1

LAPORANPENELITIAN MANDIRI

PENGARUH PENEMPELAN KARBON PADA

DUDUKAN KATUP TERHADAP DAYA MOTOR

OLEH :

Arthur Y Leiwakabessy, ST., MT.NIDN. 0011017904

UNIVERSITAS PATTIMURAJULI 2014

2

3

RINGKASAN

Motor Diesel adalah motor yang pada umumnya dipakai sebagai motor

penggerak kendaraan, alat pengangkut, penggerak/pembangkit tenaga listrik

(generator) dan lain sebagainya. Motor Diesel terdiri dari beberapa komponen utama

(baik yang bergerak maupun yang tidak bergerak) juga beberapa komponen/alat

pembantu seperti, sistem start, sistem bahan bakar, sistem pelumasan dan sistem

pendinginan motor

Sebuah motor dapat menjalankan fungsinya (motor dapat beroperasi) dengan

baik apabila semua komponen motor (baik komponen utama maupun komponen

pembuatan) harus berada dalam kondisi teknis yang baik. Artinya pada motor

tersebut tidak terjadi kerusakan-kerusakan, perubahan bentuk pada salah satu

komponen motor tertentu

Karbon yang menempel pada katup buang motor diesel Deutz penggerak

Three Wheel Roller Barata MG. 8 adalah setebal 0,5 mm, yang mengakibatkan

terjadinya kebocoran udara pada akhir langkah kompresi sebesar 461,43 cm3 atau

12,55%. Akibat kebocoran tersebut maka terjadilah penurunan unjuk kerja. Setelah

terjadinya penempelan karbon pada kepala katup buang yang mengakibatkan

terjadinya kebocoran, maka besarnya daya motor efektif (Ne) yang dihasilkan

menurun dari 216,8 HP menjadi 208,73 HP.

Kata kunci : Daya Motor,Katup, Penempelan Karbon

4

DAFTAR ISI

Judul.......................................................................................................................................1

Halaman pengesahan .............................................................................................................2

Ringkasan...............................................................................................................................3

Daftar Isi ................................................................................................................................4

Bab 1 Pendahuluan ................................................................................................................5

1.latar belakang..........................................................................................................5

2.perumusan masalah.................................................................................................6

3.tujuan penulisan ......................................................................................................6

Bab 2 tinjauan pustaka...........................................................................................................7

1.efisiensi pengisian...................................................................................................7

2.tekanan dan temperature udara kmpresi .................................................................8

3.tekanan dan temperature pembakaran.....................................................................8

4. Tekanan Indikator (Pi) dan Tekanan Efektif (Pe)..................................................9

Bab 3 metodelogi penelitian ..................................................................................................12

II. Hasil dan pembahasan ..................................................................................................14

1.akibat penempelan karbon terhadap kebocoran......................................................14

2.pengaruh kebocoran terhadap unjuk kerja motor ...................................................15

3.proses pembakaran..................................................................................................18

4.perhitungan parameter langkah ekspansi ................................................................24

5.tekanan indicator (Pi)..............................................................................................26

6.tekanan efektif (Pe) .................................................................................................27

7.pengaruh kebocoran terhadap daya motor ..............................................................27

III. Penutup........................................................................................................................30

1.kesimpulan ...............................................................................................................30

2.saran .........................................................................................................................30

Daftar pustaka ........................................................................................................................31

5

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Motor Diesel adalah motor yang pada umumnya dipakai sebagai

motor penggerak kendaraan, alat pengangkut, penggerak/pembangkit

tenaga listrik (generator) dan lain sebagainya. Motor Diesel terdiri dari

beberapa komponen utama (baik yang bergerak maupun yang tidak

bergerak) juga beberapa komponen/alat pembantu seperti, sistem start,

sistem bahan bakar, sistem pelumasan dan sistem pendinginan motor.

Sebuah motor dapat menjalankan fungsinya (motor dapat beroperasi)

dengan baik apabila semua komponen motor (baik komponen utama

maupun komponen pembuatan) harus berada dalam kondisi teknis yang

baik. Artinya pada motor tersebut tidak terjadi kerusakan-kerusakan,

perubahan bentuk pada salah satu komponen motor tertentu.

Dengan adanya kerusakan, perubahan bentuk pada salah satu

komponen motor maka akan sangat mengganggu fungsi atau tugas, yang

pada gilirannya akan mengganggu tugas/pengoperasian motor tersebut

secara keseluruhan.

Katup (valve) merupakan salah satu komponen penting motor (yang

bergerak) yang berfungsi untuk mengatur udara bersih atau campuran udara

dan bahan bakar ke dalam silinder (fungsi katup masuk) dan gas bekas yang

keluar dari dalam silinder motor (fungsi katup buang). Katup buang dalam

menjalankan fungsinya dapat mengalami kerusakan-kerusakan atau

perubahan bentuk tertentu, terutama karena katup tersebut selalu

berhubungan dengan gas panas sisa pembakaran yang ada di dalam silinder

motor.

