ANALISA PENGARUH BEDA SUDUT PENGAPIAN DAN BEBAN POROSTERHADAP UNJUK KERJA PADA MESIN BENSIN 4 TAK

PurnomoDosen Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin ITATS Surabaya.

purnomoitats@yahoo.comEfrita AZ

Dosen Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin ITATS Surabaya.purnomoitats@yahoo.com

Edi SuryantoDosen Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin ITATS Surabaya.

purnomoitats@yahoo.com

ABSTRAKPada motor bakar dengan bahan bakar bensin, konversi energi yang terjadi dari pembakaran bahan bakar 100 %akan dihasilkan daya output tidak lebih dari 30% saja. Hal ini disebabkan oleh banyaknya kerugian kerugian yangterjadi selama proses berlangsung.. Sehingga diperlukan suatu perencanaan yang cermat untuk mendapatkan sistemkinerja mesin yang sesuai sehingga dapat memperbaiki unjuk kerja mesin. Parameter unjuk kerja mesin disini yangditeliti efisiensi bahan bakar , daya motor, konsumsi bahan bakar spesifik, dan torsi dengan cara merubah variasisudut pengapian adalah 8, 9,dan 10 dengan beban poros yang berbeda yaitu mulai 0,5 kg, 1 kg, dan 1,5 kg padamesin bensin 4 tak. Uii coba dilakukan di Laboratorium motor bakar Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya.Penelitian menggunakan mesin roda empat dengan cara memberi beban poros dan sudut pengapian yang berbeda.Ternyata dari hasil penelitian dapat disimpulkan dengan sudut pengapian 8 terjadi kenaikan efisiensi bahan bakarrata rata 2.5 %, sudut pengapian 9 kenaikan effisiensi bahan bakar rata-rata 3,2 %, dan sudut pengapian 12kenaikan effisiensi bahan bakar rata-rata 4,3 %, dari hasil perubahan analisa tersebut akan mempengaruhi unjukkerja mesin terutama pada mesin 4 tak. Hal ini terlihat pada putaran semakin tinggi akan terjadi peningkataneffisiensi bahan bakar 3,3%. Sedangkan unjuk kerja yang lain seperti torsi dan daya yang terjadi semakin baikKATA KUNCIMotor bakar, sudut pengapian, unjuk kerja

1. PendahuluanPada motor bakar dengan bahan bakar bensin (C8 H18), konversi energi yang terjadi dari pembakaran bahan bakar100% akan dihasilkan daya output tidak lebih dari 30% saja . Hal ini disebabkan oleh banyaknya kerugian kerugian yang terjadi selama proses berlangsung, kerugian kerugian itu antara lain disebabkan oleh kerugianpanas, kerugian mekanis, kerugian karena kurang sempurnanya pembakaran dan kerugian kerugian yang lain.Dalam motor bensin bahan bakar bensin dicampur dengan udara selama langkah pengisian berlangsung, alatpencampur tersebut dinamakan karburator. Kemudian campuran bahan bakar dan udara tersebut dihisap ke dalamruang bakar selama proses pengisian berlangsung. Untuk itu didalam silinder terdapat piston yang dapat bergeraktranslasi (bolak balik). Piston mengkompresi campuran udara dan bahan bakar sampai mencapai temperatur dantekanan tinggi, pada akhir langkah kompresi campuran tersebut dinyalakan dengan letikkan api listrik yang berasaldari busi. Maka terjadilah pembakaran campuran tersebut sehingga menyebabkan tekanan naik dan mendesak kesegala arah, yang mengakibatkan piston bergerak ke arah poros engkolnya. Gerak translasi dari piston akanmenghasilkan gerak rotasi pada poros engkol dengan perantara batang torak. Pada salah satu ujung poros engkoldipasang sebuah roda penerus yang berfungsi menyimpan tenaga yang diperlukan untuk meneruskan dan meratakanputaran ketika mesin tidak menghasilkan usaha mekanis pada piston. Agar putaran tetap berlangsung, dibuat deretanproses yang selalu berulang kembali mengikuti proses yang sama (Aris Munandar,1999)

Persiapan Mesin yang akandiuji

Menghidupkan mesindengan putaran ideal

Proses pembakaran di dalam motor bensin terjadi secara periodik. Sebelum teerjadi proses pembakaran berikutnya,terlebih dahulu gas pembakaran yang sudah tidak dapat dipergunakan harus dikeluarkan dari dalam silinder. Padamotor empat langkah didalam siklus kerjanya mengalami empat proses yaitu1. Langkah hisap.Dalam langkah ini campuran udara dan bensin dihisap kedalam silender. Katup hisap terbuka sedangkan katupbuang tertutup. Waktu torak bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuranudara dan bensin ke dalam silinder disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure)

2. Langkah Kompresi.Dalam langkah ini, campuran udara dan bensin dokompresikan. Katup isap dan katup buang tertutup. Waktu torakmulai naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) campuran yang di hisap tidak dikompresikan.Akibatnya tekanan dan temperaturnya menjadi naik, sehingga akan mudah terbakar. Poros engkol berputar satukali , ketika torak mencapai titik mati atas.

3. Langkah Usaha.Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Sesaat sebeltorak mencapai titikmati atas pada saat langkah kompresi, busi memberi loncatan api pada campuranyang telah dikompresikan.Dengan terjadinya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak kebawah.Usaha ini yang menjadi tenaga mesin (engine power

4. Langkah Buang.Dalam langkah ini, gas yang terbakar dibuang dari dalam silinder. Katup buang terbuka, torak bergerak dari TMBke TMA, mendorong gas bekas keluar dari silinder. Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untukpersiapan berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus terdiridari 4 langkah hisap , kompresi, usaha, buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin 4 langkah. (Djati NurSuhud, 1987)

Gambar 1. Langkah Torak Gambar. 2. Siklus Otto Dalam P V diagram

2. Metode PenelitianSecara ringkas langkah-langkah penelitian ini dapat dilihat pada bagan alir sebagai berikut

Mulai

Percobaan dengan mesin 4 takdengan variasi sudut : 8, 9, dan 10

Beban Poros : 0,5, 1, dan 1,5 kg

A

Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

Gambar 4. Diagram Alir Penelitian (lanjutan)

1. Mesin mesin :Mesin bensin 4 tak Data Engine.- Merk : Toyota Automotive Petrol

Engine 4 Strokes.- Cylinder : 6 in-line OHV, 3878 cc- Stroke & Bore : 101,6 mm x 90 mm- Power : 155 Hp/4000 rpm.- Compression Ratio : 7,8 : 1

A

A

Kesimpulan

Analisa data :1. Tenaga2. Torsi3. Tek Efektif Rata4. Efisiensi Thermis5. Pemakaian bahan

bakar spesifik

Data hasil pengujian

2. Peralatan lain : Dynamometer,Tachometer, Gelas ukur, Stop watch,Timbangan.

3. Hasil dan PembahasanDari hasil perhitungan didapatkan untuk sudut pengapian 0,7, 0,9, dan 0,12 dan beban poros 0,5 sampai 1,5 kgdidapatkan waktu, daya, B mep, efisiensi thermis, pemakaian bahan bakarBeberapa parameter yang digunakan untuk mengetahui unjuk kerja mesin, antara lain:1. Tenaga.Tenaga adalah kerja persatuan waktu , apabila dinyatakan dalam tenaga kuda (HP) maka :

N = xPRn2 (HP) ..(1)

Dimana :N = Daya engine (hp)P = beban (kg)R = Panjang lengan (m)n = putaran poros (rpm)x = factor konversi= 75 x 60 hp

dtmkg /

2. Torsi.Torsi adalah ukuran kemampuan engine untuk menghasilkan kerja sedangkan tenaga / daya seperti dinyatakandiatas adalah kerja persatuan waktu . Torsi pada motor bensin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

T = P x R ..(2)Dimana :T = Torsi (kg.m)P = beban ( kg )R = Jarak lengan dynamometer (m).3. Tekanan Efektif Rata Rata.Tekanan efektif rata rata poros atau Bmep (Brake Mean Efektif Pressure) di definisikan sebagai tekanan tetapteoritis yang bisa dibayangkan bisa bekerja selama langkah kerja dari motor untuk menghasilkan tenaga (tenagaporos) Kadarisman, 2003

Bmep = ALniNZ4500 ( kg.m2) ..(3)

Dimana :N = Tenaga kuda poros (hp)A = Luasan penampang

torak (m2)L = Langkah panjang Torak (m)i = Jumlah silindern = Putaran engine (rpm)Z = 1 untuk meisn 2 langkah

2 untuk meisn 4 langkah.4. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik.

Pemakaian bahan bakar spesifik adalah suatu pernyataan yang menyatakan sejumlah bahan bakar yangdikonsumsi engine untuk menghasilkan tenaga 1 daya kuda selama 1 jam.Apabila dalam pengujian diperoleh data mengenai penggunaan bahan bakar (m kg) dalam waktu (t) menit dantenaga yang sihasilkan sebesar N hp, maka untuk pemakaian bahan bakar perjamnya adalah :

B = t3600 (kg / jam) ..(4)

Dan pemakaian bahan spesifiknya :Sfc = tN

m..3600 (kg /hp jam)..(5)

Dimana :m = Berat bahan bakar

= volume x BjBj (bensin) = 0,75 x 10-3 kg / ccBj (Solar) = 0,83 x 10-3 kg / cc

t = waktu pemakaian bahan bakar5. Efisiensi ThermisEfisiensi thermis didefinikan sebagai efisiensi pemanfaatan panas dari bahan bakar untuk dirubah menjadi tenagamekanis (poros) , efisiensi thermis dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut

th = iberikanPanasyangdTenaga x 100 % .(6)

th = QSfc.632 (7)

Dimana :Q = Nilai kalor bawah.= 10300 Kcal/kg ( untuk bensin)= 9500 Kcal / kg ( untuk solar )

Analisa Data Dan KesimpulanBerdasarkan dari data pengujian akhir unjuk kerja mesin dapat hitung :Contoh perhitungan pengujian variasi sudut pengapian dan standart tanpa beban pada :- Putaran 1500 rpm,- Penambahan Beban 0,5 kg- Torsi = 2,55 kg m- R panjang lengan = 0,85 m- Waktu = 12,31 detik- Daya engine = 0,84 hp

4. Tabel Hasil Pengujian dan Perhitungan DataTabel 1. Sudut pengapian Terhadap putaran, Waktu, Catu bahan bakar.

Sudut(o)

Beban(kg)

Put(rpm)

Waktu(detik)

Catubahan bakar

(cc)0,7

0,5 1420 13,21 201 1200 13,24 201,5 1040 14,07 20

0,90,5 1000 15,07 201 920 15,19 201,5 860 15,81 20

0,120,5 800 16,10 201 720 16,24 201,5 630 16,75 20

Tabel 2. Sudut pengapian Terhadap Torsi, Effisiensi Thermis,BmepSudut(o)

Beban(kg)

Torsi(kgm)

EfisiensiThermis (%)

Bmep(kgm2)

0,70,5 2,55 45 1141 3,4 42 114,51,5 6,8 43 115

0,90,5 10,2 32 1251 11,2 30 1281,5 12,75 29 130

0,120,5 13,25 27 1321 14,65 25 1371,5 15,20 20 139

Gambar 5. Sudut pengapian 0,7 fungsi beban terhadap Putaran (rpm)

Gambar 6.Sudut pengapian 0,9 fungsi beban terhadap Putaran (rpm)

0200400600800

1000120014001600

0,5 1 1,5

Putar

an (r

pm)

Beban (kg)

750

800

850

900

950

1000

1050

0,5 1 1,5

Putar

an (rpm

)

Beban (kg)

0100200300400500600700800900

0,5 1 1,5

Putar

an (rpm

)

Beban (kg)

Gambar 7. Sudut Pengapian0,12fungsi beban terhadap Putaran (rpm)

Gambar 8. Hubungan Putaran dan Torsi Dengan Sudut Pengapian 0,7

Gambar 9. Hubungan Putaran dan Torsi Dengan Sudut Pengapian 0,9

0200400600800

1000120014001600

0 1 2 3 4 5 6 7Pu

taran

(rpm

)Torsi

840860880900920940960980

10001020

9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5

Putar

an (r

pm)

Torsi

Gambar10 Hubungan Putaran dan Torsi Dengan Sudut Pengapian 0,12

Gambar 11. Hubungan beban dan putaran

Gambar 12. Hubungan Beban dan Torsi

5. PenutupDari hasil pengujian dan analisa hasil pengujian diperoleh suatu kesimpulan yaitu :Untuk motor bensin 4 tak pada variasi sudut pengapian dan beban poros yang berbeda didapatkan putaranmenurun akibat penambahan beban yang berbeda dengan sudut yang berbeda pula daya motor maximum = 2,24 hp ,untuk Torsi max = 15,20 kg.m, untuk kenaikan effisiensi bahan bakar rata-rata 4,3 %, Tekanan efektif rata rata (Bmep) didapat 135 kg/m2, dan efisiensi thermal maximum = 45 %Dari data yang diperoleh bahwa penambahan beban akan mempengaruhi unjuk kerja mesin terutama mesin 4 takHal ini terlihat pada putaran semakin tinggi akan terjadi peningkatan effisiensi bahan bakar 3,3%. Sedangkan unjukkerja yang lain seperti torsi dan daya yang terjadi semakin baik

Daftar Pustaka.

0200400600800

1000120014001600

0 0.5 1 1.5 2

Putar

an (rpm

)

Beban (kg)

Sudut Pengapian 0,7

Sudut Pengapian 0,9

Sudut Pengapian 0,12

02468

101214161820

0 0.5 1 1.5 2

Torsi

(kgm

)

Beban (kg)

Sudut Pengapian 0,7Sudut Pengapian 0,9Sudut Pengapian 0,12

0100200300400500600700800900

12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5

Putar

an (r

pm)

Torsi

[1] Aris Munandar, W, Motor Bakar Torak, Duta Graha , Jakarta, 1988.[2] Djati Nursuhud Prof,Ir, MSME, Mesin Mesin Konversi Energi, ITS. Surabaya. 1987[3] Incropera , Pp, And Dewit, A.P, Introduction to Heat Transfer, second Edition, Toronto, 1990[4] Kadarisman, Ir. Petunjuk Praktikum Motor Bakar, Laboratorium Motor Bakar, ITATS, Surabaya.[5] Martin W. Stockel Industrial Education Consultant[6] Gatut Priyo Utomo, Ir, MSc. Jurnal Profesi Teknik Mesin, Untag.Surabaya, 2003