motor pembakaran dalam

5/10/2018 Motor Pembakaran Dalam - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/motor-pembakaran-dalam-559dfdaa16c04 1/20

MOTOR PEMBAKARAN DALAM

Disusun Oleh :

ACHMAD FAISOL BAYHAQQI 02.2007.1.07744

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHITAMA SURABAYA

2010/2011



Performansi Motor Disel Isuzu 4 JA-1 Injeksi Langsung

Sistim Force Induction Dengan dan Tanpa Intercooler.

1. Pendahuluan

Induksi paksa pada motor disel merupakan suatu metoda mekanik untuk

memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder dengan tekanan di atas

tekanan atmosfir.Dengan memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder,

kapasitas efektif dari motor akan meningkat tanpa meningkatkan ukuran fisiknya.

Salah satu perangkat mekanik yang digunakan untuk mendorong udara masuk ke

dalam silinder ini adalah supercharger, yang digerakkan secara langsung

mengikuti putaran poros engkol motor. Dalam Proses pemampatan udara selalu

diiringi dengan meningkatnya temperatur melalui proses pemanasan kompresif,sehingga menimbulkan permasalahan “ketukan disel” selama pembakaran. Guna

mengeleminir kerugian ini, ditambahkan intercooler ke dalam sistim untuk

menurunkan temperatur udara sebelum masuk silinder. Dalam percobaan ini

digunakan motor disel injeksi langsung Isuzu 4-JA-1, dengan tujuan untuk

membandingkan seberapa besar pengaruh penggunaan sistim induksi paksa

dengan dan tanpa intercooler terhadap performa motor. Hasil eksperimen

menunjukkan bahwa dengan menggunakan induksi paksa yang dilengkapi dengan

intercooler, daya kuda rem, torsi dan efisiensi termal berturut-turut meningkat

dengan 19,46%, 16,89%, dan 23,77% dan terjadi penurunan konsumsi bahan

bakar spesifik sebesar 18,99%.

Kinerja suatu motor pembakaran dalam pada umumnya dipengaruhi oleh

beberapa parameter, diantaranya kapasitas silinder dan nisbah kompresi. Semakin

besar kapasitas silinder, semakin besar keluaran daya dihasilkan oleh motor. Salah

satu upaya meningkatkan kinerja motor yang dapat dilakukan tanpa mengubah

dimensi fisik dari motor adalah menggunakan sistim induksi paksa ( force

induction).

Induksi paksa merupakan suatu sistim mekanik untuk mendorong lebih

banyak udara ke dalam silinder dengan tekanan diatas tekanan atmosfir melalui

proses pemampatan udara masukan. Proses pemampatan udara dapat dilakukan

melalui sistim supercharging yang digerakkan oleh mekanisme roda gigi atau

sabuk yang dihubungkan ke puli poros engkol motor, atau melalui sistim

turbocharging yang memanfaatkan energi dari gas buang. Karena adanya proses

pemampatan udara sebelum masuk ke dalam silinder, maka kepadatan udara

masuk semakin meningkat serta jumlah oksigen yang digunakan untuk

berkangsungnya proses pembakaran juga meningkat dibanding metode

konvensional yang hanya menarik udara segar ke dalam silinder [3]. Dengan

meningkatnya kuantitas oksigen yang masuk ke dalam silinder, lebih banyak

bahan bakar yang dapat terbakar dengan sempurna, sehingga meningkatkan

efisiensi volumetrik dan semakin banyak energi pembakaran yang dapat

dikonversi menjadi kerja mekanik [6].

Permasalahan yang timbul pada saat mengadopsi sistim induksi paksaadalah meningkatnya temperatur udara masukan yang mengiringi proses



pemampatan udara, sehingga tekanan di dalam silinder pada awal langkah

kompresi menjadi lebih tinggi. Peningkatan temperatur udara masukan ini akan

berdampak pada peningkatan temperatur dan tekanan di dalam silinder pada siklusselanjutnya, sehingga katup, silinder dan kepala torak menjadi terlalu panas dan

motor menjadi overheating . Karena alasan ini, beberapa motor yang mengadopsi

sistim induksi paksa harus menurunkan nisbah kompresinya.

Menurunkan nisbah kompresi, ternyata juga menimbulkan permasalahan

lain, yaitu menurunnya efisiensi termal motor, sehingga meningkatkan konsumsi

bahan bakar spesifik [7], suatu kondisi yang sangat tidak diharapkan dalam

mengatasi kelangkaan dan mahalnya harga bahan bakar, serta permasalahan yang

berkaitan dengan pencemaran udara.

