BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar belakangTujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian. Walaupun keduanya sama-sama sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan untuk menerapkan teori yang sudah ada dengan tujuan membantu proses belajar mengajar. Sedangkan penelitian bertujuan untuk mendapatkan teori baru dalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi jenjang akademik dalam rangka mendidik calon sarjana yang menguasai ilmu pengetahuan yang sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahuan.Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di laboratorium, karena obyek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan usaha rekayasanya dalam bentuk mekanisme. Kegiatan ini untuk membentuk manusia dalam melakukan berbagai kegiatan fisik dalam hidupnya. Kegiatan praktikum dapat dilaksanakan dengan mengguanakan instalasi percobaan seperti model fisik dari obyeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan software komputer.Praktikum mempunyai peranan penting, terutama untuk membantu memahami teori.proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasil rekayasa dalam bentuk rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila hanya diterangkan melalui proses perkuliahan di kelas. Motor bakar atau internal combustion engine merupakan hasil rekayasa mekanisme dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya sampai saat ini, terutama mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain lain. Motor bakar yang digunakan sampai sekarang adalah jenis motor bakar torak (reciprocating engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine) dan motor diesel (compression ignition engine).Buku panduan ini disusun sebagai pedoman bagi mahasiswa untuk melaksanakan praktikum motor bakar beserta penyusunan laporannya. Pelaksanaan praktikum meliputi motor diesel, dengan menggunakan instalasi praktikum yang ada di laboratorium Motor Bakar jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Sesuai dengan kurikulum Jurusan Teknik Mesin, praktikum motor bakar wajib ditempuh oleh semua mahasiswa, dengan prasyarat sedang atau pernah menempuh mata kuliah mesin-mesin thermal.

1.2 Tujuan PraktikumAdapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performa characteristic) dari motor diesel. Melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh mahasiswa2. Mengevaluasi data karakterstik kinerja tersebut kemudian membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian dengan yang ada dalam buku referensi.3. Menggambarkan Diagram Sankey, yaitu diagram yang menggambarkan keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran di motor bakar4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gas buang berupa gas carbon monoksida.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Motor BakarMotor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja. Pada dasarnya mesin kalor (Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:a) External Combustion Engine Dimana energi diberikan pada fluida kerja dari sumber luar seperti furnace, geothermal, reaktor nuklir, atau energi surya. Contoh mesin yang termasuk External Combustion Engine adalah turbin uap.b) Internal Combustion EngineDimana energi didapat dari pembakaran bahan bakar didalam batas sistem sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contoh Internal Combustion Engine adalah Motor Bakar torak dan sistem turbin gas. Jadi motor bakar torak termasuk jenis Internal Combustion Engine.Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi bolak-balik. Didalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Gerak translasi torak tadi menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi motor bakar 4 langkah dan motor bakar dua langkah.

2.1.1 Prinsip Kerja Motor Bakar A. Motor Bakar 4 Langkah

Gambar 2.1 Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 LangkahSumber : Anonymuos 1

Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:a. Langkah Isap (Suction Stroke)Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), dengan katup KI (katup isap) terbuka dan katup KB (katup buang) tertutup. Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar pada motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk ke dalam ruang bakarb. Langkah Kompresi (Compression Stroke)Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB tertutup.Sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan dan temperatur di silinder naik.c. Langkah Ekspansi (Expansion Stroke)Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada motor bensin busi dinyalakan, atau pada motor diesel bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses pembakaran. Akibatnya tekanan dan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi. Sehingga torak mampu melakukan langkah kerja atau langkah ekspansi. Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada TMA dan berakhir pada posisi TMB saat KB mulai terbuka pada langkah buang. Langkah ekspansi pada proses ini sering disebut dengan power stroke atau langkah kerja.

d. Langkah BuangTorak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI tertutup dan KB terbuka. Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer.

B. Motor Bakar 2 LangkahPada motor bakar 2 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 2 kali langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga tidak memiliki katup isap (KI) dan katup buang (KB) dan digantikan oleh lubang isap dan lubang buang. Secara teoritis, pada berat dan displacement yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya 2 kali lipat dari daya motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataannya tidak demikian karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak komplit dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat penggunaan sistem lubang. Tetapi melihat konstruksinya yang lebih simpel dan murah serta memiliki rasio daya-berat dan daya-volume yang tinngi maka motor bakar 2 langkah cocok untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.

Gambar 2.2 : Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 LangkahSumber : Anonymous 2

a) Langkah Torak dari TMA ke TMBSebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin (bahan bakar disemprotkan pada motor diesel) sehingga terjadi proses pembakaran. Karena proses ini, torak terdorong dari TMA menuju TMB. Langkah ini merupakan langkah kerja dari motor bakar 2 langkah. Saat menuju TMB, piston terlebih dahulu membuka lubang buang, sehingga gas sisa pembakaran terbuang. Setelah itu dengan gerakan piston yang menuju TMB, lubang isap terbuka dan campuran udara bahan bakar pada motor bensin atau udara pada motor diesel akan masuk ke dalam silinder.b) Langkah Torak dari TMB ke TMASetelah torak mencapai TMB maka torak kembali menuju TMA. Dengan gerakan ini, sebagian gas sisa yang belum terbuang akan didorong keluar sepenuhnya yang disebut scarenging. Selain itu, gerakan piston yang turun menuju TMA menyebabkan terjadinya kompresi yang kemudian akan dilanjutkan dengan pembakaran setelah lubang isap tertutup oleh torak. Kemudian bahan bakar dan udara masuk kebagian bawah piston.

2.2 Siklus Termodinamika Motor BakarSiklus aktual dari proses kerja motor bakar sangat komplek untuk digambarkan, karena itu pada umumnya siklus motor bakar didekati dalam bentuk siklus udara standar (air standar cycle).Dalam air standar cycle fluida kerja menggunakan udara,dan pembakaran bahan bakar diganti dengan pemberian panas dari luar. Pendinginan dilakukan untuk mengembalikan fluida kerja pada kondisi awal.Semua proses pembentuk siklus udara standar dalam motor bakar adalah proses ideal,yaitu proses reversibel internal

2.2.1 Siklus OttoSiklus udara standar pada motor bensin disebut siklus Otto, berasal dari nama penemunya yaitu Nicholaus Otto orang Jerman, pada tahun 1876. Digaram P-V dari siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada Gambar dibawah ini

Gambar 2.3 Diagram Siklus Otto Motor bensinSumber : Anonymous 3

Langkah kerja siklus otto terdiri dari :1 Langkah kompresi adiabatis reversible (1-2)2 Langkah penambahan panas pada volume konstan (2-3)3 Langkah ekspansi adiabatis reversible (3-4)4 Langkah pembuangan gas panas isokhorik (4-1)5 Langkah pembuangan gas sisa pembakaran (1-5)

Dalam siklus udara standar langkah buang (1-0) dan langkah isap (0-1) tidak diperlukan karena fluida kerja udara tetap berada di dalam silinder.

2.2.2 Siklus DieselSiklus diesel yang pertama dikemukakan oleh Rudolph Diesel pada 1890-an, ditunjukkan dalam gambar di bawah ini

Gambar 2.4 Diagram P-V dan T-S Siklus DieselSumber : Anonymous 4

1. Langkah (1-2) adalah langkah kompresi, pada keadaan isentropik.2. Langkah (2-3) adalah langkah pemasukan kalor, pada tekanan konstan.3. Langkah (3-4) adalah langkah ekspansi, pada keadaan isentropik.4. Langkah (4-1) adalah langkah pengeluaran kalor, pada tekanan konstan.

Proses injeksi bahan bakar pada mesin diesel dimulai ketika piston mendekati TMA dan berlanjut selama awal langkah kerja. Oleh karena itu, proses pembakaran pada mesin diesel berlangsung ada interval yang lebih panjang. Karena waktu yang lebih lama ini, proses pembakaran pada siklus ini didekati sebagai proses penambahan kalor tekanan konstan (2-3). Perlu diperhatikan bahwa dalam Compression rasio yang sama, efisiensi mesin diesel tidak bisa melebihi mesin bensin. Tetapi kelebihan mesin diesel adalah bisa dioperasikan pada Compression rasio yang tinggi tanpa kemungkinan adanya detonasi, sehingga daya yang dihasilkan bisa lebih besar. Selain itu dapat menggunakan bahan bakar yang lebih murah sehingga cocok digunakan untuk mesin-msin besar, seperi lokomotif, pembangkit listrik,kapal laut, dan truk-truk besar.

2.2.3 Siklus TrinklerSiklus udara standar pada motor diesel modern disebut Trinkler/Dual cycle. Penemu motor diesel adalah orang jerman bernama Rudolph Diesel sekitar tahun1890 an. Diagram P-V dari siklus dual untuk motor diesel dapat dilihat pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Diagram Siklus Dual Motor DieselSumber : Anonymous 5

Langkah kerja silkus dual motor diesel teoritis terdiri dari :1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)2. Langkah pemberian panas pada volume konstan (2-X)3. Langkah pemberian panas pada tekanan konstan (X-3)4. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)5. Langkah pembuangan panas (4-1)

Apabila tekanan gas dan volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi silinder dapat diukur,maka dapat digambarkan bentuk siklus dual aktual pada motor diesel yang bentuknya seperti ditunjukkan dalam gambar 2.5

Gambar 2.6 Siklus Aktual Motor Diesel 4 LangkahSumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar

Dasar termodinamika yang terjadi pada masing masing langkah pada siklus aktual pada motor bensin maupun pada motor diesel bukan merupakan proses ideal, karena dalam setiap gerakan piston terjadi kehilangan panas karena pendinginan dan gesekan pada torak dan bantalan.

2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor BakarYang dimaksudkan dengan karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk hubungan antara indikator kerja sebagai variabel terikat dengan indikator opersionalnya sebagai variabel bebas.Dengan adanya bentuk hubungan antara kedua indikator tersebut maka dapat diketahui kondisi optimum suatu motor bakar harus dioperasikan, atau apakah kondisi suatu motor bakar masih baik dan layak untuk dioperasikan

2.3.1 Indikator Operasional dan Indikator Kerja Motor BakarBeberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk mengetahui data kinerja suatu motor bakar diantaranya adalah:1. Daya Indikatif (Ni)Daya yang dihasilakan dari reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara yang terjadi di ruang bakar.Rumus mencari Ni :Ni = Pi . V . D . n . L(P.s.) 0.45 . zdimana : Pi : tekanan indikasi rata rata (kg/cm) Vd : volume langkah : .d.L/4 (m) D : diameter silinder (m) L : panjang langkah torak (m) n : putaran mesin z : jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus untuk 4 langkah : 2, dan untuk 4 langkah : 1

2. Daya Efektif (Ne)Daya efektif motor bakar adalah proporsional dengan perkalian torsi yang terjadi pada poros output (T) dengan putaran kerjanya (n). Karena putaran kerja poros sering berubah terutama pada mesin kendaraan bermotor, besar torsi pada poros (T) yang dapat dijadikan sebagai indikator kinerja motor bakar. Daya ini dihasilkan oleh poros engkol yang merupakan perubahan kalor di ruang bakar menjadi kerja. Daya efektif dirumuskan sebagai berikut :Ne = T . n / 716,2 (Ps)dimana : T : torsi (kg.m) N : putaran (rpm)

3. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nf)Kehilangan daya (Nf) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan bantalan, ditambah daya untuk penggerak peralatan bantu seperti penggerak kipas pendingin, generator, kompresor AC dan lain lainNf = Ni - Ne

4. Tekanan Efektif Rata Rata (M.E.P)Tekana rata-rata di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan menghasilkan daya efektif Ne. Data M.E.P digunakan untuk mengetahui apakah proses kompresi yang terjadi masih cukup baik, atau untuk mengetahui adanya kebocoran dari dalam silinder.M.E.P dirumuskan sebagai berikut :M.E.P. = Pe = 0,45 . Ne . z (kg/cm) Vd . n .i

5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :a. Efisiensi Thermal Indikatif: i = Ni / Qb . 632 x 100 %b. Efisiensi Thermal Efektif : e = Ne / Qb . 632 x 100 %c. Efisiensi Mekanis : m = Ne / Ni . x 100 %d. Efisiensi Volumetrik : v = Gs . z . 60 x 100 %a . n . V . d . i

6. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi motor bakar spesifik (S F C), kandungan polutan dalam gas buang dan neraca panasIndikator operasional motor bakar menunjukkan kondisi operasi dimana motor bakar tersebut dioperasikan. Dua jenis indikator operasional sebagai variabel bebas dalam pengujian karakteristik kinerja suatu motor bakar adalah :1) Putaran Kerja Mesin (rpm)2) Beban Mesin / Daya Efektifnya (Nc) pada putaran kerja konstan Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas digunakan untuk mesin mesin transportasi, yang biasanya beroperasi pada putaran yang berubah ubah. Sedangkan pengujian motor bakar dengan daya efektif sebagai variabel bebas pada putaran konstan digunakan pada motor bakar stasioner yang biasanya beroperasi pada putaran konstan, terutama pada mesin penggerak generator listrik.

2.3.2 Jenis Karakteristik Kinerja Motor BakarBentuk hubungan antar masing masing variabel indikator kinerja terhadap variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Data yang digunakan untuk menggambarkan bentuk hubungan antara variabel tersebut dapat berasal dari pengukuran langsung selama pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur. Data seperti putaran mesin dan temperatur dapat diukur langsung, tetapi daya, torsi dan efisiensi dihitung berdasarkan pengukuran terhadap parameter pembentuknya.Pada pengujian dengan putaran mesin sebagai variabel bebas, jenis karakteristik kinerja yang sering diperlukan adalah :1) Putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nf)2) Putaran terhadap torsi (T)3) Putaran terhadap M E P (Pe)4) Putaran terhadap spesific fuel consumption (S F C)5) Putaran terhadap efisiensi (i , e , m , v)6) Putaran terhadap komposisi CO , CO2 , H2O , dan N2 dalam gas buang7) Putaran terhadap keseimbangan panas8) Putaran terhadap fuel consumptionRentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.

2.4 Karakteristik Kinerja Motor Bakar2.1.1 Grafik hubungan Putaran dengan Daya Poros dan Fuel Consumption.a. Grafik Torsi dengan PutaranPada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka torsi semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan yang terjadi antara putaran dengan silinder

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Putaran dengan daya PorosSumber : Arismunandar. 1975. Motor Diesel Putaran Tinggi. Bandung

b. Grafik Hubungan antara Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran Pemakaian bahan bakar yang dimaksud adalah jumlah putaran / jumlah sirkulasi bahan bakar yang diperlukan untuk daya yang dihasilkan dan grafik antara fuel consumption dengan putaran cenderung mengalami penurunan. Namun setelah mencapai titik optimum kembali mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan karena pada putaran awal perlu daya yang besar untuk memutar poros engkol pada mesin, lalu pada putaran tertentu menurun akibat pembakaran yang kurang sempurna.

Gambar 2.8 Grafik Efisiensi dan Rasio KompresiSumber : Arismunandar. 1975. Motor Diesel Putaran Tinggi. Bandung

c. Grafik Daya Poros terhadap PutaranDari grafik 2.9 terlihat bahwa daya poros berada dibawah daya indikatornya dan semakin besar putaran maka semakin besar pula daya poros yang dihasilkan, kenaikan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat dari daya indikasi yang dihasilkan dari proses pembakaran engine. Sebaliknya jika daya indikasi menurun, daya efektif juga menurun

2.1.2 Grafik hubungan antara Daya Indikatif (Ni), Daya Efektif (Ne) dan Daya Mekanik terhadap Putarana. Grafik Hubungan Antara Daya Indikasi (Ni) dengan PutaranTinggi kenaikan daya indikatif lebih besar dibandingkan daya efektif dan daya mekanis, karena daya indikasi merupakan penjumlahan daya efektif dan daya mekanik.

b. Grafik Hubungan Antara Daya Efektif (Ne) dengan Putaran Pada grafik dibawah terlihat semakin tinggi putaran maka daya efektif akan meningkat kemudian turun (berbanding lurus dengan putaran). Nilai daya efektif merupakan pengurangan daya indikatif terhadap daya indikatif terhadap gaya mekanis.

c. Grafik Hubungan Antara Daya Mekanis dengan Putaran Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran maka daya mekanis cenderung meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis diakibatkan daya yang hilang akibat gesekan serta kerugian komponen yang bergerak seperti fly wheel, gear dan daya hilang akibat pelengkap lain.

Gambar 2.9 Grafik Hubungan Daya terhadap PutaranSumber : Manlev. 1968. International Combustion Engine.

2.1.3 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran

Gambar 2.10 Grafik Hubungan Efisiensi dan PutaranSumber : Manlev. 1968. International Combustion Engine.

a. Perbandingan Antara Efisiensi Mekanis dengan PutaranPada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan putaran maka efisiensi mekanis akan semakin menurun, efisiensi mekanis menurun akibat gesekan yang terjadi semakin besar.

b. Perbandingan Efisiensi Indikasi dengan PutaranPada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan putaran maka efisiensi mekanis akan meningkat, kenaikan tersebut dikarenakan perbandingan selisih daya indikasi lebih besar daripada kenaikan panas akibat putaran.c. Perbandingan Efisiensi Efektif dan Compression RatioPada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan putaran maka efisiensi indikatif akan meningkat. Pada perbandingan putaran tertentu efisiensi akan mencapai nilai maksimum dan akan sedikit mengalami penurunan akibat adanya kerugian mekanis.

2.5 Orsat ApparatusOrsat Apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur dan menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat mengikat gas tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan pengikat. Masing masing larutan tersebut adalah :a. Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2 c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO

Gambar 2.11 Orsat ApparatusSumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar

Pada gambar di atas masing masing tabung berisi :I. Tabung pengukur pertama berisi larutan CuCl2II. Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalikIII. Tabung ketiga berisi larutan KOH2.6 Diagram Sankey

Gambar 2.12 : Diagram SankeySumber : Buku Paduan Praktikum Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya

Diagram sankey seperti gambar diatas merupakan diagram yang menjelaskan keseimbangan panas yang masuk dan panas yang keluar serta dimanfaatkan saat pembakaran terjadi. Pada gambar diatas juga menunjukkan bahwa 30-45% dari nilai kalor bahan bakar dapat diubah menjadi kerja efektif. Sisanya merupakan kerugian-kerugian, yaitu kerugian pembuangan (gas buang dengan temperatur 300o 600o C). kerugian pendinginan dan kerugian mekanis (kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang merupakan beban pendinginan). Kerugian pembuanganGas buang yang bertemperatur 300o 600o C, merupakan kerugian karena panas/kalor tersebut tidak dimanfaatkan. Selain itu, karena perbedaan temperatur didalam sistem lebih tinggi dibandingkan diluar sistem, menyebabkan temperatur tersebut berpindah / keluar ke lingkungan Kerugian PendinginanSilinder, katup-katup, dan torak akan menjadi panas karena berkontak langsung terhadap gas panas yang bertemperatur tinggi, sehingga dibutuhkan fluida pendinginan berupa air dan udara untuk menjaga komponen tersebut agar tidak rusak, pendinginan ini merupakan kerugian juga karena banyaknya kalor / panas yang hilang akibat diserap oleh fluida pendinginannya Keugian MekanisMerupakan kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang merupakan beban pendingin.

2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru2.7.1 DefinisiTeknologi VTECVTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control)adalah teknologi pengatur katup canggih yang ditemukan oleh Honda, dan sampai sekarang masih digunakan oleh jajaran mesin Honda.Keunggulan teknologi VTEC terletak di kemampuan mesin bersilinder kecil dalam menghasilkan tenaga yang sebanding dengan mesin yang bersilinder besar, dan di samping itu juga memberikan konsumsi bahan bakar yang baik, serta juga dapat digunakan secara harian.

Gambar 2.13 Mesin VTECSumber : Anonymous 6

Dengan teknologi VTEC, performa optimal pada kecepatan tinggi, namun tetap dapat mempertahankan efisiensi bahan bakar sehingga dapat menurunkan tingkat emisi dan polusi.Hanya pada mesin VTEC pengaturan ketinggian bukaan katup diatur secara elektronik. Pada putaran rendah, satu katup terbuka penuh dan katup lainnya hanya terbuka sedikit untuk menciptakan efek perputaran udara di dalam ruang bakar, sehingga dapat mencapai tenaga mesin yang optimal dan akselerasi responsif baik pada saat putaran RPM tinggi atau rendah. Secara prinsip, VTEC terbagi tiga macam :VTEC-E,VTEC SOHC, danVTEC DOHC. Ketiganya memanfaatkan rocker arm sebagai pengatur waktu bukaan katup.VTEC-E(Economic) digunakan pertama kali di Indonesia oleh Honda Civic Ferio 1996. Di putaran rendah, jumlah katup yang terbuka hanya 12 dari 16 katup, sisanya akan terbuka saat putaran mesin tinggi.VTEC SOHCseperti yang digunakan pertama kali di Indonesia oleh old Honda City. Lama (duration) dan jarak (lift) bukaan katup masuk akan berbeda saat idle, putaran sedang dan tinggi. Namun untuk katup buang, tidak diatur durasi dan lift-nya. Pada VTEC DOHC, katup buangnya pun diatur durasi dan lift-nya. Prinsip kerjanya serupa dengan VTEC SOHC, tapi cam-nya terpisah menjadi dua.

2.7.2 Prinsip KerjaMekanisme utama VTEC, platuk dan kem utk putaran rendah dan tinggi.Saat bekerja pada putaran rendah, mesin VTEC menggunakan kem dengan angkatan kecil.Ketika mesin bekerja antara 4.000 6.000 rpm (tergantung model), kontrol elektronik mengaktifkan sistem hidraulik VTEC.Kem tengah bekerja dengan mendorong pelatuk tengah yang menyatu dengan dua pelatuk lainnya.Karena cuping kem tengah lebih tinggi dan sudutnya juga besar, katup dibuka lebih awal da menutup lebih lama.Di samping itu, dengan cuping yang tinggi, dorongannya terhadap pelatuk katup dan seterusnya katup, juga lebih besar.Hasilnya, jumlah campuran udara dan bensin yang sampai ke ruang bakar lebih banyak. Hasilnya, tenaga yang dihasil besar dan akan mendorong piston bergerak lebih cepat pula. Mekanisme dasar VTEC lain yang tidak kalah penting keberadaan dan fungsinya adalah pin yang digerakkan secara hidraulik. Pin ini berada di dalam pelatuk. Ketika didorong, pin menyebabkan pelatuk katup bekerja dengan gerakan yang sama. Bila pin bebas, pelatuk bergerak sendiri-sendiri.

2.7.3 Keuntungan Dan KerugianA. Keuntungan1. Mesin bersilinder kecil, mampu menghasilkan tenaga sebanding dengan mesin bersilinder besar.2. Memberikan konsumsi bahan bakar yang baik.3. Menjaga performa mesin agar tetap optimal, baik untuk putaran mesin rendah maupun putaran tinggi.4. Proses pembuangan tak memerlukan pembukaan katup variabel sebab gas buang semakin lancar, jadi kerja mesin akan semakin enteng.

B. KerugianKarena menggunakan oli, kerja VTEC bisa terganggu karena oli mesin kurang, kotor atau tekanan oli rendah karena adanya kebocoran pada sistem, misalnya O-ring yang rusak.

2.7.4 AplikasiTeknologi VTEC banyak digunakan oleh produsen mobil Honda dan sampai sekarang masih digunakan oleh jajaran mesin Honda. Terlepas dari pasar Jepang hanya CB400SF HondaVTEC Holiday Empat HYPER, diperkenalkan pada tahun 1999, pelaksanaan di seluruh dunia pertama teknologi VTEC dimotorterjadi dengan pengenalan HondaVFR800sportbike pada tahun 2002. Honda meluncurkan VFR1200, model diumumkan pada bulan Oktober 2009, datang untuk menggantikan VFR800, yang meninggalkan konsep V-TEC mendukung kapasitas besar sempit-vee "unicam" (yaitu SOHC) motor.Honda memasukkan teknologi ke dalam, seri NC700 termasukIntegra NC700D, dirilis pada tahun 2012, dengan menggunakan camshaft tunggal untuk memberikan dua rutinitas waktu untuk katup intake.

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Waktu dan TempatPelaksanaan praktikum motor bakar dilaksanakan pada :a. Waktu: 24 Oktober 2013b. Tempat: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

3.2 Pelaksanaan PraktikumPraktikum dilaksanakan secara berkelompok, dengan anggota tiap kelompok terdiri dari 5-7 mahasiswa.Praktikum dilaksanakan di laboratorium motor bakar Universitas Brawijaya.Sesudah praktikum, mahasiswa diwajibkan membuat suatu laporan praktikum yang disusun oleh semua anggota satu kelompok praktikum.

3.2.1 Instalasi Percobaan Motor BakarUnit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, dengan spesifikasi sebagai berikut : Unit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, dengan spesifikasi sebagai berikut : Spesifikasi motor diesel untuk percobaan : Siklus: 4 langkah Jumlah silinder: 4 Volume langkah torak total: 2164 cm3 Diameter silinder: 83 mm Panjang langkah torak: 100 mm Perbandingan kompresi: 22 : 1 Bahan bakar: Solar Pendingin: Air Daya Poros: 47 BHP / 3200 rpm Merk: Nissan, Tokyo Co.Ltd. Model: DWE 47 50 HS AV Negara pembuat: Jepang

Gambar 3.1 Skema instalasi mesin dieselSumber : Buku Paduan Praktikum Motor Bakar

3.2.2 Alat Ukur dan FungsinyaInstrumen pengukur yang tersedia dalam instalasi Percobaan Motor Bakar diantaranya adalah: 1. Tachometer Untuk mengukur putaran poros out put. (Rpm)

Gambar 3.2 TachometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

2. Flow Meter Bahan BakarUntuk mengukur solar yang digunakan selama proses praktikum. (m3/s)

Gambar 3.3 Flow Meter Bahan BakarSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

3. Flow Meter Air Pendingin Untuk mengukur kapasitas pendinginan. (m3/s)

Gambar 3.4 Flow Meter Air PendinginSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

4. StopwatchUntuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam pemakaian bahan bakar pada tabung pengukur. (s)

Gambar 3.5 StopwatchSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

5. TermometerUntuk mengukur temperatur air pendingin, temperatur ruangan,gas buang dan kelembaban relatif uap air. (oC)

Gambar 3.6 TermometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

6. BarometerUntuk mengukur tekanan udara ruangan. (Pa/mmH2O)

Gambar 3.7 BarometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

7. Aerometer Untuk mengukur massa jenis bahan bakar yang dipakai. (kg/m3)

Gambar 3.8 AerometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

8. Orsat Apparatus Untuk menganalisa komposisi gas buang termasuk kadar CO2, CO, dan O2 . Karena itu larutan yang dapat mengikat gas-gas buang tersebut. Larutan tersebut adalah Kalium Hidroksida (KOH) ntuk mengikat CO2, Asam Kalium Pirogalik untuk mengikat O2, larutan Cupro Clorid untuk mengikat CO. (cc)

Gambar 3.9 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

9. Flash Point MeterUntuk menentukan titik nyala api.

Gambar 3.10 Flash Point MeterSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

10. DinamometerUntuk mengatur pembebanan dalam pengereman. (hp atau watt)

Gambar 3.11 DinamometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

3.3 Prosedur Pengambilan Data Praktikum3.3.1 Prosedur Pengujian Motor Bakara). Persiapan awalsebelum mesin jalan :1. Nyalakan pompa pengisi untuk mengisi air dalam tangki sampai level air mencapai tinggi aman.2. Buka kran air pada pipa-pipa yang mengalirkan air ke mesin dan ke dinamometer.3. Atur debit air yang mengalir pada flowmeter pada debit tertentu dengan mengatur bukaan kran pada flowmeter.4. Tekan switch power untuk menghidupkan alat-alat ukur.5. hidupkan alarm dinamometer yang akan memberitahu jika terjadi overheating dan level air kurang.6. Nyalakan dinamo power control dan atur kondisi poros mesin dalam keadaan tanpa beban.b). Cara Menghidupkan Mesin1. Setelah semua persiapan di atas dipenuhi, nyalakan kunci kontak pada posisi memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal menyala.2. Putar posisi kunci ke posisi START sambil throttle valve dibuka sedikit sampai mesin menyala (seperti menyalakan mesin mobil).3. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat untuk menstabilkan kondisi mesin.c). Cara Mengambil Data1. Atur bukaan throttle pada bukaan yang diinginkan dengan membaca throttle valve indikator (%)2. Atur putaran mesin (rpm) dengan mengatur pembebanan pada dinamometer sampai mendapatkan putaran yang diinginkan.3. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang diperlukan.

3.3.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus

Gambar 3.12 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

Cara penggunaan:1. Set ketiga tabung I, II, III pada ketinggian tertentu dengan membuka keran A, B, C dan mengatur tinggi larutan pada tabung I, II, III dengan menaik turunkan gelas B, kemudian tutup keran A, B, C setelah didapatkan tinggi yang diinginkan. Posisi ini ditetapkan sebagai titik acuan.2. Naikkan air yang ada pada tabung ukur C sampai ketinggian air mencapai 50 ml dengan cara membuka keran H dengan menaikkan gelas B. Setelah didapatkan tinggi yang diinginkan, tutuplah kembali keran H.3. Ambil gas buang dari saluran gas buang untuk diukur, salurkan melalui selang yang dimasukkan ke dalam pipa H.4. Buka keran H sehingga gas buang akan masuk dan mengakibatkan tinggi air yang ada di tabung ukur C akan berkurang.5. Setelah tinggi air pada tabung ukur turun sebanyak 50 ml (sampai perubahan air mencapai angka 0) tutuplah keran H dan kita sudah memasukkan volume gas buang sebanyak 50 ml.6. Untuk mengukur kandungan CO2 buka keran C supaya gas buang bereaksi dengan larutan yang ada pada tabung III dengan mengangkat dan menurunkan gelas B sebanyak 5 7 kali.7. Setelah 5 7 kali kembalikan posisi larutan III ke posisi acuan pada saat set awal dan tutup keran C setelah didapatkan posisi yang diinginkan.8. Baca kenaikan permukaan air yang ada pada tabung ukur C. Kenaikan permukaan air merupakan volume CO2 yang ada pada 50 ml gas buang yang kita ukur.9. Untuk mengukur kandungan O2 dan CO ulangi langkah 6 dan langkah 7 untuk keran B dan keran A pada tabung II dan tabung I.10. Baca kenaikan permukaan air pada tabung ukur C dengan acuan dari tinggi permukaan air sebelumnya.

3.3.3 Rumus PerhitunganAdapun rumus rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan adalah sebagai berikut :1. Daya/Power (N)a. Daya indikasi/indicated horse power (Ni) Daya yang dihasilkan oleh motor bakar dari hasil pembakaran dalam ruang bakar. Ni = Pi . V d . n . L (P.s.) 0.45 . zDimana :Pi= Tekanan Indikasi Rata-rataVd= Volume Langkah = .D2.L (m3) 4D= Diameter Silinder (m)L= Panjang Langkah Torak (m)n= Putaran Mesin (rpm)z= Jumlah Putaran Poros Engkol untuk 4 langkah, z = 2 untuk 2 langkah, z = 1b. Daya EfektifDaya aktual yang dihasilkan pada poros. Karena adanya kerugian gesekan dan sebagian daya yang digunakan untuk menggerakkan peralatan tambahan, maka Ne < Ni.Daya ini dibagi menjadi 3 bagian, yaitu : Peak horse power, adalah tenaga yang dapat dicapai tanpa terjadinya penurunan putaran selama 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. Adapun daya efektif yang dihasilkan (Ne) dapat dicari dengan persamaan :Ne = Ni NfAtau Ne = Pe . V d . n . L (P.s.) 0.45 . zDimana : Nf = Daya Mekanis (PS) Pe = tekanan efektif rata-rata

c. Daya Mekanis (Nf) Daya yang hilang akibat adanya kerugian dan daya yang digunakan untuk peralatan tambahan pada mesin, yang besarnya :Nf = Pf . V d . n . L (P.s.) 0.45 . zAtau Nf = Nfr + Nvent + N auk (PS)Dimana :Nfr= Daya yang hilang karena gesekan.Nvent = Daya yang hilang akibat kerugian dari bagian-bagianyangbergerak seperti flywheel, gear, dsb.N auk= Daya yang hilang karena digunakan untuk menggerakanperlengkapan mesin seperti pompa bahan bakar, pompa air, pendingin, kipas radiator,dsb.Pf = Tekanan mekanis rata-rata (kg/cm2)

2. Moment torsi (T)

Hubungan dengan daya efektif : Atau T = F.L (kg.m)

To = K.T dan (PS)

dimana : ; Keterangan :F = Besar gaya putar yang terbaca pada timbangan dinamometer(kg)L = Panjang lengan dinamometer = 0.358 (m)Neo = Daya efektif yang dikonversi dalam kondisi standart JISTo = Torsi yang dikonversi kedalam kondisi standart JISK = faktor konversiPa= Tekanan atmosfir pengukuran (mmHg)Pw= Tekanan uap parsial (mmHg)= rata-rata temperatur ruangan selama pengujian (oC)= kelembapan udaraPs= tekanan uap jenuh pada temperatur (mmHg)

3. Tekanan efektif rata-rata (Pe)

(kg/cm2)

4. Speciific fuel consumption ( SFC)a. Spesific fuel consumption efektif (SFCe)

(kg/PS.jam)b. Spesific fuel consumption indicated (SFCi)

(kg/PS.jam)

(kg/jam)Keterangan : b dan t masing-masing adalah konsumsi bahan bakar (cc) selama t detik dan selang waktu (detik) selama pengukuran konsumsi bahan bakar, untuk solar 0.835 gr/ml untuk bensin 0.7735 gr/ml.

5. Analisa gas buangKomposisi gas buang dapat dihitng dengan persamaan berikut :

6. Reaksi pembakaranReaksi pembakaran sempurna (teoritis)

7. Perbandingan Udara Bahan Bakar/Air Fuel Ratio (A/F)Perbandingan antara berat udara dengan berat bahan bakar yang digunakan untuk pembakaran (bahan bakar diasumsikan tidak mengandung oksigen).

8. Aliran Udara Melalui Nozzle(Gs)

(kg/det)Dimana :=koefisien kemiringan nozzle = 0,822

=koefisien udara = a=berat jenis udara pada kondisi ruangan pada saat pengujian

Dimana := relative humidityps= tekanan udara standart pada temperatur tertentuw= berat jenis air pada temperatur tertentu= temperatur bola keringd= diameter nozzle = 0,448 mg= gravitasi = 9,81 m/detv= viskositas 1.65 x 10-5 m2/s (tabel 2, = 35o)V= Kecepatan rata-rata (m/s) udara melaui nizzle.

= berat jenis udara kering pada tekanan atsmosfer 760 mmHg, temperatur 20 oC dan 60 % kelembapan ( kondisi JIS ) = 1.2 kg/m2 ( secara eksak 1.1978 kg/m2)

9. Kapasitas Aliran Gas Buang

(kg/det)

10. Neraca PanasYaitu 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.a. Panas hasil pembakaran (Qb)

(kcal/jam)Dimana :LHH = Low Heating ValueUntuk :Solar=10500 kcal/kgPremium=11000 kcal/kgb. Kerugian panas pendinginan (Qw)

(kcal/jam)Dimana :Ww=debit air pendinginCpw=panas jenis air ( 1 kcal/jam )Two=temperatur air keluar (C)Twi=temperatur air masuk (C)c. Panas yang terbawa gas buang (Qeg)

(kcal/jam)Dimana :Gg=debit aliran buang (kg/det)Cpg=panas jenis gas buang = 0,285 (kcal/kgC)d. Panas hasil pembakaran yang diubah menjadi daya efektif (Qe)

e. Panas yang hilang karena sebab lain (Qpp)

(kcal/jam)

11. Efisiensi ()a. Efisiensi mekanis (m)

b. Efisiensi thermal efektif (e)

c. Efisiensi thermal indikasi (i)

d. Efisiensi volumetrik (v)

Dimana a:berat jenis udara aktuale. Efisiensi Friction (f)f = 100-(g + w + e)f = Nf x 100% Qf

12. Perhitungann perbandingan udara bahan bakar (R)

Dimana :R = rasio udara bahan bakar (kgudara/kgbahan bakar)

13. Perhitungan faktor kelebihan udara (): = , dimana:Ro = rasio udara bahan bakar teoritis (kualitas udara teoritis) kgudara/kgbahan bakar.

dimana c = 0.86, dan h = 0.14c dan h adalah masing-masing % beat laju konsentrasi bahan bakar

14. Faktor Koreksi

Dimana :pst=760 mmHgp=tekanan udara atmosfirtst=25Ct=temperatur ruangan

15. Daya Efektif Standar (Ne)st

(PS)

16. Torsi Efektif Standar (T)st

(kg.m)

17. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar (SFCE)st

(kg/PS.jam)