Mesin Diesel Deutz merupakan salah satu motor buatan Jerman yang

digunakan pada alat berat Three Wheel Roller Barata MG.8/penggilas jalan,

mengalami gangguan pengoperasian (motor agak sulit dihidupkan dan

mesin tidak dapat beroperasi pada daerah tanjakan) karena adanya

6

penempelan arang karbon pada bagian katup buang (exhaust valve).

Menurut pengamatan penulis, ada endapan karbon yang mengeras dan

cukup tebal menempel pada permukaan piringan katup buang (exhaust

valve) tersebut, maka terjadilah kebocoran pada saat langkah kompresi

maupun pada saat langkah ekspansi yang mengakibatkan kinerja motor dan

daya motor menjadi berkurang.

2. Perumusan Masalah

Melihat latar belakang penulisan maka dapat dirumuskan beberapa masalah

sebagai berikut :

1. Katup tidak dapat menutup pada dudukan katup dengan baik karena

terganjal pada karbon, sehingga terjadi kebocoran.

2. Akibat fari kondisi tersebut maka daya motor berkurang.

3. Tujuan Penulisan

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk mengetahui ketebalan karbon yang menempel pada katup

tersebut.

2. Untuk mengetahui Daya Motor akibat adanya penempelan karbon pada

katup buang (exause valve).

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengaruh Ganjalan Katup terhadap Daya Motor

1. Efisiensi Pengisian (ῃch)

Efisiensi pengisian untuk motor dengan supercharging dapat diperoleh

dengan menggunakan persamaan berikut :

η ch = ra

sup

sup

a

γ1T

T

P

P

1

ε

7)

Dimana :

ε = Perbandingan kompresi

Po = Tekanan udara luar, atm

Tsup = Temperatur udara dalam supercharging, atm

Psup = Tekanan udara di dalam supercharging, atm

To = Temperatur udara luar, OK

γr = Koefisien gas residu = 0,03 – 0,04

dari persamaan di atas terlihat bahwa bila gas masih menempati

sebagian ruang silinder sehingga menghambat udara bersih yang akan

menempati ruang silinder yang sama, akan mengakibatkan koefisien gas

residu/gas bekas (γr) akan meningkat karena proses pembilasan tidak

berlangsung dengan baik. Selain itu akan terjadi perubahan nilai

perbandingan kompresi (ε), yaitu :

dari rumus di atas terlihat bahwa Vs pada saat langkah kompresi akan

berubah karena katup menutup terlambat dari semestinya, yaitu VS akan

menjadi kecil. Karena VS mengecil sedangkan VC tetap, maka

perbandingan kompresi (ε) akan mengecil.

Vc

VcVsε

Vc

Vs1ε

8

Keadaan seperti tersebut pada gilirannya akan mengurangi efisiensi

pengisian ( η ch) motor tersebut.

Apabila terjadi ganjalan antara katup dan dudukannya tidak tepat

(terlalu rapat atau terlalu longgar/renggang), maka daya motor yang

dihasilkan akan menjadi berkurang, yang mana hal tersebut dapat

dijelaskan sebagai berikut.

2. Tekanan dan Temperatur Udara Kompresi

Apabila kebocoran katup karena speling antara piringan kepala katup

dengan dudukan katup, maka akan terjadi kebocoran sehingga tekanan

dan temperatur udara pada akhir langkah kompresi akan menurun dari

yang seharusnya.

Tekanan dan temperatur udara pada akhir langkah kompresi dapat

dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

Pc = Pa. εn1, kg/cm2. 1)

Sedangkan temperatur udara kompresi yang terjadi di dalam silinder

adalah :

Tc = Ta. εn1-1, oK. 2)

3. Tekanan dan Temperatur Pembakaran

Tekanan maksimum di dalam silinder motor pada saat terjadi

pembakaran udara kompresi dengan bahan bakar yang disemprotkan

oleh nozel injektor adalah :

Pz = λ. Pc, atm. 7)

Dimana :

λ – tingkat kenaikan tekanan.

Dari rumus di atas, apabila tingkat kenaikan tekanan tetap, maka dengan

berkurangnya tekanan pada akhir langkah kompresi (Pc), maka

mengakibatkan tekanan pembakaran maksimum juga akan menurun.

Demikian juga terhadap temperatur pembakaran maksimum yang

terjadi di dalam silinder motor juga akan menurun.