Untuk mengatasi permasalahan dalam mengadopsi sistim induksi paksa

pada motor pembakaran dalam, tanpa menurunkan nisbah kompresi yang harus

mengorbankan efisiensi termal, digunakan suatu penukar kalor yang disebutdengan intercooler guna menurunkan temperatur udara termampatkan sebelum

masuk ke dalam silinder.



2. Dasar Teori

Daya keluaran yang dihasilkan motor sebanding dengan kecepatan rotasi dan

kuantitas udara yang dapat dimampatkan di dalam silinder. Dengan asumsi

kecepatan rotasi motor konstan, satu-satunya upaya untuk dapat meningkatkan

daya motor adalah dengan meningkatkan kuantitas udara yang masuk ke dalam

silinder [3].

Berdasarkan persamaan gas ideal,

RT m PV u= (1)

Jika RV konstan, dimana R = konstanta gas universal, maka massa udara,

um yang masuk silinder berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding

terbalik dengan temperatur absolutnya.

Massa udara yang masuk silinder = volume yang dipindahkan ( swept volume)

oleh piston, V kerapatan udara.

uu V m ρ ×= (2)

Dari persamaan (1) dan (2), diperoleh

T

P

Ru

1= ρ (3)

Jika1

1

1 RT

P u = ρ dan

2

2

2 RT

P u = ρ , kemudian 111

,, T P u ρ dan 222,, T P u ρ

berturut-turut adalah kondisi-kondisi kerapatan, tekanan dan temperatur awal

(keadaan 1) dan akhir (keadaan 2), maka

Nisbah kerapatan =11

22

1

2

RT P

RT P

u

u=

ρ

ρ , atau

2

1

1

2

1

2

T

T

P

P

u

u = ρ

ρ (4)

Ini berarti, bahwa dengan meningkatkan 2 P (tekanan akhir) serta menurunkan

2T (temperatur akhir), akan dihasilkan peningkatan kerapatan ( 12 uuρ ρ > ).

Secara matematis, dalam kondisi ideal, kuantitas udara yang masuk ke

dalam silinder, ium

, dengan kerapatan udara ideal, iu,

ρ serta kondisi masukan

( P, T ) pada N Rpm, dinyatakan dengan [1]:

j ak g N zV m iud iu /6 02

1,,

×××××= ρ (5)

dimana = z jumlah langkah per siklus.



Dengan cara yang sama, pada kondisi aktual, jumlah udara yang masuk

kedalam silinder dinyatakan dengan:

j ak g N zV m aud au /6 02

1,, ×××××= ρ (6)

Nisbah antara jumlah udara yang masuk pada kondisi aktual terhadap

jumlah udara yang masuk secara ideal disebut dengan efisiensi volumetris, V η .

iu

au

vm

m

,

,

=η (7)

Persamaan ini menunjukkan bahwa untuk meningkatkan efisiensi

volumetris dengan kata lain meningkatkan derajat pengisian silinder dapat

dilakukan dengan meningkatkan kerapatan udara aktual di dalam silinder melalui pemampatan udara masukan.

Hubungan antara efisiensi volumetrik dengan daya, torsi dan tekanan

efektif purata (mean effective pressure, mep) motor dinyatakan melalui persamaan

berikut [4]:

( )

2

, A F Q NV P

iu HV d v f ρ η η = (8)

( )

π

ρ η η τ

4

,A F QV iu HV d v f = (9)

( ) A F Qmep iu HV v f , ρ η η = (10)

dimana ( ) A F = nisbah bahan bakar/udara; = HV Q nilai kalor pembakaran atas

bahan bakar; = f

η efisiensi pembakaran dan =d V volume langkah.

Sistim induksi paksa, baik dengan menggunakan supercharger maupun

turbocharger , masing-masing memiliki keuntungan dan kerugian. Supercharger mampu beroperasi mulai pada putaran idle karena digerakkan secara langsung

mengikuti putaran poros engkol motor. Turbocharger tidak beroperasi pada

putaran idle karena opeasionalnya memanfaatkan tekanan limbah gas buang untuk

menggerakkan turbin kompresornya. Dengan pertimbangan kemampuannya untuk

beroperasi pada putaran rendah dalam percobaan ini digunakan sistim supercharging [2].

Dalam percobaan ini, digunakan supercharger tipe sliding vane dengan

nisbah tekanan maksimum 1,5:1 atau boost pressure 0,5 bar. Untuk meningkatkan

nisbah tekanan, diameter puli supercharger dapat diperkecil, sehingga putarannya

semakin tinggi dan dihasilkan tekanan dorong yang lebih besar.

