PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 47
(Ne)st = 1,07x 12,86 (Ne)st = 13,80
1.
Torsi Efektif Standard
T st A.T (T)st = 1,07x8,771 (T)st = 9,41
2. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard
SFCest
SFCe A 0,29
(𝑆𝐹𝐶𝑒)st = 1,07 (SFCe)st = 0,27
3. Analisa Gas Buang Komposisi gas Buang didapatkan dari gas analyzator : % CO2 = 10,35 % % O2 = 4,99 % % CO = 0,009 %
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
48 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
4.3 Pembahasan 4.3.1 Grafik Hubungan Konsumsi Bahan Bakar terhadap Putaran
Hubungan Konsumsi Bahan Bakar terhadap Putaran Fuel Consumption (liter)
7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00
850
1050
1250
1450
1650
1850
2050
2250
2450
Putaran (rpm) Gambar 4.1 Grafik Hubungan Konsumsi Bahan Bakar terhadap Putaran Gambar 4.1 menunjukkan grafik hubungan pemakaian bahan bakar (fuel consumption) terhadap putaran. FC memiliki satuan liter dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). FC adalah jumlah konsumsi bahan bakar dalam satu siklus pembakaran. Rumus yang digunakan pada grafik ini adalah : FC
V 3600 (kg/jam) t 1000
Grafik mengalami kenaikan hingga putaran 1850 rpm dengan FC sebesar 6,24 liter dan turun setelahnya hingga putaran 2250 rpm dengan FC sebesar 3,73 liter. Grafik mengalami kenaikan karena energi yang dibutuhkan untuk memutar poros pada putaran awal cukup besar sehingga konsumsi bahan bakar juga besar .Grafik terlihat mengalami penurunan saat pemakaian bahan bakar berkurang setelah mesin mencapai putaran ekonomis. Pada putaran ini kelembaman yang dihasilkan oleh fly wheel akan membantu menjaga poros untuk tetap berputar sehingga konsumsi bahan bakar juga akan berkurang.Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi 2, yaitu motor bakar 4 langkah dan motor bakar 2 langkah.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 49
4.3.2 Hubungan antara Neraca Panas terhadap Putaran
Neraca Panas (Kcal/Jam)
70000.00 60000.00
Qb
50000.00
Qw Qeg
40000.00
Qpp Qe
30000.00
Poly. (Qb) 20000.00
Poly. (Qw)
10000.00
Poly. (Qeg)
Poly. (Qpp)
0.00 850
1050
1250
1450
1650
1850
2050
2250
2450
Poly. (Qe)
Putaran (rpm) Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Neraca Panas terhadap Putaran a. Hubungan antara Panas Hasil Pembakaran (Qb) terhadap Putaran Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara panas hasil pembakaran (Qb) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik mengalami kenaikan dan penurunan. Qb tertinggi tercatat pada putaran 1850 rpm dengan nilai 65525,82 kcal/Jam dan Qb terendah tercatat pada putaran 1050 rpm dan 2250 rpm dengan nilai 39145,53 kcal/Jam. Nilai Qb meningkat dari putaran awal hingga putaran ekonomis dikarenakan pembakaran yang terjadi pada ruang bakar juga meningkat ditandai dengan meningkatnya FC. Setelah mencapai putaran ekonomis, panas yang dihasilkan di ruang bakar juga turun seiring dengan turunnya FC. Hal ini sesuai dengan rumus : Qb = FC . LHVBahan Bakar b. Hubungan antara Kerugian Panas Pendinginan (Qw) terhadap Putaran Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara kerugian panas pendinginan (Qw) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik cenderung terus naik. Qw tertinggi tercatat pada putaran 2050 rpm dengan nilai kecepatan poros
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
50 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
yang menggerakkan pompa juga akan naik sehingga nilai Qw juga semakin besar. Hal ini sesuai dengan rumus : Qw = Ww . Cpw(Two-Twi) c. Hubungan antara Panas yang Terbawa Gas Buang (Qeg) terhadap Putaran Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara panas yang terbawa gas buang (Qeg) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik cenderung naik lalu turun, Qeg tertinggi tercatat pada putaran 2050 rpm dengan nilai 21286,66 kcal/Jam dan Qeg terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 10765,25 kcal/Jam. Harga Qeg dipengaruhi oleh nilai debit aliran gas buang (Gg) , nilai suhu Teg dan suhu Tud. Grafik mengalami kenaikan dari putaran awal hingga putaran ekonomis karena debit aliran gas buang meningkat serta suhu Teg yang tercatat semakin tinggi . Qeg turun setelah putaran ekonomis ketika suhu gas buang (Teg) turun diakibatkan panas pembakaran yang turun. Hal ini sesuai dengan rumus: Qeg = Gg . Cpg . (Teg – Tud).3600 d. Hubungan antara Panas yang Menjadi Daya Efektif (Qe) terhadap Putaran Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara panas yang menjadi daya efektif (Qe) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik cenderung naik lalu turun, Qe tertinggi tercatat pada putaran 2050 rpm dengan nilai 15024,76 kcal/Jam dan Qe terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 4691,29 kcal/Jam. Untuk mengetahui nilai Qe parameter yang bisa ditinjau saat percobaan adalah daya efektif (Ne). Harga daya efektif bisa ditinjau dari torsi yang dihasilkan dari proses pembakaran. Dengan Qe , Ne , dan torsi yang saling berhubungan maka tidak salah jika kecenderungan grafik mereka juga sama. Hubungan Qe ,Ne, dan torsi didapat dari rumus : Qe = 632 . Ne
