PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2009

PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2014

BUKU PANDUANPRAKTIKUM MOTOR BAKARLABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA

Disusun OlehTim Penyusun

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS BRAWIJAYAFAKULTAS TEKNIKJURUSAN MESINMALANG2014

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPraktikum merupakan salah satu komponen yang penting dalam proses belajar mengajar di perguruan tinggi. Tujuan kegiatan praktikum terutama untuk memberikan pemahaman yang lebih mendalam kepada para mahasiswa terhadap teori yang telah diberikan dalam proses perkuliahan dikelas. Bentuknya biasanya berupa kegiatan di laboratorium dimana para mahasiswa melakukan percobaan untuk mempraktekkan suatu teori atau karakteristik tertentu dari materi kuliah yang telah diberikan.Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian. Walaupun keduanya sama-sama sering dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan untuk menerapkan teori yang sudah ada dengan tujuan membantu proses belajar mengajar. Sedangkan penelitian bertujuan untuk mendapatkan teori baru dalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi jenjang akademik dalam rangka mendidik calon sarjana yang menguasai ilmu pengetahuan yang sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahuan.Dalam bidang ilmu teknik mesin, kegiatan praktikum dapat dilaksanakan di laboratorium, karena obyek ilmu teknik mesin adalah proses atau fenomena alam dan usaha rekayasanya dalam bentuk mekanisme. Kegiatan ini untuk membentuk manusia dalam melakukan berbagai kegiatan fisik dalam hidupnya. Kegiatan praktikum dapat dilaksanakan dengan mengguanakan instalasi percobaan seperti model fisik dari obyeknya atau dengan cara simulasi matematik dengan menggunakan software komputer.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 sampai saat ini, terutama mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain lain. 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).

1.2 Tujuan PraktikumAdapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performance characteristic ) dari motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh mahasiswa yaitu :a. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap daya indikatif (Ni), daya efektif, dan daya mekanik.b. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap torsic. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap Mean Effective Pressure (MEP)d. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap Spesific Fuel Consumption (SFC)e. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap efisiensi (i,e,v)f. Karakteristik kinerja antara putaran terhadap kandungan CO, CO2, O2, H2O dan N2 dalam gas buang.g. Putaran terhadap keseimbangan panas.2. Evaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian 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 karbon monoksida.BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Motor BakarMotor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi) . Pada dasarnya mesin kalor (Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:a. External Combustion Engine Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan lain untuk menghasilkan media yang dapat digunakan untuk menimbulkan daya seperti turbin uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan daya berasal dari proses lain yang terjadi di boiler, di boiler tersebut air dipanaskan sehingga menghasilkan uap (superheated steam) dan kemudian uap ini dikirim ke turbin uap untuk menghasilkan daya.b. Internal Combustion EngineMerupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya yang terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara digunakan langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang menggunakan piston seperti gasoline engine, diesel engine, dan mesin dengan turbin penggerak (turbin gas).

2.1.1. Pengertian Motor BakarMotor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak. Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi bolak balik. Di dalam 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 mengakibatkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi 2, yaitu motor bakar 4 langkah dan motor bakar 2 langkah.A. Motor Bakar 4 LangkahPada 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.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.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.d. Langkah BuangTorak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB terbuka. Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer. Skema masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.1.

Gambar 2.1 : Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 LangkahSumber : Britannica (2013)

B. Motor Bakar 2 LangkahPada motor bakar 2 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 2 kali langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga tidak memiliki katup isap (KI) dan katup buang (KB) dan digantikan oleh lubang isap dan lubang buang. Secara teoritis, pada berat dan displacement yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya 2 kali lipat dari daya motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataannya tidak demikian karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak komplit dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat penggunaan 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.

Gambar 2.2 : Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 LangkahSumber : Beamerguide (2010)

a) Langkah Torak dari TMA ke TMBSebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin (bahan bakar disemprotkan 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 terlebih dahulu 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 TMASetelah 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.

2.2 Siklus Termodinamika Motor BakarSiklus 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.

2.2.1Siklus OttoSiklus standar udara pada motor bensin disebut Siklus Otto, berasal dari nama penemunya, yaitu Nicholas Otto seorang Jerman pada tahun 1876. Diagram P V dari Siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2.3 : Diagram Siklus Otto IdealSumber : Thermodynamics, Cengel, 1994 : 457 Langkah kerja dari Siklus Otto terdiri dari :1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)2. Langkah penambahan panas pada volume konstan (2-3)3. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)4. Langkah pembuangan panas secara isokhorik (4-1)Dalam siklus udara standar langkah buang (1-0), dan langkah isap (0-1) tidak diperlukan karena fluida kerja udara tetap berada didalam silinder. Apabila tekanan gas dan volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi torak dapat diuraikan maka dapat digambarkan siklus aktual motor bensin yang bentuknya seperti ditunjukkan pada gambar.