Akibat sampingan yang tidak dapat dihindari dari aplikasi sistim induksi

paksa adalah meningkatnya temperatur udara karena proses pemampatan,

sehingga menurunkan kerapatan udara yang masuk ke dalam silinder dan

kuantitas oksigen yang masuk silinder lebih rendah. Untuk mengurangi akibat

sampingan yang merugikan ini, ditambahkan perangkat penukar kalor yang



dikenal dengan intercooler ke dalam sistim. Intercooler ditempatkan diantara

keluaran supercharger dan saluran hisap motor. Skema dari sistim beserta

instalasi fluida pendinginnya ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1. Skema sistim induksi paksa beserta instalasi fluida pendinginnya

Supercharger (S) digerakkan dengan memanfaatkan putaran poros engkol motor

(M) melalui mekanisme puli yang dihubungkan dengan puli poros engkol motor

melalui sabuk (belt ). Intercooler udara ke air (I), digunakan untuk mendinginkan

kembali udara yang dimampatkan supercharger sehingga temperatur udara

termampatkan yang masuk ke silinder menjadi lebih rendah. Sebagai fluida

pendingin digunakan campuran air + ethylene glycol, disirkulasikan oleh pompa

air (P) yang beroperasi memanfaatkan putaran poros engkol motor ke radiator

ekstra (RE). Dalam percobaan ini, digunakan intercooler tipe tabung tubular

udara ke air (Gambar 2).

Gambar 2. Intercooler tipe tabung tubular.

Uji prestasi motor dilakukan dengan menggunakan dinamometer rem air

(water brake dynamometer ) pada bangku uji.

Daya keluaran poros motor ke dinamometer dinyatakan dengan:

Watt R F N

P 60

2π = (11)



dimana: P = daya motor (Watt atau BHp), F = pembebanan dinamometer

( Newton), dan R = 0,9549 m = panjang lengan dinamometer. Atau secara

langsung dinyatakan dengan pembacaan terkalibrasi dinamometer:

Hp F N

Kwatt F N

P 746010000

== (12)

Torsi motor dinyatakan dengan:

meter Newton R F −×=τ (13)

Konsumsi bahan bakar spesifik ( specific fuel consumption, sfc), yang

menyatakan kuantitas bahan bakar yang dikonsumsi untuk menghasilkan daya 1

hp selama 1 jam dinyatakan dengan:

( ) jamhp Kg t P m sfc bb −

×

×

= /3600

(14)

dimana P = daya ( Hp), =bbm massa bahan bakar yang dikonsumsi (kg ) dan =t

waktu yang dibutuhkan untuk mengkonsumsi kg mbb bahan bakar.

Efisiensi termal, thη , dinyatakan dengan efisiensi pemanfaatan kalor dari

bahan bakar untuk menghasilkan kerja mekanik. Efisiensi termal dinyatakan

dengan

HV

thQ sfc ×

=67,641

η (15)

dimana sfc = konsumsi bhan bakar spesifik (kg/Hp-jam), = HV Q Nilai kalor

pembakaran (kkal/kg ) yang dihitung dari persamaan:

API Q HV °+= 4016610 Btu/lb (16)

Karena 1 Btu = 1054 J; 1 kal = 4,184 J, dan 1 lb = 0,4536 kg, maka:

kg kal

kg

lb

J

kal

Btu

J

lb

Btu

0963,555

4536,0

1

186,4

1

1

10541

=

×××

Persamaan (16) dapat dituliskan ulang dengan:

( ) kg kkal API Q HV /4016610555,0 °+= (16a)

=° API ( )

5,13160

5,141−

° F SG(16b)

dimana SG = specific gravity bahan bakar pada 60 F. Untuk solar = 815 kg/m3.

Dari persamaan (16a) dan (16b):

kg kkal

Q HV

1,6303

5,131815

5,1414016610555,0

=

−+=

(17)



3. Metodologi Penelitian

Uji performa motor dilakukan dengan menggunakan dinamometer rem air

pada tiga kondisi yang berbeda: konvensional (tanpa supercharger dan

intercooler ); dengan supercharger ; dengan supercharger + intercooler .

Alat dan Bahan

• Motor disel: Isuzu 4-JA-1, injeksi langsung, kapasitas silinder 2499 cm3

dan nisbah kompresi: 18,4 : 1.

• Dinamometer rem air: Zollner/3n19A.

• Supercharger , jenis sliding vane dengan boost pressure 0,5 bar. Merk:

Brambo.

• Intercooler udara-air jenis tabung tubular (pipa galvanis) dengan koil

pendingin pipa tembaga.

• Radiator ekstra dengan dimensi 40 cm 30 cm 3 cm dengan fan

elektrik yang beroperasi secara kontinyu.

• Pompa air eksternal untuk mensirkulasikan air pendingin.

• Pressure gauge untuk mengukur tekanan udara yang akan masuk ke dalam

silinder.

•

2 buah termokopel tipe J, masing-masing untuk mengukur temperatur udara yang akan masuk ke dalam silinder dan termperatur air yang keluar

dari radiator ekstra masuk ke dalam intercooler.

