LAPORAN PENELITIAN
STUDI PEMANFAATAN NIKEL ALLOY
DAN GRAY CAST IRON UNTUK SILINDER
MOTORBAKAR
Oleh:
Ir. I Dewa Gede Putra Swastika, M. Erg
NIP. 195511221988031003
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
2018
ABSTRAK
Silinder adalah merupakan bagian utama motor bakar. Untuk memperoleh
silinder yang kuat dan tahan terhadap temperatur dan tekanan, maka dipandang perlu
untuk mengetahui karakteristik dari material silinder tersebut. Penelitian dilakukan
dengan material nikel alloy dan gray cast iron pada kondisi kerja yang sama. Selanjutnya
diuji karakteristik dari masing-masing material.
Dari hasil pengujian material nikel alloy mempunyai karakteristik lebih baik
dari gray cast iron.
Kata kunci: Silinder, Nikel Alloy, Gray Cast Iron.
1
KATA PENGANTAR
Puji Syukur Penulis Panjatkan Kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena berkat
rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan penelitian yang berjudul
Dalam penyusunan laporan penelitian ini penulis banyak mendapat bimbingan,
petunjuk: dan saran dari berbagai pihak, untuk: itu penulis mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Ketua Laboratorium Motor Bakar Program Studi Teknik Mesin beserta teknisi.
3. Rekan-rekan sejawat yang telah memberikan bantuannya.
Penulis menyadari laporan penelitian ini masih jauh dari sempurna, karenanya
penuliss mengharapkan segala saran dan koreksi dari pembaca guna lebih
menyempumakan laporan ini. Mudah-mudahan penelitian ini dapat memberikan
manfaat.
Penulis.
11
"STUDI PEMANFAATAN NIKEL ALLOY DAN GRAY CAST IRON UNTUK
SILINDER MOTORBAKAR" tepat pada waktunya.
DAFTARISI
ABSTRAK i
ii KATA PENGANTRAR
iii DAFTAR ISI
I. PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
1. 3. Tujuan Penelitian 2
1. 4. Manfaat Penelitian 2
1.5. Metodologi 2
II. TINJAUANPUSTAKA 3
7 III. PEMBAHASAN DAN HASIL
3.1. Spesifikasi Mesin dan Parameter Thermodinamika 7
3.2. Perencanaan Silinder Gray Cast Iron 10
3.3. Perencanaan Silinder Nike! Alloy 13
3 .4. Perubahan Temperatur pada Silinder 16
3.5. Perubahan Dimensi Silinder Nikel 19
3.6. Pengaruh Pemuaian Terhadap Daya Mesin 20
3.7. Rekapitulasi Hasil Perhitungan 22
IV KESIMPULAN 23
DAFTAR PUSTAKA 24
ll1
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang.
Dewasa ini industri otomotif di Indonesia mengalami perkembangan yang pesat.
�-
Hal ini ditunjang oleh penguasaan teknologi yang tinggi serta didukung oleh adanya
material komponen-komponen mesin yang memadai.
Pada motor bakar komponen-komponen yang langsung dikenai beban mekanis
dan termis yang tinggi akibat pembakaran bahan bakar dan udara adalah komponen
dari ruang bakar, seperti silinder. Akibatnya material dari komponen ruang bakar
akan mengalami :
Pemuaian akibat perubahan tempertaur gas pembakaran, sehingga dimensi
dari ruang bakar akan berubah. Perubahan ini akan menyebabkan daya
efektif mesin berubah.
Tegangan akibat tekanan tinggi dari gas pembakaran.
Tegangan termal yang disebabkan perbedaan temperatur permukaan sebelah
dalam dengan permukaan sebelah luar dari silinder linier. Oleh karena hal di
atas, material dari komponen tersebut harus mempunyai sifat tahan terhadap
temperatur (heat resistent) yang tinggi agar dapat bekerja tanpa mengurangi
kemampuan mekanis dan tahan terhadap pemuaian.
Dalam industri otomotif pemilihan material sangatlah penting karena akan
menentukan kemampuan dan ketahahan (kehandalan) dari mesin. Oleh
karenanya perlu diadakan penelitian mengenai karakteristik material tersebut.