Gambar 2.4 Siklus Aktual OttoSumber : Thermodynamics, Cengel, 1994 : 457

Langkah siklus motor bensin aktual terdiri dari1. Langkah Kompresi2. Langkah pembakaran bahan bakar dan langkah ekspansi3. Langkah pembuangan4. Langkah isap

2.2.2Siklus DieselPada tahun 1990 di Jerman Rudolph Diesel merencanakan sebuah motor dengan menkompresikan udara sampai mencapai temperatur nyala dari bahan bakar, kemudian bahan bakar diinjeksikan dengan laju penyemprotan sedemikian rupa sehingga dihasilkan proses pembakaran pada tekanan konstan. Penyalaan terhadap bahan bakar diakibatkan oleh satu kompresi dan bukan oleh penyalaan busi seperti halnya motor cetus api (S.I Engine)

Gambar 2.5 : Diagram P-V dan T-S siklus dieselSumber : Thermodynamics, Cengel, 1994 : 464

Langkah siklus ini terdiri dari :1. Langkah isap (0-1) secara isobarik2. Langkah kompresi (1-2) secara isentropik3. Langkah pemasukan kalor (2-3) secara isobarik4. Langkah kerja (3-4) secara isentropik5. Langkah pelepasan kalor secara isokhorik (4-1)6. Langkah buang (1-0) secara isobarik

2.2.3Siklus TrinklerSiklus trinkler merupakan gabungan antara siklus otto dengan siklus diesel. Pada siklus ini pemasukan kalor sebagian pada volume konstan seperti dalam siklus otto, dan sebagian lagi pada tekanan konstan dalam siklus diesel. Kombinasi demikian merupakan gambaran yang lebih baik pada motor motor pembakaran dalam modern.

Gambar 2.6 : Diagram Siklus Dual Motor DieselSumber : Thermodynamics, Cengel, 1994 : 466

Langkah kerja siklus 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)2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor BakarKarakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk 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 BakarBeberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk mengetahui 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.

dimanaPi : tekanan indikasi rata-rata (kg/cm)Vd : volume langkah = (m) D : diameter silinder (m)L : panjang langkah torak (m)n : putaran mesin (rpm)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 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

dimanaT: Torsi (kg . m)n : putaran (rpm)

3. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nf)Kehilangan daya (Nf) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan bantalan.Nf = Ni Ne

Dimana : Ni = Daya IndikatifNe = Daya efektifNf = Daya mekanis

4. Tekanan Efektif Rata Rata (MEP)Tekanan rata-rata di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan menghasilkan daya efektif Ne. Data MEP digunakan untuk mengetahui apakah proses kompresi yang terjadi masih cukup baik, atau untuk mengetahui adanya kebocoran dari dalam silinder.

MEP = Pe = 0,45 . Neo . z (kg/cm)Vd . n .i

5. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :a. Efisiensi Termal Indikatif

b. Efisiensi Termal Efektif

c. Efisiensi Mekanis

d. Efisiensi Volumetrik

6. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), 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 (Ne) pada putaran kerja konstanPengujian 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 BakarBentuk 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 Efektif Pressure (MEP)4) Putaran terhadap spesific fuel consumption (SFC)5) Putaran terhadap efisiensi (i , e , m , v)6) Putaran terhadap komposisi CO2, CO , O2 , dan N2 dalam gas buang7) Putaran terhadap keseimbangan panas8) Putaran terhadap fuel consumptionRentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.

2.4 Karakteristik Kinerja Motor Diesel2.4.1 Grafik hubungan Putaran dengan Daya Poros dan Fuel Consumption.a. Grafik Torsi dengan PutaranPada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka torsi semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu. Hal ini disebabkan karena dibutuhkannya momen putar tinggi pada awal putaran poros kemudian terjadi sifat kelembaman sehingga menurun pada putaran tertentu.

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Putaran dengan daya PorosSumber : Arismunandar, Motor Diesel Putaran Tinggi. 1975 : 61

b. Grafik Hubungan antara Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran Dari grafik 2.9 terlihat bahwa pemakaian bahan bakar yang dimaksud adalah jumlah putaran / jumlah sirkulasi bahan bakar yang diperlukan untuk daya yang dihasilkan dan grafik antara fuel consumption dengan putaran cenderung mengalami penurunan. Namun setelah mencapai titik optimum kembali mengalami kenaikan. 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 besarc. Grafik Daya Poros terhadap PutaranPada 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 semakin besar putaran menyebabkan gesekan yang terjadi juga besar, sehingga beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif.