• 2 buah gelas ukur, masing-masing untuk mengukur kuantitas bahan bakar

yang masuk ke dalam pompa bahan bakar dan yang dikembalikan.

• Fluida pendingin: menggunakan larutan aquadest-ethylene glycol dengan

konsentrasi 50 : 50.

• Stowatch, digunakan untuk mengukur waktu yang dibutuhkan guna

mengkonsumsi 50 ml bahan bakar.

Rancang Bangun Intercooler dan sistim pendinginnya.

Dari percobaan pendahuluan dengan perangkat supercharger, diperoleh

temperatur udara maksimum yang keluar dari supercharger dan masuk ke dalam

silinder 117 C. Direncanakan intercooler yang mampu menurunkan

temperatur keluaran supercharger sebesar 30 C. Dimensi intercooler yang

direncanakan ditunjukkan dalam Gambar 3.



Gambar 3. Geometri intercooler tabung tubular.

Untuk menjaga efektivitas intercooler, digunakan radiator ekstra

(memanfaatkan kondensor AC) yang dilengkapi dengan fan dan pompa air

eksternal. Sebagai fluida pendingin digunakan larutan aquades + ethylene glycol dengan konsentrasi 50% dengan tujuan untuk meningkatkan titik didih fluida

pendingin

Pengujian

• Uji performa motor dilakukan di laboratorium Motor Bakar, Jurusan

Teknik Mesin, UK Petra dengan menggunakan dinamometer rem air

(water brake dynamometer ). Susunan peralatan uji ditunjukkan pada

Gambar 4.

• Pengujian untuk kondisi sistim yang berbeda selalu diawali pada kondisi

atmosferik yang kurang lebih sama ( pudara 1,017 bar, t ruang 31 C, dan RH 60%.

• Pengujian dilakukan dengan metode putaran variabel melalui proses

penambahan beban secara bertahap. Diawali pada putaran 3000 RPM

dengan pembebanan bertahap pada interval putaran 200 RPM, sampai

tercapai putaran 1400 RPM.

• Pada tiap tahap pembebanan diperoleh data pengukuran: putaran, N

(RPM), beban, F (Newton), waktu untuk mengkonsumsi 50 ml bahan

bakar pada gelas ukur (sekon), aliran balik bahan bakar (ml), temperatur

dan tekanan udara masuk ke dalam silinder.



Gambar 4. Susunan perangkat pengujian.

4. Hasil dan Pembahasan

Pada Gambar 5 dan 6 ditunjukkan pola yang berbeda antara temperatur dan

tekanan udara yang masuk ke dalam silinder. Temperatur udara yang masuk ke

dalam silinder cenderung lebih rendah pada putaran tinggi (Gambar 5), sedangkan

tekanan cenderung semakin meningkat (Gambar 6). Peningkatan temperatur pada

putaran lebih rendah disebabkan karena meningkatnya friksi internal dengan

bertambahnya beban pada motor. Peningkatan tekanan yang terjadi pada putaran

lebih tinggi disebabkan karena meningkatnya kecepatan pergerakan piston di

dalam silinder. Temperatur udara rata-rata meningkat sebesar 89,86% (dalamkisaran antara 70 C sampai dengan 120 ) dengan penambahan supercharger

pada sistim. Hal ini terutama disebabkan karena meningkatnya tumbukan antar

molekul udara yang merupakan bagian dari proses pemampatan udara. Dengan

menambahkan intercooler ke dalam sistim peningkatan temperatur akibat proses

pemampatan dapat ditekan menjadi 43,37%, atau terjadi penurunan temperatur

udara termampatkan sebesar 46,49%.

Terjadi peningkatan tekanan udara rata-rata sebesar 40,01% akibat proses

pemampatan udara melalui supercharger. Dengan adanya penambahan intercooler

ke dalam sistim, sehingga terjadi penurunan temperatur udara termampatkan,

maka peningkatan tekanan keluaran supercharger turun menjadi 36,55%, atauterjadi penurunan tekanan sebesar 3,46%.

Karena kerugian tekanan akibat pendinginan udara melalui intercooler yang

terjadi relatif kecil (3,46%) dibandingkan penurunan temperaturnya (46,49%),

maka terjadi peningkatan nisbah kerapatan udara termampatkan dengan adanya

penambahan intercooler. Hal ini dapat diartikan bahwa disamping terjadi

peningkatan massa udara (karena proses pemampatan dengan supercharger), juga

terjadi peningkatan kerapatan udara (karena proses pendinginan udara

termampatkan oleh intercooler ). Dengan meningkatnya massa dan kerapatan

udara, semakin banyak jumlah oksigen yang dapat dimanfaatkan untuk

melangsungkan proses pembakaran di dalam ruang bakar.

