Motor Bakar Laporan Kel 5

Laboratorium Motor Bakar 1

Laporan Praktikum Prestasi Mesin Jurusan Teknik Mesin fakultas Teknik Universitas Brawijaya

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Praktikum merupakan faktor penting dalam kegiatan belajar mengajar,

khususnya diperguruan tinggi.Bentukmya biasanya berupa kegiatan analisa suatu

percobaan maupun penelitian dilaboratorium yang tersedia. Kegiatan praktikum

tersebut merupakan suatu pengaplikasian dari teori yang telah diterima selama masa

perkuliahan.

Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian.

Walaupunkeduanya sama-sama sering dilaksanakan dilaboratorium. Praktikum lebih

ditujukan untuk menerapkan atau mengaplikasikan teori yang sudah ada dengan

tujuan membantu proses belajar mengajar. Sedangkan penelitian bertujuan untuk

mendapatkan teori baru dalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Selain itu,

praktikum juga ditujukan untuk mempersiapkan sarjana yang menguasai ilmu

pengetahuan baik secara teori maupun praktek.

Praktikum mempunyai peranan penting, terutama untuk membantu

memahami teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasil

rekayasa dalam bentuk rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila

hanya diterangkan melalui proses perkuliahan di kelas.

Motor bakar atau internal combustion engine merupakan hasil rekayasa

mekanisme dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya, terutama

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

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

Motor bakar yang digunakan sampai sekarang adalah jenis motor bakar torak

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

engine) dan motor diesel (compression ignition engine). Motor bakar yang

digunakan pada percobaan praktikum ini adalah jenis motor bakar Diesel. Untuk

mengetahui karakteristik suatu motor bakar torak yang cocok untuk suatu

kebutuhan, maka kita harus melakukan pengujian terhadap motor bakar tersebut,

dalam hal ini berupa variable speed test, yaitu pengujian dengan putaran yang

bervariasi.



1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :

1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performance characteristics)

dari motor Diesel, melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar

yang dilakukan oleh mahasiswa.

2. Mengevaluasi data karakterstik kinerja tersebut kemudian

membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian dengan

yang ada dalam buku referensi.

3. Menggambarkan Diagram Sankey, yaitu diagram yang menggambarkan

keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar

4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan

emisi gas buang berupa Carbon Monoksida.



BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Motor Bakar

Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah

energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja. Pada dasarnya mesin

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

a) External Combustion Engine

Yaitu hasil dari pembakaran udara dan bahan bakar memindahkan panas ke

fluida kerja pada siklus. Dimana energi diberikan pada fluida kerja dari sumber luar

seperti furnace, geothermal, reaktor nuklir, atau energi surya. Contoh mesin yang

termasuk External Combustion Engine adalah turbin uap.

b) Internal Combustion Engine

Dimana energi didapat dari pembakaran bahan bakar didalam batas sistem

sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contoh

Internal Combustion Engine adalah Motor Bakar torak dan sistem turbin gas. Jadi motor

bakar torak termasuk jenis Internal Combustion Engine.

2.1.1 Prinsip Kerja Motor Bakar

Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat

torak yang bergerak translasi bolak-balik ( reciprocating engine ). Didalam silinder

itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas

pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang

dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Gerak

translasi torak tadi menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya.

Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi motor bakar 4

langkah dan motor bakar dua langkah.

A. Motor Bakar 4 Langkah

Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali langkah

torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:

a. Langkah Isap (Suction Stroke)

Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah),

dengan katup KI (katup isap) terbuka dan katup KB (katup buang) tertutup. Karena



gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar pada motor bensin

atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk ke dalam ruang bakar.

Gambar 2.1 : Langkah isap motor bakar 4 langkah

Sumber : addras.blogspot.com/2010/07/motor-bakar-4-langkah.html

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.

Gambar 2.2 : Langkah kompresi motor bakar 4 langkah


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.



Gambar 2.3 : Langkah ekspansi motor bakar 4 langkah


d. Langkah Buang

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

hasil pembakaran terbuang ke atmosfer.

Gambar 2.4 : Langkah buang motor bakar 4 langkah


B. Motor Bakar 2 Langkah

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

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

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

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

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

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

karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak kompit dan

pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat panggunaan sistem

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

daya – berat dan daya - volume yang tinggi maka motor bakar 2 langkah cocok untuk

sepeda motor dan alat-alat pemotong.

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



a) Langkah Torak dari TMA ke TMB

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

bakar dikompresikan pada motor diesel) sehingga terjadi proses pembakaran, karena

proses ini torak terdorong dari TMA menuju TMB, langkah ini merupakan langkah

kerja dari motor bakar 2 langkah. Saat menuju TMB, piston lebih dulu membuka lubang

buang sehingga gas sisa pembakaran terbuang , setelah itu dengan gerakan piston yang

menuju TMB, lubang isap terbuka, dan campuran udara bahan bakar pada motor bensin

atau udara pada motor diesel akan masuk ke dalam silinder.

b) Langkah Torak dari TMB ke TMA

Setelah torak mencapai TMB maka torak kembali menuju TMA. Dengan gerakan

ini, sebagian gas sisa yang belum terbuang akan didorong keluar sepenuhnya yang

disebut scarenging. Selain itu, gerakan piston yang turun menuju TMA menyebabkan

terjadinya kompresi yang kemudian akan dilanjutkan dengan pembakaran setelah

lubang isap tertutup oleh torak.

Skema masing-masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 2 langkah

tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.2.

Gambar 2.5

Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 Langkah

Sumber: Surbakty, Motor Bakar I, hal 80



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

penemunya yaitu Nicholaus Otto orang Jerman, pada tahun 1876. Digaram P-V dari

siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada Gambar dibawah ini

Gambar 2.6 : Diagram siklus otto

Sumber : tutorialteknik.blogspot.com

Siklus Otto ideal terdiri dari empat proses reversibel internal, yaitu proses 1-2

kompresi isentropik, proses 2-3 penambahan kalor pada volume tetap, proses 3-4

ekspansi isentropik, dan proses 4-1 pelepasan kalor pada volume tetap. Karena siklus

Otto ideal ini merupakan sistem tertutup, maka ada beberapa asumsi yang digunakan

yaitu (1) mengabaikan perubahan energi kinetik dan potensial, dan (2) tidak ada kerja

yang timbul selama proses perpindahan kalor.



2.2.2 Siklus Diesel

Siklus diesel yang pertama dikemukakan oleh Rudolph Diesel pada 1890-an,

ditunjukkan dalam gambar di bawah ini

P 2 3 P23 P4 4 P1 1 V2 V3 V14 V

Gambar 2.7 Diagram P-V Siklus Diesel

Sumber : http://www.e-course.com

Proses injeksi bahan bakar pada mesin diesel dimulai ketika piston mendekati

TMA dan berlanjut selama awal langkah kerja. Oleh karena itu, proses pembakaran

pada mesin diesel berlangsung ada interval yang lebih panjang. Karena waktu yang

lebih lama ini, proses pembakaran pada siklus ini didekati sebagai proses penambahan

kalor tekanan konstan (2-3). Perlu diperhatikan bahwa dalam Compression rasio yang

sama, efisiensi mesin diesel tidak bisa melebihi mesin bensin. Tetapi kelebihan mesin

diesel adalah bisa dioperasikan pada Compression rasio yang tinggi tanpa kemungkinan

adanya detonasi, sehingga daya yang dihasilkan bisa lebih besar. Selain itu dapat

menggunakan bahan bakar yang lebih murah sehingga cocok digunakan untuk mesin-

msin besar, seperi lokomotif, pembangkit listrik,kapal laut, dan truk-truk besar.

