LAPORAN PENELITIAN

STUDI PEMANFAATAN NIKEL ALLOY

DAN GRAY CAST IRON UNTUK SILINDER

MOTORBAKAR

Oleh:

Ir. I Dewa Gede Putra Swastika, M. Erg

NIP. 195511221988031003

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2018

ABSTRAK

Silinder adalah merupakan bagian utama motor bakar. Untuk memperoleh

silinder yang kuat dan tahan terhadap temperatur dan tekanan, maka dipandang perlu

untuk mengetahui karakteristik dari material silinder tersebut. Penelitian dilakukan

dengan material nikel alloy dan gray cast iron pada kondisi kerja yang sama. Selanjutnya

diuji karakteristik dari masing-masing material.

Dari hasil pengujian material nikel alloy mempunyai karakteristik lebih baik

dari gray cast iron.

Kata kunci: Silinder, Nikel Alloy, Gray Cast Iron.

1

KATA PENGANTAR

Puji Syukur Penulis Panjatkan Kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul

Dalam penyusunan laporan penelitian ini penulis banyak mendapat bimbingan,

petunjuk: dan saran dari berbagai pihak, untuk: itu penulis mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2. Ketua Laboratorium Motor Bakar Program Studi Teknik Mesin beserta teknisi.

3. Rekan-rekan sejawat yang telah memberikan bantuannya.

Penulis menyadari laporan penelitian ini masih jauh dari sempurna, karenanya

penuliss mengharapkan segala saran dan koreksi dari pembaca guna lebih

menyempumakan laporan ini. Mudah-mudahan penelitian ini dapat memberikan

manfaat.

Penulis.

11

"STUDI PEMANFAATAN NIKEL ALLOY DAN GRAY CAST IRON UNTUK

SILINDER MOTORBAKAR" tepat pada waktunya.

DAFTARISI

ABSTRAK i

ii KATA PENGANTRAR

iii DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Rumusan Masalah 2

1. 3. Tujuan Penelitian 2

1. 4. Manfaat Penelitian 2

1.5. Metodologi 2

II. TINJAUANPUSTAKA 3

7 III. PEMBAHASAN DAN HASIL

3.1. Spesifikasi Mesin dan Parameter Thermodinamika 7

3.2. Perencanaan Silinder Gray Cast Iron 10

3.3. Perencanaan Silinder Nike! Alloy 13

3 .4. Perubahan Temperatur pada Silinder 16

3.5. Perubahan Dimensi Silinder Nikel 19

3.6. Pengaruh Pemuaian Terhadap Daya Mesin 20

3.7. Rekapitulasi Hasil Perhitungan 22

IV KESIMPULAN 23

DAFTAR PUSTAKA 24

ll1

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang.

Dewasa ini industri otomotif di Indonesia mengalami perkembangan yang pesat.

�-

Hal ini ditunjang oleh penguasaan teknologi yang tinggi serta didukung oleh adanya

material komponen-komponen mesin yang memadai.

Pada motor bakar komponen-komponen yang langsung dikenai beban mekanis

dan termis yang tinggi akibat pembakaran bahan bakar dan udara adalah komponen

dari ruang bakar, seperti silinder. Akibatnya material dari komponen ruang bakar

akan mengalami :

Pemuaian akibat perubahan tempertaur gas pembakaran, sehingga dimensi

dari ruang bakar akan berubah. Perubahan ini akan menyebabkan daya

efektif mesin berubah.

Tegangan akibat tekanan tinggi dari gas pembakaran.

Tegangan termal yang disebabkan perbedaan temperatur permukaan sebelah

dalam dengan permukaan sebelah luar dari silinder linier. Oleh karena hal di

atas, material dari komponen tersebut harus mempunyai sifat tahan terhadap

temperatur (heat resistent) yang tinggi agar dapat bekerja tanpa mengurangi

kemampuan mekanis dan tahan terhadap pemuaian.

Dalam industri otomotif pemilihan material sangatlah penting karena akan

menentukan kemampuan dan ketahahan (kehandalan) dari mesin. Oleh

karenanya perlu diadakan penelitian mengenai karakteristik material tersebut.