Pada kurva daya dan torsi Vs putaran (Gambar 7 dan 8) ditunjukkan

terjadi peningkatan daya dan torsi rata-rata pada berbagai tingkat kecepatan

masing-masing sebesar 10,06% dengan menambahkan supercharger pada sistim.

Jika temperatur udara yang masuk kedalam silinder setelah proses pemampatan

diturunkan dengan menambahkan intercooler pada sistim, daya dan torsi rata-rata

pada berbagai tingkat kecepatan dapat ditingkatkan lagi, masing-masing sebesar

19,46% dan 19,02%. Berdasarkan persamaan gas ideal (persamaan 1) yang

menyatakan bahwa massa udara berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding

terbalik dengan temperaturnya, maka dengan meningkatkan tekanan udara

masukan, massa udara yang masuk akan semakin besar dan pada gilirannya akan

meningkatkan kuantitas oksigen yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan



proses pembakaran menjelang akhir langkah kompresi. Pada sisi lain, dengan

meningkatkan tekanan udara masukan serta menurunkan temperatur udara

termampatkan melalui perangkat intercooler akan semakin meningkatkankerapatan udara masukan, dan pada gilirannya akan semakin meningkatkan

derajat pengisian silinder (efisiensi volumetrik). Dengan asumsi variabel-variabel

lain pada persamaan 8 dan 9 konstan, meningkatnya efisiensi volumetrik motor

akan menghasilkan peningkatan daya kuda rem (bhp) dan torsi pada motor.

Disamping itu dengan memampatkan udara yang masuk ke dalam silinder,

periode persiapan pembakaran akan dipersingkat.

Pada kurva konsumsi bahan bakar spesifik Vs putaran (Gambar 9),

ditunjukkan terjadi penurunan konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata sebesar

12,79% dengan penambahan supercharger. Jika temperatur keluaran supercharger

diturunkan dengan perangkat intercooler , konsumsi bahan bakar spesifik rata-rataturun sebesar 19,43%. Hal ini terjadi karena dengan meningkatnya massa dan

kerapatan udara yang masuk ke dalam silinder, semakin banyak oksigen yang

dapat bereaksi dengan bahan bakar untuk berlangsungnya proses pembakaran

sehingga pembakaran dapat berlangsung jauh lebih efisien. Kondisi ini mampu

mereduksi produk hidrokarbon yang tak terbakar pada gas buang, sebagai biang

borosnya konsumsi bahan bakar.

Pada Gambar 10 ditunjukan bahwa dengan memampatkan udara masukan

ke dalam silinder terjadi peningkatan efisiensi termal sebesar 14,86% dengan

penambahan supercharger . Jika intercooler ditambahkan pada sistim, efisiensi

termal dapat ditingkatkan lagi menjadi 23,03%. Efisiensi termal berbanding

terbalik terhadap konsumsi bahan bakar spesifik (persamaan 15). Ini berarti

bahwa semakin rendah konsumsi bahan bakar spesifik, semakin tinggi efisiensi

termalnya. Peningkatan efisiensi termal ini terjadi karena semakin banyak oksigen

yang dapat bereaksi dengan bahan bakar karena adanya proses pemampatan udara

sebelum masuk ke dalam silinder.

T e m p e r a t u r p e n

2 03 04 05 06 0

7 08 09 0

1 0 01 1 01 2 01 3 0

1

4

0

0

1

8

0

0

2

2

0

0

2

6

0

0

3

0

0

0

P u t a r a n

T

e

m

p e

r a

t u

r

( C

)

T - k o n T - s p c h T - s p c

Gambar 5. Kurva temperatur pengisian Vs Putaran.



T e k a n a n p e n g

0 . 7 5

0 . 8 5

0 . 9 5

1 . 0 5

1 . 1 5

1 . 2 5

1 . 3 5

1 . 4 5

1 . 5 5

1

4

0

0

1

8

0

0

2

2

0

0

2

6

0

0

3

0

0

0

P u t a r a n

T

e

k

a

n

a

n

( b

a

r )

P - k o n v P - s p c h P - s p c

Gambar 6. Kurva tekanan pengisian Vs putaran.

D a y a V s

1 01 2 . 5

1 5

1 7 . 52 0

2 2 . 52 5

2 7 . 53 0

3 2 . 53 5

3 7 . 54 0

4 2 . 54 5

4 7 . 55 0

1

4

0

0

1

6

0

0

1

8

0

0

2

0

0

0

2

2

0

0

2

4

0

0

2

6

0

0

2

8

0

0

3

0

0

0

P u t a r a n

D

a

y

a

( b

h

p

)

K o n v + S p r + S p r +

Gambar 7. Kurva Daya Vs Putaran

T o r s i V s

2 03 2 . 5

4 55 7 . 5

7 08 2 . 5

9 51 0 7 . 5

1 2 01 3 2 . 5

1 4 5

1 5 7 . 51 7 0

1 8 2 . 5

1

4

0

0

1

6

0

0

1

8

0

0

2

0

0

0

2

2

0

0

2

4

0

0

2

6

0

0

2

8

0

0

3

0

0

0

P u t a r a n

T

o

r s

i

( N

- m

)

K o n v . + S p r c h .+ S p r c h

Gambar 8. Kurva Torsi Vs Putaran



S f c V s

0 . 0 5

0 . 0 7 5

0 . 1

0 . 1 2 5

0 . 1 5

0 . 1 7 5

0 . 2

0 . 2 2 5

0 . 2 5

0 . 2 7 5

0 . 3

1

4

0

0

1

6

0

0

1

8

0

0

2

0

0

0

2

2

0

0

2

4

0

0

2

6

0

0

2

8

0

0

3

0

0

0

P u t a r a n

S

f c

( K

g

/ H

p

- j a

m

)


Gambar 9. Kurva konsumsi bahan bakar spesifik Vs putaran.

E f f . t e r m a l

2 02 2 . 5

2 52 7 . 5

3 03 2 . 5

3 53 7 . 5

4 04 2 . 5

4 54 7 . 5

1

4

0

0

1

6

0

0

1

8

0

0

2

0

0

0

2

2

0

0

2

4

0

0

2

6

0

0

2

8

0

0

3

0

0

0

P u t a r a n

E

f f .

T

h

e

r m

a

l

( %

)


Gambar 10. Kurva efisiensi termal Vs putaran.



5. Kesimpulan

• Hasil rancang bangun intercooler serta instalasi sistim pendinginnya

cukup efektif untuk menurunkan temperatur udara termampatkan sehingga

mampu meningkatkan kinerja motor yang menggunakan sistim forceinduction.

• Penggunaan supercharger tanpa intercooler , meningkatkan temperatur

udara rata-rata sebesar 89,86% walaupun dihasilkan peningkatan tekanan

udara masuk rata-rata 40,01%

• Dengan penambahan intercooler , peningkatan temperatur udara rata-rata

dapat ditekan menjadi 43,37%. Walaupun tekanan udara hasil

pemampatan turun menjadi 36,55%, tetapi masih cukup efektif untuk

meningkatkan kinerja motor secara keseluruhan.• Tanpa intercooler , rata-rata terjadi peningkatan daya keluaran poros, torsi

dan efisiensi termal masing-masing sebesar 10,06%, 10,06% dan 14,86%,

sedangkan penurunan rata-rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar

12,79%.

• Dengan penambahan intercooler, rata-rata terjadi peningkatan daya

keluaran poros, torsi dan efisiensi termal masing-masing sebesar 19,46%,

19,02% dan 23,03%, sedangkan penurunan rata-rata konsumsi bahan

bakar spesifik sebesar 19,43%.

SaranKarena penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium, perlu dipikirkan

penempatan perangkat supercharger dan instalasi sistim pendinginnya di

dalam ruang kompartemen mesin agar tidak terpengaruh udara panas di

kompartemen mesin.

Daftar Pustaka

5. Arismunandar, W., Motor Disel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta,

1989

6. Chan Fen, L., “Pengaruh Penggunaan Supercarjer pada Motor Disel Isuzu

Type 4-JA1”, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

Surabaya, 2004.

7. Heizler, H., Advanced Engine Technology, Edward Arnold, 1996.

8. Heywood, J.B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill

Book Co, 1989.

9. Obert, F.O., Internal Combustion Engines and Air Pollution, Harper & Row

Publishers, 1973.

10. Pulkrabek, W.W.,Engineering Fundamentals of the Internal Combustion

Engines, Second edition. Pearson Prentice-Hall, 2004.

11. Taylor, C.F., The Internal Combustion Engine in Theory and Practice,

Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1977.



MOTOR DIESEL

Energi dalam bentuk apapun selalu diperlukan. Misalnya kereta api uap yang

mendapatkan energinya dengan membakar batu bara / kayu (sekarang

menggunakan bahan bakar diesel atau listrik). Banyak biaya yang digunakan

untuk memenuhi kebutuhan energi. Pencarian sumber energi baru dan usaha

meningkatkan efisiensi terus dilakukan. Penggunaan energi harus konsisten

dengan hukum alam yaitu Termodinamika yang merupakan hukum dasar

sehubungan dengan Panas dan Kerja

Dalam termo, benda yang menjadi fokus perhatian disebut sistem, sedang yang

lainnya di sekitarnya disebut lingkungan (surrounding). Sistem dipisahkan dari

lingkungan oleh Boundary (dinding pembatas). Boundary yang memungkinkan

adanya aliran panas disebut Diathermal Boundary Boundary yang tidak

memungkinkan adanya aliran panas disebut Adiabatik Boundary

supply energi yang kita miliki adalah : Perpindahan panas (heat) (misal :

pembakaran bahan bakar carbon), sedang yang diperlukan adalah energi mekanik.