Ne
T n (PS) 716,2
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 51
e. Hubungan antara Panas yang Hilang (Qpp) terhadap Putaran Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara panas yang hilang (Qpp) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Kecenderungan grafik hubungan antara panas yang hilang akibat sebab lain (Qpp) terhadap putaran cenderung Stabil dan turun setelah putaran ekonomis. , Qpp tertinggi tercatat pada putaran 1850 rpm dengan nilai 7039,72 kcal/Jam dan Qpp terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 600,99 kcal/Jam. Tingginya nilai Qpp pada putaran 1850 rpm disebabkan tingginya nilai panas pembakaran Qb. Dengan nilai Qb yang tinggi ini perbedaan suhu ruang bakar dan udara sekitar akan meningkat sehingga menaikkan laju perpindahan panas Qpp. Qpp turun setelah putaran ekonomis dikarenakan nilai Qb yang dihsailkan pada ruang bakar juga menurun .Hubungan Qpp dan Qb dapat dilihat dengan persamaan: Qpp = Qb – Qeg – Qw – Qe Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara panas yang hilang (Qpp) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Kecenderungan grafik hubungan antara panas yang hilang akibat sebab lain (Qpp) terhadap putaran cenderung Stabil dan turun setelah putaran ekonomis. , Qpp Gambar 4.2 menunjukkan grafik hubungan antara panas yang hilang (Qpp) terhadap putaran. Panas memiliki satuan (kcal/Jam) dan Putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Kecenderungan grafik hubungan antara panas yang hilang akibat sebab lain (Qpp) terhadap putaran cenderung Stabil dan turun setelah putaran ekonomis. , Qpp
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
52 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
4.3.3 Hubungan antara Kandungan Gas Buang terhadap Putaran
14 12
Gas Buang(%)
10 CO 8
O2 CO2
6
Poly. (CO)
4
Poly. (O2) 2
Poly. (CO2)
0 850 -2
1050
1250
1450
1650
1850
2050
2250
2450
Putaran (rpm)
Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Kandungan Gas Buang terhadap Putaran a. Hubungan antara CO2 terhadap Putaran Gambar 4.3 menunjukkan grafik hubungan Kandungan CO2 dan Putaran. Kandungan gas buang dalam persen (%) dan putaran dengan satuan Revolution per minute (rpm). Dari grafik dapat dilihat bahwa CO2 cenderung naik lalu turun, Kandungan CO2 tertinggi terdapat pada putaran 1650 rpm dengan nilai 10,96 % dan terendah pada putaran 2250 rpm dengan nilai 5,06 %. Grafik CO2 mengalami kenaikan dari putaran awal hingga putaran ekonomis dikarenakan reaksi pembakaran masih cukup bagus. Menurunnya kandungan CO2 setelah putaran ekonomis mengindikasikan semakin tidak sempurnanya pembakaran yang terjadi seiring bertambahnya putaran, pembakaran yang sempurna ditandai dengan kandungan gas buang yang sebagian besar berupa gas CO2 dan uap air hal ini disebabkan oleh campuran udara dan bahan bakar yang tidak seimbang sebelum dan sesudah putaran ekonomis. b. Hubungan antara CO terhadap Putaran Gambar 4.3 menunjukkan grafik hubungan Kandungan CO dan Putaran. Kandungan gas buang dalam persen (%) dan putaran dengan satuan Revolution per minute (rpm). Dari grafik dapat dilihat bahwa CO cenderung naik lalu turun,
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 53
