TUGAS

Instalasi Mesin Bahan Bakar Bensin dan Diesel (Karakteristik dan Daya)

Disusun Oleh :

1. 2. 3. 4.

Parningotan Joko Agung Diki Apriansyah Odi Risnawan Adi Pratama

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK CILACAP

2011

KATA PENGANTAR Puji dan Syukur kepada Tuhan YME, yang telah memberikan berkat-Nya sehingga kami dapat menyusun laporan tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini hingga selesai. Penyusunan Laporan Tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini di sesuaikan dengan kurikulum Politeknik Cilacap Tahun 2010/2011 sebagai pembelajaran Dasar Mesin Kalor dan Fluida pada jurusan Teknik Mesin di Politeknik Cilacap, kami menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini tidak akan berhasil tanpa adanya bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, kami mengucapkan terima kasih : 1. Drs. Sutoyo Ms.M.Ed selaku Direktur Utama Politeknik Cilacap 2. Agus Santoso, MT selaku ketua jurusan Teknik Mesin dan selaku Dosen pembimbing 3. Serta semua pihak yang tidak kami sebutkan satu per satu sehingga kami dapat menyelesaikan tugas ini. Kami berharap semoga budi baik beliau dalam memberikan bimbingan mendapat imbalan yang setimpal dari Allah SWT, kami menyadari dalam penyusunan Laporan Tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini masih banyak kekurangan dan kekeliruan karena terbatasnya pengetahuan, kemampuan, dan pengalaman dari kami, walaupun demikian kami telah berusaha dengan segala daya dan upaya yang dapat kami lakukan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak sangat kami harapkan demi kesempurnaan kami di masa yang akan dating semoga laporan Tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini bermanfaat bagi lembaga pendidikan pada umumnya dan Politeknik Cilacap khususnya. Penulis

MOTOR BAKAR1. Definisi Motor Bakar Bensin. Motor bensin ialah salah satu jenis motor bakar dengan sistem internal combustion engine yang menggunakan bahan bakar bensin. Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar bensin dilengkapi dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor diesel . Busi berfungsi untuk membakar campuran udara-bensin yang telah dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya. Karena itu motor bensin dinamai dengan spark ignitions. Sedangkan karburator adalah tempat bercampurnya udara dan bensin. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi. Motor diesel tipe penyalaannya yaitu dengan kompresi, dimana pada langkah hisap hanya udara yang dimasukkan kedalam ruang bakar dan pada sesaat menjelang langkah kompresi berakhir bahan bakar disemprotkan dan dengan tekanan dan temperatur yang tinggi terjadilah pembakaran. Dalam perkembangannya kedua motor bakar ini sangat banyak digunakan baikitu dikendaraan maupun di aparatus yang lain. Siklus Otto(ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan.

P 3 4 2 0 1

T 4 2 1 3 0

V

S

Keterangan grafik 0 1 Proses pengisapan udara dan pemasukan bahan bakar dari luar. 1 2 Kompresi (Proses Isentropik) 2 3 Pemasukan Kalor (Terjadi Pada Tekanan Konstan) 3 4 Kerja (Diangap proses Isentropik) 4 1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan). Daya Poros Daya poros didefinisikan sebagai momen putar dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol. Daya poros diketahui dari pengukuran, dinamometer-brake digunakan untuk mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol. Tekanan Efektif Rata rata Tekanan efektif rata rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus. Efisiensi Termal Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu. Efisiensi volumetrik Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran udara sebenarnya terhadap laju aliran ideal. Pemakaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/jam, misalkan pemakaian 50cc bahan bakar setiap detik maka jumlah bahan bakar yang dipakai dalam kg/jam adalah : mf =50 t 3600 1000

. Spgr bahan bakar .

kg/jam

Pemakaian bahan bakar spesifik

Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai perjam untuk menghasilkan setiap kW daya motor. Perbandingan Bahan Bakar-Udara Untuk menentukan perbandingan perbandingan bahan bakar-udara digunakan persamaan :

F mf = A ma

Laju Air Pendingin Alat ukur ini digunakan untuk mengukur volume aliran air yang masuk radiator, maka debit aliran air dapat ditentukan :

Qa =

Va t

Maka laju massa aliran air : ma = a . Q a dimana : ma = laju massa air pendingina

(kg/s)

= massa jenis air, kg/m3 Prinsip keseimbangan energi digunakan untuk mengetahui energi dalam

Qa = debit aliran air, m3/s bentuk panas yang digunakan secara efektif pada suatu sistem. Skema keseimbangan energi seperti gambar dibawah ini : Q loss