2.4.2 Grafik hubungan antara momen putar (torsi), daya poros, dan MEP

Gambar 2.8 : Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEPSumber : Maleev. 1985. Internal Combustion Engine.

a. Grafik Antara Daya Efektif dan PutaranPada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran, maka daya efektifnya akan mencapai nilai maksimum dengan kata lain daya efektifnya berbanding lurus dengan putaran. Tetapi setelah mencapai titik maksimumnya, nilainya akan menurun. Nilai daya efektif merupakan pengurangan nilai daya indikasi dengan daya mekanis.b. Grafik Antara Daya Mekanis dan Putaran Pada grafik terlihat semain tinggi putaran maka daya mekanis cenderung meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya efektif.c. Grafik Hubungan Mean Efective Pressure dengan Putaran Pada grafik hubungan putaran dengan MEP terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan putaran. Tetapi setelah mencapai titik ultimate, harga tekanan efetif rata-rata mengalami penurunan.

d. Grafik Hubungan Daya Indikasi dengan PutaranPada grafik hubungan daya indikasi dengan putaran terlihat bahwa kurva yang awalnya naik setelah mencapi titik tertentu kurva tersebut akan cenderung menurun. Dikarenakan semakin cepat putaran maka daya yang hilang akibat gesekan juga semain besar sehingga menyebabkan penurunan daya indikasi.

2.4.3 Grafik Hubungan Efisiensi dengan Compression Rasio

Gambar 2.9 Grafik Hubungan Efisiensi dan compression RatioSumber : Maleev. 1985. Internal Combustion Engine.

a. Perbandingan Antara Efisiensi Mekanis dengan Compression Ratio 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 Compression Ratio Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi mekanis akan semakin meningkat. Kenaikkan tersebut dikarenakan perbandingan selisih daya indikasi lebih besar dibandingkan kenaikkan panas akibat kompresi.c. Perbandingan Efisiensi Efektif dan Compression Ratio Pada grafik terlihat bahwa semakin besar perbandingan kompresi maka efisiensi 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 CO2b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2 c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO

Gambar 2.10 : Orsat apparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya

Pada gambar di atas masing masing tabung berisi :I. Tabung pengukur pertama berisi larutan CuCl2II. Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalikIII. Tabung ketiga berisi larutan KOH

2.6 Diagram Sankey

Gambar 2.11 : Diagram SankeySumber : Arismunandar, Motor Diesel Putaran Tinggi. 1975 : 29

Diagram sankey seperti gambar diatas merupakan diagram yang menjelaskan keseimbangan panas yang masuk dan panas yang keluar serta dimanfaatkan saat pembakaran terjadi. Pada gambar diatas juga menunjukkan bahwa 30-45% dari nilai kalor bahan bakar dapat diubah menjadi kerja efektif. Sisanya merupakan kerugian-kerugian, yaitu kerugian pembuangan (gas buang dengan temperatur 300o 600o C). kerugian pendinginan dan kerugian mekanis (kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang merupakan beban pendinginan). Kerugian pembuanganGas buang yang bertemperatur 300o 600o C, merupakan kerugian karena panas/kalor tersebut tidak dimanfaatkan. Selain itu, karena perbedaan temperatur didalam sistem lebih tinggi dibandingkan diluar sistem, menyebabkan temperatur tersebut berpindah / keluar ke lingkungan

Kerugian PendinginanSilinder, katup-katup, dan torak akan menjadi panas karena berkontak langsung terhadap gas panas yang bertemperatur tinggi, sehingga dibutuhkan fluida pendinginan berupa air dan udara untuk menjaga komponen tersebut agar tidak rusak, pendinginan ini merupakan kerugian juga karena banyaknya kalor / panas yang hilang akibat diserap oleh fluida pendinginannya Kerugian MekanisMerupakan kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang merupakan beban pendingin.