Kandungan CO tertinggi terdapat pada putaran 1650 rpm dengan nilai 0,016 % dan terendah pada putaran 1250 rpm, 1850 rpm, 2050 rpm, dan 2250 rpm. dengan nilai 0 %. Grafik CO cenderung mengalami kenaikan karena semakin besar putaran mesin, maka pembakaran yang terjadi semakin tidak sempurna, sehingga volume CO akan bertambah dalam kandungan gas buang. Penyebab pembakaran yang tidak sempurna pada rpm tinggi ini diantaranya karena oksigen yang kurang atau karena campuran bahan bakar dan udara yang tidak sesuai karena cepatnya pergerakan piston dan katup hisap dan buang pada rpm tinggi. Setelah putaran 1650 rpm kandungan CO tidak ada dikarenakan O2 tidak lagi sempat untuk bereaksi dengan bahan bakar. c. Hubungan antara O2 terhadap Putaran Gambar 4.3 menunjukkan grafik hubungan Kandungan O2 dan Putaran. Kandungan gas buang dalam persen (%) dan putaran dengan satuan Revolution per minute (rpm). Dari grafik dapat dilihat bahwa O2 cenderung turun lalu naik, Kandungan O2 tertinggi terdapat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 12,86 % dan terendah pada putaran 1650 rpm dengan nilai 3,9 %. Grafik mengalami penurunan pada putaran awal hingga putaran ekonomis dikarenakan reaksi pembakaran pada putaran awal masih baik sehingga banyak O2 yang bereaksi dengan bahan bakar. Grafik O2 cenderung mengalami kenaikan seiring bertambahnya putaran yang disebabkan semakin tidak sempurnanya proses pembakaran dalam silinder. Hal ini bisa terjadi karena semakin tinggi rpm maka semakin cepat pula proses pembakaran dan juga aliran masuk dan keluar dari bahan bakar dan gas buang sehingga menyebabkan campuran bahan bakar dan O2 yang tidak terbakar sempurna atau menyisakan gas O2 yang belum terbakar, yang kemudian ikut terbuang melalui saluran buang.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
54 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
4.3.4 Hubungan antara Daya terhadap Putaran
40.00 35.00 30.00
Daya (PS)
Ne 25.00
Ni
20.00
Nm
15.00
Poly. (Ne) Poly. (Ne)
10.00
Poly. (Ni)
5.00
Poly. (Nm)
0.00 850
1050
1250
1450
1650
1850
2050
2250
2450
Putaran (rpm) Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Daya terhadap Putaran a. Hubungan antara Daya Indikatif (Ni) terhadap Putaran Ni terletak paling atas diikuti dengan kurva Ne dan kurva Nm paling bawah. Daya memiliki satuan Pferdestarke (PS) dan Putaran memiliki satuan Revolution per minute (rpm). Grafik Ni mengalami kenaikan hingga putaran 1850 rpm dengan daya indikasi yang tercatat sebesar 34,72 PS, lalu turun hingga putaran 2250 rpm dengan daya yang tercatat sebesar 14,33 rpm. Kurva Ni (daya indikatif) adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar dari hasil pembakaran ruang bakar sehingga Ni adalah daya total yang dihasilkan proses pembakaran. Karena Ni nantinya dirubah ke Ne dan Nm sehingga jika nilai Ni naik grafik Ne dan Nm juga akan naik pula, begitu pula sebaliknya penurunan Ni akan menyebabkan grafik Ne dan Nm turun .Nilai Ni dapat dihitung dengan rumus : Ni = Ne + Nm b. Hubungan antara Daya Efektif (Ne) terhadap Putaran Ne terletak diantara Ni dan Nm. Ini dikarenakan daya Ne adalah daya yang dihasilkan untuk memutar poros. Karena adanya kerugian gesek dan sebagian daya digunakan untuk menggerakkan peralatan tambahan maka nilai Ne lebih rendah daripada nilai Ni. Daya memiliki satuan Pferdestarke (PS) dan Putaran
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 55
memiliki satuan Revolution per minute (rpm). Grafik Ne mengalami kenaikan hingga 2050 rpm dan mengalami penurunan setelah rpm tersebut hingga titik terakhir pada 2250 rpm yang juga tecatat sebagai Ne terendah yang yaitu 7,42 PS. Daya efektif dapat ditinjau pada percobaan dari torsi dan putaran yang tercatat. Saat torsi mengalami kenaikan maka grafik Ne juga akan naik, begitu juga saat nilai torsi turun maka grafik juga akan turun.Variabel yang nantinya turun pada grafik ini hanya variabel torsi sedangan variabel putaran akan terus naik. Hal ini sesuai dengan persamaan: Ne =
T×n 716,2
Berdasarkan hasil percobaan juga didapatkan grafik yang memiliki kecenderungan sama dengan grafik teoritisnya, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Daya Poros, Momen Putar, dan SFC terhadap Putaran Sumber: Arismunandar (1975, p.61) Pada grafik teoritis, daya mengalami kenaikan kemudian mengalami penurunan, sedangkan aktualnya grafik mengalami kenaikan dan tidak mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan, pada grafik teoritis putaran sampai 4200 rpm,
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
56 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