Maka diperlukan alat yang menyerap panas dari suatu sumber dan

mengkonversikannya menjadi energi mekanik yang disebut: Mesin Panas (Heat

Engine).

Proses yang berlangsung dalam suatu mesin panas adalah proses siklus, berartiU2=U1—-> Q = W

[panas(heat) netto masuk ke engine = kerja netto oleh engine]

Dalam diagram P-V, proses siklus digambarkan : kurva tertutup,

W= luasan kurva,

jika arah kurva: searah jarum jam (C.W), nilai W:+ ;

jika arah kurva C.C.W, nilai W:-

Persamaannya adalah :



Transformasi energi dalam mesin panas: panas QH disupply ke mesin oleh res.

panas (Hot Res), mesin mengkonversi panas Qh menjadi kerja W tetapi ada

sebagian panas yang hilang Qc ke Cold Reservoir

1. Siklus MesinOtto (mesin 4 – langkah)

Udara dan bensin masuk ke silinder melalui Valve Intake saat piston turun

(langkah hisap), volume bertambah dari Vmin ke Vmax (rasio kompresi ‘R’ =

Vmax/Vmin)

Pada akhir langkah hisap, Valve Intake tertutup dan campuran (udara + bensin)

dikompresi selama langkah kompresi hingga Vmin. Kemudian campuran terbakar

oleh adanya nyala api busi dan membuat gas berekspansi ke Vmax mendorong

piston dan melakukan kerja langka kerja. Akhirnya, Valve Exhaust terbuka dan

sisa pembakaran

ke luar selama langkah pembuangan dan proses terulang kembali — proses siklus.

untuk mengukur tekanan dalam combustion chamber dan volume-nya selama 4-

langkah secara keseluruhan, anda akan mendapat diagram seperti gambar 6 (p-V

diagram). Diagram tersebut mewakili setiap keadaan gas didalam chamber

Keterangan :

TDC : Top Dead Center / titik mati atas

BDC : Bottom Dead Center / titik mati bawah

IT : Ignition Temperatur / temperatur bakar

Konstruksi Mesin Otto

Pada mesin otto ruang bakarnya dilengkapi dengan busi yang berfungsi sebagai

pembakar mula campuran bahan bakar yang telah mencapai ta\ekanan yang pas

untuk mengalami pembakar. Sebuah mesin otto dilengkapi dengan sebuah



karburator. Karburator ini berfungsi untuk mengatur percampuran antar bahan

bakar dengan uadar kemudian menyemprotkan hasil campuran tersebut kedalam

ruang bakar.

Cara Kerja Mesin Otto (4 – Langkah)

1. Intake Stroke

Pada langkah ini piston bergerak kebawah silinder dan tekanan akan jatuh

(tekanan negatif). Katup masuk (Intake Valve) terbuka. Karena tekanannya yang

rendah campuran udara dan bahan bakar terhisap kedalam silinder.

2. Compression Stroke

Pada titik mati bawah (TMB), silinder berada pada volume maksimum dan katup

masuk (intake valve) tertutup. Sekarang piston bergerak kearah atas, menuju titik

mati atas (TMA) dan mengkompresi campuran udara dan bahan bakar. Tekanan

meningkat dan volume berkurang. Kerja yang diperlukan untuk mengkompresi

meningkatkan energi dalam campuran – dan temperaturnya meningkat. Karena

cepatnya pengkompresian, maka hanya sebagian kecil energi yang ditransfer ke

lingkungan.



3. Power Stroke

Gaya yang dihasilkan menghantarkan piston kebawah menuju crank shaft (katup-

katup tertutup). Volume meningkat dan tekanan menurun. Tidak ada lagi energi

yang ditambahkan dan karena peristiwa ini, energi dalam dari gas meningkat

seiring dengan meningkatnya temperatur.

4. Exhaust StrokeGb : 9 Exhaust Stroke

Pada BDC (titik mati bawah), katup pembuangan gas (exhaust valve) terbuka dan

piston bergerak keatas silinder. Tekanan jatuh mendekati tekanan luar dari silinder

karena katup pembuangan gas terbuka. Gas buang meninggalkan silinder. Volume

berkurang.

