi Mesin

(22)

17

4.1. KORELASI TEMPERATUR RUANG TERHADAP TEKANAN KOMPRESI (Pc) DAN TEKANAN MAKSIMUM (Pz) DALAM SILINDER

4.1.1. Perubahan temperatur terhadap tekanan kompresi (Pc), untuk n = 2300 rpm

Grafik 4.4. Perubahan temp. terhadap tekanan kompresi (Pc) untuk n=2300 rpm

Dari hasil pengujian, pengaruh perubahan temperatur ruangan terhadap tekanan kompresi untuk putaran 2300 rpm,terlihat Pc rata-rata menurun konsisten sebesar 1,5%, dari temperatur 27 0C sampai temperatur 39 0C, sedangkan pada temp.390C menjadi konstan dengan temperatur 420C.

4.1.2. Perubahantemperatur terhadap tekanan maksimum (Pz), untuk n = 2300 rpm

Grafik 4.5. Perubahan temp. terhadap tekanan maksimum (Pz) untuk n=2300 rpm

Hasil pengujian menunjukan bahwa, perubahan temperatur berpengaruh terhadap tekanan maksimum (Pz) yang dihasilkan oleh pembakaran udara bahan bakar didalam silinder untuk putaran n=2300 rpm. Grafik menunjukan tekanan maksimum rata rata berkurang 8% dari temperatur 270C sampai dengan temparatur 420C.

(23)

4.2.3. Perubahan temperatur terhadap tekanan kompresi (Pc) dan tekanan maksimum (Pz), untuk n = 2300 rpm

Grafik 4.6. Perubahan temp. terhadap tekanan Pc dan Pz untuk n=2300 rpm

Hasil pengujian menunjukan bahwa, perubahan temperatur mempengaruhi tekanan maksimum (Pz) dan (Pc) dalam silinder, pada putaran n = 2300 rpm.

4.2. KORELASI TEMPERATUR RUANG TERHADAP PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DAN TEMPERATUR MESIN

4.2.1. Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruang 27 oC dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt

Grafik 4.7. Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 27⁰C

Hasil pengujian menunjukkan bahwa, dengan meningkatnya beban pada temperatur 27 0C maka meningkat juga pemakaian bahan bakar, seperti terdata pada tabel.

4.2.2. Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 27oC

(24)

Hasil pengujian menunjukkan, peningkatan beban pada temperatur 27 oC akan meningkatkan temperatur gas buang, sedangkan temperatur air pendingin relatip konstant.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa, dengan meningkatnya beban pada temperatur 30o C maka cenderung akan meningkatkan pemakaian bahan bakar.

Grafik 4.10. Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 30⁰C

Pengujian menunjukkan adanya peningkatan beban pada temperatur 30 oC akan meningkatkan temperatur gas buang, demikian juga akan meningkatkan temperatur air pendingin mesin.

(25)

Pengujian menunjukkan bahwa, meningkatnya beban pada temperatur 33 oC mempengaruhi peningkatan pemakaian bahan bakar.

Hasil pengujian menunjukkan, peningkatan beban pada temperatur 33 oC akan meningkatkan temperatur gas buang, sedangkan temperatur air pendingin relatip konstant.

4.2.7. Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 36⁰C dengan beban 500 watt,1500 watt dan 2500 watt

Pengujian menunjukkan bahwa, meningkatnya beban pada temperatur 36 oC amat mempengaruhi peningkatan pemakaian bahan bakar.

(26)

Pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban pada temperatur 36 0C amat mempengaruhi meningkatnya gas buang,sedangkan temperarur air pendingin relatif konstant.

4.2.9.Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 39⁰C dengan beban 500 watt,1500 watt dan 2500 watt

Hasil pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban pada temperatur 39oC mempengaruhi pula peningkatan pemakaian bahan bakar.

(27)

Hasil pengujian menunjukkan bahwa,pada temperatur 39 0C terjadisedikit peningkatan gas buang sedangkan untuk air pendinginnya relatf konstant.

4.2.11. Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 42⁰C dengan beban 500 watt,1500 watt dan 2500 watt

Hasil pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban pada temperatur 42 0C mempengaruhi terjadinya sedikit peningkatan pemakaian bahan bakar.

4.2.12.Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 420C

Hasil pengujian menunjukkan peningkatan beban pada temperatur 420C akan meningkatkan gas buang,sedangkan air pendingin sedikit meningkat .