Pada penelitian ini akan dianalisis dua jenis material silinder yaitu grey cast iron
alloy dan nickel alloy pada kondisi kerja yang sama dari motor bensin 100 cc
dengan tiga silinder berpendingin air.
2
1.2. Rumusan Masalah
Dari uraian di atas akan timbul permasalahan, apakah silinder dengan jenis
material yang berbeda pada kondisi kerja yang sama akan berpengaruh terhadap
kehandalan mesin, daya mesin, dan umur pakai.
1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat/karakteristik material silinder
motor bakar.
1.4. Manfaat Penelitian.
Penelitian ini bermanfaat untuk dapat memilih material yang paling sesuai untuk
silinder ruang bakar dengan mempertimbangkan umur pakai dan kehandalan mesin.
1.5. Metodologi
Metode yang dipergunakan dalam penerlitian ini adalah pengambilan data dari
pengamatan di lapangan dan studi literatur.
11 T1NJAUAN
PUSTAKA
Kostruksi silinder terdiri dari silinder liner dan silinder head. Silinder
dibedakan dalam pemakaiannya menjadi silinder berpendingin air dan silinder
berpendingin udara. Antara silinder liner dan silinder head dihubungkan dengan baut
penguat sehingga akan memudahkan perawatan. Dalam perencanaan silinder motor
bakar, material yang dipergunakan harus mempunyai sifat antara lain : koefisien
·/
muai liner rendah, kekuatan mekanis yang tinggi, tahan terhadap temperatur tingggi
dan tahan aus.
Analisis termodinamika dari silinder motor bakar adalah mengikuti siklus
otto yang terdiri dari proses kompresi dan ekspansi isentropis serta proses
pembakaran dan pembuangan gas terjadi pada volume konstan. Pada siklus ini
parameter-parameter termodinamika yang terjadi dapat digunakan untuk menghitung
kerja mekanis. Analisis perhitungan siklus otto teoritis biasanya didasarkan pada
pengidealan sistem dengan mengambil asumsi-asumsi. Ada dua penyebab beban
mekanis yang perlu dipertimbangkan yaitu tegangan akibat adanya perbedaan
temperatur pada silinder (thermal stress) dan tegangan akibat tekanan gas
pembakaran dalam motor bakar terjadi pada saat tekanan maksimum yaitu pada
proses pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang mengakibatkan tegangan
pada silinder liner sebesar :
_p((I-u)d;+(I-u)d�)( .) (di
2 - do
zJ S - psi
dimana : p = tekanan maiksimum
u = Poisson ratio
4
di = diameter dalam
do= diameter luar
Sedangkan termal stres terjadi akibat perbedaan temperatur silinder liner bagian
dalam dengan slinder liner bagian luar. Akibat perbedaan temperatur tersebut akan
menyebabkan material memuai sebesar :
1 = a.Lat
dimana : L = panjang mula-mula
a = koefisien muai liner
lit = perubahan temperatur
Terlihat bahwa perpanjangan material berbanding lurus terhadap perubahan
temperatur, dimana pada silinder liner tidak akan bebas berekspansi karena ujung
atasnya dipasang kaku hingga silinder linier dikenai beban tegangan sepanjang til
yang besar tiap satuannya dapat dihitung berdasarkan hukum Hook :
S = E.1 = Ea.At
Dimana : S = tegangan yang terjadi persatuan panjang
E = modulus elastisitas Young
Behan mekanis pada silinder head
Silinder head dikenai beban mekanis akibat dari tekanan gas dan gaya
pengemcangan dari baut silinder sebesar :
2
Fd = 1 3Pz 1t.Dd · 10
2
Newton ' 4
dimana : Pz = tekanan maksimum gas (Mpa)
Dd = diameter sealing groove (cm)
Gaya Fd ini akan mengakibatkan momen bending pada silinder head dan momen ini
menimbulkan tegangan tarik dan tegangan tekan.
5
Daya tahan material.
cr� .Ni = kons tan
a1 = tegangan batas yang diijinkan
m = eksponen kurva ketahanan material
Ni = banyaknya siklus tegangan
Neq = ( arfar. Nbase
a, = tegangan fatigue
a = tegangan maksimum
Nbase = banyaknya siklus tegangan yang dapat ditahan material
Sedangkan, Neq = HU
H = umur pakai
U = siklus tegangan yang bekerja pada material tiap detik
=n/2
H � (; r Nbise detik
n = putaran mesin tiap detik
Aliran panas pada motor bakar.