Siklus Mesin Diesel

Mesin diesel adalah mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang

beroperasi dengan menggunakan minyak berat sebagai bahan bakar dengan suatu

prinsip bahan bakar tersebut disemprotkan (diinjeksikan) kedalam silinder yang

didalamnya sudah terdapat udara dengan tekanan dan suhu yang cukup tinggi

sehingga bahan bakar tersebut secara spontan terbakar. Pada mesin diesel ukuran

kecil yang dipergunakan secara umum banyak digunakan diameter silinder antara



60 mm (untuk 2 PS dsb) sampai diameter 120 mm. Amat sulit untuk

memproduksi mesin diesel daya tidak lebih dari 1 PS atau I kW. Hal ini tidak

sama dengan mesin gasoline (mesin otto). Hal ini disebabkan terutama karena jumlah bahan bakar yang disemprotkan tidak dapat dikurangi sampai sekecil-

kecilnya ditambah lagi suhu udara yang ditekan naiknya sangat kecil dalam

silinder yang isinya kecil.

Mesin diesel mempunyai > mesin Otto, karena R>(T pembakaran lebih tinggi).

Cara kerja sama seperti mesin bensin, beda utamanya adalah: selama langkah

kompresi, tidak ada bahan bakar dalam silinder. Pada awal langkah kerja, bahan

bakar diinjeksikan ke silinder dengan cepat — bahan bakar terbakar secara

spontan karena T yang tinggi saat kompresi Adiabatik (tidak diperlukan busi).

Konstruksi Mesin Diesel

Dalam konstruksi mesin diesel, proses awal pembakaran tidak melibatkan initial

ignition source atau sumber awal pembakaran yang berupa busi atau yang lainnya.

Pada mesin diesel proses pembakarannya terjadi secara sendirinya (self ignition)

akibat adanya penambahan tekanan. Namun mesin diesel dilengkapi dengansebuah injektor yang berfungsi untuk menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar

agar bahan bakar masuk keruang bakar dalam bentuk kabut sehinga mudah sekali

terbakar.



• Cara Kerja Mesin Diesel

• Pada proses intake udara dihisap oleh gerakan piston dari 1 ke 2 yaitu piston

yang bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah (BDC).Siklus Aktual MesinDiesel

• Setelah udara dihisap maka udara di kompresikan secara isentropik dari 2 ke 3,

hingga mencapai titik mati atasnya (TDC). Pada keadaan ini udara telah mencapai

temperatur bakar bahan bakar sehingga bahan bakar akan mengalami proses 3 ke

4 yaitu ignition pada saat bahan bakar baru di injeksikan. Pada saat bahan bakar

diinjeksikan secara konstan maka secara otamatis piston akan mundur secara

perlahan-lahan agar tekana didalamnya tidak berubah.

• Setelah itu bahan bakar bercampur dengan uadara maka seketika itu terjadilah

combusion (pembakaran) karena udara didalam telah mencapai temperatur bakar

dari bahan bakar.

• Bahan bakar tebakar sehingga menyebabkan piston bergerak mundur akibatledakan yang timbul dari proses pembakaran bahan bakar. Piston mundur dari 4

ke 5 secara isentropik.

• Kemudian piston bergerak maju kembali dari BDC ke TDC untuk melakukan

pembuangan dari hasil pembkaran bahan bakar tadi, proses ini dinamakan exhaust

yaitu dari titik 5 ke 6. Proses tersebut terus berulang sesuai dengan urutan yang

ada pada siklus. Dimana siklusnya merupakan siklus yang tertutup.

KESIMPULAN

No MOTOR OTTO MOTOR DIESEL1 Mesinnya lebih ringan Mesinnya lebih Berat

2 Mengahasilkan hasil lebih besar pada rpm yang tinggi Sebaliknya

3 Memakai bahan bakar yang lebih banyak Memakai nahan bakar yang lebih

sedikit sekitar 72 % dari pemakain minimum motor bensin

4 Lebih ringan dibanding motor diesel pada volume yang sama Dalam

kenyataannya bahwa solar lebih berat 11 % dan mempunyai kalori 9 % lebih

tinggi dari bensin pada volume yang sama

5 Getaran dan suaranya lebih halus Getaran dan suara yang berisik pada beban

yang rendah

6 Motor otto bekerja tenang pada beban rendah disamping pemakaian bahan bakar

dan udara yang sedikit. Akibatnya tekanan sevara keseluruhan rendah dan proses pembakaran berjalan lambat Kebalikan daripada ini adalah Motor Diesel yang

selalu diisi penuh dengan udara dan tekanan sangat tinggi sekalipun pada beban

kecil. Karena itu tekanan naik dengan tiba – tiba karena penyalaan spontan. Hal

ini menyebabkan kerja motor diesel tidak halus.

7 Mesin otto siklusnya memiliki proses dua isentropik dan dan dua isokhorik.

Mesin diesel siklusnya bekerja pada dua isentropik, satu ishokorik, dan satu

isobarik.

motor pembakaran dalam

Documents