Tekanan pembakaran maksimum yang terjadi di dalam silinder motor

dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

9

3).

zgpcudv

ro

1z T.mcμT.1,985mcγ1α.L

Qξ

Dimana :

(mcv)g = Kalor spesifik gas pada volume konstan (kcal/mol. oC)

(mcv)g = Ag + Bg. Tz

(mcp)g = 6,9761 + 0,0006385 Tz

Q1 = Nilai kalor bawah bahan bakar (kcal/kg.bb)

Q1 = 10136,2 kcal/kg.bb

ξz = Koefisien panas bahan bakar yang berguna

ξ z = 0,65 ÷ 0,85 (untuk motor diesel)

λ = Perbandingan kenaikan tekanan selama proses pembakaran

berlangsung = 1,7 – 2,2

Akibat adanya penurunan tekanan dan temperatur udara pembakaran

makan tekanan dan temperatur gas yang pada akhir langkah ekspansi

juga akan menurun. Hal ini dapat diikuti melalui rumus berikut ini.

atm.,δ

PP

1)(nz

b2

4) dan

K.,δ

TT o

1)(nz

b2

5)

Dimana :

n2 = Eksponen polytropik garis ekspansi = 1,15 – 1,3

δ = Perbandingan ekspansi total =ρ

ε

cz

cz

T.P

P.Tμ.ρ

ε = Perbandingan kompresi

ε = 13 – 14 untuk motor putaran menengah

4. Tekanan Indikator (Pi) dan Tekanan Efektif (Pe)

Untuk mendapatkan tekanan indikator di dalam silinder motor, maka

perlu dihitung tekanan indikator teoritis yang terjadi di dalam silinder

motor, yaitu dengan menggunakan rumus berikut.

10

atm,

1n

1

ε

11

1n

1

δ

11λρ1ρλ

1ε

PP

11n

2

1n

cit

1

2

Dengan memperhitungkan koefisien koreksi diagram indikator (φ) =

0,95 – 0,97, maka tekanan indikator motor adalah :

Pi = φ. Pit, atm.

Melihat rumus di atas, maka dapat dikatakan bahwa tekanan indikator

teoritis akan menurun karena adanya penurunan tekanan pada akhir

langkah kompresi (Pc). Jadi jelas juga tekanan indikator motor (Pi) juga

akan menurun.

B. Daya Motor

Daya Motor Indikator (Ni), yaitu daya yang dapat dihasilkan oleh motor

tersebut sebagai akibat pembakaran udara kompresi dan bahan bakar

yang disemprotkan ke dalam silinder. Daya ini diukur di dalam silinder

motor.

Besarnya daya indikator motor dapat dihitung dengan menggunakan

rumus berikut :

RUMUS DISINI

Dimana :

D = diameter silinder motor, cm

S = panjang langkah torak, dm

n = putaran motor, rpm

i = jumlah silinder

Pi = tekanan indikator motor, atm

Z = koefisien tak

Z = 2 untuk motor 4 tak

=1500

60

360

135x

Z = 1 untuk motor 2 tak

11

Daya Motor Efektif (Ne), adalah daya motor yang dihasilkan oleh

putaran poros engkol setelah memperhitungkan semua kehilangan

mekanis ( η m) yang terjadi di dalam motor tersebut. Kehilangan

mekanis tersebut berkisar antara 0,78 – 0,83 untuk motor 4 tak.

Jadi besarnya daya motor efektif adalah :

Ne = η m. Ni, PK

Dengan adanya penurunan terhadap parameter-parameter motor tersebut

diatas (Pi), maka daya yang dihasilkan oleh motor juga akan menurun

12

BAB III

METOLOGI PENELITIAN

Merek/Type : Deutz/MG8

Daya Motor : 200 HP

D : 15.5 cm

a : 4 silinder

s : 19,5 cm

d : 2,5 cm

n : 1500 rpm

Ketebalan Arang : 0,5

Netto Weight 720.00 KG

Manufacturing Number KW2600859

Dimension Unit 185 X 76 X 115 CM

Type Silent Type

13

Benefit Easy to start Easy to maintenance Noise level â ¤ 85dB Ready to connect with ATS

Features Panel Digital with COMAP High quality engine and alternator component Built-in AMF system Sound proof type

Specification Stand by Output (kVA/kW) : 22.3 / 17.8 Prime Output (kVA/kW) : 20.3 / 16.2 Voltage (V): 380 Frequency (Hz):50 Power Factor (PF) : 0.8 Engine Idle Speed (rpm) : 1500 Engine Manufacturing / Model : Perkins / 404D-22G Number of Cylinder : 4 Vertical In-Line Fuel Tank Capacity (â ) : 60 Oil Capacity (â ) : 10.6 Engine Coolant Capacity (â ) : 7 Fuel Consumption of Standby (â /h) : 6.9 Fuel Consumption of Prime (â /h) : 6.2 Alternator Manufacture / Model : Stamford / PI144D Excitation : Brushless, Self-exited Insulation Class : H Protection Class : IP23

Standard Certificate -

Lead Time 90

Sales UOM EA

Warranty Code 23 (More Detail)

Voltage Phase 380 Volt/3 Phase

Capacity 20KVA

Engine Brand Perkins

Engine Size None

Excitation System Brushless

14

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Akibat Penempelan Karbon terhadap Kebocoran

Karena terjadi penempelan karbon pada permukaan kepala piringan katup

dan dudukannya sebesar 0,5 mm, maka pada saat katup menutup, ada

terjadi celah antara piringan katup dengan dudukannya. Pada kondisi ini,

maka terjadilah kebocoran udara kompresi pada saat proses kompresi

berlangsung dan kebocoran gas pembakaran pada saat terjadi proses

pembakaran dan ekspansi.

Banyak udara yang bocor per menit pada akhirnya langkah kompresi dapat

dihitung sebagai berikut :

Vb = Pc x t x A x n, cm3

= 461,43 cm3

Dimana :

p = tekanan udara kompresi, kg/cm2

t = lamanya waktu kebocoran, detik.

= 0,015 detik

A = luas kebocoran, cm2

= π. d. t

= 3,14. 2,5. 0,05

= 0,3925 cm2

Dimana :

d adalah diameter piringan katup

n – putaran motor, rpm = 1500 rpm

Banyaknya udara yang masuk ke dalam silinder motor pada saat sebelum

terjadi kebocoran (Vs) adalah :

Vs = π/4. D2. S.

= 3,14/4. 15,52. 19,5

= 3677,627 cm3

15

Karena kebocoran maka udara yang tersisa di dalam silinder motor pada

akhir langkah kompresi adalah :

Vkom = Vs – Vb

= 3677,627 – 461,43

= 3216,197 cm3

Besarnya presentasi volume udara pada akhir langkah kompresi setelah

terjadi kebocoran adalah = 87.45%

Jadi presentasi volume udara yang bocor pada akhir langkah kompresi

adalah 12,55%.

Akibat kebocoran pada katup tersebut maka akan terjadi penurunan untuk

kerja motor yang pada gilirannya menurunkan daya motor.

100%x6273677,

4843631,Vkom

4.2. Pengaruh Kebocoran Terhadap Unjuk Kerja Motor

Perhitungan unjuk kerja motor ini terbagi atas dua bagian, yaitu :

Perhitungan unjuk kerja motor sebelum terjadinya kebocoran pada

katup buang karena penempelan karbon, dan

Perhitungan unjuk kerja motor setelah terjadinya penempelan karbon

pada kepala katup buang dan dudukannya.

Perhitungan unjuk kerja motor yang dimaksudkan disini adalah meliputi

parameter-parameter pengisian, kompresi, pembakaran, ekspansi,

pembuangan serta tekanan indikator, tekanan efektif dan daya motor.

1) Perhitungan Parameter Pengisian

Tekanan Udara sebelum Supercharger (Po’)

Po’ = Po’ - Po1

Dimana :

Po = tekanan udara keluar = 1 kg/cm2

Po1 = kerugian tekanan pada pipa pemasukan sebelum super –

charger

= (0,03 – 0,05). Po

= 0,05. Po (diambil)

16

Maka :

Po’ = Po – (0,05. Po)

= 1 – (0,05 x 1) = 0,95 kg/cm2

Temperatur Udara sesudah Supercharger (Tsup)

n

1n

o'

sup

osupP

PTT

Dimana :

To = temperatur udara luar (33 oC)

= (273 + 35) = 306 oC

Psup = tekanan supercharger

= (1,20 – 1,35) atm abs (untuk putaran rendah)

= 1,35 kg/cm2 (diambil)

= 1,35 x 1

= 1,35 kg/cm2

n = eksponen polytropik untuk udara atmosfir

= (1,7 – 2,0) untuk centrifugal supercharger

= 1,85 (diambil)

Maka :

Tsup = 306 x Ko616,35995,0

35,1 85,1

185,1

Tekanan Awal Langkah Kompresi (Pa)

Tekanan gas pada awal langkah kompresi pada sistem didesain

untuk pengisian silinder dengan campuran udara bahan bakar atau

udara kerja yang dapat ditentukan sebagai berikut :

Pa = (0,9 ÷ 0,95) Psup kg/cm2

= 0,95 Psup (dipilih)

= 0,95 x 1,35

Pa = 1,2825 kg/cm2

Temperatur Awal Langkah Kompresi (Ta)

17

Temperatur gas di dalam silinder pada awal langkah kompresi

dihitung sebagai berikut :

Ta =r

rrw TtT

1

sup

Dimana :

γr = koefisien gas residu

= (0,03 – 0,14) untuk motor empat langkah

= 0,03 (diambil)

∆tw = kenaikan temperatur dalam silinder karena bersentuhan

dengan dinding silinder yang panas.

= (10 oC – 15 oC) untuk motor 4 langkah dengan

Supercharger = 15 oC (diambil)

Tr = temperatur gas residu = 750 K (berdasarkan referensi dari

700-800 K)

Maka :

Ta =03,01

)75003,0(15616,359

x

= 385,55 OK

Efisiensi Pengisian ( η ch)

Efisiensi pengisian dihitung berdasarkan persamaan berikut :

η ch = ra

sup

sup

a

γ1T

T

T

P

1ε

ε

η ch = 0,031x385,55x1,35x115

359,616x1,2825x15

η ch = 0,922

2) Perhitungan Parameter Kompresi

Tekanan dan temperatur pada akhir langkah kompresi sebelum terjadi

kebocoran dapat dihitung sebagai berikut :

Tekanan Akhir Kompresi (Pc)

Pc Pc = Pa εn1

Pc = 1,2825 x 15 (1,3690 - 1)

18

Pc = 52,25 kg/cm2

Dimana :

n1 = eksponen politropik

= (1,34 – 1,39)

Jika diasumsikan kalor pada langkah kompresi (Qc = 0) adalah

proses adiabatik, maka n1 = k1, dan dengan menggunakan

persamaan kesetimbangan energi untuk jumlah mol gas pada

langkah kompresi, pangkat eksponen pada garis politropik dapat

ditentukan sebagai berikut :

A + B Ta (εn1 – 1) + 1) =1

985,1

n

Dimana :

A dan B = Koefisien gas

A = 4,62 dan B = 53 x 10-5

4,62 + (53 x 10-5 x 385,55) x (15 (n1-1) + 1) =1n

1,985

Dengan menggunakan metode trial and error diperoleh n1 ≈ 1,3690

4,62 + (53 x 10-5 x 385,55) x [15(1,3690)-1) + 1] =

5,379405,37939;11,3690

1,985

Temperatur Akhir Kompresi (Tc)

Tc = Ta εn1-1)

= 385,55 x 15(1,3690 – 1) = 385,55 x 15(0,3690)

Tc = 1047,27 oK

Setelah terjadi kebocoran 12,55% maka banyaknya udara yang

tertampung di dalam silinder motor pada akhir langkah kompresi

adalah sebanyak 87,45%. Besarnya tekanan dan temperatur pada

akhir langkah kompresi setelah terjadi kebocoran tersebut adalah :

19

3) Proses Pembakaran

Jenis bahan bakar yang digunakan adalah bensin dengan rumus kimia

C8H18 nilai kalor bawah (LHV) adalah 10582 kcal/kgbb dan komposisi

bahan bakar sebagai berikut :

a) Prosentase Bahan Bakar

Berdasarkan spesifikasi bahan bakar solar dari PERTAMINA

diperoleh komposisi kimia bahan bakar sebagai berikut :

Karbon C = 87%

Hidrogen H = 12,6%

Oksigen O2 = 0,4%

Jumlah oksigen di udara sebesar 21%

Perbandingan udara dan bahan bakar teoritis yang diperlukan untuk

proses pembakaran adalah :

Lo’ =

32

O

4

H

12

C

0,21

1

Lo’ =

32

0,004

4

0,126

12

0,87

0,21

1

Lo’ = 0,495 mol/kgbb

Berdasarkan referensi untuk koefisien perbandingan udara dan

bahan bakar teoritis dan aktual untuk motor bensin,

α = 1,3 ÷ 1,7 dan diambil □ = 1,6

sehingga jumlah kebutuhan udara sesungguhnya yang digunakan

pada proses pembakaran adalah :

L’ = α. Lo

L’ = 1,6 x 0,495

L’ = 0,792 mol/kgbb

Pembakaran 1 kg bahan bakar menghasilkan produk hasil

pembakaran sebagai berikut :

Karbon dioksida CO2 :

MCO2 = mol0,072512

0,87

12

C

Uap air H2O

20

MH2O = mol0,0632

0,126

2

H

Oksigen O2

MO2 = 0,21 x (α – 1) x Lo’

MO2 = 0,21 x (1,6 – 1) x 0,495

MO2 = ,06237 mol

Nitrogen N2

MN2 = 0,79 x α x Lo’

MN2 = 0,79 x 1,6 x 0,495

MN2 = 0,62568 mol

b) Jumlah Total Mol Produk Hasil Pembakaran

Mg = MCO2 + MH2O + MO2 + MN2

Mg = 0,0725 + 0,063 + 0,06237 + 0,62568

Mg = 0,82355 mol

c) Perbandingan Relatif Komponen Hasil Pembakaran

VO2 = 0,075730,82355

0,06237

M

M

g

O2

VN2 = 0,759730,82355

0,62568

M

M

g

N2

VHO2 = 0,076500,82355

0,063

M

M

g

OH2

VCO2 = 0,088030,82355

0,0725

M

M

g

OC2

d) Jumlah Total Koefisien Panas Spesifik Campuran Gas

Ag = VCO2 ACO2 + VH2O AH2O + VO2 AO2 + VN2 AN2

Bg = VCO2 BCO2 + VH2O BH2O + VO2 BO2 + VN2 BN2

Dimana :

ACO2 = 7,82 BCO2 = 0,00125 kcal/mol OC

AH2O = 5,79 BH2O = 0,00112 kcal/mol OC

AO2 = 4,62 BO2 = 0,00053 kcal/mol OC

21

AN2 = 4,62 BN2 = 0,00053 kcal/mol OC

Jadi,

Ag = (0,08803 x 7,82) + (0,0765 x 5,79) + 4,62 x (0.07573

+ 0,75973)