2.2.3 Siklus Tinkler

Siklus udara standar pada motor diesel modern disebut Trinkler/Dual cycle.

Penemu motor diesel adalah orang jerman bernama Rudolph Diesel sekitar tahun1890

an. Diagram P-V dari siklus dual untuk motor diesel dapat dilihat pada gambar 2.4



G ambar 2.8 : Diagram Siklus Dual Motor Diesel

Sumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar

Langkah kerja silkus 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)

Apabila tekanan gas dan volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi

silinder dapat diukur,maka dapat digambarkan bentuk siklus dual aktual pada motor

diesel yang bentuknya seperti ditunjukkan dalam gambar 2.9

Gambar 2.9 : Siklus Aktual Motor Diesel 4 Langkah

Sumber : Buku Panduan Praktikum Motor Bakar

Proses termodinamika yang terjadi pada masing masing langkah pada siklus

aktual pada motor bensin maupun pada motor diesel bukan merupakan proses ideal,



karena dalam setiap gerakan piston terjadi kehilangan panas karena pendinginan dan

gesekan pada torak dan bantalan

2.3 Karakteristik Kinerja Motor Bakar

Yang dimaksudkan dengan karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik

atau 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

data 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.Rumus mencari Ni :

Ni = Pi . Vd . n . i (P.s.) 0.45 . z

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

Vd : volume langkah → π. D². L (m³)

4 D : diameter silinder (m)

L : panjang langkah torak (m)

n : putaran mesin

z : jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus

untuk 4 langkah z = 2, dan untuk 4 langkah z = 1

2. Daya Efektif (Ne)

Daya efektif merupakan daya aktual yang dihasilkan pada poros. Karena adanya

kerugian gesekan dan sebagian daya yang digunakan untuk menggerakkan peralatan

tambahan , maka Ne < Ni.

Daya ini dibagi menjadi 3 bagian, yaitu:



Peak Horse Power, adalah tenaga yang dapat dicapai tanpa terjadinya penurunan

putaran selama ± 1 menit.

Intermiten Horse Power, adalah daya yang dapat dibangkitkan oleh motor bakar

tanpa terjadinya penurunan putaran dalam waktu operasi , misalnya 1, 5, 12 jam.

Continuos Horse Power, adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar yang

beroperasi pada kecepatan rata-rata dalam waktu tertentu tanpa terjadinya penurunan

dalam waktu lebih dari 24 jam.

Daya efektif motor bakar adalah proporsional dengan perkalian torsi yang terjadi

pada poros output (T) dengan putaran kerjanya (n). Karena putaran kerja poros sering

berubah terutama pada mesin kendaraan bermotor, besar torsi pada poros (T) yang dapat

dijadikan sebagai indikator kinerja motor bakar. Daya ini dihasilkan oleh poros engkol

yang merupakan perubahan kalor di ruang bakar menjadi kerja.

Daya efektif dirumuskan sebagai berikut :

Ne = T . n / 716,2 (Ps)

dimana : T : torsi (kg.m)

N : putaran (rpm)

3. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nf)

Kehilangan daya (Nf) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan bantalan,

ditambah daya untuk penggerak peralatan bantu seperti penggerak kipas pendingin,

generator, kompresor AC dan lain lain

Nf = Ni - Ne

4. Tekanan Efektif Rata Rata (M.E.P)

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

Ne. Data M.E.P digunakan untuk mengetahui apakah proses kompresi yang terjadi

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

M.E.P dirumuskan sebagai berikut :

M.E.P. = Pe = 0,45 . Neo . z (kg/cm²) Vd . n .i

5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :

a. Efisiensi Thermal Indikatif: i = Ni / Qb . 632 x 100 %

b. Efisiensi Thermal Efektif : e = Ne / Qb . 632 x 100 %

c. Efisiensi Mekanis : m = Ne / Ni . x 100 %



d. Efisiensi Volumetrik : v = iVn

zGs

da ...60..

x 100%

6. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi motor bakar spesifik (S F

C), 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 (Nc) pada putaran kerja konstan

Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas digunakan

untuk mesin mesin transportasi, yang biasanya beroperasi pada putaran yang berubah

ubah. Sedangkan pengujian motor bakar dengan daya efektif sebagai variabel bebas

pada putaran konstan digunakan pada motor bakar stasioner yang biasanya beroperasi

pada putaran konstan, terutama pada mesin penggerak generator listrik.

2.3.2 Jenis Karakteristik Kinerja Motor Bakar

Bentuk hubungan antar masing masing variabel indikator kinerja terhadap

variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian

laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Data yang digunakan untuk

menggambarkan bentuk hubungan antara variabel tersebut dapat berasal dari

pengukuran langsung selama pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur. Data

seperti putaran mesin dan temperatur dapat diukur langsung, tetapi daya, torsi dan

efisiensi dihitung berdasarkan pengukuran terhadap parameter pembentuknya.

Pada pengujian dengan putaran mesin sebagai variabel bebas, jenis karakteristik kinerja

yang sering diperlukan adalah :

1) Putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nf)

2) Putaran terhadap torsi (T)

3) Putaran terhadap Mean Effective Pressure (M.E.P)

4) Putaran terhadapSpesific fuel consumption (S F C)

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

6) Putaran terhadap komposisi CO , CO2 , H2O , dan N2 dalam gas buang

7) Putaran terhadap keseimbangan panas (Q)



Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum

sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.

Pada pengujian dengan beban sebagai variabel bebas pada putaran konstan, jenis

karakteristik kinerja yang diperlukan tidak sebanyak pada variabel 1 putaran, yaitu:

1. Spesific fuel consumption terhadap beban.

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

2.4 Karakteristik Motor Bakar

1. Grafik hubungan antara momen putar ( torsi ), daya poros, dan pemakaian

bahan bakar spesifik

Gambar 2.10

Grafik hubungan daya poros, SFC, dan torsi tehadap putaran

Sumber : Arismunandar, Wiranto,1975.Motor Diesel Putaran Tinggi, Bandung .

a) Grafik hubungan Daya Poros dengan 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 ssemakin besar putaran menyebabkan gesekan

yang terjadi juga besar, sehingga beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi

semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif.

b) Grafik hubungan torsi dengan putaran

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

semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu, dan

kemudian akan menurun pada putaran yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena

adanya gesekan yang terjadi antara piston dengan silinder ruang bakar yang

menyebabkan turunnya grafik. Selain itu besarnya torsi dipengaruhi oleh daya poros

atau daya efektif. Dimana daya efektif akan bertambah sesuai dengan bertambahnya

putaran, dan kurva mengalami penurunan karena adanya gaya inersia. Gaya inersia

disebabkan karena massa dari torak dalam silinder, massa itulah yang menyebabkan

perlambatan gerak piston (gaya inersia mempengaruhibesarnya momen putar reaksi )

sehingga gaya yang terjadi semakin kecil.

c) Grafik hubungan pemakaian bahan bakar spesifik dengan putaran

Pemakaian bahan bakar spesifik yang dimaksud adalah jumlah bahan bakar yang

diperlukan untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Pemakaina bahan bakar spesifik

efektif berarti pemakaina bahan bakar untuk setiap daya efektif. Dari grafik hubungan

antara specific fuel consumption dengan putaran telihat bahwa pada putaran awal, grafik

cenderung mengalami penurunan. 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.