(28)

4.3. FLUKTUASI DAYA (Ne) DAN PEMAKAIAN BAHAN BAKAR TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATUR RUANG

4.3.1. Tabel dan Grafik perubahan daya (Ne) dan pemakaian bahan bakar (Bb) terhadap temperatur ruang dengan beban 500 watt.

Tabel 4.4.Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 500 watt

Grafik 4.19. Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 500 watt

Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 oC dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 oC sebesar Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar relatip lebih sedikit pada temperatur 36oC, 39oC dan 42oC

Tabel 4.5.Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 1500 watt. Beban 1500 watt

(29)

Grafik 4.20. Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 1500 watt.

Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 oC dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 oC sebesar Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30oC, 33oC, 36oC dan 42oC.

Tabel 4.6.Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 2500 watt. Beban 2500 watt

Grafik 4.21Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 2500 watt.

Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 0C dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 0C sebesar

(30)

Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 300C dan 420C.

4.4. KORELASI DAYA (Ne) DAN PUTARAN (n) UNTUK BEBAN YANG DIBERIKAN

4.4.1. Pembebanan 500 watt pada temperatur 270C

Tabel 4.7. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temperatur ruang 270_C

Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 270C, maka daya yang digunakan sebesar 4,3 HP, pada putaran n=2300 rpm.

Grafik 4.22. Pemakaian daya(Ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang270C

4.4.2. Pembebanan 500 watt pada temperatur300C

Tabel 4.8. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 300_C

(31)

Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 300C, maka daya yang digunakan sebesar 4,2 HP, pada putaran n=2300 rpm

Grafik 4.23. Pemakaian daya(Ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 300_C

(32)

Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 390C, maka daya yang digunakan sebesar 3,8 HP, pada putaran n = 2300 rpm.

(33)

Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 420C, maka daya yang digunakan sebesar 3,6 HP, pada putaran n=2300 rpm

4.5. DIAGRAM INDIKATUR PADA TEMPERATUR RUANG 270C, 300C, 330C, 360C, 390C, dan420C

4.5.1. Diagram PV pada temperatur ruang 270C pada putaran 2300 rpm Tabel 4.13. Tekanan vs volume, pada temperatur 270C

(34)

Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 65 kg/cm2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm2, pada temperatur 270C.

4.5.2. Diagram PV pada temperatur ruang 300C pada putaran 2300 rpm Tabel 4.14. Tekanan vs volume, pada temperatur 300

C

Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,9 kg/cm2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 120,2 kg/cm2, pada temperatur 300C.

C

(35)

C

(36)

4.6. PERHITUNGAN EFESIENSI THERMIS

1. Efesiensi Thermis Indikator (Zti)

Zti = 632 / (bix Hi)

= 632 / ( 0.13434417 x 10.100 ) = 0.4657749

2. Efesiensi Thermis Efektif (Zte)

Zte = Ztix Zm

= 0.4657749 x 0.943004 = 0.43922759

4.7.PERHITUNGAN NERACA PANAS MESIN

(37)

Dari hasil perhitungan neraca panas motor yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar udara di dalam silinder, diketahui bahwa prosentase panas efektif (Qe) yang terpakai untuk menggerakan poros engkol berfluktuasi sesuai temperatur ruang. Pada tabel terlihat bahwa, pada temperatur 300C, prosentase Qe menjadi maksimal pada besaran 26,6%, sedangkan pada temperatur 360C, prosentase Qe berkurang menjadi 21,4%.

Tabel 4.20 Panas yang diambil oleh media pandingin (Qcool)

Untuk pronsentase panas yang terbuang bersama air pendingin, dari hasil perhitungan diketahui tetap konstan 33%, mulai dari temperatur 270C, 300C, 330C,360C, 390C, 420C.

Tabel 4.21. Panas yang keluar bersama gas buang (Qeg)

Adapun prosentase panas yang terbawa bersama gas buang persiklus pembakaran bahan bakar udara, relatif konstan antara 25,4% sampai 26,0%, pada temperatur 270C, 300C, 330C, 360C, 390C, 420C.

(38)

Tabel 4.22. Jumlah panas dari hasil perhitungan neraca panas.

Data pada tabel 4.22 menunjukan korelasi prosentase panas efektif (Qe), panas yang terbuang bersama air pendingin (Qcool), panas yang hilang bersama gas buang (Qeg), serta panas yang dilepaskan secara radiasi dari badan motor maupun gesekan pada bagian-bagian motor yang bergerak (Qres), untuk temperatur 270C, 300C, 330C, 360C, 390C, 420C.

Grafik 4.28. Grafik neraca panas.

