analisis hubungan temperatur udara di kamar mesin dan unjuk

i

i

LAPORAN

PENELITIAN MANDIRI

ANALISIS HUBUNGAN TEMPERATUR UDARA DIKAMAR MESIN DAN UNJUK KERJA MOTOR

DIESEL

Oleh:

PIETER W. TETELEPTANIP. 195603291977031001

UNIVERSITAS PATTIMURA

Januari 2014

Judul Kegiatan

Peneliti/PelaksanaNarna LengkapNIDNJabatan FungsionalProgram StudiNomor IIPSurel (e-mail)Institusi Mitra (ika ada)

Narna hstitusi MitraAlamatPenanggungiawabWaktu PelaksanaanBiaya Tahun BerjalanBiaya Keseluruhan

IIALAMAN PENGESAIIAN

Analisis Hubungan Temperatur Udara

Mesin Dan Unjuk Kerja Motor Diesel

Ir. Pieter W. TetelePt4 MT.

LektorTeknik Sistem PerkaPalan

U Ot-Rp. 10.000.000Rp. 10.000.000

Amboru lJ-01-2014

di Kamm

NrP. 19601024 198803 I 001

Peneliti,

NrP. 195603291977031001

iii

RINGKASAN

Mesin diesel merupakan mesin pembakaran dalam, yang dalam siklus kerjanyaterjadi proses pembakaran langsung di dalam silinder mesinnya antara udara danbahan bakar pada saat temperatur campuran melampuai titik nyala bahanbakarnya.Tekanan yang dihasilkan melalui proses pembakaran adalah tergantungdari temperatur udara yang dimasukan ke dalam silinder, semakin tinggitemperature maka relatip semakin berkurang jumlah molekul udara yangdikandungnya sebaliknya semakin rendah temperature relatip kandungan molekuludara lebih banyak. Kedua kondisi ini sangat berpengaruh terhadap hasil darisuatu proses pembakaran. Kondisi ini diteliti secara analisis pada mesinDongfengPR 120 dengan temperatur ruangan yang ditinjau 270C,300C,330C,360C, 390C,dan 42 0C, serta beban mesin 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, padaputaran mesin 2300 rpm dari putaran maksimal 3200 rpm.Dari hasil perhitungan,terlihat bahwa pengaruh temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensipemakaian bahan bakar dan beban mesin yang diberikan serta daya mesin yangdihasilkan. Pada temperatur ruangan 270C, dicapai tekanan pembakaranmaksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm2, daya mesin 4,3 HP, torsi mesin1,344 kg.m, pemakaian bahan bakar 1,13 l/jam, dan persentase panas yangdirubah menjadi tenaga efektif sebesar 24%.

Kata Kunci: Mesin diesel, temperatur ruangan, putaran mesin, beban mesin

iv

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 27 oC .............. 18

4.3 Fluktuasi Daya (Ne) Dan Pemakaian Bahan

Bakar Terhadap Perubahan Temperatur Ruang ......................... 23

v

4.4 Korelasi Daya (Ne) Dan Putaran (N)

Untuk Beban Yang Diberikan .................................................... 25

4.5 Diagram Indikatur Pada Temperatur Ruang

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

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 41

1

BAB 1

PENDAHULUAN

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

2

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 3 OC.

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.

2

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

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 . Tᵣ1 + γᵣ

3

∆tw = Pertambahan temperatur percampuran udara bahan bakar,oC

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 kompresio = Tekanan udara luar, kg/cm2

a = Tekanan awal kompresi, kg/cm2

a = Temperatur awal kompresi, o kr = 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 )

1.985n₁ − 1

4

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

PzPc

5

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 bakar3241210,21

C12H2

6

- 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 )

MCO₂MgMH₂MgMN₂MgMO₂Mg

MgL

7

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 Tz maka digunakan persamaan kuadrat :Tz = −b ± √b − 4ac2a2.1.4Perhitungan 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

= ρ1 ⁿ₂⁻ ¹ 1.985ⁿ₂⁻ ¹

8

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 kompresiε = Perbandingan kompresiλ = Tingkat kenaikan tekananδ = Derajat ekspansi lanjutanρ = Derajat ekspansi pendahuluan

n1 = Eksponen politropik kompresi

n2 = Eksponen politropik ekspansi

7. Tekanan Indikator Sebenarnya (Pi)

Pi = φ.Pit

Pn ₂Tδⁿ₂⁻ ¹

9

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/(bi x 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)