Berdasarkan panas yang mengalir pada bagian-bagian motor bakar tergantung
pada koefisien perpindahan panas dan perbedaan temperatur yang terjadi. Proses
perpindahan panas dari gas ke komponen ruang bakar dapat dihitung dengan rumus :
yg = �p.T.f(m) Kcal/m/hr" c
yg = koefisien perpindahan panas ke silinder
p = tekanan yang terjadi (ata)
T = temperatur (Oc)
6
F(m) = faktor kecepatan piston
Perpindahan panas dari dinding dalam ke dinding luar silinder.
1
k = b 1
-+D
Y Yw k = koefisien perpindahan panas rata-rata
b = tebal silinder
y = koefisien konduktivitas silinder
Y w = koefisien perpindahan panas dari silinder ke air pendingin
= 300 + 1 soorw KcaVm2hr. O
c
W = kecepatan air pensingin
ID. PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini akan dibahas dua jenis material silinder, yakni gray cast
iron dan nickel alloy pada kondisi kerja yang sarna. Gray cast iron mengandung
unsur-unsur :
Carbon : 3,25 % Sulfur : 0,10 %
Nickel : 1,75 % Silikon : 2,25 %
Mangan : 0,65 % Chrome : 0,65 %
Phospor : 0,15 % Fe : sisanya
Nickel alloy mengandung unsur-unsur:
: 80% Fe :6% Ni
Cr : 14 %
Gray cast iron mempunyai sifat tahan aus, tahan korosi serta tahan terhadap panas.
Sedangkan unsur nickel pada nickel alloy mempunyai sifat menambah kekerasan,
kekuatan dan toughness tanpa mengurangi keuletan karena nickel memperbaiki
butiran, kehomogenan dan mengurangi chil pada paduan sehingga tahan terhadap
panas dan korosi.
3.1. Spesifikasi Mesin dan Parameter Termodinamika.
Data diambil dari motor bensin dengan kapasitas mesin 1000 cc, 3 silinder
berpendingin air.
Data-data yang diperoleh :
: 77 mm Diameter torak
: 9,3 Perbandingan kompresi (e)
Kecepatan air pendingin :1,5 /dt
8
Temperatur gas sisa (Tres) : 900°c
- Bahan bakar yang dipakai : Jenis A-93 Petrol
- Temperatur udara luar (To) : 288°:K
- Tekanan udara luar (Po) : 1 atm. Abs
Dimensi pokok engine
Kapasitas engine (i.Vh) = 1000.000.mm3
= 1000 cc -
- Volume langkah tiap silinder (Vh)
Vh= i.Vh/i i=3
= 1000.000/3 = 333333,33 mnr'
- Panjang langkah torak (S)
S = 4. Vhln D2
= 4. 333333,33/3,14. (77)2 = 71,5 mm
Perbandingan langkah SJD= 71,5/77 = 0,9286 -
- Kecepatan rata-rata Vp dengan putaran poros engkol
N = 5. 000 rpm adalah :
Vp = nD. n / 6.000 = 3,14. 77. 5000/6000 = 11,39 m/dt
- Tekanan mekanik (Pmech)
Pmech = A + B . Vh untuk SJD = I
Didapat: A= 0,04 B = 0,0135
Pmech = 0,04 + 0,0135. 11,39 = -,194 Mpa
Parameter Termodinamika.
Dengan memakai unsuper charging engine: Pin= >Po dan Tin= To. Perbandingan
yang diijinkan : Py= (0,8 -0,9) Po
Tekanan proses pengisian
Py= 0,85 Po= 0,85 _ 0,1 = 0,085 Mpa
9
Temperatur proses pengisian
Ty= 310-350°K diambil 337°K
Proses kompresi.
Untuk bahan bakar jenis A-93Petrol didapat n = 1,3.