sedangkan pada grafik aktualnya putaran hanya sampai 2250 rpm sehingga daya efektif belum mencapai titik maksimumnya. c. Hubungan antara Daya Mekanis (Nm) terhadap Putaran Daya Friction (Nm) terletak paling bawah dikarenakan Nm dianggap sebagai kerugian daya. Daya memiliki satuan Pferdestarke (PS) dan Putaran memiliki satuan Revolution per minute (rpm). Grafik Nm mengalami kenaikan dan penurunan.Nm tertinggi yang tercatat berada pada putaran 1850 rpm sebesar 11,14 PS. Nf terendah yang tercatat berada pada putaran 2050 rpm sebesar 6,10 PS. Kerugian ini dikarenakan oleh gesekan piston dengan ruang bakar, flywheel, gear dan perangkat lainnya. Nm , Nb , dan FC saling berhubungan. Pada grafik terlihat bahwa Nm cenderung naik hingga putaran 1850 rpm. Kenaikan ini dapat dihubungkan dengan kecenderungan grafik FC, dimana sampai putaran ekonomis FC meningkat. Begitu pula dengan penurunan pada grafik Nm Hubungan Nm, Nb, dan FC dapat dihitung menggunakan rumus : Nm =
ηf ×Nb
𝑁𝑏 =
100% 𝐿𝐻𝑉𝐵𝐵 𝑥 𝐹𝐶 632
(kcal/jam)
f 100% g w e
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 57
4.3.5 Hubungan antara Torsi terhadap Putaran
12.000
Torsi (Kg.m)
10.000 8.000 6.000
Hubungan Torsi dan rpm
4.000
Poly. (Hubungan Torsi dan rpm)
2.000 0.000 850
1350
1850
2350
Putaran (rpm) Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Torsi terhadap Putaran Gambar 4.6 diatas menggambarkan grafik hubungan Torsi dengan Putaran. Torsi memiliki satuan (Kg.m) dan Putaran memiliki satuan (rpm). Grafik torsi cenderung mengalami kenaikan sampai pada putaran 1850 rpm, tapi kemudian mengalami penurunan seiring bertambahnya putaran. Torsi tertinggi mesin pada grafik terjadi pada torsi 9,129 [kg.m] pada putaran 1850 rpm. Penurunan torsi dipengaruhi oleh gaya pada poros, Selain itu harga torsi (T) dipengaruhi oleh gaya putar atau pengereman (F) yang terbaca pada dynamometer dan panjang lengan dynamometer (L) sebesar 0,358 m dimana gaya pengereman berbanding lurus dengan T (Gaya Putar). Hal ini sesuai dengan rumus berikut: T = F . L [kg.m] Jika beban yang terbaca pada dynamometer pada putaran 1050 rpm sampai 1850 rpm cenderung meningkat kemudian menurun hingga putaran 2250 rpm. Kenaikan grafik dari putaran awal hingga ekonomis disebabkan oleh besarnya gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan benda dari posisi diam ke posisi bergerak .Penurunan pada grafik disebabkan karena kelembaman (kecenderungan untuk mempertahankan posisi), yaitu pada putaran 1850 momen inersia yang
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
58 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
dimiliki mesin sudah cukup besar, sehingga untuk penambahan putaran selanjutnya tidak memerlukan gaya pada piston. Berdasarkan hasil percobaan juga didapatkan grafik yang memiliki kecenderungan sama dengan grafik teoritisnya, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Daya Poros, Momen Putar, dan SFC terhadap Putaran Sumber: Arismunandar (1975, p.61) Pada grafik teoritis, torsi maksimum terjadi pada putaran 2600 rpm, sedangkan aktualnya terjadi pada putaran 1850 rpm. Hal ini dikarenakan, grafik teoritis merupakan grafik prestasi sebuah motor diesel untuk mobil, 4 silinder, volume langkah torak total 2 liter, pendinginan air, dengan kipas udara, saringan udara dan generator (tanpa beban), pada temperatur 15 oC, tekanan 760 mmHg dan kelembaban relatif 0%. Sedangkan pada saat pengujian, terdapat kondisi yang berbeda dari hasil uji teoritisnya. Dengan volume langkah torak total 5412,8 cm3, temperatur udara 30 oC, tekanan 714 mmHg dan kelembaban relatif 75%. Sehingga faktor perbedaan inilah yang dpat diindikasikan sebegai penyebab data hasil pengujian berbeda dengan teoritisnya.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 59
4.3.6 Hubungan antara Mean Effective Pressure terhadap Putaran
7.0000 6.0000
MEP
5.0000 4.0000 MEP
3.0000
Poly. (MEP) 2.0000 1.0000 0.0000 850
1350
1850
2350
Putaran (rpm) Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Mean Effective Pressure terhadap Putaran Grafik di atas menunjukkan Hubungan antara Mean Effective Pressure terhadap Putaran. MEP (Mean Effective Pressure) memiliki satuan (Kg/cm2) dan putaran memiliki satuan (rpm). Dapat dilihat bahwa grafik cenderung naik sampai putaran 1850 rpm dan turun hingga putaran 2250 rpm. MEP tertinggi yang tercatat yaitu sebesar 5,8508 Kg/cm2 dan yang terendah sebesar 1,5230 Kg/cm2. Hal ini disebabkan oleh naiknya nilai torsi dan kemudian cenderung menurun disebabkan turunnya nilai torsi. Mean Effective Pressure (MEP) dan torsi berbanding lurus sehingga kenaikan torsi sampai putaran 1850 rpm dan penurunan ketika melewati putaran 1850 rpm juga akan dialami oleh Mean Effective Pressure (MEP). Hal ini sesuai dengan rumus : Pe =
NeO×0,45×z Vd×i×n
NeO = k. Ne Ne = Pe =
T×n 716,2 T×n×k×0,45×z 716,2×Vd×i×n
Pe = T
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
60 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
4.3.7 Hubungan antara Specific Fuel Consumption terhadap Putaran
0.60
SFC (Kg/PS.Jam)
0.50 0.40 SFCe
0.30
SFCi Poly. (SFCe)
0.20
Poly. (SFCi) 0.10 0.00 850
1350
1850
2350
Putaran (rpm) Gambar 4.9 Grafik Hubungan antara Specific Fuel Consumption terhadap Putaran a. Hubungan antara Specific Fuel Consumption Effective terhadap Putaran Pemakaian bahan bakar spesifik efektif berarti pemakaian bahan bakar untuk setiap daya efektif (Ne). Grafik menunjukkan hubungan SFC dengan Putaran. SFC memiliki satuan (Kg/PS.Jam) dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Pada grafik diatas nilai SFCe cenderung turun sampai pada putaran 2050 rpm dengan SFCe sebesar 0,26 Kg/PS.Jam. Dan naik lagi hingga putaran 2250 rpm dengan SFCe sebesar 0,5 Kg/PS.Jam. Hal ini disebabkan nilai konsumsi bahan bakar (FC) dan nilai daya efektif (Ne) meningkat akan tetapi kenaikan nilai FC tidak lebih besar dari kenaikan nilai Ne. kemudian grafik cenderung naik seiring bertambahnya putaran disebabkan nilai konsumsi bahan bakar (FC) dan nilai daya efektif (Ne) menurun akan tetapi penurunan nilai Ne lebih sedikit dari penurunan nilai FC, hal ini sesuai rumus: FC
SFCe = Ne
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 61
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Daya Poros, Momen Putar, dan SFC terhadap Putaran Sumber: Arismunandar (1998, p.61) Berdasarkan hasil percobaan juga didapatkan grafik yang memiliki kecenderungan sama dengan grafik teoritisnya, yaitu mengalami penurunan kemudian mengalami kenaikan seperti terlihat pada gambar diatas. SFCe ialah konsumsi bahan bakar yang diubah menjadi daya efektif sedangkan SFCi ialah konsumsi bahan bakar yang diubah menjadi daya indikasi. Pada grafik diatas nilai SFCe terletak di atas SFCi karena daya indikasi nilainya lebih besar dari daya efektif (Ni > Ne), maka nilai SFCi lebih kecil daripada SFCe. b. Hubungan antara Specific Fuel Consumption Indicated terhadap Putaran Pemakaian bahan bakar spesifik indikatif berarti pemakaian bahan bakar untuk setiap daya indikatif (Ni). Grafik menunjukkan hubungan SFC dengan Putaran. SFC memiliki satuan (Kg/PS.Jam) dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Pada grafik diatas nilai SFCi cenderung stabil dan naik pada titik akhir. SFCi terendah tercatat pada putaran 1050 rpm dan 1450 rpm dengan nilai 0,17 Kg/PS.Jam dan Tertinggi pada putaran 2250 rpm dengan nilai sebesar 0,26 Kg/PS.Jam. Hal ini disebabkan nilai konsumsi bahan bakar (FC) dan nilai daya indikasi (Ni) meningkat secara beriringan akan
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
62 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
tetapi setelah melewati rpm ekonomis nilai Ni turun dengan tingkat penurunan yang lebih besar dari FC. hal ini sesuai rumus: FC
SFCi = Ni
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 63
4.3.8 Hubungan antara Efisiensi terhadap Putaran 1.0000 Efisiensi Thermal Indikasi
0.9000 0.8000
Efisiensi Mekanis
Efisiensi
0.7000 0.6000
Efisiensi Thermal Efektif
0.5000 Efisiensi Volumetris
0.4000 0.3000 0.2000
Poly. (Efisiensi Thermal Indikasi)
0.1000
Poly. (Efisiensi Mekanis)
0.0000 850
1350
1850
2350
Putaran (rpm)
Poly. (Efisiensi Thermal Efektif)
Gambar 4.11 Grafik Hubungan antara Efisiensi terhadap Putaran a) Hubungan antara Efisiensi Volumetris terhadap Putaran (ηv) Grafik menunjukkan hubungan Antara efisiensi volumetris (ηv) terhadap putaran. Efisiensi memiliki satuan persen (%) dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Terlihat bahwa grafik mengalami penurunan dari putaran 1050 rpm hingga 2250 rpm. Efisiensi Volumetris tertinggi tercatat pada putaran 1050 rpm dengan nilai 95 % , dan terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 85 % . Semakin besar putaran maka nilai ηv akan berkurang, hal ini dikarenakan semakin besar putaran aliran udara melalui nozzle (Gs) juga meningkat, akan tetapi besarnya kenaikan Gs tidak lebih besar dari kenaikan putaran (n) sehingga nilai efisiensi volumetris menurun. Hal ini sesuai dengan rumus: Gs.z.60
ηv = γ Gs=
a .n.Vd.i
α.ε.π.d2 4
×100%
×√2.g.γa .(P1 − P2 )
b) Hubungan antara Efisiensi Mekanis terhadap Putaran (ηm) Grafik menunjukkan hubungan antara efisiensi mekanis (ηm) terhadap putaran. Efisiensi memiliki satuan persen (%) dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik cenderung meningkat dan turun setelah
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
64 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
melewati rpm ekonomis. Efisiensi Mekanis tertinggi tercatat pada putaran 2050 rpm dengan nilai 79,59 % , dan terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 51,80 % Hal ini dikarenakan harga efisiensi mekanis (ηm) berbanding terbalik dengan daya indikatif (Ni) dan berbanding lurus dengan daya efektif (Ne), ketika putaran naik nilai Ne juga meningkat saat Ne meningkat nilai Ni juga meningkat, sehingga nilai efisiensi mekanis cenderung naik, namun setelah putaran ekonomis torsi mengalami penurunan sehingga efisiensi mekanis akan turun. Hal ini sesuai dengan rumus: Ne
ηm = Ni ×100% Ne=
T×n 716,2
Ni = Ne + Nm c) Hubungan antara Efisiensi Indikatif terhadap Putaran (ηi) Grafik menunjukkan hubungan antara efisiensi indikatif (ηi) terhadap putaran. Efisiensi memiliki satuan persen (%) dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik Efisiensi Indikatif cenderung turun. Efisiensi Indikatif tertinggi tercatat pada putaran 1050 rpm dengan nilai 36,46 % , dan terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 23,13 %. Hal ini dikarenakan harga efisiensi indikatif dipengaruhi oleh daya indikatif (Ni) dan panas hasil pembakaran (Qb). Konsumsi bahan bakar pada putaran rpm awal dan menengah cenderung sama. Sedangkan pada putaran rpm tinggi biasanya konsumsi bahan bakar cenderung menurun karena setelah mencapai putaran ekonomis daya yang dihasilkan semakin kecil. Oleh karena itu grafik yang dihasilkan konstan kemudian turun, Hal ini sesuai dengan rumus: Ni
ηi = Qb ×632×100% d) Hubungan antara Efisiensi Efektif terhadap Putaran (ηe) Grafik Menunjukkan hubungan efisiensi efektif (ηe) terhadap putaran. Efisiensi memiliki satuan persen (%) dan putaran memiliki satuan revolution per minute (rpm). Grafik cenderung naik kemudian turun. Efisiensi Efektif tertinggi tercatat pada putaran 2050 rpm dengan nilai 23,04 % , dan terendah tercatat pada putaran 2250 rpm dengan nilai 11,98 %. Semakin besar putaran maka nilai Ne juga akan semakin besar sehingga nilai (ηe) juga meningkat tapi
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 65
tidak terlalu besar. Sedangkan setelah putaran 2050 rpm, nilai Ne menurun karena torsi menurun. Akibatnya nilai (ηe) akan turun tapi tidak terlalu besar. Hal ini sesuai dengan rumus: Ne
ηe = Qb ×632×100%
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
66 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
4.3.9 Diagram Sankey
Qe=20,76%
Qw=34,74% 39145,53 Qeg=28,80% 8126,83
Qpp=15,70%
13600 11272,31 6146,38 1050
Skala
= 1 cm : 4 %
Gambar 4.12 Diagram Sankey Diagram di atas menjelaskan kesetimbangan panas masuk dan panas yang dimanfaatkan saat pembakaran terjadi pada mesin saat putaran 1050 rpm. Panas hasil pembakaran (Qb) sebesar 39145,53 kcal/jam, sebagian terbuang ke sistem pendingin cooling water (Qw) sebesar 13600 kcal/jam, sebagian terbawa gas buang (Qeg) sebesar 11272,31 kcal/jam, sebagian diubah menjadi daya efektif (Qe) sebesar 8126,83 kcal/jam, sebagian lagi hilang karena sebab lain diantaranya terbuang lewat dinding silinder block lalu terbuang ke atmosfer / udara (Qpp) sebesar 6146,38 kcal/jam. Pada diagram sankey nilai Qw sebesar 13600 kcal/jam (34,74 %) pada teori seharusnya presentasenya sebesar 11% - 25%. Terlihat bahwa terjadi penyimpangan, hal ini dikarenakan pebedaan suhu air keluar dan masuk semakin besar. Nilai Qeg sebesar 11272,31 kcal/jam (28,80%) lebih kecil daripada presentase teoritisnya yaitu 34% - 40%. Hal ini disebabkan karena sebagian besar panas telah terbawa oleh air pendinginan, sehingga tidak lagi banyak panas yang terbawa oleh gas buang. Pada diagram sankey nilai daya efektif Qe sebesar 8126,83 kcal/jam (20,76 %) seharusnya jika berdasarkan teorinya, besar presentasenya adalah 30%
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 67
- 45%. Hal ini terjadi penyimpangan yang disebabkan karena sebagian besar Qb telah digunakan untuk memutar alternator , pompa air pendingin dan terbawa air pendinginan. Pada diagram sankey, nilai Qpp yang sebesar 6146,38 kcal/jam (15,70%) ini berarti data pengujian menyimpang dari teorinya yaitu sebesar 4% - 11%. Nilai Qpp dapat ditimbulkan karena hilangnya panas karena sebab – sebab lain yang meliputi peralatan tambahan pada mesin diesel. Yang meliputi peralatan tambahan seperti alternator dan pompa air pendingin.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
68 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Karakter motor bakar yang didapatkan dari praktikum ini adalah : a. Pertambahan besar putaran mempengaruhi pertambahan beban gaya yang diberikan sehingga torsi mengalami kenaikan. Saat dititik optimum, Torsi mengalami gaya kelembaman (kecenderungan untuk mempertahankan posisi), yaitu pada putaran tertentu momen inersia yang dimiliki mesin sudah cukup besar, sehingga untuk penambahan putaran selanjutnya tidak memerlukan gaya pada piston. b. Daya efektif adalah daya yang dihasilkan poros, Daya friction adalah kerugian daya yang disebabkan gesekan piston dengan ruang bakar, flywheel, gear dan perangkat lainnya, Daya indikatif adalah daya total yang dihasilkan proses pembakaran untuk menggerakkan poros. Semakin tinggi putaran poros mesin maka daya yang dihasilkan akan semakin naik. c. Besarnya Mean Effective Pressure pada satu siklus di mesin mengalami kenaikan seiring dengan pertambahan putaran karena naiknya nilai torsi, dan kemudian turun karena turunnya nilai torsi. d. Specific Fuel Consumption terhadap putaran adalah cenderung menurun lalu naik pada putaran tertentu karena pengaruh dari besarnya daya yang dihasilkan pada putaran tersebut berbanding terbalik dengan SFC dari mesin. Nilai SFCe lebih besar dibandingkan dengan nilai SFCi e. Efisiensi volumetrik cenderung turun seiring meningkatnya putaran, efisiensi mekanis cenderung meningkat terhadap putaran, efisiensi indikatif mengalami penurunan terhadap putaran, dan efisiensi efektif cenderung naik terhadap putaran. f. Karakteristik kinerja kandungan gas buang terhadap putaran adalah seiring dengan bertambahnya putaran, maka kandungan N2
cenderung naik,
kandungan CO2 mengalami penurunan, kandungan O2 cenderung naik, dan kandungan CO cenderung naik.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 69
g. Nilai kerugian panas yang terjadi pada putaran 1500 rpm dan dapat disimpulkan bahwa, nilai Qw (kerugian panas pendinginan) menyimpang lebih besar dari teoritis, pada Qeg (kerugian panas gas buang) menyimpang lebih kecil dari teoritis, pada Qe (panas yang menjadi daya efektif) menyimpang jauh lebih kecil dari teoritis, dan Qpp (kerugian panas sebab lain) menyimpang jauh lebih besar dari teoritis.
5.2 Saran 1.
Sebaiknya laboratorium lebih memperhatikan kebersihan dan memperbarui alat yang digunakan untuk praktikum.
2.
Sebaiknya asisten memberikan waktu luang yang lebih banyak.
3.
Sebaiknya praktikan mempelajari modul terlebih dahulu agar memperlancar saat melakukan asistensi maupun praktikum.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
70 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
2.1
Siklus Termodinamika Motor Bakar Siklus aktual dari proses kerja motor bakar sangat komplek untuk
digambarkan, karena itu pada umumnya siklus motor bakar didekati dalam bentuk siklus udara standar (air standard cycle). Dalam air standard cycle fluida kerja menggunakan udara, dan pembakaran bahan bakar diganti dengan pemberian panas dari luar. Pendinginan dilakukan untuk mengembalikan fluida kerja pada kondisi awal. Semua proses pembentuk siklus udara standar dalam motor bakar adalah proses ideal, yaitu proses reversibel internal.
2.2.1 Siklus Otto Siklus 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 2.3
Gambar 2.3 Diagram Siklus Otto Ideal Sumber: Cengel (1994, p.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)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 71
Dalam siklus udara standar langkah buang dan langkah isap 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 Otto Sumber: Cengel (1994, p.457) Langkah siklus motor bensin aktual terdiri dari : 1. Langkah Kompresi 2. Langkah pembakaran bahan bakar dan langkah ekspansi 3. Langkah pembuangan 4. Langkah isap
2.2.2 Siklus Diesel Pada tahun 1890 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
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
72 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
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 diesel Sumber: Cengel (1994, p.464) Langkah siklus ini terdiri dari : 1. Langkah kompresi (1-2) secara isentropik 2. Langkah pemasukan kalor (2-3) secara isobarik 3. Langkah kerja (3-4) secara isentropik 4. Langkah pelepasan kalor secara isokhorik (4-1)
2.2.3
Siklus Trinkler Siklus 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.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 73
Kombinasi demikian merupakan gambaran yang lebih baik pada motor-motor pembakaran dalam modern.