4.8. PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DALAM EKSPERIMEN

1.Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Indikator (bi)

bi = 318.4 x {(Zcbx Psup)/ α x LoTsupx Pi)}

= 318.4 x {(0.8592355 x1.3)/(1.5 x 0.494593650 x 300.3659715 x 11880)}

(39)

2.Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efektif (be)

Be= bi/Zm………..Kg/hp.jam

= 0.13434417/0.943004 = 0.142464313 Kg/hp.jam.

4.9. PERHITUNGAN TORSI MESIN

Grafik 4.29. Grafik hasil perhitungan Torsi Mesin.

Tabel 4.23. Besaran daya (Ne), torsi, dan putaran motor (n)=2300 rpm dan 3200 rpm untuk temperatur 270_{C, 30}0_{C, 33}0_{C, 36}0_{C, 39}0_{C, 42}0_C

Dari hasil pengujian diperoleh informasi bahwa, torsi mesin pada saat mesin di beri beban dengan putaran 2300 rpm, akan sama besarnya dengan mesin tanpa beban pada putaran 3200 rpm, dan terjadi mulai dari temperatur 270C sampai 39

0

C. Sedangkan pada temperatur 420C torsi mesin mengalami penurunan sebesar 2%.

(40)

4.10. PERHITUNGAN TENAGA MOTOR

Generator sebagai sumber tenaga listrik untuk melayani beban karena dikopel langsung dengan motor sebagai tenaga penggerak melalui flens-kaku maka, perlu untuk menghitung apakah daya motor mampu untuk menggerakan generator sesuai dengan beban yang diberikan.

Rumus untuk menghitung tenaga motor (P) dalam satuan watt Ne = ( V x I cos)/ ……….. watt

Dimana : V = tegangan …… volt I = kuat arus …… ampere

Cos = faktor koreksi

= randemen motor

Sesuai rumus serta data motor dan generator maka dapat menghitung daya motor.

(41)

37

5.1 Kesimpulan

1. Variasi temperatur ruangan terhadap pemakaian bahan bakar pada putaran 2300 rpm. Dari hasil perhitungan, terlihat bahwa pengaruh temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pemakaian bahan bakar dan beban mesin yang diberikan, antara lain:

a. Untuk beban 500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada temperatur 36 oC dan 42 oC, sedangkan menjadi maksimal pada temperatur 27oC, 30oC dan 33oC, dan menengah pada temperatur 39oC. (Grafik 4.1)

b. Pada beban 1500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada temperatur 30oC, 33 oC, 36oC dan 42oC, sedangkan menjadi maksimal pada temperatur 27oC dan 39oC. (Grafik 4.2)

c. Dengan beban 2500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada temperatur 30 oC dan 42 oC, sedangkan menjadi maksimal pada temperatur 33 oC dan 36 oC, dan pemakaian menjadi menengah pada temperatur 27oC dan 39oC. (Grafik 4.3).

2. Dari hasil pengujian, pengaruh perubahan temperatur ruangan terhadap tekanan kompresi untuk putaran 2300 rpm, terlihat Pc rata-rata menurun konsisten sebesar 1,5%, dari temperatur 27 0C sampai temperatur 39 0C, sedangkan pada temp. 390C menjadi konstan dengan temperatur 420C.

3. Hasil pengujian menunjukan bahwa, perubahan temperatur berpengaruh terhadap tekanan maksimum (Pz) yang dihasilkan oleh pembakaran udara bahan bakar didalam silinder untuk putaran n=2300 rpm. Grafik menunjukan tekanan maksimum rata rata berkurang 8% dari temperatur 270C sampai dengan temparatur 420C.

(42)

4. Korelasi pemakaian bahan bakar dan temperatur ruangan terhadap pembebanan 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt.

a. Pada temperatur ruangan 270C dan 300C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya membesar linier. b. Pada temperatur ruangan 330C dan 360C dengan variasi beban 500 watt,

1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya meningkat eksponensial

c. Pada temperatur ruangan 390C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya membesar linier.

d. Pada temperatur ruangan 420C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya membesar linier, namun pada beban 2500 watt, pemakaian bahan bakarnya relatif berkurang.

5. Korelasidaya motor (Ne)dan pemakaian bahan bakar (Bb) terhadap variasitemperatur ruangandanbeban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, a. Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang,

maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 oC dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 oC sebesar Ne = 3.6 HP.

b. Untuk beban 500 watt pemakaian bahan bakar relatip lebih sedikit pada temperatur 36oC, 39oC dan 42oC.

c. Untuk beban 1500 watt pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30oC, 33oC, 36oC dan 42oC

d. Sedangkan untuk beban 2500 watt pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 300C dan 420C.