HNe Hf Hsp

Hu 2. Definisi Motor Bakar Diesel

Hgb

Motor Diesel ialah salah satu jenis motor bakar dengan sistem internal combustion engine yang menggunakan bahan bakar Solar. Motor bakar diesel yang berbeda dengan motor bakar bensin proses penyalaannya bukan dengan loncatan bunga api listrik. Pada langkah isap hanyalah udara segar yang masuk kedalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai TMA bahan bakar disemprotkan kedalam silinder. Terjadilah penyalaanan untuk pembakaran, pada saat udara masuk kedalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Sistim bahan bakar Ada tiga sistem yang banyak dipakai dalam penyaluran bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai masuk kedalam silinder pada motor diesel 1. sistem pompa pribadi 2. sistem distribusi dan 3. sistem akumulator Prinsip Dasar Motor Diesel Empat Langkah Mesin empat langkah adalah mesin yang melengkapi satu siklusnya yang terdiri dari proses kompresi, ekspansi, buang dan hisap selama dua putaran poros engkol. Prinsip kerja motor diesel empat langkah di gambarkan pada gambar 2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah

Tinjauan Energi Motor Diesel Motor diesel dapat dipandang sebagai sistem yang menerima energi, mengubah sebagian energi menjadi kerja dan membuang sebagian energi lain. Aliran energi masuk berasal dari udara dan bahan bakar. Energi yang hilang berupa energi thermal yang terbawa oleh gas buang, energi hilang dari radiator dan rugi gesekan, sehingga volume atur dapat digambarkan seperti gambar 2.4.QcvUdara Po , To Siklus Dari Mesin Bahan Bakar Permukaan Gas Buang

Po , To

Po , To

Wcv

Kontrol

Gambar 2.4. Volume Atur Untuk Menganalisa Kerja Maksimum Parameter-parameter mesin Parameter-parameter mesin yang diukur untuk menentukan karakteristik pengoperasian pada motor bakar diesel

VcB

TD C s B D Cr

Vd

s

a

Gambar 2.1. Sistem Motor Bakar Untuk sebuah mesin dengan diameter silinder B , crank offset a , panjang langkah S dan perputar dengan kecepatan N seperti pada gambar 2.1 maka kecepatan rata-rata piston adalah ; U p = 2SN dimana N biasanya diberi satuan RPM (revolution per minute), U p dalam m/detik (ft/sec), dan B,a dan S dalam m atau cm (ft atau in).

Jarak s antara crank axis dan wrist pin axis diberikan oleh persamaan s = a cos + dimana : a = crankshaft r = connecting rod length = crank shaft offset Metoda Perhitungan Daya poros efektif, Ne Daya poros diperoleh dari pengukuran, dihitung dalam watt (Nm/s) atau dalam kW dan didefinisikan sebagai momen torsi dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol. T=m.g.l dimana : T = Momen torsi, Nm M = Gaya berat, kgf G = gaya gravitasi bumi, m/s2 L = panjang lengan momnen torsi, m maka : Ne =2 . n . T 60

r 2 a 2 sin 2

(N.m)

(kW)

Ne = Daya poros efektif, kW N = putaran poros engkol, rpm Tekanan efektif rata rata, Pe Tekanan efektif rata rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.Ne

Pe = V x z x n x a x 60 x 10 L dimana: Pe = tekanan efektif rata rata, kPa Z = Jumlah silinder a = Jumlah siklus per putaran = 1 untuk motor 2-langkah = 2 untuk motor 4-langkah Pemakaian bahan bakar, mf

6

(kPa)

Pemkaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/h, maka jumlah bahan bakar yang terpakai sebanyak 10cc dalam detik adalah : mf = dimana : t = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 10 cm3 bb = massa jenis bahan bakar = 0,7329 gram/cm3 untuk bensin Pemakaian bahan-bakar spesifik, Be Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter penting untuk sebuah motor yang berhubungan erat dengan efisiensi termal motor. Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk menghasilkan Setiap kW daya motor. Be = N emf 10 3600 x bb x t 1000

(kg/h)

(kg/kWh)

Laju aliran massa udara, ma Daya yang dapat dihasilkan motor dibatasi opleh jumlah udara yang diisap ke dalam silinder. Pemakaian udara diukur dengan manometer tabung-U, dimana yang diukur adalah beda tekanan pada tabung pitot. Laju aliran udara karena pengaruh perbedaan tekanan pada tabung pitot. Kecepatan aliran udara melewati pitot : vu = C 2g.h (m/s)

Laju aliran udara volumetrik yang melewati orifis : mv = maka laju aliran udara adalah: ma = u m v 3600 Perbandingan bahan bakar-udara, F/A Perbandingan bahan bakar-udara yang masuk ke karburator dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : F/A = m a Laju air pendingin Maka laju massa aliran air : ma = a . Qa dimana : ma = laju massa air a = massa jenis air, kg/m3 Qa = debit aliran air, m3/s (kg/s)mf d 2 v a 10 -6 4

(m3/s)

(kg/h)

Efisiensi volumetrik, v Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran udara sebenarnya terhadap laju aliran aliran udara ideal diperoleh dari persamaan : Persamaan laju aliran udara ideal :-6 mia = VL z n a u 60 10 kg/h

Efisiensi volumetrik adalah: ma m ia

v =Efisiensi termal, t

Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah energi bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu. Ne m f LHV

T =Neraca kalor

Panas yang dihasilkan dapat digunakan secara efektif. Sebagian panas yang hilang dapat dinyatakan dengan prinsip balance energi sebagai berikut : a). Energi Masuk Energi bahan bakar masuk (Hf) (kW) (kW) Energi udara masuk (Hu) Hf = mf . LHV Hu = mu . cpu . T1 b). Energi Keluar Energi gas buang (Hgb) (kW) (J/kg. K ) Hgb = (mu + mf) . cpgb . Tgb asumsi : cpgb = 950 + (0.25Tgb)