Pada penelitian ini akan dianalisis dua jenis material silinder yaitu grey cast iron

alloy dan nickel alloy pada kondisi kerja yang sama dari motor bensin 100 cc

dengan tiga silinder berpendingin air.

2

1.2. Rumusan Masalah

Dari uraian di atas akan timbul permasalahan, apakah silinder dengan jenis

material yang berbeda pada kondisi kerja yang sama akan berpengaruh terhadap

kehandalan mesin, daya mesin, dan umur pakai.

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat/karakteristik material silinder

motor bakar.

1.4. Manfaat Penelitian.

Penelitian ini bermanfaat untuk dapat memilih material yang paling sesuai untuk

silinder ruang bakar dengan mempertimbangkan umur pakai dan kehandalan mesin.

1.5. Metodologi

Metode yang dipergunakan dalam penerlitian ini adalah pengambilan data dari

pengamatan di lapangan dan studi literatur.

11 T1NJAUAN

PUSTAKA

Kostruksi silinder terdiri dari silinder liner dan silinder head. Silinder

dibedakan dalam pemakaiannya menjadi silinder berpendingin air dan silinder

berpendingin udara. Antara silinder liner dan silinder head dihubungkan dengan baut

penguat sehingga akan memudahkan perawatan. Dalam perencanaan silinder motor

bakar, material yang dipergunakan harus mempunyai sifat antara lain : koefisien

·/

muai liner rendah, kekuatan mekanis yang tinggi, tahan terhadap temperatur tingggi

dan tahan aus.

Analisis termodinamika dari silinder motor bakar adalah mengikuti siklus

otto yang terdiri dari proses kompresi dan ekspansi isentropis serta proses

pembakaran dan pembuangan gas terjadi pada volume konstan. Pada siklus ini

parameter-parameter termodinamika yang terjadi dapat digunakan untuk menghitung

kerja mekanis. Analisis perhitungan siklus otto teoritis biasanya didasarkan pada

pengidealan sistem dengan mengambil asumsi-asumsi. Ada dua penyebab beban

mekanis yang perlu dipertimbangkan yaitu tegangan akibat adanya perbedaan

temperatur pada silinder (thermal stress) dan tegangan akibat tekanan gas

pembakaran dalam motor bakar terjadi pada saat tekanan maksimum yaitu pada

proses pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang mengakibatkan tegangan

pada silinder liner sebesar :

_p((I-u)d;+(I-u)d�)( .) (di

2 - do

zJ S - psi

dimana : p = tekanan maiksimum

u = Poisson ratio

4

di = diameter dalam

do= diameter luar

Sedangkan termal stres terjadi akibat perbedaan temperatur silinder liner bagian

dalam dengan slinder liner bagian luar. Akibat perbedaan temperatur tersebut akan

menyebabkan material memuai sebesar :

1 = a.Lat

dimana : L = panjang mula-mula

a = koefisien muai liner

lit = perubahan temperatur

Terlihat bahwa perpanjangan material berbanding lurus terhadap perubahan

temperatur, dimana pada silinder liner tidak akan bebas berekspansi karena ujung

atasnya dipasang kaku hingga silinder linier dikenai beban tegangan sepanjang til

yang besar tiap satuannya dapat dihitung berdasarkan hukum Hook :

S = E.1 = Ea.At

Dimana : S = tegangan yang terjadi persatuan panjang

E = modulus elastisitas Young

Behan mekanis pada silinder head

Silinder head dikenai beban mekanis akibat dari tekanan gas dan gaya

pengemcangan dari baut silinder sebesar :

2

Fd = 1 3Pz 1t.Dd · 10

2

Newton ' 4

dimana : Pz = tekanan maksimum gas (Mpa)

Dd = diameter sealing groove (cm)

Gaya Fd ini akan mengakibatkan momen bending pada silinder head dan momen ini

menimbulkan tegangan tarik dan tegangan tekan.

5

Daya tahan material.

cr� .Ni = kons tan

a1 = tegangan batas yang diijinkan

m = eksponen kurva ketahanan material

Ni = banyaknya siklus tegangan

Neq = ( arfar. Nbase

a, = tegangan fatigue

a = tegangan maksimum

Nbase = banyaknya siklus tegangan yang dapat ditahan material

Sedangkan, Neq = HU

H = umur pakai

U = siklus tegangan yang bekerja pada material tiap detik

=n/2

H � (; r Nbise detik

n = putaran mesin tiap detik

Aliran panas pada motor bakar.

Berdasarkan panas yang mengalir pada bagian-bagian motor bakar tergantung

pada koefisien perpindahan panas dan perbedaan temperatur yang terjadi. Proses

perpindahan panas dari gas ke komponen ruang bakar dapat dihitung dengan rumus :

yg = �p.T.f(m) Kcal/m/hr" c

yg = koefisien perpindahan panas ke silinder

p = tekanan yang terjadi (ata)

T = temperatur (Oc)

6

F(m) = faktor kecepatan piston

Perpindahan panas dari dinding dalam ke dinding luar silinder.

1

k = b 1

-+D

Y Yw k = koefisien perpindahan panas rata-rata

b = tebal silinder

y = koefisien konduktivitas silinder

Y w = koefisien perpindahan panas dari silinder ke air pendingin

= 300 + 1 soorw KcaVm2hr. O

c

W = kecepatan air pensingin

ID. PEMBAHASAN

Dalam penelitian ini akan dibahas dua jenis material silinder, yakni gray cast

iron dan nickel alloy pada kondisi kerja yang sarna. Gray cast iron mengandung

unsur-unsur :

Carbon : 3,25 % Sulfur : 0,10 %

Nickel : 1,75 % Silikon : 2,25 %

Mangan : 0,65 % Chrome : 0,65 %

Phospor : 0,15 % Fe : sisanya

Nickel alloy mengandung unsur-unsur:

: 80% Fe :6% Ni

Cr : 14 %

Gray cast iron mempunyai sifat tahan aus, tahan korosi serta tahan terhadap panas.

Sedangkan unsur nickel pada nickel alloy mempunyai sifat menambah kekerasan,

kekuatan dan toughness tanpa mengurangi keuletan karena nickel memperbaiki

butiran, kehomogenan dan mengurangi chil pada paduan sehingga tahan terhadap

panas dan korosi.

3.1. Spesifikasi Mesin dan Parameter Termodinamika.

Data diambil dari motor bensin dengan kapasitas mesin 1000 cc, 3 silinder

berpendingin air.

Data-data yang diperoleh :

: 77 mm Diameter torak

: 9,3 Perbandingan kompresi (e)

Kecepatan air pendingin :1,5 /dt

8

Temperatur gas sisa (Tres) : 900°c

- Bahan bakar yang dipakai : Jenis A-93 Petrol

- Temperatur udara luar (To) : 288°:K

- Tekanan udara luar (Po) : 1 atm. Abs

Dimensi pokok engine

Kapasitas engine (i.Vh) = 1000.000.mm3

= 1000 cc -

- Volume langkah tiap silinder (Vh)

Vh= i.Vh/i i=3

= 1000.000/3 = 333333,33 mnr'

- Panjang langkah torak (S)

S = 4. Vhln D2

= 4. 333333,33/3,14. (77)2 = 71,5 mm

Perbandingan langkah SJD= 71,5/77 = 0,9286 -

- Kecepatan rata-rata Vp dengan putaran poros engkol

N = 5. 000 rpm adalah :

Vp = nD. n / 6.000 = 3,14. 77. 5000/6000 = 11,39 m/dt

- Tekanan mekanik (Pmech)

Pmech = A + B . Vh untuk SJD = I

Didapat: A= 0,04 B = 0,0135

Pmech = 0,04 + 0,0135. 11,39 = -,194 Mpa

Parameter Termodinamika.

Dengan memakai unsuper charging engine: Pin= >Po dan Tin= To. Perbandingan

yang diijinkan : Py= (0,8 -0,9) Po

Tekanan proses pengisian

Py= 0,85 Po= 0,85 _ 0,1 = 0,085 Mpa

9

Temperatur proses pengisian

Ty= 310-350°K diambil 337°K

Proses kompresi.

Untuk bahan bakar jenis A-93Petrol didapat n = 1,3.