Ag = 0,6883946 + 0,442935 + 3,8598252

Ag = 4,9911 kcal/mol OC

Bg = (0,08803 x 0,00125) + (0,07650 x 0,00112) +

0,00053 x (0,07573 + 0,75973)

Bg = 0,0001100385 + 0,00008568 + 0,0004427938

Bg = 0,0006385 kcal/mol OC

e) Kapasitas Panas Molar Rata-Rata (isokhorik) Udara pada Volume

Konstan dan Temperatur Kompresi (Tc)

(mcv)ud = Ag + Bg Tc

(mcv)ud = 4,9911 + (0,0006385 x 1047,27)

(mcv)ud = 5,65978 kcal/mol OC

Kapasitas panas molar rata-rata (isokhorik) udara pada volume

konstan dan temperatur kompresi (Tc) setelah kebocoran.

(mcv)ud = Ag + Bg Tc

(mcv)ud = 4,9911 + (0,0006385 x 915,838)

(mcv)ud = 5,5759 kcal/mol OC

f) Kapasitas Panas Molar Rata-Rata (isokhorik) Gas pada Volume

Konstan dan Temperatur Pembakaran Maksimum (Tz)

(mcv)gas = Ag + Bg Tz

= 4,9911 + 0,0006385 Tz

g) Kapasitas Panas Molar Rata-Rata (isobarik) Gas pada Tekanan

Konstan dan Temperatur Pembakaran Maksimum (Tz)

(mcp)gas = (mcp)gas + 1,985 = 4,9911 + 0,0006385 Tz + 1,985 =

6,9761 + 0,0006385 Tz

h) Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar (LHVbb)

22

Nilai kalor bawah bahan bakar dapat ditentukan berdasarkan

persamaan pendekatan Madelev’s sebagai berikut :

LHVbb = 81 C + 246 H – 26 O

LHVbb = 42438,24 kJ/kgbb

i) Koefisien Molar Gas Residu

Campuran bahan bakar selalu menghasilkan mol gas residu,

perubahan aktual di dalam mol gas akan mempengaruhi

karakteristik koefisien molar, yang dinyatakan dengan persamaan

berikut ini :

μ =r

ro

γ1

γμ

Dimana

μo = Koefisien kimia perubahan molar

μo = ,0398,1792,0

82355,0jadi

L

M g

μ = 1,0386

j) Tekanan dan Temperatur Hasil Pembakaran

Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi, tekanan dan

temperatur maksimum dari hasil pembakaran dapat ditentukan

dengan persamaan berikut :

Temperatur Maksimum (Tz)

zgp

cudv

ro

1z

T.mc

μT.λ1,985mcγ1α.L

Qξ

Dimana :

(mcv)g = Kalor spesifik gas pada volume konstan (kcal/mol

OC)

(mcv)g = Ag + Bg. Tz

(mcp)g = 6,9761 + 0,0006385 Tz

Q1 = Nilai kalor bawah bahan bakar kcal/kgg.bb)

Q1 = 10136,2 kcal/kg.bb

23

ξz = Koefisien panas bahan bakar yang berguna

ξz = 0,65 ÷ 0,85 (untuk motor diesel)

ξz = 0,75 (diambil)

λ = Perbandingan kenaikan tekanan selama proses

pembakaran berlangsung = 1,7 – 2,2 = 1,7 (diambil)

Jadi :

2z

zzz

)(T0,00066315

T7,2454218780,4316Tx)T0,0006385(6,9761x1,0386

1047,27x1,7x1,9855,659780,03)(1x0,495x1,6

10136,2x0,75

Dengan menggunakan persamaan matematika (rumus abc) nilai

temperatur maksimum hasil pembakaran diperoleh sebagai

berikut :

Tz =

0,00066315x2

218780,4316x0,00066315x47,24547,24542

Tz = 2162,028 OK

Setelah terjadi kebocoran pada katup akibat penempelan karbon

pada permukaan kepala katup buang, maka temperatur

pembakaran maksimum (Tz) adalah :

zz Tx)T0,0006385(6,9761x

1,038915,838x1,7x1,9855,5760,03)(1x0,495x1,6

10136,2x0,75

Dengan menggunakan persamaan matematika (rumus abc) nilai

temperatur maksimum hasil pembakaran diperoleh sebagai

berikut :

Tz =

0,00066315x2

17516.2176x0,00066315x47,24547,24542

Tz = 2037,6612 OK

24

Tekanan Maksimum (Pz)

Untuk tekanan pembakaran maksimum dapat dihitung dengan

persamaan berikut ini :

Pz = λ x Pc

Dimana :

λ = Perbandingan kenaikan tekanan selama proses

pembakaran = 1,7 – 2,2

= 1,95 (diambil)

Jadi :

Pz = 1,95 x 52,2548

= 101,8969 kg/cm2

Nilai hasil perhitungan memenuhi batas yang diizinkan, yaitu :

Pz = (55 - 140) kg/cm2

Setelah terjadi kebocoran karena penempelan karbon pada

permukaan kepala katup buang maka tekanan pembakaran

maksimum (Pz) yang terjadi di dalam silinder adalah :

Pz = 1,95 x 45,693 = 89,1014 kg/cm2

Untuk nilai derajat pendahuluan garis ekspansi ditentukan

sebagai berikut :

ρ = 1,0991047,27x101,8969

52,2548x2162,028x1,0386

T.P

P.Tμ.

cz

cz

Nilai derajat pendahuluan garis ekspansi setelah terjadi

kebocoran karena penempelan karbon pada permukaan kepala

katup buang adalah :

ρ = 1,185915,838x89,1014

45,693x2037,6612x1,0386

T.P

P.Tμ.

cz

cz

4.3. Perhitungan Parameter Langkah Ekspansi

Tekanan pada langkah ekspansi dapat dituliskan dalam bentuk

persamaan berikut :

Pb =2n

z

δ

P

25

Untuk siklus volume konstan derajat pertambahan proses ekspansi (δ)

sama dengan perbandingan kompresinya (ε). Nilai pangkat ekponen

politropik garis ekspansi (n2) untuk proses ekspansi dapat ditentukan

sebagai berikut :

Ag + Bg + Tz 1n

1,985

δ

11

21n2

Dimana :

n2 = Eksponen polytropik garis ekspansi = 1,15 – 1,3

δ = Perbandingan ekspansi susulan = 13,6481,099

15

ρ

ε

4,9911 + [0,0006385 x 2162,028] x1n

1,985

13,648

11

21)(n2

dengan menggunakan metode trial and error (coba-coba) diperoleh nilai

eksponen politropik, n2 ≈ 1,2822.

4,9911 + [0,0006385 x 2162,028] x12822,1

1,985

13,6354

11

1)-(1,2822

Tekanan Akhir Ekspansi (Pb)

Pb =2n

z

δ

PPb = 3,7088 kg/cm2

Temperatur Akhir Ekspansi (Tb) adalah :

Tb =1)(n

z

2δ

P

Tb = 1034,057 OK

Untuk kondisi setelah terjadi kebocoran katup karena penempelan

karbon maka besarnya tekanan dan temperatur pada akhir langkah

ekspansi adalah :

Tekanan Akhir Ekspansi (Pb)

Pb =2n

z

δ

PPb =

1,28712,66

89,10135Pb = 3,397 kg/cm2

Temperatur Akhir Ekspansi (Tb) adalah :

Tb =1)(n

z

2δ

P

Tb =1)(1,28712,66

2037,6612

Tb = 1005,21 OK

Dimana perbandingan ekspansi susulan setelah terjadi kebocoran pada

katup adalah :

26

δ =ρ

ε= 66,12

185,1

15

4,9911 + [0,0006385 x 2037,6612] x1n

1,985

12,66

11

21)(n2

dengan menggunakan metode trial and error (coba-coba) tidak dipeoleh

nilai eksponen politropik yang dapat menghasilkan nilai pada ruas kiri

sama dengan nilai ruas kanan dari persamaan tersebut di atas. Nilai ruas

kiri yang paling mendekati nilai ruas kanan hanya pada n2 ≈ 1,287.

4,9911 + [0,0006385 x 2037,6612] x 916,69200,61287,1

985,1

)1287,1(66,12

11

Dengan demikian nilai n2 tidak memenuhi ketentuan tersebut di atas (n2

= 1,15 – 1,30)

4.4. Tekanan Indikator (Pi)

Untuk menghitung tekanan indikator sebenarnya terlebih dahulu harus

dihitung tekanan indikator teoritis berdasarkan persamaan berikut :

Pit =

1n2

1nc

12 ε

11

1n

1

δ

11λρ1ρλ

1ε

P

Pit = 9,1180 kg/cm2

Dengan mengalikan faktor koreksi diagram indikator (φ), maka

diperoleh tekanan indikator sebenarnya sebagai berikut :

Pi = φ. Pit

Dimana :

φ = Faktor koreksi diagram indikator

φ = 0,95 ÷ 0,97

φ = 0,97 (diambil)

Jadi tekanan indikator sebenarnya adalah :

P1 = 0,97 x 9,1180

P1 = 8,844 kg/cm2

Hasil perhitungan tekanan indikator memenuhi syarat berdasarkan

referensi, yaitu 8,5 ÷ 17 kg/cm2.