Energi poros efektif dalam bentuk panas

HNe = Ne

(kW)

Energi keluar air pendingin (Hap)

Hap = map . cpap . (Tk Tm) (kW) c). Energi Yang Hilang (Qloss) Qloss = (Hu + Hf) (HNe + Hap + Hgb) (kW)

Persentase keseimbangan energi menjadi : 1= H ap H gb H Ne H loss + + + Hu + Hf Hu + Hf Hu + Hf Hu + H f

Karakteristik mesin bahan bakar 1. a. b. c. d. 2. a.Efisiensi Panasnya tinggi b.Bahan bakarnya hemat c.Kecepatan lebih rendah disbanding mesin bensin d.Getarannya besar dan agak berisik e.Harganya lebih mahal f. Umumnya mesin diesel digunakan untuk kendaraan jarak jauh (kendaraan niaga, bus, truk dan sebagainya) Perbandingan prinsip kerja masin bahan bakar 1. Prinsip kerja mesin bensin a. Langkah hisap Campuran bahan bakar dan udara dihisap kedalam b. Langkah kompresi Piston mengkompresikan campuran udara bahan bakar c. Langkah pembakaran Busi menyalakan canpuran yang bertekanan d. Langkah buang Karakteristik Mesin Bensin : Kecepatannya tinggi dan tenaganya besar Mudah pengoperasiannya Pembakarannya sempurna Umumnya digunakan sebagai mobil penumpang, mobil truk kecil dan Karakteristik Mesin Diesel

sebagainya.

Piston mendorong gas buang keluar dari silinder e. Pengatur output tenaga Diatur oleh banyak campuran udara bahan bakar yang dimasukkan 2. Prinsip kerja mesin Diesel a. b. c. Langkah hisap Hanya udara yang dihisap masuk Langkah kompresi Piston mengkompresikan udara untuk menaikkan tekanan dan temperatur Langkah pembakaran Bahan bakar disemprotkan kedalam udara yang temperatur dan bertekanan tinggi dan terbakar oleh panas dari udara yang ditekan. d. Langkah buang Piston mendorong gas buang keluar dari silinder e. Pengatur output tenaga Diatur oleh banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan Keuntungan dan kerugian mesin bensin dengan mesin diesel 1. Keuntungannya : sangat sedikit. perawatan. Kerugiannya : Bahan bakar bensin lebih mahal dari pada solar. Mesin tidak tahan panas dan banyak menggunakan komponen elektronika, jika digunakan terus menerus mobil bensin akan cepat mengalami gangguan. 2. Keuntungannya : Mesin Diesel : Berat mesin lebih ringan sangat mudah untuk Suara dan getaran mesin cenderung lebih halus. Polusi yang dihasilkan bahan bakar bensin Mesin bensin

bensin. Kerugiannya :

Suara dan getaran sedikit kasar. Polusi yang dihasilkan lebih besar. Berat mesin lebih berat dibandingkan mesin

Mesin lebih tahan panas dan kuat dibandingkan mesin bensin. Perawatan lebih lama karena tidak banyak menggunakan komponen elektronika yang tidak mudah rusak oleh panas. Komponen Utama Motor Bakar Bensin dan Diesel dan fungsinya. No. 1. 2. 3. 4Nama Komponen Cylinder Torak (piston) Batang torak (conecting rod) Poros engkol (Crank Shaft) Fungsi Komponen Tabung tempat pemampatan udara dan bergeraknya torak Mengisap udara, memampatkan dan melakukan ekspansi dalam gerak linear. Menghantarkan gerak linear dari piston dalam langkah ekspansi ke poros engkol. Mengubah gerak linear dari torak (piston) menjadi gerak putar Menggerakan cam shaft dengan perantara roda gigi. Menggerakan poros eksentrik untuk Injection pump. Mengatur gerakan valve melalui rocker-arm

5

Cam Shaft

PENUTUP Puji dan Syukur kepada Tuhan YME, sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini tanpa ada halangan suatu apapun. Namun kami menyadari bahwa Laporan tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini masih banyak kekurangan dan masih jauh dari sempurna. Untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun Demikian yang kami sampaikan dari seluruh rangkaian Laporan tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini, kami berdoa agar Laporan tugas Matakuliah Teknik Dasar Mesin Kalor dan Fluida ini di masa yang akan datang dapat berhasil dengan baik. Sehingga dapat bermanfaat bagi diri sendiri dan orang lain.

DAFTAR PUSTAKA 1. Http://yefrichan.files.wordpress.com/2010/05/motor-bakar.doc 2. http://www.yanto-triyanto.co.cc/2009/10/karakteristik-mesin-bensin-dandiesel.html 3. http://118.96.151.46/kgi/konten_kgi/smk/teknik_mesin/teknik pemeliharaan mekanik industri/pemeliharaan_servis_sistem_bahan_bakar_diesel2.pdf