Tekanan akhir kompresi Pc

Pc= Py. en1

= 0,085. (9,3/'3

= 1,5 Mpa

Temperatur akhir kompresi (Tc)

Tc= Ty. enl-l = 337. (9,3)1' - = 658 °K 3 1

Proses pembakaran

d-, = 1 maka temperatur pembakaran yang diijinkan Tc =658 °K

Tz = 2400°C = 2673°K

Tekanan akhir pembakaran (Pz)

Pz = µ.Tz.Pc

Tc

µ= 1,05

= 1,05. 263. 1,5/658 = 6,4 Mpa

Proses Ekspansi

Tekanan akhir ekspansi (Pb)

n2 =1,27

= 6,4/(9,3)1 27 = 6,377 MPa

'

Temperatur akhir ekspnsi (Tb)

Tb= Pv'en2-l = 2673/(9,3)1-27- = 1463,89°:K. 1

Tekanan indikasi rata-rata teoritis (Pid) untuk mesin 1000 CC dengan tiga silinder

diperoleh 2 = 4,3.

1

--'A (1--1 Pt.d=P.-c;" ) --1 ( l--1

Enl-1

) = 1,107Mpa <'-1 n2 -1 tn2-l tnl-1

10

µ = 0,92----0,97 Pi=µ. Pid

Pi= 0,97. 1,107 = 1,074 Mpa

Pef= Pi-Pmech = 1,074- 0,194 = 0,87986 Mpa

3.2. Perencanaan Cylinder Gray Cast Iron

Data-data silinder gray cast iron diperoleh sebagai berikut :

Spesifik het (k) = 0, 13 Btu/lb°F

= 13.106

psi Modulus of elasticity (E)

= 6,6.10-Q/°F Coefisien of linier expansion (a)

= 0,27 Poisson ratio (µ)

Tensile strength (ot) = 40.000 psi

Compression strength ( ac) = 65.000 psi

Fatigue strength ( of) = 25.000 psi

Tekanan maksimum (P) =6,4Mpa

Diameter silinder (D) = 77 mm= 3,0315 in

Tebal silinder b � D/15 = 77/15 = 0,25 in

Tegangan pada silinder liner.

Tegangan akibat tekanan gas pembakaran pada silinder liner.

do= di +2b = 3,0315 + 2. 0,25 = 3,5315 in

S = 42,930 MN/m2

Tegangan pada silinder liner bagian luar.

S = a.E(Ti- To XI- m/3 X7,03 l.10-3) MN/m 2

2(1-µ)

11

m =do/di-I= 3,5315/3,0315-1 = 0,1649

Ti-To= 100°F

So= 39,461 MN/m2

Tegangan pada silinder liner pada bagian dalam

3 S = a.E(Ti -To XI+ m/3X7,031.10- ) =

43 5898MM/ m2

2(1-0,27) '

- Tegangan total yang terjadi pada silinder (Sd)

Sd = S +Si= 42,930 + 43,5898 = 86,5198 MN/m2

- Besamya faktor keamanan n = at/Sd

n = 40.000 psi/85,5198 Mn/m2

= 281,2268/85,5198 = 3,2054 (memenuhi n>2)

Umur pakai (H) -

H = [ crf Jrn. Nbase

Sd U

of= 25.000 psi= 175,7716 MN/m2

m = eksponen kurva ketahanan material = 6

Nbase = 107

u = n/2 = 41,65 detik

6

175 7716 H = [ • ] .�detik = 19352 94 iam

86,5198 41,65 ' J

Tegangan pada silinder head.

Data-data:

Tegangan tarik total yang diijinkan Sd = 6000 psi = 42,1852 MN/m2

- Diameter sealing groove Dd = 97, 7 mm

- Jarak antara pusat baut dengan pusat silinder head

a= Dd/2 = 97,7/2 = 48,85 mm

12

Tebal silinder:

h = 0,31D1 Pmak(2 54.10-2)

Sd '

6 4 (2,54.10-

2)=9,39mm =0,31.3,0315 '

42,1852

Panjang silinder head (1) dengan diameter baut 12,7 mm adalah 97,7 + 12,7 -

= 110,4 mm

Gaya pengencang baut silinder pada silinder head :

772 2

Fd = 1,3.Pmak 1tDd 102

= 1,3.6, 3 14 9

, .102 = 62373,965N ' · 4 4

- Momen bending yang terjadi :

Msum = Fd.(D - a.1t) 102

= 62373,965.(77 - 4,885.3,14) 102

= NM 7591

' 2.1t 2.3,14

- Momen inersia polar silinder head ;

J =Ix+ Iy = bh + hb = 11,04.(0,939 f + 0,939.(11,04 f = 106

cm2

3 3

12 12 12 12

L 1 = L2 = h/2, maka tegangan tarik pada silinder head bagian atas sama

dengan tegangan tekan pada bagian bawah yang besamya,

o1 = oc = Msum. Ll/J

= 759,1 . 0,4695 / 106 = 3,36 :rvfN/m2

Tegangan tarik dan tekan akibat temperatur pada silinder head

ott - otc - a.E.AT/ 2(1 - µ) - l,1 &. JO-'t 1398

' )77. JOO - 86,l 76MN / m' 21-0,27

- Tegangan total yang terjadi

osum = ac + etc = 3,36 + 86,176 = 89,536 MN/m2

13

Faktor keamanan

n = ot/osum = 281,227/89,536 = 3,141 (memenuhi syarat n>2)

Umur pakai

H = [�Jm· Nbase = [175,7716] �

6

= 14712jam osum u 89,536 41,65

3.3. Perencanaan Silinder Nickel Alloy

Data-data silinder ickel alloy diperoleh sebagai berikut

Spesifik het (k) = 0,109 kal/gr°F

= 31.106

psi

= 3,4.10-6/°F

- Modulus of elasticity (E)

Coefisien of linier expansion (a)

- Poisson ratio (µ) =0,3

Tensile strength ( at) = 42.000 psi

Compression strength (rrc) = 61.000 psi

- F atigue strength ( of) = 31.000 psi

Tekanan maksimum (P) =6,4 Mpa

Diameter silinder (D) =77mm

= 5 I 133

. 10-J

b = 0,2 in

Tebal silinder b � D/15 = 77/15 m

Tegangan pada silinder liner.

Tegangan akibat tekanan gas pembakaran pada silinder liner.

do= di +2b = 3,0315 + 2. 0,2 = 3,464 in

S = 51,1965 MN/m2

14

Tegangan akibat temperatur gas pembakaran pada silinder liner bagian luar.

3 S = a.E(Ti - To XI - m/3 X7,031.10- ) MN/m2

2(1- µ)

m =do/di-I= 0,1429

Ti-To= 100°F

So = 50,41 MN/m2

- Tegangan akibat temperatur pada silinder liner pada bagian dalam S _ a.E(Ti - To XI+ m/3 X7,031.10-

3)

2(1- µ) -

= 3,4.10-6.31.106

.(100 X1+0,142913 X7,031.10-3) =

2(1-0,30)

MN m2 55 45 I

'

Tegangan total yang terjadi pada silinder liner (Sd)

Sd =Si+ So= 55,45 +50,41 =106,6465 MN/m2

- Faktor keamanan n = ot/Sd = 295,29/106,6465 = 2,769 (memenuhi n>2)

Umur pakai (H)

H = [of]m. Nbase

Sd u

u = n/2 = 41,65 detik

8 224 981

H = [ · ] .�detik = 26163.l"am J 106.6465 41,65

- Tegangan pada silinder head.

Data-data:

Tegangan tarik total yang diijinkan Sd = 6500 psi= 45,7 MN/m2

Diameter sealing groove (Dd) = 97,7 mm

-

-

- Jarak antara pusat baut dengan pusat silinder

15

a= Dd/2 = 97,7/2 = 48,85 mm

- Tebal silinder:

h = o,3 lD � (2,s4.10-2

)

= 0,31..:",,0315

928,243 (2,54.10

-2) = 9,021.10

-3 mm

6500

Panjang silinder head dengan diameter baut 12,7 mm -

I= 97,7 + 12,7 = 110,4 mm

- Gaya pengencang baut silinder head :

2 772

, Fd=l,3.Pz 1tDd 102 =1,3.6,4

3 l 4 9

, . .100=62373,965N 4 4

- Momen bending yang terjadi :

2 2 NM

= 75 9 1

'

Fd.(D-a.n:).10-

2.TC

62373,965.(77-4,85.3,14)10-

2.3,14 Msum= =

- Momen inersia polar silinder head ;