6. Korelasi daya (Ne) dan putaran (n) untuk beban yang diberikan,

a. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 270C, maka daya yang digunakan sebesar 4,3 HP, pada putaran n=2300 rpm

(43)

b. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 300C, maka daya yang digunakan sebesar 4,2 HP, pada putaran n=2300 rpm

c. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 330C, maka daya yang digunakan sebesar 4,0 HP, pada putaran n=2300 rpm

d. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 360C, maka daya yang digunakan sebesar 3,9 HP, pada putaran n=2300 rpm

e. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 390C, maka daya yang digunakan sebesar 3,8 HP, pada putaran n = 2300 rpm

f. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp. 420C, maka daya yang digunakan sebesar 3,6 HP, pada putaran n=2300 rpm

7. Korelasi tekanan dan volume pada temperatur yang ditinjau.

a. Pada temperatur 27 0C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 65 kg/cm2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm2

b. Pada temperatur 30 0C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,9 kg/cm2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 120,2 kg/cm2,

c. Pada temperatur 33 0C,36 0C,dan 39 0C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 117,6 kg/cm2

d. Pada temperatur 42 0C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 116,0 kg/cm2.

8. Neraca Panas Mesin

Dari hasil perhitungan neraca panas mesin, diperoleh data bahwa dari temperatur ruangan yang ditinjau 270C, 300C, 330C, 360C, 390C, dan 42 0C, maka panas yang terbawa oleh air pendingin (Qcool) konstan pada besaran

(44)

33%, panas yang keluar bersama gas buang (Qeg) relatif konstan pada besaran antara 25,4% sampai 26%, panas yang diperlukan untuk mengatasi gesekan dan yang terpancar dari badan mesin secara radiasi berfluktuasi dari 14,6% sampai 20%, dan panas yang dirubah menjadi tenaga efektif (Qe) juga berfluktuasi antara 21,4% sampai 26,6%.

9. Torsi Mesin

Dari hasil pengujian diperoleh informasi bahwa, torsi mesin pada saat mesin di beri beban dengan putaran 2300 rpm, akan sama besarnya dengan mesin tanpa beban pada putaran 3200 rpm, dan terjadi mulai dari temperatur 27 0C sampai 39 0C. Sedangkan pada temperatur 42 0C torsi mesin mengalami penurunan sebesar 2%.

5.2 Saran

1. Mengingat temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pemakaian bahan bakar dan pembebanan mesin, maka perlu penyesuaian beban mesin terhadap temperatur ruangan yang ada, serta perlu dipertahankan temperatur ruangan yang konstan.

2. Dianjurkan mesin dioperasikan pada temperatur ruangan 270C untuk mendapatkan:

a. Tekanan kompresi dan tekanan pembakaran maksimum didalam silinder b. Pemakaian bahan bakar diantara maksimal dan minimal

c. Daya mesin dan torsi mesin menjadi maksimal.

d. Panas efektif yang dirubah menjadi tenaga efektif berada pada posisi minimal dan maksimal.

(45)

41

C. D. Rakopoulos, E. G. Giakoumis, Diesel Engine Transient Operation, National Technical University of Athens School of Mechanical Engineering, 9 Heroon Polytechniou St. 15780, Zografou Campus, Athens, Greece, 2009.

D. A. Taylor, Introduction to Marine Engineering, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2003.

F. Zhao, M.C. Lai, D.L. Harrington, Automotive Spark-Ignited Direct-Injection

Gasoline Engines, Pergamon, Elsevier Science Ltd The Boulevard,

Langford Lane Kidlington, Oxford OX5 1GB, UK, 1999.

James R. Senft, Mechanical Efficiency Of Heat Engines, University of Wisconsin–River Falls, Cambridge University Press, The Edinburgh Building, Cambridge CB2 8RU, UK, 2007.

John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, McGraw-Hill, Inc. 1988

Pounder’s, Marine Diesel Engines and Gas Turbines, Eighth edition, Replika

Press Pvt. Ltd., New Delhi 110040, India, 2004.

Richard van Basshuysen and Fred Schäfer,Internal Combustion Engine

Handbook - Basics, Components, Systems, and Perspectives, SAE

International, Warrendale Pa, 2004.

Willard W. Pulkrabek. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion