mokar

PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2014KELOMPOK VI

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian,

walaupun keduanya sama-sama sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum

bertujuan untuk mempraktikkan 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 strata-1, kegiatan praktikum dan penelitian keduanya diberikan 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

computer.

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, terutama

mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain-lain. Motor bakar yang

digunakan pada percobaan praktikum ini adalah jenis motor bakar Diesel. 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). Motor bakar yang digunakan pada percobaan praktikum

ini adalah jenis motor bakar Diesel. Untuk mengetahui karakteristik suatu motor bakar

torak yang cocok untuk suatu kebutuhan, maka kita harus melakukan pengujian

Laboratorium Motor BakarJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 1


terhadap motor bakar tersebut, dalam hal ini berupa variable speed test, yaitu pengujian

dengan putaran yang bervariasi.

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :

1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performance characteristics) dari motor

Diesel, melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh

mahasiswa.

2. 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 pada motor bakar

4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gas

buang berupa Carbon Monoksida.


Energi Kimia(bahan bakar)

Energi Panas(gas panas)

Energi(Torsi poros mesin)


BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Motor Bakar

Motor bakar adalah suatu mesin konversi energi yang berfungsi untuk

mengkonversikan / mengubah bentuk energi kimia yang dimiliki bahan bakar ke bentuk

energi mekanik pada poros motor bakar. Contohnya seperti mesin diesel dan mesin

bensin.

Gambar 2.1 Skema Proses PembakaranSumber : Anonymous (2012)

2.1.1 Prinsip Kerja Motor Bakar

Motor 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

Yaitu hasil dari pembakaran udara dan bahan bakar memindahkan panas ke

fluida kerja pada siklus. 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 Engine

Dimana 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 ( reciprocating engine ). 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 2 langkah.

A. Motor Bakar 4 Langkah

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 bakar.

b. 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 Buang

Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB terbuka.

Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer.

Skema masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4

langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.2.



Gambar 2.2 Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 LangkahSumber : Anonymous (2013)

B. Motor Bakar 2 Langkah

Pada motor bakar 2 langkah, setiap satu siklus kerja memerlukan dua kali

langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga tidak

memiliki katup isap (KI) atau katup buang (KB), dan digantikan oleh lubang isap dan

lubang buang yang dibuat pada sisi-sisi silinder (cylinder liner). Secara teoritis, pada

berat dan displacement yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya sekitar

dua kali lipat dari motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataanya tidak demikian

karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak kompit

dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat panggunaan sistem

lubang. Tetapi melihat konstruksinya yang lebih simpel dan murah serta memiliki

rasio daya berat dan daya volume yang tinggi maka motor bakar 2 langkah cocok

untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.

Dua langkah kerja motor bakar 2 langkah tersebut dijelaskan sebagai berikut :

a. Langkah Torak dari TMA ke TMB

Sebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin (atau

bahan bakar dikompresikan 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 lebih dulu 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 TMA

Setelah 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.

Gambar 2.3 Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 LangkahSumber: Anonymous (2013)

2.2 Siklus Termodinamika Motor Bakar

Siklus adalah rangkaian proses yang membuat keadaan akhir sistem

kembali ke keadaan awalnya. Maka siklus termodinamika dapat diartikan bahwa

serangkaian proses mentransfer panas dan kerja dalam berbagai keadaan isobar,

isothermal, dan lain – lain yang berulang – ulang hingga menjadi proses berkelanjutan.

2.2.1 Siklus Otto

Siklus 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



Siklus 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 2.4 Diagram Siklus Otto Motor bensinSumber : Anonymous (2014)

2.2.2 Siklus Diesel

Dalam siklus udara standar langkah buang (1-0) dan langkah isap (0-1)

tidak diperlukan karena fluida kerja udara tetap berada di dalam silinder. Siklus diesel

yang pertama dikemukakan oleh Rudolph Diesel pada 1890-an, ditunjukkan dalam

gambar di bawah ini



Gambar 2.5 Diagram P-V dan T-S Siklus DieselSumber : Anonymous (2014)

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.

Siklus udara standar pada motor diesel modern disebut Trinkler/Dual

cycle. Penemu motor diesel adalah orang jerman bernama Rudolph Diesel sekitar

tahun1890 an.

2.2.3 Siklus TinklerSiklus tinkler adalah siklus udara standar pada motor diesel modern. Siklus

tinkler biasa disebut siklus dual. Siklus ini hampir mirip dengan siklus otto, hanya saja

kompresi pada diesel lebih tinggi dibanding dengan siklus otto.



Gambar 2.6 Diagram P-V dan T-s Siklus Dual Motor DieselSumber : Anonymous (2014)

1. Langkah kerja siklus dual motor diesel teoritis terdiri dari :

2. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)

3. Langkah pemberian panas pada volume konstan (2-X)

4. Langkah pemberian panas pada tekanan konstan (X-3)

5. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)

6. 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 dibawah ini

Gambar 2.7 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 Bakar

Yang 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 Kerja dan Indikator Operasional Motor Bakar

Beberapa 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 (Ps) 0.45 . z

dimana : Pi = tekanan indikasi rata rata (kg/cm²)

Vd = volume langkah : π.d².L/4 (m³)

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 lain

Nf = 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/cm²) 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 (SFC),

kandungan polutan dalam gas buang dan neraca panas. Indikator 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 :



a. Putaran Kerja Mesin (rpm)

b. 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 Bakar

Bentuk 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 , O₂, CO2 , H2O , dan N2 dalam gas buang

7. Putaran terhadap keseimbangan panas (Q)

Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran

minimum sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin. Pada pengujian

dengan beban sebagai variabel bebas pada putaran konstan, jenis karakteristik kinerja

yang diperlukan tidak sebanyak pada variabel I putaran, yaitu:

1. Specific fuel consumption terhadap beban.

2. Efisiensi (i ,e ,m ,v) terhadap beban.



2.4 Karakteristik Kinerja Motor Bakar

1. Grafik Hubungan Antara Putaran dengan Pemakaian Bahan Bakar Efisiensi Torsi

dan Daya Poros I

Gambar 2.8 Grafik Hubungan Putaran dengan TorsiSumber : Molus VL. Internal Combustion Engine 1968

a. Grafik Torsi dengan Putaran

Pada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka torsi

semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu. Hal

ini disebabkan karena adanya karena adanya gesekan yang terjadi antara piston

dengan silinder.

b. Grafik Hubungan antara specific fuel consumption terhadap putaran

Pemakaian bahan bakar yang dimaksud adalah jumlah putaran/sirkulasi

jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk daya yang dihasilkan dan grafik

hubungan antara specific 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

menggerakkan mesin lalu pada putaran tertentu menurun akibat pembakaran

kurang sempurna.



c. Grafik Daya Poros Terhadap Putaran

Dari grafik tersebut terlihat bahwa daya poros berada dibawah daya

indikatornya dan semakin besar putaran semakin besar pula daya poros yang

dihasilkan, kenaikkan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat daya

indikatif yang dihasilkan dari proses pembakaran. Sebaliknya jika daya indikasi

menurun maka daya efektif juga menurun.

2. Grafik Hubungan Antara Daya Indikatif (Ni), Daya Efektif, dan Daya Mekanis (Nf)

terhadap Putaran

Gambar 2.9 Grafik Hubungan Daya Terhadap PutaranSumber : Moluse VL Internal Combustion Engine 1968

a. Grafik Hubungan Daya Indikatif (Ni) Terhadap Putaran

Tinggi kenaikkan daya indikatif lebih besar dibandingkan daya efektif,

daya mekanis, dan daya indikatif merupakan penjumlahan daya mekanik dengan

daya efektif.

b. Grafik Hubungan Daya Efektif (Ne) Terhadap Putaran

Dari grafik terlihat semakin tinggi putaran maka daya efektif akan

meningkat kemudian menurun (berbanding lurus dengan putaran).

c. Grafik Hubungan Daya Mekanis (Nf) Terhadap Putaran

Pada grafik terlihat bahwa, semakin tinggi putaran maka daya mekanis

cenderung meningkat. Tingkat kenaikkan daya mekanis diakibatkan daya yang



hilang akibat gesekan serta kerugian kompenen yang bergerak seperti fly wheel

gear dan daya hilang akibat perlengkapan lain.

3. Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran

Gambar 2.10 Grafik Hubungan Efisiensi Terhadap PutaranSumber : Moluse VL. Internal Cumbustion Engine

a. Perbandingan Efisiensi Mekanis Terhadap Putaran

Pada grafik terlihat bahwa semakin menurunnya efisiensi waktu terhadap

perubahan putaran, dikarenakan gesekan yang terjadi maka putaran meningkat

juga semakin besar gesekan.

b. Perbandingan Efisiensi Indikasi Terhadap Putaran

Semakin besar putaran maka efisiensi mekanis semakin meningkat.

Kenaikkan tersebut dikarenakan selisih daya indikasi lebih besar dibandingkan

kenaikkan panas akibat putaran.

c. Perbandingan Efisiensi Efektif Terhadap Putaran

Semakin besar putaran maka efisiensi efektif akan semakin meningkat.

Pada perbandingan putaran tertentu efisiensiakan semakin meningkat. Pada

perbandingan putaran tertentu efisiensi efektif akan mencapai titik maksimum dan

sedikit menurun kerugian mekanis.



2.5 Orsat Apparatus

Orsat 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 CO2

b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2

c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO

;

Gambar 2.11 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin FT-UB

Pada gambar di atas masing – masing tabung berisi :

I. Tabung pengukur pertama berisi larutan Cupro Clorid (CuCl2)

II. Tabung pengukur kedua berisi larutan asam Kalium Pirogalik

III. Tabung ketiga berisi larutan Kalium Hidroksida (KOH)



2.6 Diagram Sankey

Gambar 2.12 Diagram SankeySumber : Arismunandar Wiranto Motor Diesel Putaran Tinggi hal 25

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 pembuangan gas buang

Gas 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 Pendinginan

Silinder, 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

Kerugian Mekanis



Merupakan kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang

merupakan beban pendingin.

2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru

2.7.1 Definisi

i-DSI adalah singkatan dari intelligent Dual and Sequential Ignition. Mesin

i-DSI menggunakan 2 buah busi pada tiap silinder pada ruang pembakaran dan

pengontrolan waktu pembakaran secara cerdas.

Gambar 2.13 Mesin i-DSISumber : Anonymous (2012)

2.7.2 Prinsip Kerja

Mesin i-DSI mempunyai ruang pembakaran yang kompak dan dua busi

pada tiap silinder. Pemantikan dua buah busi dalam setiap silinder dimana dalam

teknologi lainnya hanya digunakan satu buah busi. Jadi saat proses pembakaran di

silinder terjadi dua kali percikan busi dalam waktu berbeda yang berurutan (sequential).

Cara seperti ini menjadikan pembakaran lebih sempurna.

2.7.3 Keuntungan dan Kerugian

Keuntungan

Pembakaran jadi lebih sempurna setelah dibakar dengan busi pertama dibakar

lagi dengan busi kedua menjadikan mesin dengan tenaga yang sama dapat

menghabiskan bahan bakar yang lebih sedikit.



Teknologi i-DSI mampu membuat mesin menghantarkan torsi tinggi pada

setiap rpm membuat efisien/hemat bahan bakar dan mengeluarkan emisi gas buang

yang lebih bersih.



Kerugian

Instalasi piranti elektronik lebih banyak, part pengapian (busi) dan kabel busi

membutuhkan jumlah yang lebih banyak, suhu mesin menjadi lebih tinggi

dikarenakan pembakaran yang terjadi lebih lama.

2.7.4 Aplikasi

Aplikasi dari sistem mesin i-dsi ini adalah mobil – mobil yang diproduksi

oleh Honda dan sepeda motor yang diproduksi oleh Bajaj Pulsar.



BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Waktu dan Tempat

1. Waktu : Kamis, 27 Maret 2014

2. Jam : 15.00 WIB

3. Tempat : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas

Brawijaya

3.2 Pelaksanaan Praktikum

3.2.1 Instalasi Percobaan Motor Bakar

Gambar 3.1 Skema Instalasi Motor DieselSumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar

Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (test rig)

lengkap, yang terdiri dari :

1. Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian.

2. Instrumen pengukur berbagai variabel yang diperlukan (alat ukur kelembapan,

aerometer, orsat apparatus).

3. Peralatan bantu seperti instalasi air pendingin dan penyaluran gas buang.



Unit motor bakar yang digunakan adalah motor Bensin, dengan spesifikasi

sebagai berikut :

o Siklus : 4 langkah

o Jumlah silinder : 4

o Volume langkah torak total : 2164 cm3

o Diameter silinder : 83 mm

o Panjang langkah torak : 100 mm

o Perbandingan kompresi : 22 : 1

o Bahan bakar : Solar

o Pendingin : Air

o Daya Poros : 47 BHP / 3200 rpm

o Merk : Nissan, Tokyo Co.Ltd.

o Model : DWE – 47 – 50 – HS – AV

o Negara pembuat : Jepang

3.2.2 Alat Ukur dan Fungsinya

Instrumen pengukur yang tersedia dalam instalasi Percobaan Motor Bakar

diantaranya adalah:

1. Tachometer

Untuk mengukur putaran poros out put

Gambar 3.2 TachometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

2. Manometer

Alat untuk mengukur tekanan kompresi



Gambar 3.3 ManometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

3. Dynamometer

Alat untuk mengukur pembebanan dalam pengereman

Gambar 3.4 DynamometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

4. Hygrometer

Untuk mengukur kelembaban relatif uap air.

Gambar 3.5 HygrometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

5. Stopwatch

Untuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam pemakaian bahan bakar pada tabung

pengukur.

Gambar 3.6 StopwatchSumber : Anonymous (2014)

6. Barometer

Untuk mengukur tekanan udara ruangan.



Gambar 3.7 BarometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

7. Aerometer

Untuk mengukur massa jenis bahan bakar yang digunakan.

Gambar 3.8 AerometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

8. Orsat Apparatus

Untuk menganalisa komposisi gas buang.

Gambar 3.9 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

9. Bomb Calorimeter

Untuk mengukur jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran sempurna suatu

senyawa bahan bakar



Gambar 3.10 Bomb CalorimeterSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

10. Flowmeter

Untuk mengukur jumlah laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau

sambungan.

Gambar 3.11 FlowmeterSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

11. Viscometer

Untuk mengukur besar viskositas suatu cairan bahan bakar

Gambar 3.12 ViscometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

12. Gas Analyzer

Untuk mengukur kandungan kimia yang dimiliki oleh gas buang.



Gambar 3.13 Gas AnalyzerSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

3.3 Prosedur Pengambilan Data Praktikum

3.3.1 Prosedur Pengujian Motor Bakar

1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasi

a. Nyalakan pompa pengisi untuk mengisi air dalam tangki sampai level air

mencapai tinggi aman.

b. Buka kran air pada pipa – pipa yang mengalirkan air ke mesin dan ke

dinamometer.

c. Atur debit air yang mengalir pada flowmeter pada debit tertentu dengan mengatur

bukaan kran pada flowmeter.

d. Tekan switch power untuk menghidupkan alat-alat ukur.

e. Hidupkan alarm dinamometer yang akan memberitahu jika terjadi overheating

dan level air kurang.

f. Nyalakan dinamo power control dan atur kondisi poros mesin dalam keadaan

tanpa beban.

2. Cara Menghidupkan Mesin

a. Setelah semua persiapan di atas dipenuhi, nyalakan kunci kontak pada posisi

memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal menyala.

b. Putar posisi kunci ke posisi START sambil throttle valve dibuka sedikit sampai

mesin menyala (seperti menyalakan mesin mobil).

c. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat untuk

menstabilkan kondisi mesin.

3. Cara Mengambil Data

a. Atur bukaan throttle pada bukaan yangP diinginkan dengan membaca throttle

valve indikator (%)



b. Atur putaran mesin (rpm) dengan mengatur pembebanan pada dinamometer

sampai mendapatkan putaran yang diinginkan.

c. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang

diperlukan.

3.3.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus

Gambar 3.14 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Universitas Brawijaya

Cara penggunaan Orsat Apparatus :

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 Perhitungan

1. Moment torsi (T)

T = F.L (kg.m)

Keterangan :

F = Besar gaya putar yang terbaca pada timbangan dinamometer(kg)

L = Panjang lengan dinamometer =0.358 (m)

2. Daya Efektif (Ne)

Ne = T.n (PS)716,2

Keterangan :

Ne = Daya Efektif

T = Momen Torsi

n = Putaran Mesin rpm

3. Daya efektif yang dikonversi dalam kondisi standart JIS

Neo =k.Ne (PS)

Keterangan :

Neo =Daya efektif yang dikonversi dalam kondisi standart JIS

k =Faktor konversi


k=749Pa−Pw √273+θ

293

Pw=ϕ . Ps


Ne =Daya Efektif

Pa =Tekanan atmosfir pengukuran (mmHg)

Pw =Tekanan uap parsial (mmHg)

Ө =Rata-rata temperatur ruangan selama pengujian (oC)

Φ =Kelembapan udara

Ps =Tekanan uap jenuh pada temperatur ө (mmHg)

4. Konsumsi Bahan Bakar (Fc)

FC=bt

. ρ .36001000

Keterangan :

FC = Konsumsi Bahan Bakar

b = Konsumsi bahan bakar

T = Waktu konsumsi bahan bakar

ρ = Massa jenis bahan bakar

5. Panas hasil pembakaran (Qb)

Qb= FC . LHVbahan bakar (kcal/jam)

Keterangan :

LHV = Low Heating Value

Qb = Panas hasil pembakaran

FC = Konsumsi Bahan Bakar

6. Berat jenis udara pada kondisi ruangan (γa)

γa=γn (Pa−φ . PS)

760.

273273+θ

+φ γ w

Keterangan :

γa =Berat jenis udara pada kondisi ruangan

γ n =Berat jenis udara pada atmosfer

γ w =Berat jenis udara pada temperatur tertentu



7.

Keterangan :

P1–P2 =Beda tekanan pada nozel (mmH2O)

P1 =Tekanan atmosfer saat pengujian

ε =Koefisien Udara

8. Gs = (kcal/jam)

Keterangan :

Gs = Aliran udara melalui nozel

a = Koefisien kemiringan nozel

d = Diameter nozel

g= Gravitasi

9. Gg = Gs + (kg/s)

Keterangan :

Gg = Debit aliran gas buang

Gs =Aliran udara melalui nozel

Fc =Konsumsi bahan bakar

10. Panas yang terbawa gas buang (Qeg)

Qeg = Gg Cpg (Teg-Tud).3600 (kcal/jam)

Keterangan :

Cpg =Panas jenis gas buang

Teg =Suhu gas buang (oC)

Tud =Temperatur

Gg =Debit aliran gas buang

Qeg =Panas yang terbawa gas buang

11. Efisiensi Kerugian (ηg)


1

21

P

PP

).(..24

...21

2

PPYagd

3600

Fc


ηg = x 100 %

Keterangan :

ηg = Efisiensi Kerugian

Qeg =Panas yang terbawa gas buang

Qb =Panas hasil pembakaran


b

eg

Q

Q


12. Kerugian Panas Pendinginan (Qw)

Qw = Ww.Cpw (Two-Twi)

Keterangan :

Qw = Kerugian panas pendinginan

Ww = Debit air pendingin

Cpw = Panas jenis air

Two = Temperatur air keluar

Twi = Temperatur air masuk

13. Efisiensi kerugian panas (ηw)

ηw = x 100 %

Keterangan :

ηw = Efisiensi kerugian panas

Qw = Kerugian panas pendinginan

Qb =Panas hasil pembakaran

14. Efisiensi Efektif (ηe)

ηe = x 100 %

Keterangan :

ηe =Efisiensi Efektif

Ne=Daya efektif

Qb=Panas hasil pembakaran

15. Efisiensi Friction (ηf)

ηf = 100-( ηg+ ηw+ ηe) %

Keterangan

ηf = Efisiensi Friction

ηg = Efisiensi kerugian

ηw=Efisiensi kerugian panas

ηe=Efisiensi efektif


b

w

Q

Q

b

e

Q

N


16. Ekivalen Daya Terhadap Konsumsi Bahan baker (Qf)

Qf =

Keterangan :

Qf = Kerugian karena gesekan (PS)

LHVbb = Low heating value bahan bakar

Fc = Konsumsi bahan bakar

17. Daya Friction (Nf)

Nf =

Keterangan :

Nf = Daya Mekanis (PS)

ηf = efisiensi friction

Qf = Kerugian karena gesekan

18. Daya Indikasi (Ni)

Ni = Ne + Nf

Keterangan :

Ni = Daya Indikasi

Ne= Daya efektif

Nf=Daya mekanis

19. Spesific Fuel Consumption Efektif (SFCe)

SFCe = (kg/PS.jam)

Keterangan

SFCe = Spesific Fuel Consumption efectif

Fc=Konsumsi bahan bakar

Ne=Daya efektif


632

.FcLHVbb

%100

. ff Q

Ne

Fc


20. Spesific fuel Consumption Indicated (SFCi)

SFCi = (kg/PS.jam)

Keterangan :

SFCi = Spesific fuel Consumption Indicated

Fc=Konsumsi bahan bakar

Ni=Daya indikatif

21. Panas Hasil Pembakaran Yang Diubah Menjadi Daya Efektif (Qe)

Qe = 632.Ne

Keterangan :

Qe = Panas Efektif

Ne = Daya efektif

22. Panas yang hilang (Qpp)

Qpp = Qb-Qeg-Qw-Qe

Keterangan

Qpp = Panas yang hilang karena sebab lain


Qeg=Panas yang terbawa gas buang

Qw=Kerugian akibat pendinginan

Qe=Panas efektif

23. Efisiensi Indikasi (ηi)

ηi = x 632 x 100 %

Keterangan :

ηi = Efisiensi Indikasi

Ni= Daya indikatif



Ni

Fc

Qb

Ni


24. Efisiensi Mekanis (ηm)

ηm = x 100 %

Keterangan

ηm = Efisiensi Mekanis

Ne=Daya efektif

Ni=Daya indikatif

25. Efisiensi Volumetris (ηv)

ηv = x 100 % Vd=π . D2 . L

4

Keterangan :

ηv = Efisiensi Volumetrik

z = Jumlah putaran poros engkol

Vd = Volume engkol

i = Langkah Mesin


n = putaran poros

26. Tekanan Efektif (Pe)

Pe=0,45 . Neo . ZVd .n . i

Keterangan :

Pe = Tekan Efektif

Neo = Daya efektif

Z = jumlah putaran poros engkol

n = putaran poros

i = langkah mesin

Vd=Volume langkah


Ni

Ne

iVn

zGs

da ...

60..


27. Rasio Udara bahan bakar (R)

R = x 3600 (kgudara/kgbahan bakar)

Keterangan :

R = Rasio Udara bahan bakar


Fc = Konsumsi bahan bakar

28. Rasio udara dalam bahan bakar teoritis (Ro)

Ro = 34,48 ( + h)

Keterangan :

Ro = Rasio udara dalam bahan bakar teoritis

c = % berat laju konsentrasi BB

h = % berat laju konsentrasi BB

29. Faktor Kelebihan Udara (λ)

λ =

Keterangan :

λ = Faktor kelebihan udara

R = Rasio udara bahan bakar

Ro = Rasio udara bahan bakar teoritis

30. Faktor Koreksi (A)

Keterangan :

A = Faktor koreksi

P = Tekan udara atmosfer

Pst = Tekanan atmosfer

Tst = 25oC

T = Temperatur ruangan


.Fc

Gs

3

c

Ro

R

5,0

st

st

T

T

p

pA


31. Daya Efektif Standar (Ne)st

(PS)

Keterangan :

(Ne)st = Daya Efektif Standar

A = Faktor koreksi

Ne = Daya efektif

32. Torsi efektif standar (T)st

(kg.m)

Keterangan :

(T)st = Torsi efektif standar

A = Faktor koreksi

T = Torsi

33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar (SFCE)st

(kg/PS.jam)

Keterangan :

(SFCE)st = Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar

SFCe=Spesific fuel consumption

A=Faktor koreksi


NeANe st .

TAT st .

A

SFCeSFCe st


34. %

%

%

%

Keterangan :

= Volume

=Volume

=Volume CO

=Volume N2

Veg = Volume exhaust gas


%10022

Veg

VCOCO

%10022

Veg

VOO

%100Veg

VCOCO

%10022

Veg

VNN

2VCO 2CO

2VO 2O

VCO

2VN


4.3 PEMBAHASAN GRAFIK

4.3.1 Grafik Hubungan antara Putaran dengan Torsi



Dari grafik dapat diambil kesimpulan bahwa torsi cenderung naik sampai pada

putaran 1700 rpm, kemudian torsi cenderung turun pada torsi selanjutnya (Putaran yang

lebih tinggi 1800 rpm – 2100 rpm). Peningkatan terjadi karena semakin besar putaran

maka nilai torsi juga akan semakin meninggi sampai pada putaran tertentu dan

kemudian menurun pada putaran yang lebih tinggi. Dalam percobaan dapat diambil

kesimpulan bahwa torsi tertinggi mesin berada pada posii 9,702 [kg/m] pada putaran

1700 rpm. Besarnya torsi dipengaruhi oleh daya poros / daya efektif dimana akan

bertambah sesuai dengan bertambahnya putaran mesin dan mengalami penurunan

karena adanya pengaruh kelembaman yang disebabkan menurunya gaya (F) pada piston

yang bergerak karena jika suatu benda bergerak maka hanya membutuhkan gaya kecil

untuk menggerakannya hal ini sesuai dengan rumus :

T = F.L [Nm]

Sehingga semakin kecil kelembaman maka mengakibatkan melambatnya

gerakan piston pada silinder yang menyebakan gaya (F) terus menurun dan grafik akan

turun. Hubungan antara Torsi (T) dengan putaran (n) adalah:

T = 716,2

Nen [kg.m]

Selain itu harga Torsi (T) dipengaruhi oleh gaya putar atau pengereman (F) yang

terbaca pada dynamometer dan panjang lengan dynamometer (L) sebesar 0,358 mm

dimana gaya pengereman (F) berbanding lurus dengan panjang lengan dynamometer

(L), sesuai dengan rumus berikut :

T = F . L [kg.m]



4.3.2 Grafik Hubungan antara Putaran dengan Daya



Hubungan antara Putaran dengan Daya Efektif (Ne)

Dari grafik daya efektif (Ne) dapat dilihat bahwa grafik cenderung naik.

Secara umum grafik mengalami kenaikan disebabkan karena harga torsi yang juga

naik, sesuai dengan rumus :

Ne =

T .n716 , 2 . [PS]

Hubungan antara Putaran dengan Daya Mekanis (Nf)

Dari grafik antara putaran ( n ) dengan daya mekanis ( Nf ) terlihat bahwa

polinomial grafik cenderung naik. Hal ini disebabkan karena adanya gaya gesek

(Nfr) pada ruang bakar kemudian daya yang hilang akibat bagian – bagian yang

bergerak seperti flywheel, gear dsb (Nvent) dan akibat adanya daya yang hilang

karena digunakan untuk menggerakan perlengkapan mesin seperti pompa bahan

bakar, radiator, dsb (Nauk). Dari grafik dapat diambil kesimpulan bahwa semakin

tinggi putaran maka daya mekanis akan semakin besar, dimana sesuai dengan

rumus :

Nf = Nfr + NVent + NAuk [PS]

Hubungan antara Putaran dengan Daya Indikatif (Ni)

Dari grafik terlihat bahwa polinomial grafik cenderung naik. Grafik

cenderung naik seiring dengan bertambahnya putaran mesin. Sesuai dengan rumus

berikut :

Ni =

Pi .. Vd . n .i0 , 45 . z

[PS]

Kenaikan daya Indikatif (Ni) disebabkan pula karena pada putaran rendah,

pembakaran yang terjadi cenderung lebih sempurna dan kerugian mekanis yang

cenderung lebih kecil. Akan tetapi pada percobaan atau aktualnya terlihat bahwa

semakin naik putaran mesin, grafik juga sempat mengalami penurunan. Hal ini

disebabkan karena pembakaran yang terjadi kurang sempurna ( pasokan bahan bakar

dan udara tidak sesuai ).

Pada grafik ini terdapat tiga kurva, yaitu kurva Daya Efektif (Ne), kurva Daya

Indikatif (Ni) dan kurva Daya Mekanis (Nf) .Kurva Daya Indikatif (Ni) berada paling



atas diikuti oleh kurva Daya Efektif (Ne) dan kuva Daya Mekanis (Nf) paling bawah.

Hal ini disebabkan kurva Daya Indikatif (Ni) yang merupakan daya yang dihasilkan

pada proses pembakaran ruang bakar. Karena adanya kerugian gesek dan sebagian daya

digunakan untuk menggerakan peralatan tambahan maka nilai Daya Efektif (Ne) lebih

rendah dari nilai Daya Indikatif (Ni). Adapun daya Daya Mekanis (Nf) terletak paling

bawah karena dianggap kerugian daya, maka nilainya harus sekecil mungkin agar Daya

indikatif (Ni) dapat digunakan se-efektif mungkin untuk menggerakan poros. Hal ini

sesuai dengan rumus berikut :

Ni = Ne + Nf [PS]



4.3.3 Grafik Hubungan antara Putaran dengan Mean Effective Pressure (MEP)



Dari grafik hubungan antara Mean Effective Pressure (MEP) dengan putaran

dapat dilihat bahwa polinomial grafik mengalami kenaikan pada sampai putaran 1700

rpm dan mengalami penurunan pada putaran 1800 rpm – 2100 rpm. Grafik pada putaran

awal cenderung naik (walaupun sempat turun) disebabkan karena Daya Efektif (Ne)

cenderung mengikat pada putaran awal seiring dengan bertambahnya putaran. Dimana

hal ini sesuai dengan rumus:

Pe =

0 ,45 .Neo . z

√d .n. i [kg/cm]

dimana Neo = k. Ne

Dengan naiknya nilai daya efektif (Ne) seiring bertambahnya putaran maka

menyebabkan nilai Neo juga naik, yang juga diikuti dengan naiknya nilai tekanan

efektif rata – rata (MEP) walaupun nilai pembaginya juga naik, (n – putaran),

sedangkan pada putarann1800 rpm – 2100 rpm, grafik cenderung menurun disebabkan

karena nilai daya efektif yang yang mengalami penurunan, diikuti dengan nilai Neo

yang juga menurun karena nilai Neo menurun karena nilai Neo menurun sedangkan

putaran naik, menyebabkan nilai Pe/MEP menjadi turun cukup signifikan.



4.3.4 Grafik Hubungan antara Putaran dengan SFC



Hubungan Putaran dan SFCe (Spesific Fuel Consumption efektif)

Pemakain bahan bakar spesifik efektif berarti pemakaian bahan bakar untuk

setiap daya efektif (Ne). Dari grafik hubungan putaran dan specific fuel consumption

effective telihat bahwa polinomial grafik sedikit melengkung terbuka keatas Hal ini

dikarenakan pada putaran awal dari daya efektif dari mesin masih terbilang kecil dan

mengalami penurunan sampai pada titik minimum pada rentang putaran 1800 rpm

dan kemudian naik kembali pada rentang putaran 1900 rpm (Grafik kurang lebih

stabil karena perbedaan nilai tidak besar ) dikarenakan juga pada putaran – putaran

awal diperlukan konsumsi bahan bakar yang cukup tinggi Hal ini sesuai dengan

rumus :

SFCe =

FCNe [kg/PS.jam]

Grafik Hubungan Antara Putaran terhadap SFCi

Dari grafik hubungan putaran dan SFCi (SpecificFuel Consumption

Indicated) terlihat bahwa polinomial grafik cenderung konstan. Hal ini dikarenakan

daya indikasi (Ni) yang mengalami peningkatan akibat proses pembakaran yang

semakin sempurna berbanding lurus dengan meningkatnya konsumsi bahan bakar.

dimana sesuai dengan rumus berikut :

SFCi =

FCNi [kg/PS.jam]

Letak grafik SFCi (Spesific Fuel Consumption indikatif) selalu di bawah

SFCe (Spesific Fuel Consumption efektif). Hal ini disebabkan oleh harga Ni > Ne,

sesuai dengan rumus :

Ni = Ne + Nm

Sehingga jika bilangan pembaginya semakin besar, maka menyebabkan

harga SFCi < SFCe.



4.3.5 Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi



Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi Thermal Indikatif (ηi)

Dari grafik hubungan antara putaran dan efisiensi dapat dilihat bahwa

polinomial grafik cenderung konstan . Hal ini disebabkan karena efisiensi thermal

efektif (ηi) dipengaruhi oleh Daya Indikatif (Ni) dan panas hasil pembakaran (Qb),

semakin tinggi putaran maka nilai Qb akan semakin meningkat karena pada putaran

awal panas hasil pembakaran masih cenderung kecil dan nilai daya indikatif (Ni)

yang semakin tinggi seiring bertambahnya putaran. sehingga membuat nilai ηi

konstan dimana sesuai dengan rumus :

ηi =

N i

Qb x 632 x 100 %

Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi Mekanis (ηm)

Dari grafik hubungan antara putaran dan efisiensi mekanis terlihat bahwa

kurva grafik cenderung konstan. Hal ini disebabkan karena grafik ini dipengaruhi

oleh daya efektif (Ne) dan daya indikatif (Ni) dimana kenaikan nilai daya efektif

(Ne) diikuti juga dengan naiknya nilai daya Indikatif (Ni) seiring dengan

bertambahnya putaran mesin (n – rpm). Apabila dihubungkan dengan rumus, maka

rumusnya sebagai berikut :

ηm =

N e

N i x 100 %

Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi Thermal Efektif (ηe)

Dari grafik hubungan antara putaran dan efisiensi thermal efektif terlihat

bahwa polinomial grafik hampir membentuk seperti garis lurus, dimana pada setiap

titik putaran, nilai efisiensi thermal efektifnya mengalami kenaikan dan penurunan

yang tidak seberapa berarti. Hal ini disebabkan karena efisiensi thermal efektif (ηe)

dipengaruhi oleh daya efektif (Ne) dan panas hasil pembakaran (Qb) seiring dengan

bertambahnya nilai putaran mesin(n – rpm) (naik turunnya nilai Ne dan nilai Qb

seimbang dan tidak begitu besar) Hal ini sesuai dangan rumus sbb :

ηe =

N e

Qb x 100 %



Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi Volumetrik (ηv)

Dari grafik hubungan antara putaran mesin dengan efisiensi volumetrik (ηv)

terlihat bahwa polinomial grafik memiliki kecenderungan naik. Hal ini disebabkan

karena pada saat mesin berada pada putaran yang tinggi, pergerakan torak maka akan

semakin cepat. Fenomena ini akan menyebabkan katup isap akan semakin cepat

untuk terbuka dan tertutup, sehingga menyebabkan waktu untuk udara mengalir

masuk menuju silinder akan semakin kecil. Hal inilah yang menyebabkan semakin

tinggi putaran maka efisiensi volumetrik (ηv) akan semakin kecil. Secara matematis

rumusnya adalah sebagai berikut :

ηv

= Gs . z . 60γ a . n .Vd .i

x 100 %



4.3.6 Grafik Hubungan Antara Putaran dan Neraca Panas



Grafik Hubungan Antara Putaran (n) dan Panas Hasil Pembakaran (Qb)

Dari grafik hubungan antara panas hasil pembakaran (Qb) dan putaran (n –

rpm) terlihat bahwa polinomial grafik mengalami kenaikan, maka waktu untuk

melakukan satu kali siklus semakin cepat, sehingga konsumsi bahan bakar semakin

meningkat yang menyebabkan nilai Qb juga meningkat. Pada kurva grafik juga

menurun terjadi karena konsumsi bahan bakar menurun yang menyebabkan nilai Qb

menurun dimana nilai Qb dan nilai FC (konsumsi bahan bakar) berbanding lurus

pada persamaan berikut :

Qb = FC . LHVbahan bakar [kcal/jam]

Secara matematis persamaannya adalah sebagai berikut :

Qb = Qpp + Qw + Qeg + Qe [kcal/jam]

Grafik Hubungan Antara Putaran (n) dan Panas yang menjadi Daya Efektif (Qe)

Dari grafik hubungan antara putarann dan panas yang menjadi daya efektif

(Qe) terlihat bahwa kurva grafik cenderung mengalami kenaikan. Grafik mengalami

kenaikan disebabkan karena nilai daya efektif (Ne) yang semakin besar,

meningkatnya nilai daya efektif (Ne) disebabkan karena pembakaran yang terjadi

lebih sempurna dan daya yang hilang akibat gesekan juga masih cenderung kecil,

sedangkan pada grafik terjadi penurunan disebabkan oleh semakin tinggi putaran

mesin, maka daya juga semakin besar akan tetapi losses atau kerugian energi juga

akan semakin besar yang menyebabkan daya efektif mengalami penurunan dimana

rumusnya adalah sebagai berikut :

Qe = Ne . 632 [kcal/jam]

Grafik Hubungan Antara Putaran (n) dan Panas yang terbawa Gas Buang (Qeg)

Dari grafik hubungan antara putaran dan panas yang terbawa oleh gas buang

(Qeg) dapat dilihat bahwa polinomial grafik cenderung mengalami kenaikan. Hal ini

disebabkan karena nilai Qeg yang dipengaruhi oleh nilai Gg yang semakin

meningkat akibat konsumsi bahan bakar yang meningkat pula. Hal ini sesuai dengan

rumus :

Qeg = Gg . Cp g . (Teg – Tud) . 3600 [kcal/jam]



Gg = Gs +

FC3600 [kg/s]

Gs =

α . ε . π .d2

4 √2 . g . γa .( P1−P2 ) [ kg/s]

Grafik Hubungan Putaran (n) dan Kerugian Panas Pendinginan (Qw)

Dari grafik hubungan antara putaran dan kerugian panas pendinginan (Qw)

dapat dilihat bahwa polinomial grafik mengalami kenaikan. Pada saat putaran mesin

semakin tinggi, maka panas yang dihasilkan juga akan semakin besar sehingga

selisih temperatur air pendinginan saat keluar (Two) dengan temperatur air masuk

(Twi) semakin besar sedangkan debit air konstan, seharusnya secara teoritis grafik

mengalami kenaikan. Hal ini sesuai dengan rumus berikut : Qw = Ww . Cp w . (Two

– Twi) [kcal/jam]

Grafik Hubungan Antara Putaran (n) dan Panas Yang Hilang (Qpp)

Dari grafik hubungan antara putaran (n) dan panas yang hilang (Qpp) terlihat

bahwa grafik cenderung mengalami kenaikan. Hal ini dikarenakan nilai panas yang

hilang (Qpp) dipengaruhi oleh kerugian panas pendinginan (Qw), panas yang

terbawa oleh gas buang (Qeg), panas yang menjadi daya efektif (Qe) dan panas hasil

pembakaran (Qb). Hal ini sesuai dengan rumus berikut :

Qpp = Qb – Qw – Qeg – Qe [kcal/jam]



4.3.7 Grafik Hubungan antara Putaran dengan Gas Buang



Reaksi pembakaran sempurna adalah :

C11H34 + 25,4 O2 + 92,12 N2 → 16 CO2 + 17 H2O + 92,12 N2

Putaran dengan N2

Grafik N2 cenderung turun karena N2 bereaksi pada proses pembakaran

sehingga volumenya relatif menurun.

Putaran dengan O2

Grafik O2 cenderung mengalami kenaikan dan penurunan disebabkan karena

semakin tidak sempurnya proses pembakaran dalam silinder, dalam grafik dapat

dilihat bahwa O2 terbuang paling banyak pada putaran 1900 rpm. Karena adanya

udara berlebih pada ruang bakar, sehingga O2 yang tidak dilibatkan dalam proses

pembakaran dan akhirnya dikeluarkan melalui saluran exhaust. Pada penurunan di

sebabkan O2 mengalami proses pembakaran, sehingga O2 yang dibuang menurun.

Putaran dengan CO

Grafik CO cenderung konstan karena semakin besar putaran mesin, maka

pembakaran akan semakin tidak sempurna, sehingga volume CO akan bertambah.

Namun pada grafik proses pembakaran tidak semakin sempurna. Hal ini tidak sesuai

dengan teorinya dimana semakin tinggi putaran mesin maka semakin tidak sempurna

pembakaran yang terjadi.

Putaran dengan CO2

Grafik CO2 cenderung naik karena merupakan hasil dari reaksi pembakaran

yang semakin sempurna dengan O2 sehinnga hasil pembakaran berupa CO2



4.3.8 Diagram Sankey Pada Putaran 1600 rpm



Diagram Sankey menjelaskan keseimbangan panas yang masuk dan panas yang

juga dimanfaatkan serta panas yang terbuang pada saat pembakaran di mesin terjadi .

Panas hasil pembakaran (Qb) pada putaran 1600 rpm adalah 53235 kcal/jam kemudian

terbagi menjadi panas yang menjadi daya efektif (Qe), panas yang hilang akibat

pendinginan (Qw), panas yang terbawa oleh gas buang (Qeg) dan panas yang hilang

karena sebab – sebab lain (Qpp).

Pada diagram sankey nilai daya efektif Qe sebesar 12636,47026 kcal/jam

(26,3526%) seharusnya jika berdasarkan teorinya, besar presentasenya adalah 30% -

45%. Jelas disini terjadi penyimpangan yang disebabkan karena adanya kerugian panas

yang masih besar (Qw, Qeg dan Qpp)

Pada diagram sankey nilai Qw sebesar 21995,55556 kcal/jam (41,3178%)

padahal pada teori seharusnya presentasenya sebesar 11% - 25%. Terlihat bahwa terjadi

penyimpangan, hal ini dikarenakan pada saat pembakaran terjadi menghasilkan panas

yang lebih besar sedangkan dinding silinder telah mengalami penurunan kualitas karena

pemakaian yang sangat lama sehingga panas diruang bakar banyak yang pindah ke air

pendinginan secara konveksi.

Pada diagram sankey, nilai Qeg sebesar 14028,79953 kcal/jam (26,3526%) lebih

kecil daripada presentase pada teoritisnya yaitu 34% - 40%. Hal ini disebabkan karena

pada saat setelah panas pembakaran terjadi yaitu pada saat proses ekspansi akan terjadi

langkah buang panas yang mengalir menuju saluran buang,sehingga banyak panas yang

hilang. Fenomena tersebut terjadi karena panas banyak berpindah secara konveksi ke

dalam air pendingin. Selain itu kerak (kotoran) juga berpengaruh terhadap besarnya Qeg

aktual, karena dengan adanya kerak pada saluran buang maka akan menyebabkan tidak

lancarnya aliran panas yang keluar dari silinder dan dapat kembali lagi menuju silinder.

Pada diagram sankey, nilai Qpp yang sebesar 4574,174655 kcal/jam (5,977%)

ini lebih besar daripada teorinya yang sebesar 4% - 11%. Hal tersebut terjadi karena

hilangnya panas karena sebab – sebab lain yang meliputi peralatan tambahan pada

mesin diesel. Yang meliputi peralatan tambahan seperti alternator, pompa air pendingin

dan panas – panas lain yang hilang akibat gesekan yang besar pada bearing, poros

engkol serta gesekan yang terjadi pada piston dan silinder.


mokar

Documents