PₑPᵢ

10

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)g x Tr x B

Dimana

Mg : jumlah molekul gas-gas dari pembakaran

Tr : temperature oK atau oC

B : pemakaian bahan bakar dalam jam

(MCP)g : (MCV)g + 1.985

: Ag + Bg x 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 {(€cb x Psup)/ α x Lo Tsup x Pi)} Kg/hp.jam

2. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efektif (be)

be = bi/€m ……….. Kg/hp.jam

2.5.Perhitungan Daya Mesin (Ne)

Daya mesin yang dihasilkan pada poros dapat dihitung dengan rumus

11

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

n : putaran mesin …Rpm

13

BAB 3

METODE PENELITIAN

Untuk memperoleh hasil penelitian yang optimal, maka kajian ini diatur dengan

format seperti terinci pada flow chart berikut.

Gambar 3.1 Flow Chart Penelitian

FLOWCHART

14

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 200 0 C : 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 Stopwatch : 1 buah

15

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 270 C 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.

16

- Diagram indikatur pada putaran 2300 rpm dan 3200 rpm.

- Perhitungan efisiensi thermis

- Perhitungan Neraca Panas Mesin

- Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen

- Perhitungan Torsi Mesin

17

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

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 terhadaptekanan kompresi untuk putaran 2300 rpm,terlihat Pc rata-rata menurunkonsisten 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 berpengaruhterhadap tekanan maksimum (Pz) yang dihasilkan oleh pembakaran udarabahan bakar didalam silinder untuk putaran n=2300 rpm. Grafikmenunjukan tekanan maksimum rata rata berkurang 8% dari temperatur270C sampai dengan temparatur 420C.

18

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 mempengaruhitekanan maksimum (Pz) dan (Pc) dalam silinder, pada putaran n = 2300rpm.

4.2. KORELASI TEMPERATUR RUANG TERHADAP PEMAKAIANBAHAN BAKAR DAN TEMPERATUR MESIN

4.2.1. Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruang 27 oC dengan beban500 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 padatemperatur 27 0C maka meningkat juga pemakaian bahan bakar, sepertiterdata pada tabel.

4.2.2. Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan2500 watt pada temperatur ruang 27 oC

Grafik 4.8. Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 27⁰C

19

Hasil pengujian menunjukkan, peningkatan beban pada temperatur 27 oCakan meningkatkan temperatur gas buang, sedangkan temperatur airpendingin relatip konstant.



Hasil pengujian menunjukkan bahwa, dengan meningkatnya beban pada

temperatur 30o

C maka cenderung akan meningkatkan pemakaian bahanbakar.



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



20

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



Hasil pengujian menunjukkan, peningkatan beban pada temperatur 33 oCakan meningkatkan temperatur gas buang, sedangkan temperatur airpendingin relatip konstant.

4.2.7. Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 36⁰C dengan beban500 watt,1500 watt dan 2500 watt


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

21



Pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban padatemperatur 36 0C amat mempengaruhi meningkatnya gas buang,sedangkantemperarur air pendingin relatif konstant.

4.2.9.Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 39 ⁰C dengan beban500 watt,1500 watt dan 2500 watt


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

4.2.10. Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan2500 watt pada temperatur ruang 39oC


22

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

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


Hasil pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban padatemperatur 42 0C mempengaruhi terjadinya sedikit peningkatan pemakaianbahan bakar.

4.2.12.Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan2500 watt pada temperatur ruang 42 0C


Hasil pengujian menunjukkan peningkatan beban pada temperatur 42 0Cakan meningkatkan gas buang,sedangkan air pendingin sedikit meningkat .

23

4.3. FLUKTUASI DAYA (Ne) DAN PEMAKAIAN BAHAN BAKARTERHADAP 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 bahanbakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 500 watt

Grafik 4.19. Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaianbahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban500 watt

Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruangmaka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 oC denganNe = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 oC sebesarNe = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar relatip lebih sedikitpada temperatur 36 oC, 39 oC dan 42 oC


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

Beban 1500 watt

24

Grafik 4.20. Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaianbahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban1500 watt.