3 3

J = Ix+Iy = bh + hb = 11,04.(0,902)3 + 0,902.(11,04)3 = 101817

cm4

' 12 12 12 12

L 1 = L2 = h/2, tegangan tarik pada silinder head bagian atas sama dengan

tegangan tekan pada bagian bawah yang besamya,

at= ac = Msum. Ll/J

= 759,1 . 0,4695 / 101,817 = 3,5 MN/m2

- Tegangan tarik dan tekan akibat temperatur pada silinder head

6' 6 10 21795 83

ott = otc = a.E.t\T / 2(1- µ) = · -\ \ .1 00 = 86 I 76MN /m' 2 1- 0,30 '

Tegangan yang terjadi pada silinder head:

rrsum =(JC+ ate= 3,5 + 102,75 = 106,25 MN/m2

16

Faktor keamanan

n = rrt/osum = 295,282/106,25 = 2,779 (memenuhi syarat n>2)

Umurpakai

H = [�]m· Nbase = [217,95]8 J!_ = 21133,48jam u 106,25 41,65 osum

3.4. Perubahan Temperatur Pada Silinder

Perubahan dimensi yang diakibatkan keausan dan pemuaian adalah

bersumber dari adanya panas gas. Untuk mengetahui besar pemuaian yang terjadi,

perlu diketahui temperatur pada silinder liner, sedangkan pada silinder head tidak

diperhitungkan karena tidak mempengaruhi dimensi ruang bakar.

Temperatur yang diperhitungkan adalah temperatur akhir kompresi dan

temperatur akhir pembakaran.

Koefisien perpindahan panas dari gas pembakaran ke silinder liner pada

akhir proses kompresi.

ogl = �Pc.Tc.f (m)

Pc= 1,5 MPa = 15 ata

Tc= 658 °K =385°C

F(m) = faktor kecepatan piston

=5,5

cgl = J15.385.5,5 = 178,2204kkal/ rrr'hr'?c

Koefisien perpindahan panas dari silinder liner ke air pendingin.

wl = 300 + 1800J;;

w = kecepatan air pendingin

= 1,5 m/dt

17

wl = 300 + 1800J[j

= 2504,54 Kkal/m2hr2°c

- Koefisien perpindahan panas gas ke silinder liner pada akhir proses

pembakaran.

Pc= 6,4 Mpa = 64 ata

Tc= 2673°K = 2400°C

F(m) = 5,5

Jadi:

crg2 = �Pc.Tc.f(m)

= �64.2400.5,5

= 919,130 Kkal/m2hr2°c

- Koefisien perpindahan panas rata-rata silinder gray cast iron

kl=---0

b/Al + 1/ crw

1

6,35.1000/30 + 1/2504,54

= 1636,8 Kkal/m2W0

c

- Koefisien perpindahan panas rata-rata silinder nickel alloy 1

k2=-- -0

b/A2 +1/crw

1

5,5.1000/29 + 1/2504,5

= 1697,98 KkaVm2hr

20c

18

Temperatur silinder liner gray cast iron

- Temperatur akhir kompresi

Tl= crgl.Tc + kl.Tw

ogl + kl

178,2204.385 + 1636,8.87

=-------- 178,2204 + 1636,8

= 116,2612 °C

= 389,2612 °K

- Temperatur akhir pembakaran

T = crg2.T2.kl.Tw 2

crg2 + kl

919,130.2400.1636,8.87

919,130 + 1636,8 =

= 936,3768 °C

= 1209,3768 °K

- Temperatur akhir kompresi

T = crgl.Tc + k2.Tw 3

ogl + k2

178,2204.385 + 1697,98.87

178,2204 + 1697,98

=

= 85 1704 °C I

= 358, 1704 °K

- Temperatur akhir pembakaran.

T 4

= crg2.Tz + k2.Tw

crg2+ k2

919,130.2400 + 1697,98.87

919,130 + 1697,98 =

19

= 8899,3264 °C

= 1172,3264 °K

3.5. Perubahan Dimensi Silinder Liner

Pada silinder liner yang perlu diperhitungkan adalah dimensi luas

penampang, dimana silinder dianggap pejal dan pemuaian ke arah memanjang tidak

diperhitungkan karena tidak mempemgaruhi dimensi ruang bakar.

A' =Ao (I - L\t)2

a2

sangat kecil � 0

A' = V,i n D2 (1 + 2 a At)

A' = V,i n D'2

= V,i n D2

(1 + 2 a L\t)

D'2

= D2

(1 + 2 a At)

D'= D,J(/ + 2al\t)

dimana:

A'= luas penampang silinder pejal setelah pemuaian.

Ao = luas penampang silinder pejal sebelum pemuaian.

D' = diameter silinder pejal setelah pemuaian.

D = diameter silinder pejal sebelum pemuaian.

a= koefisien muai linier = 1,2 . 10-5

untuk gray cast iron

= 6,6 . 106

untuk nickel alloy

perubahan simensi silinder liner gray iron

D'= J(I + 2al\t) L\t = T2-Tl

= 77�(1 + 2. l,4.10-5.(1209,3769-389,2612)

=77,754 mm

20

Perubahan dimensi silinder liner nickel alloy

D' = D (1 + 2a�t)112

= D (1 + 2 a (T4 - T3))1i2

= 77 (1 + 2.6,6.10-6.(1172,3264 - 358, 1704))112

= 77,413 mm

3.6. Pengaruh Pemuaian Terhadap Daya Mesin

Pada proses pembakaran akan terjadi gaya penekanan sebesar,

F=Ao. Pb

Ao = luas penampang silinder

Pb = tekanan efektif

F = Y4nD2 . Pb

= Y4. 3,14. 7,7. 10 -3. 0,87986

= 4,097. 10-5

MN Tekanan efektifyang bekerja pada piston untuk silinder liner gray cast iron.

Ppl = F/Al

= Fl lf.t n D2 = 4,097. 10-

5 I Y4 . 3,14 (7,775. 10-3)2

= 0,863 Mpa

- Tekanan efektifyang bekerja pada piston untuk silinder nickel alloy.

Pp2 =F/A2

= 4,097. 10-5 I Y4 . 3,14 (7,741. 10-

3)2

=0,871 Mpa

Daya mesin yang dihasilkan gas pembakaran.

Nb = Pb.i.Vh.n

30:t

21

0,87986.1.5000

30.4 =

=36,66 KW

- Daya mesin akibat pemuaian silinder gray cast iron

Nbl = Ppl.i.Vh.n

30:r

0,863.1.5000 =----

30.4

=35,598KW

- Daya mesin akibat pemuaian silinder nickel alloy

Nb = Pp2.i.Vh.n 2

30:t

0,871.1.5000

=----

30.4 = 36,291 KW

22

3.7. Rekapitulasi Basil Perhitungan

No

1

Material

Gray Cast iron

Komponen

Silinder Liner

Hasil

:77mm

: 6,35 mm

Diameter

Tebal Umurpakai

Dayamesin

Faktor Keamanan

Diameter

Diameter baut

Tebal

UmurPakai

Faktor Keamanan

Diameter

Tebal

Umurpakai

Dayamesin

F aktor Keamanan

Diameter

Diameter baut

Tebal

Umur Pakai

Jam

Faktor Keamanan

: 19352,9 jam

: 35,598 KW

: 3,2054

: 110,4mm

: 12,7mm

:9,39mm

: 14712,6 jam

: 3,141

:77mm

: 5,5 mm

: 26163,1 jam

: 36,291 KW

: 2,769

: 110,4 mm

: 12,7 mm

:9,02mm

: 21133,48

Silinder head

2 Nickel alloy Silinder Liner

Silinder head

: 2,779

IV KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan bahwa material yang sesuai untuk silinder adalah yang

mempunyai sifar :

koefisien muai linier rendah

kekuatan mekanis yang tinggi

tahan terhadap panas dan tahan aus

Berdasarkan sifat di atas dan rekapitulasi hasil perhitungan, dapat disimpulkan

bahwa Nickel alloy lebih baik atau sesuai untuk silinder motor bakar.

23

DAFTAR PUSTAKA

1. ASM, Metal Hand Book, Edisi 1984, The American Society For Metal

2. MALEEV, PM, High Speed Combustion Engine, Chilton Company Publisher,

USA 1965

3. PETROVSKY,N., Marine Internal Combustion Engines, Mir Publicher, Moscow

1979.

24