27

Setelah terjadi kebocoran pada katup buang karena penempelan karbon,

maka besarnya tekanan indikator adalah :

Pit =

1n2

1nc

12 ε

11

1n

1

δ

11λρ1ρλ

1ε

P

Pit = 8,777 kg/cm2

Dengan mengalikan faktor koreksi diagram indikator (φ), maka

diperoleh tekanan indikator sebenarnya sebagai berikut :

Pi = φ. Pit

Dimana :

φ = Faktor koreksi diagram indikator

φ = 0,95 ÷ 0,97

φ = 0,97 (diambil)

Jadi tekanan indikator sebenarnya adalah :

P1 = 0,97 x 9,1180

P1 = 8,5137 kg/cm2

4.5. Tekanan Efektif (Pe)

Besarnya tekanan efektif diperoleh dengan mengalikan efisiensi

mekanis ( η m) terhadap tekanan indikator sebagai berikut :

Pe = η m x Pi

Dimana :

η m = Efisiensi mekanis

η m = 0,80 ÷ 0,88 (untuk motor diesel dengan supercharger)

η m = 0,88 (diambil)

sehingga diperoleh tekanan efektif :

Pe = 0,88 x 8,844 kg/cm2

Pe = 7,7831 kg/cm2

Besarnya tekanan (Pe) motor setelah terjadinya kebocoran karena

penempelan karbon pada piringan katup adalah :

Pe = 0,88 x 5,5137 kg/cm2

Pe = 7,4921 kg/cm2

28

4.6. Pengaruh Kebocoran Katup terhadap Daya Motor

1. Daya Motor Indikator

Daya indikator (Ni) menyatakan daya yang dihasilkan gas di dalam

silinder per unit waktu, atau dapat dinyatakan dengan rumus berikut

ini :

Ni =0,45z

Vs.n.i.P1

Dimana :

Vs = Volume silinder

Vs = 0,03379 m3

n = Putaran mesin

n = 650 rpm

i = Jumlah silinder

i = 8 (delapan)

z = Koefisien tak

z = 2 (untuk motor 4-langkah)

Sehingga daya indikatornya adalah :

Ni =2x0,45

4x1500x20,00367767x8,844

Ni = 216,8 HP

NoParameter Kinerja

MotorKondisi Normal

Kondisi setelahKetidaklonggaran

Katup

1. Tekanan Kompresi, Pc 52,2548 kg/cm2 45,693 kg/cm2

2. Tekanan Pembakaran, Pz 101,8969 kg/cm2 89,1035 kg/cm2

3. Tekanan Indikator, Pi 8,844 kg/cm2 8,5137 kg/cm2

4. Tekanan Efektif, Pe 7,7981 kg/cm2 7,4921 kg/cm2

Setelah terjadi kebocoran pada katup, maka besarnya daya indikator

(Ni) yang dihasilkan motor adalah :

Ni =2x0,45

4x1500x20,00367767x8,5137

Ni = 208,7 HP

29

2. Daya Motor Efektif

Daya efektif menyatakan daya guna dari mesin yang berfungsi

untuk menggerakkan poros. Daya efektif dihitung sebagai berikut :

Ne = η m x Ni

Ne = 0,88 x 216,8 HP

Ne = 190,784 HP

Setelah terjadi kebocoran karena penempelan karbon pada piringan

katup, maka besarnya daya efektif motor adalah :

Ne = η m x Ni

Ne = 0,88 x 208,7 HP

Ne = 183,656 HP

30

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Karbon yang menempel pada katup buang motor diesel Deutz

penggerak Three Wheel Roller Barata MG. adalah setebal 0,5

mm, yang mengakibatkan terjadinya kebocoran udara pada akhir

langkah kompresi sebesar 461,43 cm3 atau 12,55%.

Akibat kebocoran tersebut maka terjadilah penurunan unjuk

kerja.

Setelah terjadinya penempelan karbon pada kepala katup buang

yang mengakibatkan terjadinya kebocoran, maka besarnya daya

motor efektif (Ne) yang dihasilkan menurun dari 216,8 HP

menjadi 208,73 HP.

5.2. Saran

Dapatlah diberi beberapa saran sebagai berikut :

1. Harus diusahakan terjadinya pembakaran sempurna antara udara dan

bahan bakar di dalam ruang silinder motor. Untuk maksud ini maka

diusahakan udara yang dimasukan harus cukup untuk membakar

bahan bakar, udara harus bercampur dengan baik dan nozel injektor

harus selalu dalam kondisi baik.

2. Harus diusahakan jangan sampai minyak pelumas masuk ke dalam

ruang bakar dan terbakar pada saat terjadinya proses pembakaran

karena akan menimbulkan jelaga atau karbon di dalam ruang bakar.

3. Harus dilakukan pembersihan karbon secara periodik, terutama pada

kepala katup agar tidak menimbulkan celah antara kepala katup

dengan dudukannya guna menghindari terjadinya kebocoran dari

dalam ruang silinder motor.

31

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonimous, Pengetahuan Dasar Motor Diesel.

2. BPM, Arends, H Berenschot, Motor Bensin, Erlangga, Jakarta 1980.

3. Djati Nursuhud MSME., Ir., Diktat Pengantar Mesin-Mesin Konversi Energi,

Fakultas Teknologi Industri ITS, Surabaya, 1990.

4. Nokoela Soenarta, Shoichi Furuhama, Motor Serbaguna, PT Pradnya Paramita,

Jakarta, 1985.

5. Susahyo., Otomotif Mesin Tenaga, Tiga Serangkai, Surakarta, 1997.