2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Waktu dan TempatWaktu : xx xx - 2014Jam : xx.00 WIB Tempat : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brwaijaya 3.2 Pelaksanaan Praktikum3.2.1 Instalasi Percobaaan Motor BakarPeralatan 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 kelembaban, higrometer, aeorometer, 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 : Siklus: 4 langkah Jumlah silinder: 4 Volume langkah torak total: 2164 cm3 Diameter silinder: 83 mm Panjang langkah torak: 100 mm Perbandingan kompresi: 22 : 1 Bahan bakar: Solar Pendingin: Air Daya Poros: 47 BHP / 3200 rpm Merk: Nissan, Tokyo Co.Ltd. Model: DWE 47 50 HS AV Negara pembuat: Jepang

Gambar 3.1 : Skema Instalasi Motor BensinSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

3.2.2 Alat Ukur dan FungsinyaAlat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut :a. Orsat apparatusDigunakan untuk mengukur dan menganalisa gas buang

Gambar 3.2 Orsat apparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

b. BarometerDigunakan untuk mengukur tekanan atmosfer

Gambar 3.3 BarometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

c. AerometerDigunakan untuk mengukur massa jenis bahan bakar (kg/m3)

Gambar 3.4 AerometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

d. Flash PointDigunakan untuk mengetahui titik nyala api suatu bahan bakar (oC)

Gambar 3.5 Flash PointSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

e. Diesel Engine Test BedDigunakan untuk mengetahui parameter-parameter yang menunjukkan karakteristik motor bakar.

Gambar 3.6 Diesel Engine Test BedSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

f. StopwatchDigunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar

Gambar 3.7 StopwatchSumber : http://guides.machienescience.org/ile.php/29/1P/stopwatch.gif

g. HigrometerDigunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara

Gambar 3.8 HygrometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijayah. DynamometerDigunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros

Gambar 3.9 DynamometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

i. TachometerDigunakan untuk menghitung putaran mesin (rpm)

Gambar 3.10 TachometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

j. Flowmeter air pendinginanDigunakan untuk mengukur debit aliran air pendinginan

Gambar 3.11 Flowmeter air pendinginanSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

k. Flowmeter Bahan BakarDigunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml)

Gambar 3.12 Flowmeter bahan bakarSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

l. ManometerDigunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam sistem

Gambar 3.13 ManometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

m. ViscometerDigunakan untuk mengukur viskositas fluida

Gambar 3.14 ViscometerSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

n. Bomb calorimeterDigunakan untuk mengetahui kalor bahan bakar

Gambar 3.15 Bomb CalorimeterSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

3.3 Prosedur Pengambilan Data PraktikumSetiap 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 Pengereman2. Tekanan Masuk Nozzle3. Perbedaan Tekanan Masuk dan Keluar Nozzle4. Suhu Udara5. Suhu Gas Buang6. Suhu Air Masuk dan Air keluar7. Debit Bahan Bakar8. Volume Gas Buang9. Volume Gas Hasil Pembakaran10. Tekanan Udara

3.3.1 Prosedur Pengujian Motor Bakar1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasia. 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 Mesina. 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 Dataa. 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.

3.3.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus

Gambar 3.12 Orsat ApparatusSumber : Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya

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.

3.3.3 Rumus PerhitunganAdapun rumus rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan adalah sebagai berikut :1. Momen Torsi

(kg.m), dimana : F = besar gaya putar (kg) l = panjang lengan dinamometer (m)2. Daya Efektif

(PS), dimana : n = putaran (rpm)3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS

(PS)

dimana : ; 4. Tekanan Efektif rata-rata ( Pe )

Pe = [ Kg/cm ] 5. Fuel Consumption

[ Kg/jam ] solar = 0,835 gr/mL

6. Panas Hasil Pembakaran

()7. Berat Jenis udara

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

9. Aliran Udara melalui nozzle

(kg/s)dimana : = koefisien kemiringan nozzle = 0,822 a = berat jenis udara pada kondisi ruangan saat pengujian10. Debit Aliran gas buang

(kg/s)11. Panas yang terbawa gas buang

(kcal/jam)12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold

13. Kerugian Panas Pendinginan

(kcal/jam)dimana : Ww = debit air pendinginanCpw = panas jenis air = 1 kcal/jamTwo = temperatur air keluar (oC)Twi = temperatur air masuk (oC)14. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water

15. Efisiensi Thermal Efektif

16. Efisiensi Friction

17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar

(PS)18. Daya Friction

19. Daya Indikasi

20. Spesific Fuel Consumtion Efektif

21. Spesific Fuel Consumtion Indikasi

22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif

23. Panas yang hilang karena sebab lain

24. Efisiensi Thermal Indikasi

25. Efisiensi Mekanis

26. Efisiensi Volumetrik

27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar

28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis

29. Faktor Kelebihan Udara

30. Faktor Koreksi Standard

= Dimana : Pst = 760 mmHgtst = 25 C P = tekanan udara atsmosfert = temperatur ruangan31. Daya Efektif Standard

32. Torsi Efektif Standard

33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard

34. Analisa Gas BuangKomposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut : % CO = x 100% % O2 = x 100% % CO2 = x 100% % N2 = x 100% LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA