praktikum motor bakar 2015

PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2015

LABORATORIUM MOTOR BAKAR

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Praktikum merupakan salah satu komponen yang penting dalam proses belajar

mengajar di perguruan tinggi. Tujuan kegiatan praktikum terutama untuk memberikan

pemahaman yang lebih mendalam kepada para mahasiswa terhadap teori yang telah

diberikan dalam proses perkuliahan dikelas. Bentuknya biasanya berupa kegiatan di

laboratorium dimana para mahasiswa melakukan percobaan untuk mempraktekkan

suatu teori atau karakteristik tertentu dari materi kuliah yang telah diberikan.

Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian.

Walaupun keduanya sama-sama 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 objek 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 menggunakan instalasi percobaan seperti model fisik dari

objeknya 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



2

engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine) dan

motor diesel (compression ignition engine).

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :

1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performance characteristic )

dari motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang

dilakukan oleh mahasiswa yaitu :

a. Karakteristik kinerja antara daya indikatif (Ni), daya efektif, dan daya mekanik

terhadap putaran.

b. Karakteristik kinerja antara torsi terhadap putaran

c. Karakteristik kinerja antara Mean Effective Pressure (MEP) terhadap putaran.

d. Karakteristik kinerja antara Spesific Fuel Consumption (SFC) terhadap putaran.

e. Karakteristik kinerja antara efisiensi (ηi,ηe,ηv) terhadap putaran.

f. Karakteristik kinerja antara kandungan CO, CO2, O2, H2O dan N2 dalam gas

buang terhadap putaran.

g. Keseimbangan panas terhadap putaran.

2. Evaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya

dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian 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 karbon monoksida



3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Motor Bakar

Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah

energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi) . Pada dasarnya mesin kalor

(Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:

a. External Combustion Engine

Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan lain untuk

menghasilkan media yang dapat digunakan untuk menimbulkan daya seperti turbin

uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan daya berasal dari proses lain yang

terjadi di boiler, di boiler tersebut air dipanaskan sehingga menghasilkan uap

(superheated steam) dan kemudian uap ini dikirim ke turbin uap untuk menghasilkan

daya.

b. Internal Combustion Engine

Merupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya yang

terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara digunakan

langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang menggunakan piston seperti

gasoline engine, diesel engine, dan mesin dengan turbin penggerak (turbin gas).

2.1.1. Pengertian Motor Bakar

Motor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak.

Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang

bergerak translasi bolak balik. Di dalam 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 mengakibatkan gerak rotasi

pada poros engkol dan sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak

dibedakan menjadi 2, yaitu 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:



4

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 2.1.

Gambar 2.1 : Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 LangkahSumber : Britannica (2013)



5

B. Motor Bakar 2 Langkah

Pada 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 tinggi maka motor bakar

2 langkah cocok untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.

Gambar 2.2 : Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 LangkahSumber : Beamerguide (2010)

a) Langkah Torak dari TMA ke TMB

Sebelum 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.



6

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.

2.2 Siklus Termodinamika Motor Bakar

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.

2.2.1 Siklus Otto

Siklus standar udara pada motor bensin disebut Siklus Otto, berasal dari nama

penemunya, yaitu Nicholas Otto seorang Jerman pada tahun 1876. Diagram P – V dari

Siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2.3 : Diagram Siklus Otto IdealSumber : Cengel, (1994 : 457)



7

Langkah kerja dari Siklus Otto terdiri dari :

1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)

2. Langkah penambahan panas pada volume konstan (2-3)

3. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)

4. Langkah pembuangan panas secara isokhorik (4-1)

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

diperlukan karena fluida kerja udara tetap berada didalam silinder. Apabila tekanan gas

dan volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi torak dapat diuraikan maka

dapat digambarkan siklus aktual motor bensin yang bentuknya seperti ditunjukkan pada

gambar.

Gambar 2.4 Siklus Aktual OttoSumber : Cengel, (1994 : 457)

Langkah siklus motor bensin aktual terdiri dari

1. Langkah Kompresi

2. Langkah pembakaran bahan bakar dan langkah ekspansi

3. Langkah pembuangan

4. Langkah isap

2.2.2 Siklus Diesel

Pada tahun 1890 di Jerman Rudolph Diesel merencanakan sebuah motor dengan

menkompresikan udara sampai mencapai temperatur nyala dari bahan bakar, kemudian

bahan bakar diinjeksikan dengan laju penyemprotan sedemikian rupa sehingga

dihasilkan proses pembakaran pada tekanan konstan. Penyalaan terhadap bahan bakar



8

diakibatkan oleh satu kompresi dan bukan oleh penyalaan busi seperti halnya motor

cetus api (S.I Engine)

Gambar 2.5 : Diagram P-V dan T-S siklus dieselSumber : Cengel, (1994 : 464)

Langkah siklus ini terdiri dari :

1. Langkah isap (0-1) secara isobarik

2. Langkah kompresi (1-2) secara isentropik

3. Langkah pemasukan kalor (2-3) secara isobarik

4. Langkah kerja (3-4) secara isentropik

5. Langkah pelepasan kalor secara isokhorik (4-1)

6. Langkah buang (1-0) secara isobarik

2.2.3 Siklus Trinkler

Siklus trinkler merupakan gabungan antara siklus otto dengan siklus diesel. Pada

siklus ini pemasukan kalor sebagian pada volume konstan seperti dalam siklus otto, dan

sebagian lagi pada tekanan konstan dalam siklus diesel. Kombinasi demikian

merupakan gambaran yang lebih baik pada motor-motor pembakaran dalam modern.



9

Gambar 2.6 : Diagram P-V dan T-S Siklus TrinklerSumber : Cengel, (1994 : 466)

Langkah kerja siklus 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)

2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor Bakar

Karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk – bentuk

hubungan antara indikator kerja sebagai variabel terikat dengan indikator

operasionalnya 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

kinerja suatu motor bakar diantaranya adalah:

1. Daya Indikatif (Ni)

Daya yang dihasilkan dari reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara yang

terjadi di ruang bakar.



10

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

Vd : volume langkah = (m³)

D : diameter silinder (m)

L : panjang langkah torak (m)

n : putaran mesin (rpm)

z : jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus

untuk 4 langkah z = 2, dan untuk 2 langkah z = 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

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.

Nf = Ni – Ne

dimana Ni : Daya Indikatif

Ne : Daya efektif

Nf : Daya mekanis

4. Tekanan Efektif Rata Rata (MEP)

Tekanan rata-rata di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan menghasilkan daya

efektif Ne. Data MEP digunakan untuk mengetahui apakah proses kompresi yang

terjadi masih cukup baik, atau untuk mengetahui adanya kebocoran dari dalam silinder.

MEP = Pe = 0,45 . Neo . z (kg/cm²)



11

Vd . n .i

5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :

a. Efisiensi Termal Indikatif

b. Efisiensi Termal Efektif

c. Efisiensi Mekanis

d. Efisiensi Volumetrik

6. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi bahan 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 :

1) Putaran kerja mesin (rpm)

2) Beban mesin / Daya efektifnya (Ne) 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



12

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 Mean Efektif Pressure (MEP)

4) Putaran terhadap spesific fuel consumption (SFC)

5) Putaran terhadap efisiensi (i , e , m , v)

6) Putaran terhadap komposisi CO2, CO , O2 , dan N2 dalam gas buang

7) Putaran terhadap keseimbangan panas

8) Putaran terhadap fuel consumption

Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum

sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.

2.4 Karakteristik Kinerja Motor Diesel

a. Grafik hubungan Putaran dengan Daya Poros dan Fuel Consumption.

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 dibutuhkannya momen putar tinggi pada awal putaran poros

kemudian terjadi sifat kelembaman sehingga menurun pada putaran tertentu.



13

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Daya Poros dengan PutaranSumber : Arismunandar, (1975 : 61)

b. Grafik Hubungan antara Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran

Dari grafik 2.7 terlihat bahwa 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 dikarenakan konsumsi bahan bakar yang cenderung

tinggi karena diperlukan daya yang besar untuk penggerak awal mesin. Pada

putaran setelah titik optimum, grafik mengalami kenaikan. Hal ini dikarenakan

pembakaran kurang sempurna sehingga daya mengalami penurunan, inilah yang

menyebabkan SCF meningkat. Selain itu dengan naiknya putaran maka daya yang

dibutuhkan semakin besar

c. Grafik Daya Poros terhadap Putaran

Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi nilai putaran maka daya poros

mengalami peningkatan sampai mencapai titik maksimum (titik dimana putaran

poros lebih rendah daripada putaran dimana daya indikatornya maksimum),

kenaikkan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat dari daya

indikasi yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar semakin besar akibat

putaran yang terus bertambah. Kemudian mengalami penurunan pada putaran

yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan antara piston dengan

silinder dalam ruang bakar, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan

pompa bahan bakar, generator, pompa air, katup,dsb. Dapat disimpulkan bahwa

semakin besar putaran menyebabkan gesekan yang terjadi juga besar, sehingga

beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh

pada daya efektif.



14

b. Grafik hubungan antara momen putar (torsi), daya poros, dan MEP

Gambar 2.8 : Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEPSumber : Maleev, (1985).

a. Grafik Antara Daya Efektif dan Putaran

Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran, maka daya efektifnya akan

mencapai nilai maksimum dengan kata lain daya efektifnya berbanding lurus

dengan putaran. Tetapi setelah mencapai titik maksimumnya, nilainya akan

menurun. Nilai daya efektif merupakan pengurangan nilai daya indikasi dengan

daya mekanis.

b. Grafik Antara Daya Mekanis dan Putaran

Pada grafik terlihat semain tinggi putaran maka daya mekanis cenderung

meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya

efektif.

c. Grafik Hubungan Mean Efective Pressure dengan Putaran

Pada grafik hubungan putaran dengan MEP terlihat bahwa grafik mengalami

kenaikan seiring dengan kenaikan putaran. Tetapi setelah mencapai titik ultimate,

harga tekanan efetif rata-rata mengalami penurunan.

d. Grafik Hubungan Daya Indikasi dengan Putaran



15

Pada grafik hubungan daya indikasi dengan putaran terlihat bahwa kurva

yang awalnya naik setelah mencapi titik tertentu kurva tersebut akan cenderung

menurun. Dikarenakan semakin cepat putaran maka daya yang hilang akibat

gesekan juga semain besar sehingga menyebabkan penurunan daya indikasi.

c. Grafik Hubungan Efisiensi dengan Putaran

Gambar 2.9 Grafik Hubungan Efisiensi dan PutaranSumber : N. Pertovsky, (1987)

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 2.10 : Orsat apparatus



16

Sumber : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya

Pada gambar di atas masing – masing tabung berisi :

(I). Tabung pengukur pertama berisi larutan CuCl2

(II). Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalik

(III). Tabung ketiga berisi larutan KOH

2.6 Diagram Sankey

Gambar 2.11 : Diagram SankeySumber : Arismunandar, (1975 : 29)

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 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



17

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

Teknolohi Motor Bakar Terbaru yang akan dibahas dalam sub-bab berikut

adalah Idling Stop System (ISS).

2.7.1 Definisi

ISS adalah singkatan dari Idling Stop System yang berarti sistem berhenti

berjalan. Teknologi Idling Stop System (ISS) adalah teknologi yang dirancang untuk

mengurangi emisi dan konsumsi bahan bakar saat kondisi diam. ISS akan mematikan

secara otomatis dan menyalakan mesin kembali hanya dengan memutar sedikit tuas gas.

Dengan penggunaan teknologi ini maka ketika sepeda motor dalam kondisi aktif

berhenti selama 3 detik maka mesin akan mati secara otomatis. Pada saat tuas gas

diputar maka mesin akan otomatis menyala. Hal ini akan menmbuat konsumsi bahan

bakar lebih efisien.

Gambar 2.12 Cara Kerja Idling Stop SystemSumber : Anonymous 1 (2015)

2.7.2 Prinsip Kerja



18

Aktifkan dulu switch idling stop. Lalu nyalakan mesin dan jalankan motor.

Motor dianggap telah berjalan dan digunakan bila memenuhi dua syarat yaitu suhu

mesin sudah mencapai 60 derajat dan sudah mencapai kecepatan 10 km/jam.

Setelahnya, VS sensor dan ECT sensor akan memberikan sinyal ke ECM untuk

bersiaga, sehingga ketika motor berhenti lebih dari 3 detik, mesin akan langsung mati.

Ketika mesin mati ditandai dengan nyala indikator pada spidometer. Dalam

proses ini posisi piston juga akan melakukan swing back atau kembali dalam kondisi

tidak melakukan kompresi. Tujuannya supaya tidak ada beban yang terlalu berat saat

mesin menyala kembali.

Ketika mesin akan dinyalakan, saatnya TP sensor yang pegang peranan. Ketika

selongsong gas diputar, TP sensor memberikan sinyal ke ECM untuk memerintahkan

mesin agar menyala kembali. Jadi tidak perlu tekan tombol stater lagi, cukup dengan

memutar gas saja.

Salah satu komponen lagi yang wajib ada pada idling stop system adalah ACG

starter, perangkat starter yang sekaligus menjadi altenator. Pada ACG starter tidak ada

lagi dinamo starter konvensional dan mekanisme gigi penggeraknya, sehingga proses

menyalakan mesin jadi lebih halus dan mudah.

2.7.3 Kekurangan dan kelebihan

Untuk kelebihan dan kekurangan teknologi ISS adalah sebagai berikut :

1. Kelebihan teknologi ISS

- Membuat bahan bakar menjadi lebih irit

- Tidak menggunakan starter kovensional dan

mekanisme gigi penggerak, sehingga proses menyalakan mesin jadi lebih halus

dan mudah

- Steknologi ISS sangat mudah digunakan

2. Kekurangan teknologi ISS

- Sistem hanya mau berfungsi ketika mesin minimal

bersuhu 60 derajat celsius

- Sistem hanya mau berfungsi ketika mesin setelah

mencapai kecepatan minimal 10km/jam

- Dapat memperpendek umur baterai jika

pemakaian tidak sesuai prosedur



19

2.7.4 Aplikasi

Teknologi ISS idling stop system sekarang masih hanya di gunakan pada motor-

motor matic pabrikaan dari honda seperti motor vario 125, vario 150 dan beat POP.



20

BAB III

METEDOLOGI PERCOBAAN

3.1 Waktu dan Tempat

Waktu : 24 – 03 - 2015

Jam : 15.00 WIB

Tempat : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya

3.2 Pelaksanaan Praktikum

3.2.1 Instalasi Percobaaan Motor Bakar

Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (test rig) lengkap,

yang terdiri dari :

Instalasi Percobaan Motor Diesel

Kedua instalasi percobaan tersebut merupakan rangkaian lengkap yang dapat

digunakan untuk keperluan praktikum maupun penelitian

Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian.

Instrumen pengukur berbagai variabel yang diperlukan (alat ukur

kelembaban, hygrometer, aeorometer, orsat apparatus).

Peralatan bantu seperti instalasi air pendingin dan penyaluran gas buang.

Unit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, 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



21

o Negara pembuat : Jepang

Gambar 3.1 : Skema Instalasi Motor DieselSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

3.2.2 Alat Ukur dan Fungsinya

Alat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut :

a. Orsat apparatus

Digunakan untuk mengukur dan menganalisa gas buang

Gambar 3.2 Orsat apparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya



22

b. Barometer

Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer (mmHg)

Gambar 3.3 BarometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

c. Aerometer

Digunakan untuk mengukur massa jenis bahan bakar (kg/m3)

Gambar 3.4 AerometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

d. Flash Point

Digunakan untuk mengetahui titik nyala api suatu bahan bakar (oC)

Gambar 3.5 Flash PointSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya



23

e. Diesel Engine Test Bed

Digunakan untuk mengetahui parameter-parameter yang menunjukkan

karakteristik motor bakar.

Gambar 3.6 Diesel Engine Test BedSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

f. Stopwatch

Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar (s)

Gambar 3.7 StopwatchSumber : Anonymous 2 (2015)

g. Hygrometer

Digunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara (oC)

Gambar 3.8 HygrometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

http://guides.machienescience.org/ile.php/29/1P/stopwatch.gif



24

h. Dynamometer

Digunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros

Gambar 3.9 DynamometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

i. Tachometer

Digunakan untuk menghitung putaran mesin (rpm)

Gambar 3.10 TachometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

j. Flowmeter air pendinginan

Digunakan untuk mengukur debit aliran air pendinginan

Gambar 3.11 Flowmeter air pendinginanSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya



25

k. Flowmeter Bahan Bakar

Digunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml)

Gambar 3.12 Flowmeter bahan bakarSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

l. Manometer

Digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam sistem

Gambar 3.13 ManometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

m. Viscometer

Digunakan untuk mengukur viskositas fluida

Gambar 3.14 ViscometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya



26

n. Bomb calorimeter

Digunakan untuk mengetahui kalor bahan bakar

Gambar 3.15 Bomb CalorimeterSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

3.3 Prosedur Pengambilan Data Praktikum

Setiap kelompok praktikum melaksanakan sendiri semua proses pengujian dan

pengambilan data yang diperlukan untuk memenuhi tujuan praktikum di atas. Dalam

melaksanakan proses pengujian tersebut, mahasiswa harus mengikuti semua aturan dan

tata tertib yang berlaku di laboratorium dan mengikuti semua petunjuk asisten

laboratorium yang bertugas.

Metode percobaan dengan variasi putaran, parameter yang diukur adalah :

1. Gaya Pengereman

2. Tekanan Masuk Nozzle

3. Perbedaan Tekanan Masuk dan Keluar Nozzle

4. Suhu Udara

5. Suhu Gas Buang

6. Suhu Air Masuk dan Air keluar

7. Debit Bahan Bakar

8. Volume Gas Buang

9. Volume Gas Hasil Pembakaran

10. Tekanan Udara



27

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

dynamometer.

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 dynamometer 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 yang diinginkan dengan membaca throttle

valve indicator (%)

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

sampai mendapatkan putaran yang diinginkan.

c. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang

diperlukan.



28

3.3.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus

Gambar 3.12 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin 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.



29

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

Adapun rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan

adalah sebagai berikut :

1. Momen Torsi

(kg.m), dimana : F : besar gaya putar (kg)

l : panjang lengan dynamometer (m)

2. Daya Efektif

(PS), dimana : n : putaran (rpm)

3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS

(PS)

dimana : ;

4. Tekanan Efektif rata-rata ( Pe )

Pe = [ Kg/cm ]

5. Fuel Consumption

// [ Kg/jam ] ; ρ solar = 0,835 gr/mL

6. Panas Hasil Pembakaran

( )

7. Berat Jenis udara

dimana : Pa = Tekanan atmosfer pengukuran (mmHg)

Ps = Tekanan udara standard pada temperatur tertentu (mmHg)



30

= Relative Humidity / Kelembapan Relatif (%)

o = Berat jenis udara kering pada 760 mmHg

= Temperatur bola kering(oC)

8. Koefisien Udara

9. Aliran Udara melalui nozzle

(kg/s)

dimana : α = koefisien kemiringan nozzle = 0,822

γa = berat jenis udara pada kondisi ruangan saat pengujian

10. Debit Aliran gas buang

(kg/s)

11. Panas yang terbawa gas buang

(kcal/jam)

12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold

13. Kerugian Panas Pendinginan

(kcal/jam)

dimana : Ww = debit air pendinginan

Cpw = panas jenis air = 1 kcal/jam

Two = temperatur air keluar (oC)

Twi = temperatur air masuk (oC)

14. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water

15. Efisiensi Thermal Efektif

16. Efisiensi Friction



31

17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar

(PS)

18. Daya Friction

19. Daya Indikasi

20. Spesific Fuel Consumption Efektif

21. Spesific Fuel Consumption Indikasi

22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif

23. Panas yang hilang karena sebab lain

24. Efisiensi Thermal Indikasi

25. Efisiensi Mekanis

26. Efisiensi Volumetrik

27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar

28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis



32

29. Faktor Kelebihan Udara

30. Faktor Koreksi Standard

=

Dimana : Pst = 760 mmHg tst = 25 ˚C

P = tekanan udara atsmosfer ; t = temperatur ruangan

31. Daya Efektif Standard

32. Torsi Efektif Standard

33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard

34. Analisa Gas Buang

Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut:

% CO = x 100%

% O2 = x 100%

% CO2 = x 100%

% N2 = x 100%

praktikum motor bakar 2015

Documents