2. Grafik hubungan antara daya, torsi, bahan bakar spesifik, dan Tekanan Efektif

Karena grafik hubungan antara torsi, daya poros, serta pemakaian bahan bakar

spesifik sudah dibahas sebelumnya, maka pada pembahasan kali ini tidak diulas

kembali.



Gambar 2.11

Grafik hubungan daya, torsi, SFC, dan MEP dengan putaran

Sumber : Obert, E.F., Internal Combustion Engine,1968

a) Grafik hubungan antara daya Efektif dengan putaran

Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran maka daya efektifnya akan

mencapai nilai maksimum, dengan kata lain daya efektif berbanding lurus dengan

putaran. Akan tetapi setelah mencapai titik maksimum, nilainya akan menurun. Nilai

daya efektif merupakan pengurangan dari nilai daya indikasi dengan daya mekanis.

b) Grafik hubungan antara daya Mekanis dengan putaran

Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran maka daya mekanis

cenderung meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya

efektif. Hal ini dikarenakan daya mekanis dipengaruhi oleh daya yang hilang akibat

gesekan serta kerugian yang bergerak seperti flywheel, gear dan daya yang hilang akibat

digunakan untuk menggerakkan perlengkapan mesin.

c) Grafik hubungan antara MEP dengan putaran

Dari grafik hubungan antara MEP dengan putaran terlihat bahwa grafik

mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan putaran. Hal ini dikarenakan harga daya

efektif (Ne) naik menyebabkan harga tekanan efektif (Pe) naik seiring dengan



betambahnya putaran. Akan tetapi setelah mencapai titik maksimum, harga tekanan

efektif rata–rata mengalami penurunan karena daya efektif (Ne) yang dihasilkan juga

menurun sedangkan putaran tetap meningkat sehingga menyebabkan pembakaran yang

terjadi kurang sempurna.

3. Grafik hubungan antara Effisiensi dengan Compression Ratio

Gambar 2.12

Grafik hubungan antara efisiensi dengan perbandingan kompresi

Sumber : C.L. Marlev, Internal Combustion Engine, 301

a) Perbandingan efisiensi mekanis dengan kompresi rasio

Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi

mekanis akan semakin menurun, karena putaran berbanding lurus dengan perbandingan

kompresi, maka semakin tinggi putaran efisiensi mekanis akan menurun diakibatkan

gesekan yang terjadi semakin besar.

b) Perbandingan efisiensi indikasi dengan kompresi rasio


mekanis akan semakin meningkat. Kenaikkan tersebut dikarenakan perbandingan selisih

daya indikasi lebih besar dibandingkan kenaikkan panas akibat kompresi.

c) Perbandingan efisiensi efektif dengan kompresi rasio


efektif akan semakin meningkat. Pada perbandingan kompresi tertentu efisiensi efektif



akan mencapai nilai maksimum dan akan sedikit mengalami penurunan akibat adanya

kerugian mekanis.

2.5 Orsat Apparatus

Orsat Apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur dan

menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat mengikat

gas tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan pengikat.

Masing – masing larutan tersebut adalah :

a. Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2

b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2

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

Gambar 2.13 : Orsat Apparatus

Sumber : www.buylab.co.kr/pro/img/a/ap1090.gif

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

Pada praktikum ini kita akan menggunakan diagram Sankey. Diagram sankey

adalah diagram yang menjelaskan keseimbangan panas masuk dan panas yang

dimanfaatkan saat pembakaran di mesin.



Diagram sankey terdiri dari Qb, Qpp, Qw, dan Qe dimana semuanya menjelaskan

tentang panas.

Qb adalah panas hasil pembakaran yang nantinya masih dipecah lagi menjadi

Qpp, Qeg, Qw, dan Qe.

Qpp adalah panas yang hilang karena sebab lain diantaranya adalah gesekan yang

terjadi antara putaran dan dinding silinder.

Qeg adalah panas yang terbawa gas buang. Sedangkan Qw adalah panas

pendinginan atau panas yang terbawa ke sistem pendingin.

Qe adalah panas hasil pembakaran efektif yang akhirnya adalah panas yang

diubah menjadi kerja.

Gambar 2.14 Diagram Sankey

Sumber : Arismunandar Wiranto Motor Diesel Putaran Tinggi, hal 25

Pada gambar diatas menunjukkan bahwa sebagian nilai kotor bahan bakar dapat

diubah menjadi kerja efektif, sisanya merupakan kerugian. Kerugian yaitu tidak

terpakai. Gas buang yang bertemperatur antara 300 C dan 660 C merupakan kerugian -

kerugian karena tidak dimanfaatkan. Kerugian kotor dalam gas buang ini dinamakan “

kerugian pembuangan”. Demikian pula silinder, katup – katup dan torak akan menjadi

panas karena komponen – komponen tersebut berhadapan langsung dengan gas panas

yang bertemperatur tinggi, maka jika tidak didinginkan dengan baik komponen –

komponen tersebut akan mengalami kerusakan



2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru

2.7.1 Definisi Injeksi Bahan Bakar

Injeksi bahan bakar adalah sebuah teknologi yang digunakan dalam mesin

pembakaran dalam untuk mencampur bahan bakar dengan udara sebelum dibakar.

Penggunaan injeksi bahan bakar akan meningkatkan tenaga mesin bila dibandingkan

dengan penggunaan karburator, karena injektor membuat bahan bakar tercampur secara

homogen. Hal ini, menjadikan injeksi bahan bakar dapat mengontrol pencampuran

bahan bakar dan udara yang lebih tepat, baik dalam proporsi dan keseragaman. Injeksi

bahan bakar dapat berupa mekanikal, elektronik atau campuran dari keduanya. Sistem

awal berupa mekanikal, namun sekitar tahun 1980-an mulai banyak menggunakan

sistem elektronik. Sistem elektronik modern menggunakan banyak sensor untuk

memonitor kondisi mesin, dan sebuah unit kontrol elektronik menghitung jumlah bahan

bakar yang diperlukan. Oleh karena itu, injeksi bahan bakar dapat meningkatkan

efisiensi bahan bakar dan mengurangi polusi, dan juga memberikan tenaga keluaran

yang lebih.

2.7.2 Prinsip Kerja

Pada kendaraan bermotor yang sudah menerapkan sistem injeksi, memiliki

bagian yang berfungsi untuk mengontrol dan mengatur pasokan udara dan bahan bakar

ke dalam ruang pembakaran secara efektif dan efisien. Bagian kontrol ini terdapat

sensor (berupa elektronik) yang akan mengatur jumlah udara dan bahan bakar secara

homogen sesuai dengan kebutuhan mesin.

Selama sensor bekerja dengan baik, kemungkinan kerusakan sangat kecil.

Sistem throttle body pasokan bahan bakar yang terletak di throttle body langsung ke

ruang asupan sedangkan sistem titik tunggal akan memasok bahan bakar dari injektor

tunggal.

Sensor ini akan membaca putaran mesin dan jumlah udara kemudian akan

mengirimkan hasil pembacaannya tersebut kepada ECU (Engine Control Unit). ECU

akan menghitung dan mengolah selanjutnya akan menentukan jumlah bahan bakar yang

akan disemprotkan ke dalam ruang bakar.