Tekanan akhir kompresi Pc
Pc= Py. en1
= 0,085. (9,3/'3
= 1,5 Mpa
Temperatur akhir kompresi (Tc)
Tc= Ty. enl-l = 337. (9,3)1' - = 658 °K 3 1
Proses pembakaran
d-, = 1 maka temperatur pembakaran yang diijinkan Tc =658 °K
Tz = 2400°C = 2673°K
Tekanan akhir pembakaran (Pz)
Pz = µ.Tz.Pc
Tc
µ= 1,05
= 1,05. 263. 1,5/658 = 6,4 Mpa
Proses Ekspansi
Tekanan akhir ekspansi (Pb)
n2 =1,27
= 6,4/(9,3)1 27 = 6,377 MPa
'
Temperatur akhir ekspnsi (Tb)
Tb= Pv'en2-l = 2673/(9,3)1-27- = 1463,89°:K. 1
Tekanan indikasi rata-rata teoritis (Pid) untuk mesin 1000 CC dengan tiga silinder
diperoleh 2 = 4,3.
1
--'A (1--1 Pt.d=P.-c;" ) --1 ( l--1
Enl-1
) = 1,107Mpa <'-1 n2 -1 tn2-l tnl-1
10
µ = 0,92----0,97 Pi=µ. Pid
Pi= 0,97. 1,107 = 1,074 Mpa
Pef= Pi-Pmech = 1,074- 0,194 = 0,87986 Mpa
3.2. Perencanaan Cylinder Gray Cast Iron
Data-data silinder gray cast iron diperoleh sebagai berikut :
Spesifik het (k) = 0, 13 Btu/lb°F
= 13.106
psi Modulus of elasticity (E)
= 6,6.10-Q/°F Coefisien of linier expansion (a)
= 0,27 Poisson ratio (µ)
Tensile strength (ot) = 40.000 psi
Compression strength ( ac) = 65.000 psi
Fatigue strength ( of) = 25.000 psi
Tekanan maksimum (P) =6,4Mpa
Diameter silinder (D) = 77 mm= 3,0315 in
Tebal silinder b � D/15 = 77/15 = 0,25 in
Tegangan pada silinder liner.
Tegangan akibat tekanan gas pembakaran pada silinder liner.
do= di +2b = 3,0315 + 2. 0,25 = 3,5315 in
S = 42,930 MN/m2
Tegangan pada silinder liner bagian luar.
S = a.E(Ti- To XI- m/3 X7,03 l.10-3) MN/m 2
2(1-µ)
11
m =do/di-I= 3,5315/3,0315-1 = 0,1649
Ti-To= 100°F
So= 39,461 MN/m2
Tegangan pada silinder liner pada bagian dalam
3 S = a.E(Ti -To XI+ m/3X7,031.10- ) =
43 5898MM/ m2
2(1-0,27) '
- Tegangan total yang terjadi pada silinder (Sd)
Sd = S +Si= 42,930 + 43,5898 = 86,5198 MN/m2
- Besamya faktor keamanan n = at/Sd
n = 40.000 psi/85,5198 Mn/m2
= 281,2268/85,5198 = 3,2054 (memenuhi n>2)
Umur pakai (H) -
H = [ crf Jrn. Nbase
Sd U
of= 25.000 psi= 175,7716 MN/m2
m = eksponen kurva ketahanan material = 6
Nbase = 107
u = n/2 = 41,65 detik
6
175 7716 H = [ • ] .�detik = 19352 94 iam
86,5198 41,65 ' J
Tegangan pada silinder head.
Data-data:
Tegangan tarik total yang diijinkan Sd = 6000 psi = 42,1852 MN/m2
- Diameter sealing groove Dd = 97, 7 mm
- Jarak antara pusat baut dengan pusat silinder head
a= Dd/2 = 97,7/2 = 48,85 mm
12
Tebal silinder:
h = 0,31D1 Pmak(2 54.10-2)
Sd '
6 4 (2,54.10-
2)=9,39mm =0,31.3,0315 '
42,1852
Panjang silinder head (1) dengan diameter baut 12,7 mm adalah 97,7 + 12,7 -
= 110,4 mm
Gaya pengencang baut silinder pada silinder head :
772 2
Fd = 1,3.Pmak 1tDd 102
= 1,3.6, 3 14 9
, .102 = 62373,965N ' · 4 4
- Momen bending yang terjadi :
Msum = Fd.(D - a.1t) 102
= 62373,965.(77 - 4,885.3,14) 102
= NM 7591
' 2.1t 2.3,14
- Momen inersia polar silinder head ;
J =Ix+ Iy = bh + hb = 11,04.(0,939 f + 0,939.(11,04 f = 106
cm2
3 3
12 12 12 12
L 1 = L2 = h/2, maka tegangan tarik pada silinder head bagian atas sama
dengan tegangan tekan pada bagian bawah yang besamya,
o1 = oc = Msum. Ll/J
= 759,1 . 0,4695 / 106 = 3,36 :rvfN/m2
Tegangan tarik dan tekan akibat temperatur pada silinder head
ott - otc - a.E.AT/ 2(1 - µ) - l,1 &. JO-'t 1398
' )77. JOO - 86,l 76MN / m' 21-0,27
- Tegangan total yang terjadi
osum = ac + etc = 3,36 + 86,176 = 89,536 MN/m2
13
Faktor keamanan
n = ot/osum = 281,227/89,536 = 3,141 (memenuhi syarat n>2)
Umur pakai
H = [�Jm· Nbase = [175,7716] �
6
= 14712jam osum u 89,536 41,65
3.3. Perencanaan Silinder Nickel Alloy
Data-data silinder ickel alloy diperoleh sebagai berikut
Spesifik het (k) = 0,109 kal/gr°F
= 31.106
psi
= 3,4.10-6/°F
- Modulus of elasticity (E)
Coefisien of linier expansion (a)
- Poisson ratio (µ) =0,3
Tensile strength ( at) = 42.000 psi
Compression strength (rrc) = 61.000 psi
- F atigue strength ( of) = 31.000 psi
Tekanan maksimum (P) =6,4 Mpa
Diameter silinder (D) =77mm
= 5 I 133
. 10-J
b = 0,2 in
Tebal silinder b � D/15 = 77/15 m
Tegangan pada silinder liner.
Tegangan akibat tekanan gas pembakaran pada silinder liner.
do= di +2b = 3,0315 + 2. 0,2 = 3,464 in
S = 51,1965 MN/m2
14
Tegangan akibat temperatur gas pembakaran pada silinder liner bagian luar.
3 S = a.E(Ti - To XI - m/3 X7,031.10- ) MN/m2
2(1- µ)
m =do/di-I= 0,1429
Ti-To= 100°F
So = 50,41 MN/m2
- Tegangan akibat temperatur pada silinder liner pada bagian dalam S _ a.E(Ti - To XI+ m/3 X7,031.10-
3)
2(1- µ) -
= 3,4.10-6.31.106
.(100 X1+0,142913 X7,031.10-3) =
2(1-0,30)
MN m2 55 45 I
'
Tegangan total yang terjadi pada silinder liner (Sd)
Sd =Si+ So= 55,45 +50,41 =106,6465 MN/m2
- Faktor keamanan n = ot/Sd = 295,29/106,6465 = 2,769 (memenuhi n>2)
Umur pakai (H)
H = [of]m. Nbase
Sd u
u = n/2 = 41,65 detik
8 224 981
H = [ · ] .�detik = 26163.l"am J 106.6465 41,65
- Tegangan pada silinder head.
Data-data:
Tegangan tarik total yang diijinkan Sd = 6500 psi= 45,7 MN/m2
Diameter sealing groove (Dd) = 97,7 mm
-
-
- Jarak antara pusat baut dengan pusat silinder
15
a= Dd/2 = 97,7/2 = 48,85 mm
- Tebal silinder:
h = o,3 lD � (2,s4.10-2
)
= 0,31..:",,0315
928,243 (2,54.10
-2) = 9,021.10
-3 mm
6500
Panjang silinder head dengan diameter baut 12,7 mm -
I= 97,7 + 12,7 = 110,4 mm
- Gaya pengencang baut silinder head :
2 772
, Fd=l,3.Pz 1tDd 102 =1,3.6,4
3 l 4 9
, . .100=62373,965N 4 4
- Momen bending yang terjadi :
2 2 NM
= 75 9 1
'
Fd.(D-a.n:).10-
2.TC
62373,965.(77-4,85.3,14)10-
2.3,14 Msum= =
- Momen inersia polar silinder head ;
3 3
J = Ix+Iy = bh + hb = 11,04.(0,902)3 + 0,902.(11,04)3 = 101817
cm4
' 12 12 12 12
L 1 = L2 = h/2, tegangan tarik pada silinder head bagian atas sama dengan
tegangan tekan pada bagian bawah yang besamya,
at= ac = Msum. Ll/J
= 759,1 . 0,4695 / 101,817 = 3,5 MN/m2
- Tegangan tarik dan tekan akibat temperatur pada silinder head
6' 6 10 21795 83
ott = otc = a.E.t\T / 2(1- µ) = · -\ \ .1 00 = 86 I 76MN /m' 2 1- 0,30 '
Tegangan yang terjadi pada silinder head:
rrsum =(JC+ ate= 3,5 + 102,75 = 106,25 MN/m2
16
Faktor keamanan
n = rrt/osum = 295,282/106,25 = 2,779 (memenuhi syarat n>2)
Umurpakai
H = [�]m· Nbase = [217,95]8 J!_ = 21133,48jam u 106,25 41,65 osum
3.4. Perubahan Temperatur Pada Silinder
Perubahan dimensi yang diakibatkan keausan dan pemuaian adalah
bersumber dari adanya panas gas. Untuk mengetahui besar pemuaian yang terjadi,
perlu diketahui temperatur pada silinder liner, sedangkan pada silinder head tidak
diperhitungkan karena tidak mempengaruhi dimensi ruang bakar.
Temperatur yang diperhitungkan adalah temperatur akhir kompresi dan
temperatur akhir pembakaran.
Koefisien perpindahan panas dari gas pembakaran ke silinder liner pada
akhir proses kompresi.
ogl = �Pc.Tc.f (m)
Pc= 1,5 MPa = 15 ata
Tc= 658 °K =385°C
F(m) = faktor kecepatan piston
=5,5
cgl = J15.385.5,5 = 178,2204kkal/ rrr'hr'?c
Koefisien perpindahan panas dari silinder liner ke air pendingin.
wl = 300 + 1800J;;
w = kecepatan air pendingin
= 1,5 m/dt
17
wl = 300 + 1800J[j
= 2504,54 Kkal/m2hr2°c
- Koefisien perpindahan panas gas ke silinder liner pada akhir proses
pembakaran.
Pc= 6,4 Mpa = 64 ata
Tc= 2673°K = 2400°C
F(m) = 5,5
Jadi:
crg2 = �Pc.Tc.f(m)
= �64.2400.5,5
= 919,130 Kkal/m2hr2°c
- Koefisien perpindahan panas rata-rata silinder gray cast iron
kl=---0
b/Al + 1/ crw
1
6,35.1000/30 + 1/2504,54
= 1636,8 Kkal/m2W0
c
- Koefisien perpindahan panas rata-rata silinder nickel alloy 1
k2=-- -0
b/A2 +1/crw
1
5,5.1000/29 + 1/2504,5
= 1697,98 KkaVm2hr
20c
18
Temperatur silinder liner gray cast iron
- Temperatur akhir kompresi
Tl= crgl.Tc + kl.Tw
ogl + kl
178,2204.385 + 1636,8.87
=-------- 178,2204 + 1636,8
= 116,2612 °C
= 389,2612 °K
- Temperatur akhir pembakaran
T = crg2.T2.kl.Tw 2
crg2 + kl
919,130.2400.1636,8.87
919,130 + 1636,8 =
= 936,3768 °C
= 1209,3768 °K
- Temperatur akhir kompresi
T = crgl.Tc + k2.Tw 3
ogl + k2
178,2204.385 + 1697,98.87
178,2204 + 1697,98
=
= 85 1704 °C I
= 358, 1704 °K
- Temperatur akhir pembakaran.
T 4
= crg2.Tz + k2.Tw
crg2+ k2
919,130.2400 + 1697,98.87
919,130 + 1697,98 =
19
= 8899,3264 °C
= 1172,3264 °K
3.5. Perubahan Dimensi Silinder Liner
Pada silinder liner yang perlu diperhitungkan adalah dimensi luas
penampang, dimana silinder dianggap pejal dan pemuaian ke arah memanjang tidak
diperhitungkan karena tidak mempemgaruhi dimensi ruang bakar.
A' =Ao (I - L\t)2
a2
sangat kecil � 0
A' = V,i n D2 (1 + 2 a At)
A' = V,i n D'2
= V,i n D2
(1 + 2 a L\t)
D'2
= D2
(1 + 2 a At)
D'= D,J(/ + 2al\t)
dimana:
A'= luas penampang silinder pejal setelah pemuaian.
Ao = luas penampang silinder pejal sebelum pemuaian.
D' = diameter silinder pejal setelah pemuaian.
D = diameter silinder pejal sebelum pemuaian.
a= koefisien muai linier = 1,2 . 10-5
untuk gray cast iron
= 6,6 . 106
untuk nickel alloy
perubahan simensi silinder liner gray iron
D'= J(I + 2al\t) L\t = T2-Tl
= 77�(1 + 2. l,4.10-5.(1209,3769-389,2612)
=77,754 mm
20
Perubahan dimensi silinder liner nickel alloy
D' = D (1 + 2a�t)112
= D (1 + 2 a (T4 - T3))1i2
= 77 (1 + 2.6,6.10-6.(1172,3264 - 358, 1704))112
= 77,413 mm
3.6. Pengaruh Pemuaian Terhadap Daya Mesin
Pada proses pembakaran akan terjadi gaya penekanan sebesar,
F=Ao. Pb
Ao = luas penampang silinder
Pb = tekanan efektif
F = Y4nD2 . Pb
= Y4. 3,14. 7,7. 10 -3. 0,87986
= 4,097. 10-5
MN Tekanan efektifyang bekerja pada piston untuk silinder liner gray cast iron.
Ppl = F/Al
= Fl lf.t n D2 = 4,097. 10-
5 I Y4 . 3,14 (7,775. 10-3)2
= 0,863 Mpa
- Tekanan efektifyang bekerja pada piston untuk silinder nickel alloy.
Pp2 =F/A2
= 4,097. 10-5 I Y4 . 3,14 (7,741. 10-
3)2
=0,871 Mpa
Daya mesin yang dihasilkan gas pembakaran.
Nb = Pb.i.Vh.n
30:t
21
0,87986.1.5000
30.4 =
=36,66 KW
- Daya mesin akibat pemuaian silinder gray cast iron
Nbl = Ppl.i.Vh.n
30:r
0,863.1.5000 =----
30.4
=35,598KW
- Daya mesin akibat pemuaian silinder nickel alloy
Nb = Pp2.i.Vh.n 2
30:t
0,871.1.5000
=----
30.4 = 36,291 KW
22
3.7. Rekapitulasi Basil Perhitungan
No
1
Material
Gray Cast iron
Komponen
Silinder Liner
Hasil
:77mm
: 6,35 mm
Diameter
Tebal Umurpakai
Dayamesin
Faktor Keamanan
Diameter
Diameter baut
Tebal
UmurPakai
Faktor Keamanan
Diameter
Tebal
Umurpakai
Dayamesin
F aktor Keamanan
Diameter
Diameter baut
Tebal
Umur Pakai
Jam
Faktor Keamanan
: 19352,9 jam
: 35,598 KW
: 3,2054
: 110,4mm
: 12,7mm
:9,39mm
: 14712,6 jam
: 3,141
:77mm
: 5,5 mm
: 26163,1 jam
: 36,291 KW
: 2,769
: 110,4 mm
: 12,7 mm
:9,02mm
: 21133,48
Silinder head
2 Nickel alloy Silinder Liner
Silinder head
: 2,779
IV KESIMPULAN
Dari hasil pembahasan bahwa material yang sesuai untuk silinder adalah yang
mempunyai sifar :
koefisien muai linier rendah
kekuatan mekanis yang tinggi
tahan terhadap panas dan tahan aus
Berdasarkan sifat di atas dan rekapitulasi hasil perhitungan, dapat disimpulkan
bahwa Nickel alloy lebih baik atau sesuai untuk silinder motor bakar.
23
DAFTAR PUSTAKA
1. ASM, Metal Hand Book, Edisi 1984, The American Society For Metal
2. MALEEV, PM, High Speed Combustion Engine, Chilton Company Publisher,
USA 1965
3. PETROVSKY,N., Marine Internal Combustion Engines, Mir Publicher, Moscow
1979.
24
Top Related