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


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

Beban 2500 watt

Grafik 4.21Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaianbahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban2500 watt.

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

25

Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar berfluktuasi danrelatip lebih sedikit pada temperatur 30 0C dan 42 0C.

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

4.4.1. Pembebanan 500 watt pada temperatur 270CTabel 4.7. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temperatur ruang

270C

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

Grafik 4.22. Pemakaian daya(Ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 270C

4.4.2. Pembebanan 500 watt pada temperatur300CTabel 4.8. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang

300C

26

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


4.4.3. Pembebanan 500 watt pada temperatur330CTabel 4.9. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 330C




360C

27




390C

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



420C

28

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


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

4.5.1. Diagram PV pada temperatur ruang 27 0C pada putaran 2300 rpmTabel 4.13. Tekanan vs volume, pada temperatur 27 0C

29

Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 65 kg/cm2 dantekanan maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm2, pada temperatur27 0C.

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

Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,9 kg/cm2 dantekanan maksimum didalam silinder sebesar 120,2 kg/cm2, pada temperatur300C.



30





4.5.6. Diagram PV pada temperatur ruang 42 0C pada putaran 2300 rpmTabel 4.18. Tekanan vs volume, pada temperatur 420C

31


4.6. PERHITUNGAN EFESIENSI THERMIS

1. Efesiensi Thermis Indikator (Zti)

Zti = 632 / (bi x Hi)

= 632 / ( 0.13434417 x 10.100 )

= 0.4657749

2. Efesiensi Thermis Efektif (Zte)

Zte = Zti x Zm

= 0.4657749 x 0.943004

= 0.43922759

4.7.PERHITUNGAN NERACA PANAS MESIN

Tabel 4.19.Jumlah panas diubah menjadi tenaga efektif (Qe)

32

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.

33

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 {(Zcb x Psup)/ α x Lo Tsup x Pi)}

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

11880)}

= 0.13434417 kg/hp.jam.

34

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 rpmuntuk temperatur 270C, 300C, 330C, 360C, 390C, 420C

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 390C. Sedangkan pada temperatur 42 0C torsi mesin mengalami penurunan sebesar

2%.

35

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.

Tabel 4.24. Tenaga,tegangan dan kuat arus

37

BAB 5

PENUTUP

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 27 oC, 30 oC dan 33 oC, dan menengah pada temperatur 39 oC.

(Grafik 4.1)

b. Pada beban 1500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada

temperatur 30 oC, 33 oC, 36 oC dan 42 oC, sedangkan menjadi maksimal

pada temperatur 27 oC dan 39 oC. (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 27 oC dan 39 oC. (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. 39 0C menjadi konstan dengan temperatur 42 0C.

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 42 0C.

38

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 36 oC, 39 oC dan 42 oC.

c. Untuk beban 1500 watt pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip

lebih sedikit pada temperatur 30 oC, 33 oC, 36 oC dan 42 oC

d. Sedangkan untuk beban 2500 watt pemakaian bahan bakar berfluktuasi

dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30 0C dan 42 0C.

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

39

b. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada


n=2300 rpm

c. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada


n=2300 rpm

d. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada


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


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

40

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.

41

DAFTAR PUSTAKA

A. Kolchin, V.Demidov,Design Of Automotive Engines, Mir PublishirMoscow, 1984.

C. D. Rakopoulos, E. G. Giakoumis, Diesel Engine Transient Operation,National Technical University of Athens School of MechanicalEngineering, 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-InjectionGasoline Engines, Pergamon, Elsevier Science Ltd The Boulevard,Langford Lane Kidlington, Oxford OX5 1GB, UK, 1999.

James R. Senft, Mechanical Efficiency Of Heat Engines, University ofWisconsin–River Falls, Cambridge University Press, The EdinburghBuilding, 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, ReplikaPress Pvt. Ltd., New Delhi 110040, India, 2004.

Richard van Basshuysen and Fred Schäfer,Internal Combustion EngineHandbook - Basics, Components, Systems, and Perspectives, SAEInternational, Warrendale Pa, 2004.

Willard W. Pulkrabek. Engineering Fundamentals of the Internal CombustionEngine, Prentice Hall, Upper Sadle River, New Jersey 07458, 1984.

analisis hubungan temperatur udara di kamar mesin dan unjuk

Documents