Saat bahan bakar mengalir dari tangki bahan bakar menuju proses atomisasi,atau

proses pengkabutan bahan bakar yang akan disemburkan melalui throttle valve. Proses



pengkabutan bahan bakar tersebut terjadi karena bahan bakar mengalami pemampatan

dan memperoleh tekanan yang cukup tinggi, sehingga diperoleh hasil berupa asap atau

kabut. Bahan bakar berbentuk kabut ini akan dikeluarkan lewat lubang injektor

canonical yang posisinya menghadap ke ruang bakar mesin.

Dengan sistem ijeksi ini bisa dipastikan bahwa bahan bakar secara efisien

bercampur dengan udara dan dipasok ke ruang bakar untuk menghasilkan tenaga yang

efisien.

Gambar 2.15 : sistem injeksi pada motor piston 4 tak

Sumber: tutorialteknik.blogspot.com

2.7.3 Keuntungan dan Kerugian

A. Keuntungan

Emisi gas buang rendah

Terjadinya pembakaran yang sempurna pada ruang bakar, sehingga emisi gas

buang yang dihasilkan relatif lebih sedikit apalagiknalpot dilengkapi catalic

converter.

Daya lebih besar

Konstruksi injektor tepat pada intake manifold sehingga pencampuran bahan

bakar lebih homogen.



Lebih hemat bahan bakar

Air-fuel ratio sangat mempengaruhi kesempurnaan pembakaran pada mesin.

Standar AFR pada motor adalah 14,7:1 yang artinya 14,7 udara dan 1 bensin. AFR

dapat berubah-ubah, misalnya pada saat kondisi mesin dingin AFR 5:1, pada saat

idle AFR 11:1, akselerasi 8:1, dan pada saat pemakaian ekonomis 40-60 km/jam

AFR 16-18:1. Sehingga konsumsi bahan bakar pada motor injeksi lebih irit

dibandingkan karburator.

Tidak memerlukan cok (choke)

Injeksi bahan bakar dilengkapi sensor temperatur yang akan melaporkan suhu

mesin ke engine control module (ECM) yang akan memerintahkan injektor untuk

memperkaya campuran bensin pada suhu mesin dingin.

Perawatan yang lebih praktis

Teknologi injeksi bahan bakar berkonsep bebas perawatan. Pada saat servis,

pembersihan dilakukan hanya pada bagian penyaring udara, busi, dan

pengaturan klep.

B. Kekurangan

Akselerasi kurang responsif

Terjadinya proses yang panjang dari sensor pengatur jumlah udara dan laporan

dari sensor-sensor lainnya, sehingga membutuhkan waktu yang lebih lama untuk

berakselerasi.

Kurangnya tenaga ahli

Injeksi bahan bakar termasuk teknologi baru, tidak semua bengkel umum

mampu memperbaiki di saat terjadi permasalahan pada kendaraan.

Sensitif terhadap benturan/guncangan

Semua perangkat terutama engine control module menggunakan elektronik,

sehingga rentan mati apabila mengalami guncangan atau benturan keras. Pada saat

terjadi hal tersebut, kendaraan berpeluang tidak bisa dihidupkan kembali, karena

mengalami kerusakan pada engine control module. Biaya perbaikan membutuhkan

biaya yang relatif masih mahal.

Sensitif bahan bakar



Ujung injektor berukuran mikro, sehingga sistem injeksi bahan bakar mudah

terjadi penyumbatan karena bahan bakar yang kotor. Hal ini akan mempengaruhi

kinerja kendaraan sehingga bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar sedikit.

Sensitif kelistrikan

Kondisi kendaraan dilaporkan oleh sensor, dan sensor terhubung menggunakan

kabel berkonektor. Konektor sering menjadi penyebab pelaporan sensor ke engine

control module menjadi kacau. Pengiriman laporan sensor ke engine control

module menggunakan sistem pengaman. Apabila konektor kabel terjadi korosi, hal

ini akan meningkatkan sistem pengamanan sehingga laporan dari sensor

mengakibatkan engine control module berfungsi dengan tidak tepat dan dapat

mengakibatkan kerusakan yang disebabkan aliran listrik yang tidak stabil.

2.7.4 Aplikasi

Aplikasi dalam kehidupan sehari hari yaitu digunakan pada sistim suplai bahan

bakar ke ruang bakar suatu kendaraan bermotor ataupun mobil yang menggunakan

mesin piston sebagai pengganti karburator.



BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan Praktikum

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 kelembapan,

hydrometer density, 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 :

Spesifikasi motor diesel untuk percobaan :

o Siklus : 4 langkah

o Jumlah silinder : 4

o Volume langkah torak total : 2164 cm3

o Diameter silinder : 83 mm

o Panjang langkah torak : 100 mm

o Perbandingan kompresi : 22 : 1

o Bahan bakar : Solar

o Pendingin : Air

o Daya Poros : 47 BHP / 3200 rpm

o Merk : Nissan, Tokyo Co.Ltd.

o Model : DWE – 47 – 50 – HS – AV

o Negara pembuat : Jepang

Instrumen pengukur yang tersedia dalam instalasi Percobaan Motor

Bakar diantaranya adalah:

1. Tachometer

→ Untuk mengukur putaran poros out put

2. Flow Meter Bahan Bakar



→ Untuk mengukur solar yang digunakan selama proses praktikum.

3. Flow Meter Air Pendingin

→ Untuk mengukur kapasitas pendinginan

4. Stopwatch

→ Untuk mengukur waktu yang dibutuhkan dalam pemakaian bahan bakar

pada tabung pengukur.

5. Termometer

→ Untuk mengukur temperatur air pendingin, temperatur ruangan, dan gas

buang.

6. Barometer

→ Untuk mengukur tekanan udara ruangan.

7. Hydrometer Density

→ Untuk mengukur massa jenis bahan bakar yang dipakai.

8. Orsat Apparatus

→ Untuk menganalisa komposisi gas buang termasuk kadar CO2, CO, dan

O2. Karena itu larutan yang dapat mengikat gas-gas buang tersebut.

Larutan tersebut adalah Kalium Hidroksida (KOH) ntuk mengikat CO2,

Asam Kalium Pirogalik untuk mengikat O2, larutan Cupro Clorid

(CuCl2)untuk mengikat CO.

9. Higrometer

→ Untuk mengukur kelembaban relatif uap air.

10. Dinamometer

→ Untuk mengatur pembebanan dala pengereman.

3.2 Prosedur Pelaksanaan 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

3.2.1 Prosedur Penyalaan Mesin

1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasi

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

mencapai tinggi aman.

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

dinamometer.

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

mengatur bukaan kran pada flowmeter.

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

e. Hidupkan alarm dinamometer yang akan memberitahu jika terjadi

overheating dan level air kurang.

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

keadaan tanpa beban.

2. Cara Menghidupkan Mesin

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

posisi memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal

menyala.

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

sampai mesin menyala (seperti menyalakan mesin mobil).



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

menstabilkan kondisi mesin.

3. Cara Mengambil Data

a. Atur bukaan throttle pada bukaan yang diinginkan dengan membaca

throttle valve indikator (%)

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

dinamometer sampai mendapatkan putaran yang diinginkan.

c. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang

diperlukan.

3.2.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus

Cara penggunaan Orsat Apparatus :

1. Set ketiga tabung I, II, III pada ketinggian tertentu dengan membuka

keran A, B, C dan mengatur tinggi larutan pada tabung I, II, III dengan

menaik – turunkan gelas B, kemudian tutup keran A, B, C setelah

didapatkan tinggi yang diinginkan. Posisi ini ditetapkan sebagai titik

acuan.

2. Naikkan air yang ada pada tabung ukur C sampai ketinggian air

mencapai 50 ml dengan cara membuka keran H dengan menaikkan gelas

B. Setelah didapatkan tinggi yang diinginkan, tutuplah kembali keran H.

3. Ambil gas buang dari saluran gas buang untuk diukur, salurkan melalui

selang yang dimasukkan ke dalam pipa H.

4. Buka keran H sehingga gas buang akan masuk dan mengakibatkan tinggi

air yang ada di tabung ukur C akan berkurang.

5. Setelah tinggi air pada tabung ukur turun sebanyak 50 ml (sampai

perubahan air mencapai angka 0) tutuplah keran H dan kita sudah

memasukkan volume gas buang sebanyak 50 ml.

6. Untuk mengukur kandungan CO2 buka keran C supaya gas buang

bereaksi dengan larutan yang ada pada tabung III dengan mengangkat

dan menurunkan gelas B sebanyak 5 – 7 kali.

7. Setelah 5 – 7 kali kembalikan posisi larutan III ke posisi acuan pada saat

set awal dan tutup keran C setelah didapatkan posisi yang diinginkan.



8. Baca kenaikan permukaan air yang ada pada tabung ukur C. Kenaikan

permukaan air merupakan volume CO2 yang ada pada 50 ml gas buang

yang kita ukur.

9. Untuk mengukur kandungan O2 dan CO ulangi langkah 6 dan langkah 7

untuk keran B dan keran A pada tabung II dan tabung I.

10. Baca kenaikan permukaan air pada tabung ukur C dengan acuan dari

tinggi permukaan air sebelumnya.

3.3 Rumus Perhitungan

Adapun rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan

adalah sebagai berikut :

1. Momen Torsi

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

l = panjang lengan dinamometer (m)

2. Daya Efektif

2,716nTNe

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

3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS

NekNeo . (PS)

dimana : 293

273749

PwPa

k ; PsPw .

4. Tekanan Efektif rata-rata ( Pe )

Pe = niVd

zNeo 45,0 [ Kg/cm ]

5. Fuel Consumption

10003600

tVFC [ Kg/jam ] ρ solar = 0,835 gr/mL

6. Panas Hasil Pembakaran

BahanBakarLHVFCQb . (JamKcal )

7. Berat Jenis udara

woa

PsPa

.273

273760

..



dimana : Pa = Tekanan atmosfer pengukuran (mmHg)

Ps = Tekanan udara standard pada temperatur tertentu (mmHg)

= Relative Humidity / Kelembapan Relatif (%)

o = Berat jenis udara kering pada 760 mmHg

= Temperatur bola kering(oC)

8. Koefisien Udara

1

21

PPP

9. Aliran Udara melalui nozzle

21

2

..24

... PPgdGs a (kg/s)

dimana : α = koefisien kemiringan nozzle = 0,822

γa = berat jenis udara pada kondisi ruangan saat pengujian

10. Debit Aliran gas buang

3600FCGsGg (kg/s)

11. Panas yang terbawa gas buang

TudTegCpgGgQeg .. (kcal/jam)

12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold

%100xQb

Qegg

13. Kerugian Panas Pendinginan

TwiTwoCpwWwQw .. (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

%100xQbQw

w



15. Efisiensi Thermal Efektif

%100632xxQbNe

e

16. Efisiensi Friction

ewgf %100

17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar

632.FCLHVQf BB (PS)

18. Daya Friction

%100xQf

Nf f

19. Daya Indikasi

NfNeNi

20. Spesific Fuel Consumtion Efektif

NeFCSFCe

21. Spesific Fuel Consumtion Indikasi

NiFCSFCi

22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif

NeQe .632

23. Panas yang hilang karena sebab lain

QeQwQegQbQpp

24. Efisiensi Thermal Indikasi

%100632xxQbNi

i

25. Efisiensi Mekanis

%100xNiNe

m

26. Efisiensi Volumetrik

%100...

60.. xiVdn

zGs

av



27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar

3600.

xFCGsR

28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis

hcRo3

48,34

29. Faktor Kelebihan Udara

RoR

30. Faktor Koreksi Standard 5,0

st

st

TT

PPA =

5,0

273273

st

st

tt

PP

Dimana : Pst = 760 mmHg tst = 25 ˚C

P = tekanan udara atsmosfer t = temperatur ruangan

31. Daya Efektif Standard

NeANe st .

32. Torsi Efektif Standard

TAT st .

33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard

A

SFCeSFCe st

34. Analisa Gas Buang Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut :

% CO = VegVco x 100%

% O2 = VegVo2 x 100%

% CO2 = VegVco2 x 100%

% N2 = VegVN 2 x 100%



BAB IV

HASIL PERHITUNGAN DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Pengujian

Data Hasil Pengujian terlampir

4.2 Perhitungan Data

Data yang digunakan dalam perhitungan kali ini adalah data no 1, adapun

contoh perhitungannya adalah sebagai berikut :

1. Momen Torsi (T)

T = F . L

= 27 . 0,358

= 9,666 Kg.m

2. Daya Efektif (Ne)

T = 716,2 n

Ne

Ne = 2,716

.nT

= 2,716

1800.666,9

= 24,29 Ps

3. Daya Efektif Yang Dikonversi Dalam Standart JIS (Neo)

Neo = K . Ne

K = 293

273749 PwPa

dimana Pw = φ . Ps

= 293

292730772,20715

749

= 0,78 . 25,4

= 1,0921 = 20,0772

Neo = 1,0921 . 24,29

= 26,528 Ps



4. Konsumsi Bahan Bakar (Fc)

10003600

tVFC [ Kg/jam ] ρ solar = 0,835 gr/mL

10003600835,0

76,1830

FC

FC = 4,8243 [ Kg/jam ]

5. Panas Hasil Pembakaran (Qb)

Qb = Fc . LHVbb [ Kcal/jam ] LHV solar = 10500 Kcal/kg

= 4,8243 . 10500

= 50655,15 Kcal/jam

6. Koefisien Aliran panas (ε)

1

21

PPP

= 6,9737

17 [ mmH2O ]

= 0,002

Table 1. ( interpolasi )

0002,001,0

= 1

1969,0

ε = 0,98138

7. Panas Yang Terbawa gas Buang (Qeg )

Gg = Gs + 3600

Fc , dimana

γa = γn 760

.PsQPa x 273

273 + φ. γw

= 1,293 x 760

74,2578,0716 x 29273

273

+ ( 0,78 . 0,3039 )

= 1,094 dan,

Gs = ).(..24

...21

2

PPagd

[ Kg/dt ]

= 17.094,1.81,9.24

)048,0.(14,3.98138,0.822,0 2

= 0,02788 Kg/s

Gg = Gs + 3600

Fc



= 0,02788 + 36002843,4

= 0,04128 Kg/s

Jadi, Qeg = Gg Cpg (Teg-Tud).3600

= 0,04128 . 0,285 . (490 – 32 ) . 3600

= 13997,8 Kcal/jam

8. Efisiensi Kerugian dalam Exhaust manifold (ηg)

ηg = b

eg

QQ

x 100 %

= 15,50655

8,13997 x 100 %

= 28,29 %

9. Kerugian Panas Pendinginan (Qw)

Qw = Ww.Cpw (Two-Twi)

= 500 . 1 . ( 63 – 26 )

= 18500 Kcal/jam

10.Efisiensi Kerugian panas dalam Cooling water (ηw)

ηw = b

w

QQ x 100 %

= 15,50655

18500 x 100 %

= 36,52 %

11. Efisiensi thermal Efektif (ηe)

ηe = bQ

Ne x 100 % x 632

= 15,50655

29,24 x 100 % x 632

= 30,3 %

12. Efisiensi Friction (ηf)

ηf = 100 - ( ηg+ ηw+ ηe) %

= 100 - ( 28,9+36,52+30,3 ) %



= 4,89 %

13. Ekivalen Daya Terhadap Konsumsi Bahan baker (Qf)

Qf = 632

.FcLHVbb

= 632

8243,4.10500

= 80,15 Ps

14. Daya Friction (Nf)

ηf = fQ

Nf x 100 %

Nf = 100

. ff Q

= 100

15,80.89,4

= 3,92 Ps

15. Daya Indikasi (Ni)

Ni = Ne + Nf

= 24,29 + 3,92

= 28,21 Ps

16. Spesific Fuel Consumption Efektif (SFCe)

SFCe = NeFc

[ Kg/Ps.jam ]

= 1,28

8243,4

= 0,1986 Kg/Ps.jam

17. Spesific fuel Consumption Indicated (SFCi)

SFCi = NiFC [ Kg/Ps.jam ]

= 21,28

8243,4

= 0,171 Kg/Ps.jam

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

Qe = 632 . Ne



= 632 . 24,29

= 15351,28 Kcal/jam

19. Panas yang hilang oleh sebab lain (Qpp)

Qpp = Qb – Qeg – Qw - Qe

= 50655,15 – 13997,8 – 18500 – 15351,28

= 2806,07 Kcal/jam

20. Efisiensi thermal Indikasi (ηi)

ηi = QbNi x 632 x 100 %

= 15,50655

21,28 x 632 x 100 %

= 35,19 %

21. Efisiensi Mekanis (ηm)

ηm = NiNe x 100 %

= 21,2829,24 x 100 %

= 86,1 %

22. Efisiensi Volumetris (ηv)

ηv = iVn

zGs

da ...60..

x 100 %

= 2002164,01800094,1

60402788,0

x 100 %

= 78,51 %

23. Perbandingan Udara Bahan Bakar (R)

R = .Fc

Gs x 3600

= 8243,402788,0 x 3600

= 19,02 [ Kgudara/KgBB ]

24. Rasio udara B.B teoritis ( Ro )



Ro = 34,48 ( 3c + h )

= 34,48 (386,0 + 0,14 )

= 14,711 [ Kgudara/KgBB ]

25. Faktor Kelebihan Udara (λ)

λ = RoR

= .711,14

02,19

= 1,293

26. Tekanan Efektif Rata-Rata ( Pe )

Pe = niVd

zNeo 45,0 [ Kg/cm ]

= 21800002164,0

445,0528,26

= 6,1293 [ Kg/cm ]

27. Analisa Gas Buang

% CO = VegVco x 100%

= 501 x 100%

= 2 % VOLUME

% O2 = VegVo2 x 100%

= 50

6,6 x 100%

= 13,2 % VOLUME

% CO2 = VegVco2 x 100%

= 50

4,1 x 100%



= 2,8 % VOLUME

% N2 = VegVN 2 x 100%

= 5041 x 100%

= 82 % VOLUME



4.3 PEMBAHASAN GRAFIK

1. Grafik Hubungan antara Putaran dengan Torsi

Dari grafik menunjukkan bahwa grafik torsi cenderung naik pada saat putaran

awal, tetapi kemudian selanjutnya cenderung turun pada putaran berikutnya (putaran

lebih besar). Peningkatan terjadi karena semakin besar putaran maka nilai torsi

semakin meningkat sampai putaran tertentu, dan kemudian menurun pada putaran

yang lebih tinggi. Penurunan pada grafik (pada putaran 1700-2100) disebabkan

karena adanya gesekan yang terjadi antara piston dengan silinder ruang bakar.

Selain itu besarnya torsi dipengaruhi oleh daya poros atau daya efektif. Dimana

daya efektif akan bertambah sesuai dengan bertambahnya putaran, dan kurva

mengalami penurunan karena adanya gaya inersia. Gaya inersia disebabkan karena

massa dari torak dalam silinder, massa itulah yang menyebabkan perlambatan gerak

piston (gaya inersia mempengaruhi besarnya momen putar reaksi) sehingga gaya

yang terjadi semakin kecil. Secara matematis hubungan antara Torsi (T) dengan

putaran (n) adalah:

T = 716,2 n

Ne

Selain itu harga Torsi (T) dipengaruhi oleh gaya pengereman (F) dan panjang

lengan dynamometer (L). Harga T sebanding dengan harga F dan L. Dengan nilai F

naik maka harga T juga naik. Sedangkan L berharga tetap. Sesuai dengan rumus:

T = F . L



2. Grafik Hubungan antara Putaran dengan Daya

Dari grafik hubungan antara putaran dengan daya efektif (Ne) terlihat bahwa

pada putaran 1300-1900 grafik mengalami kenaikan seiring dengan

bertanbahnya putaran, dan kemudian menurun pada putaran 1900-2100. Secara

umum pada saat grafik mengalami kenaikan disebabkan harga torsi juga naik,

sesuai dengan rumus :

Ne = 2,716

.nT

sedangkan pada saat putaran 1900-2100 grafik cenderung menurun dikarenakan

nilai torsi pada putaran tersebutu juga menurun

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

bahwa polinom grafik mengalami kenaikkan daya seiring adanya kenaikkan

putaran, akan tetapi pada pengambilan data praktikum nilai daya cenderung

turun pada putaran1900-2100. Hal ini dikarenakan adanya gaya gesekan pada

ruang bakar dan adanya kerugian mekanis akibat digunakan untuk proses

pendinginan dan peralatan tambahan pada mesin ( pompa bahan bakar, radiator,

kipas pendingin,dll ). Penurunan tersebut juga disebabkan oleh efisiensi friction

ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar juga menurun.

Hal ini sesuai dengan rumus sebagi berikut :

Nf = Nfr + NVent + NAuk

Dari grafik hubungan daya indikatif (Ni) dengan putaran terlihat grafik

cenderung naik seiring dengan bertambahnya putaran. Sesuai dengan rumus :

Ni = z

inVdPi.45,0

....

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

pembakaran yang terjadi lebih sempurna dan kerugian mekanis yang cenderung

kecil. Tapi, aktualnya semakin naik putarannya grafik juga mengalami

penurunan. Hal tersebut dikarenakan pembakaran yang terjadi kurang sempurna

( pasokan bahan bakar dan udara tidak sesuai ).



Pada grafik ini terdapat tiga kurva, yaitu kurva Ne, Kurva Ni dan kurva Nf .

Karena Ni terletak paling atas diikuti kurva Ne dan kuva Nf paling bawah. Hal

ini disebabkan kurva Ni (daya indikatif) adalah daya yang dihasilkan oleh motor

bakar dari hasil pembakaran ruang bakar sehingga Ni adalah daya total yang

dihasilkan proses pembakaran. Karena adanya kerugian gesek dan sebagian daya

digunakan untuk menggerakan peralatan tambahan maka nilai Ne lebih rendah

dari nilai Ni. Adapun daya Nf terletak paling bawah karena dianggap kerugian

daya, maka nilai nya harus sekecil mungkin supaya daya indikasi dapat

digunakan seefektif mungkin untuk menggerakan poros. Hal ini sesuai dengan

persamaan Ni = Ne + Nf



3. Grafik Hubungan antara Putaran dengan SFC

Grafik Hubungan Antara Putaran terhadap SFCe

Pemakain bahan bakar spesifik efektif berarti pemakaian bahan bakar untuk setiap

daya efektif. Dari grafik hubungan antara specific fuel consumption effective

dengan putaran telihat bahwa semakin cepat putaran yang terjadi adalah SFCe

semakin besar sehinnga grafik cenderung semakin naik. Hal ini dikarenakan

konsumsi bahan bakar yang cenderung tinggi karena diperlukan daya efektif yang

besar untuk penggerak awal mesin dan juga karena diakibatkan oleh putaran yang

semakin cepat. Selain itu hal ini disebabkan juga karena Ne berbanding terbalik

dengan SFCe. Hal ini sesuai dengan rumus :

SFCe = NeFC

Grafik Hubungan Antara Putaran terhadap SFCi

Dari grafik hubungan antara SFCi (SpecificFuel Consumption Indicated) terlihat

bahwa bentuk grafik melengkung terbuka keatas. Hal ini dikarenakan daya

indikasi (Ni) mengalami peningkatan karena pembakaran yang sempurna,tapi

setelah melewati titik minimumnya SFCi mengalami peningkatan yang

dikarenakan daya indikasiyang menurun pada putaran 1900-2100. Hal ini sesuai

sesuai dengan rumus :

SFCi = NiFC

Letak grafik SFCi selalu di bawah SFCe. Hal ini disebabkan oleh harga Ni > Ne,

sesuai dengan rumus : Ni = Ne + Nm , sehingga jika bilangan pembaginya

semakin besar dan menyebabkan harga SFCi < SFCe.



4. Grafik Hubungan Antara Putaran dan Efisiensi

Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Indikatif (ηi)

Dari grafik terlihat bahwa grafik membentuk kurva melengkung terbuka

kebawah. Hal ini disebabkan karena ηi dipengaruhi oleh Ni dan Qb, semakin

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

pembakaran bahan bakar masih cenderung sempurna. Tetapi nilai Ni juga

semakin meningkat hingga mencapai putaran tertentu, hal ini menyebabkan

efisiensi indikasi cenderung meningkat pada putaran awal ( putaran 1300-1700).

kemudian setelah melewati titik putaran tertentu, dengan putaran yang semakin

tinggi maka efisiensi indikasi akan semakin menurun. Hal ini terjadi karena pada

saat putaran 1700-2100 nilai Qb semakin tinggi, tetapi nilai Ni cenderung

menurun akibat adanya pembakaran yang tidak sempurna karena putaran yang

tinggi. Sehingga menyebabkan grafik pada putaran 1700-2100 cenderung

menurun. Hal ini sesuai dengan rumus sbb :

ηi = b

i

QN

x 100 %

Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Mekanik (ηm)

Dari grafik terlihat bahwa grafik cenderung menurun pada saat putaran awal,

kemudian hingga batas putaran tertentu grafik cenderung naik. Grafik yang

cenderung menurun pada putaran awal disebabkan karena angka kenaikan nilai

Ni cenderung lebih besar dari pada angka kenaikan nilai Ne seiring dengan

bertambahnya putaran (pada putaran awal), dan jika dihubungkan dengan rumus

sbb : ηm = i

e

NN x 100 % ; maka pada saat putaran awal (1300-1700)

nilai Efisiensi Mekanis cenderung menurun. Selanjutnya pada putaran

berikutnya (1700-2100) nilai Efisiensi Mekanis cenderung naik. Hal ini

disebabkan karena pada saat nilai putaran tersebut nilai daya efektif dan daya

indikatif keduanya mengalami penurunan akibat adanya pembakaran yang tidak

sempurna. Akan t tetapi angka penurunan daya indikatif lebih besar daripada

angka penurunan daya efektif, sehingga menyebabkan nilai efisiensi mekanis

pada putaran 1700-2100 cenderung naik.



Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Efektif (ηe)

Dari grafik terlihat bahwa grafik cenderung naik kemudian turun. Hal ini

disebabkan oleh perubahan daya efektif yang meningkat kemudian turun akibat

adanya kerugian mekanis yang disebabkan oles gesekan antara piston dengan

ruang silinder. Hal ini sesuai dangan rumus sbb :

ηe = b

e

QN x 100 %

Grafik Hubungan Putaran terhadap Efisiensi Volumetrik (ηv)

Dari grafik hubungan antara putaran dengan efisiensi volumetrik terlihat bahwa

grafik cenderung konstan. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi putaran (n),

maka beda tekanan pada nozzle ( P1 – P2 ) semakin besar, sehingga aliran udara

yang melalui nozzle ( Gs ) juga semakin besar, sehingga Efisiensi Volumetrik

(ηv) cenderung konstan. Secara matematis dapat dirumuskan :

ηv = iVn

zGs

da ...60..

x 100 %



5. Grafik Hubungan antara Putaran dengan Gas Buang

Reaksi pembakaran sempurna adalah :

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

- Putaran dengan N2

Grafik N2 cenderung konstan karena N2 tidak bereaksi pada proses

pembakaran sehingga volumenya relatif konstan.

- Putaran dengan CO

Grafik CO cenderung turun karena semakin besar putaran maka pembakaran

dalam akan semakin sempurna sehingga CO akan semakin menurun.

- Putaran dengan O2

Grafik O2 cenderung turun karena semakin sempurna proses pembakaran

maka O2 yang diperlukan akan semakin banyak sehingga O2 pada gas buang

akan semakin menurun.

- Putaran dengan CO2

Grafik CO2 cenderung naik karena merupakan hasil dari reaksi pembakaran

yang semakin sempurna dengan O2 sehinnga hasil pembakaran berupa CO2

akan samakin meningkat.



6. Grafik Hubungan antara putaran terhadap keseimbangan panas.

Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas Hasil Pembakaran ( Qb )

Dari grafik hubungan antara panas hasil pembakaran (Qb) dengan putaran

terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan kemudian mengalami penurunan

membentuk kurva terbuka kebawah seiring dengan bertambahnya putaran. Hal

ini disebabkan dengan bertambahnya putaran maka waktu untuk melakukan satu

siklus semakin singkat sehingga konsumsi bahan bakar semakin meningkat, ini

menyebabkan nilai Qb juga meningkat. Dan pada grafik menurun (pada putaran

1700-2100) terjadi karena konsumsi bahan bakar semakin menurun yang

menyebabkan Qb juga menurun. Dari persamaan Qb = FC.LHVbb , dimana nilai

LHVbb besarnya konstan = 10.500 Kcal/kg. Qb dan FC berbanding lurus.

Persamaan secara matematis :

Qb = Qpp + Qeg + Qw + Qe.

Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas Hasil Pembakaran Efektif ( Qw )

Grafik hubungan putaran dengan Qw terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan

kemudian selanjutnya mengalami sedikit penurunan. Pada saat putaran semakin

tinggi (putaran 1900-2100) maka panas yang dihasilkan akan semakin besar

sehingga selisih temperatur air pendingin saat keluar (Two) dengan temperatur air

masuk (Twi) semakin besar, sedangkan debit air konstan.Hal ini sesuai dengan

rumus :

Qw = Ww . Cpw . ( Two - Twi )

Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Kerugian Panas akibat Pendinginan

(Qeg)

Grafik cenderung naik kemudian turun. Hal ini disebabkan oleh harga Qeg

dipengaruhi oleh Qg yang semakin meningkat akibat konsumsi bahan bakar

yang semakin meningkat pula. Namun pada aktualnya setelah melalui titik

tertentu (putaran 1700) konsumsi bahan baker cenderung turun sehingga Qeg

ikut turun. Selain itu penurunan Qeg juga dapat disebabkan oleh selisih antara

suhu panas yang terbawa oleh gas buang (Teg) dengan suhu udara (Tud) yang

semakin kecil. Hal ini sesuai dengan rumus :

Qeg = Gg.Cpg.(Teg – Tud).3600

Gg = Gs + 3600FC ,dan Gs = )21.(.2

4... 2

PPagd



Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas yang Terbawa Gas Buang ( Qe )

Dari grafik terlihat bahwa ternyata grafik cenderung naik kemudian turun.

Grafik mengalami kenaikan disebabkan oleh Ne yang semakin besar.

Meningkatnya daya efektif disebabkan karena pembakaran yang terjadi lebih

sempurna. Sedangkan grafik yang menurun (pada putaran 1700-2100)

disebabkan oleh semakin cepat putaran maka Ne akan semakin besar akan tetapi

losses atau kerugian energi yang terjadi juga sekain banyak antara lain gesekan

dan lain sebagainya yang menyebabkan penurunan. Hal ini sesuai dengan rumus

Qe = 632 . Ne

Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas yang Hilang ( Qpp )

Grafik Hubungan Putaran ( n ) terhadap Panas yang Hilang ( Qpp ) cenderung

naik (pada putaran 1300-1700) kemudian menurun (pada putaran 1700-2100).

Hal ini disebabkan karena nilai panas yang hilang dipengaruhi oleh beberapa

faktor, yaitu Qb, Qeg ,Qw dan Qe. Oleh karena nilai Qb, Qeg ,Qw dan Qe

cenderung naik pada saat putaran 1300-1700, maka menyebabkan nilai Qpp

cenderung naik pada putaran tersebut. Kemudian nilai Qb, Qeg ,Qw dan Qe

yang cenderung turun pada saat putaran 1700-2100, maka menyebabkan nilai

Qpp juga cenderung menurun pada putaran tersebut.

Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

Qpp = Qb – Qeg – Qw - Qe



7. Grafik Hubungan antara putaran dengan MEP.

Dari data hasil percobaan didapatkan grafik hubungan antara putaran

dengan MEP cenderung melengkung terbuka kebawah (naik hingga nilai putaran

tertentu, lalu cenderung menurun pada putaran selanjutnya). Grafik pada putaran

awal (1300-1700) cenderung naik disebabkan karena Daya Efektif (Ne)

cenderung meningkat pada putaran awal seiring dengan bertambahnya putaran.

Hal ini sesuai dengan rumus :

Pe = niVd

zNeo 45,0 ;

dengan naiknya nilai Ne seiring bertambahnya putaran maka menyebabkan nilai

Neo juga naik dengan kenaikan nilai Neo maka menyebabkan nilai Pe juga naik

meskipun nilai pembaginya (n) juga naik.

Sedangkan pada saat putaran (1700-2100) grafik cenderung menurun, hal ini

disebabkan karena pada saat putaran 1900-2100 nilai daya efektif cenderung

menurun, yang kemudian menyebabkan nilai Neo juga cenderung menurun.

Oleh karena nilai Neo yang menurun, sedangkan nilai putaran naik, maka

menyebabkan nilai Pe pada putaran 1700-2100 cenderung turun.

Diagram Sankey pada putaran 1800 rpm



4.4 Diagram Sankey pada putaran 1800 rpm



Diagram di atas menjelaskan kesetimbangan panas masuk dan panas

yang dimanfaatkan saat pembakaran terjadi pada mesin. Panas hasil pembakaran

(Qb) sebesar 50346,6 kcal/jam, sebagian terbuang ke sistem pendingin cooling

water (Qw) sebesar 18500 kcal/jam, sebagian terbawa gas buang (Qeg) sebesar

13970,417 kcal/jam, sebagian lagi hilang karena sebab lain diantaranya terbuang

lewat dinding silinder block lalu terbuang ke atmosfer / udara (Qpp) sebesar

2522,87 kcal/jam.

Sedangkan panas yang diubah menjadi kerja adalah panas yang diubah

menjadi daya efektif pada poros (Qe) sebesar 15353,31 kcal/jam. Proses

pembakaran yang terjadi adalah suatu reaksi kimia pada bahan bakar yang dapat

merubah parameter-parameter termodinamika seperti tekanan (P), temperatur

(T) yang terdapat dalam ruang bakar sehingga dengan berubahnya parameter

tersebut timbul daya yang dapat menggerakkan piston yang terhubung dengan

poros sehingga poros ikut berputar.

BAB V



PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Pada praktikum motor bakar ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik

kinerja dari motor bakar. Bentuk hubungan antar masing-masing variabel indikator

kerja terhadap variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara

pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Dari praktikum didapatkan

karakteristik kinerja secara aktual dan yang nantinya akan dibandingkan dengan

karakteristik kinerja secara teoritis. Jenis karakteristik kinerja yang diamati antar lain :

Putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nf)

Putaran terhadap torsi

Putaran terhadap mean effective pressure (MEP)

Putaran terhadap spesifc fuel consumption (SFC)

Putaran terhadap efisiensi

Putaran terhadap komposisi CO, CO2, H2O, dan N2 dalam gas buang.

Putaran terhadap keseimbangan panas.

Pada pembahasan data dan variabel serta hubungan-hubungan dari data hasil pengujian

didapatkan kesimpulan yang secara umum hamper sama dengan kinerja motor bakar

secara teoritis. Untuk sedikit perbedaan diakibatkan oleh kesalahan-kesalahan yang

dilakukan dapat dimaklumi karena pengamatan dan pengambilan data actual dilakukan

oleh manusia. Akan tetapi kesimpulannya dapat dianggap sama antara teoritis dan

aktual dalam pembahasan hubungan antar variabel.

5.2 SARAN

Dalam pelaksanaan praktikum sebaiknya perlu diperhatikan hal-hal berikut :

1.Sebelum memulai pelaksanaan praktikum para praktikan harus memahami terlebih

dahulu hal-hal yang berkenaan dengan praktikum.

2.Alat-alat yang ada dalam praktikum sudah termakan usia sehingga diperlukan

kalibrasi kembali.

3.Diadakan pengujian karakteristik terhadap motor bakar jenis lain, selain motor bakar

diesel



Grafik Hubungan Antara Putaran (n) dengan Daya Efektif (Ne), Daya Mekanis (Nf),

dan Daya Indikatif (Ni).

A. Pada grafik hubungan antara putaran (n) dengan Daya Efektif (Ne)

diperoleh grafik yang cenderung naik (semakin tinggi putaran maka nilai daya

efektif semakin tinggi). Hal ini sudah sesui dengan teori, dimana daya efektif

berbanding lurus dengan putaran, sesuai dengan rumus : 2,716nTNe

B. Pada grafik hubungan antara putaran (n) dengan Daya Mekanis (Ne)

diperoleh grafik yang cenderung naik (semakin tinggi putaran maka nilai daya

mekanis semakin tinggi). Hal ini sudah sesui dengan teori, dimana daya mekanis

berbanding lurus dengan putaran, sesuai dengan rumus :

Motor Bakar Laporan Kel 5

Documents

Transcript of Motor Bakar Laporan Kel 5