Gambar 2.6 Diagram Siklus Dual Motor Diesel Sumber: Cengel (1994, p.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)
2.2
Pengertian Karakteristik Kinerja Motor Bakar Karakteristik kinerja motor bakar adalah bentuk hubungan antara masing-
masing 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.
2.3.1
Indikator Kerja dan Indikator Operasional Motor Bakar
Beberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk mengetahui kinerja suatu motor bakar diantaranya adalah: 1.
Torsi
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
74 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
Torsi adalah kemampuan puntir (momen putar) yang diberikan pada satu benda, sehingga menyebabkan benda tersebut brputar. Adapun perumusan dari torsi adalah sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar r, dengan data tersebut torsinya adalah: T = F x r .....................................................................................................(2-1) dimana : T: Torsi benda berputar (Nm) F: Gaya sentrifugal dari benda yang berputar (N) r : Jarak benda ke pusat rotasi (m) 2.
Daya Indikatif (Ni) Daya yang dihasilkan dari reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara yang terjadi di ruang bakar.
Ni
Pi Vd n i ....................................................................................(2-2) 0,45 z
dimana
:
Ni : Daya Indikatif (PS) Pi : tekanan indikasi rata-rata (kg/cm²) Vd : volume langkah satu silinder =
𝜋.𝐷2.𝐿 4
(m³)
D : diameter silinder (m) L : panjang langkah torak (m) n : putaran mesin (rpm) i
: jumlah piston
z : jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus untuk 4 langkah z = 2, dan untuk 2 langkah z = 1 3.
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
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 75
merupakan perubahan kalor di ruang bakar menjadi kerja. Daya efektif dirumuskan sebagai berikut
Ne
T n ............................................................................................... (2-3) 716,2
dimana
:
Ne : Daya Efektif (PS) T : Torsi (Nm) n : putaran (rpm) 4.
Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nm) Kehilangan daya (Nm) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan bantalan.
Nm Ni Ne ........................................................................................... (2-4) dimana :
5.
Nm
: Daya Indikatif (PS)
Ne
: Daya efektif (PS)
Nf
: Daya mekanis (PS)
Mean Effective Pressure (MEP) Mean Effective Pressure di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan menghasilkan daya efektif Ne. MEP Pe
Neo 0,45 z ................................................................... (2-5) Vd i n
dimana :
6.
MEP
: Tekanan efektif rata-rata
Vd
: Volume langkah (m3)
i
: Jumlah piston/silinder
n
: Putaran mesin (rpm)
Efisiensi Motor Bakar terdiri dari : a. Efisiensi Termal Indikatif ηi =
Ni x 632 x 100 % ..................................................................... (2-6) Qb
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
76 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
dimana: ηi
: efisiensi
Ni
: Daya indikatif (W)
Qb
: kalor pembakaran (J)
termal indikatif
b. Efisiensi Termal Efektif ηe =
Ne x 632 x 100 % ....................................................................(2-7) Qb
dimana
:
ηe : Efisiensi termal efektif Ne : Daya efektif (W) Qb : kalor pembakaran (J) c. Efisiensi Mekanis ηm =
Ne x 100 % ..............................................................................(2-8) Ni
dimana : ηm : Efsiensi mekanis Ne : Daya efektif (W) Ni : Daya indikatif (W)
d.
Efisiensi Volumetrik ηv =
Gs.z.60 x 100 % .....................................................................(2-9) a .n.V d .i
dimana : ηv : Efsiensi volumetric (%) Gs : massa alir udara melalui nozzle (kg/s) z
: jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus untuk 4 langkah z = 2, dan untuk 2 langkah z = 1
7.
n
: putaran mesin (rpm)
i
: Jumlah piston
Vd
: Volume langkah (m3)
Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), kandungan polutan dalam gas buang dan neraca
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 77
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 konstan Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas digunakan untuk mesin mesin transportasi yang digunakan dalam kehidupan sehari - hari, 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.
2.2.1 Jenis Karakteristik Kinerja Motor Bakar Bentuk hubungan antar masing masing variabel indikator kinerja terhadap variabel, indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Data yang digunakan untuk menggambarkan bentuk hubungan antara variabel tersebut dapat berasal dari pengukuran langsung selama pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur. Data seperti putaran mesin dan temperatur dapat diukur langsung, tetapi daya, torsi, dan efisiensi dihitung berdasarkan pengukuran terhadap parameter pembentuknya. Pada pengujian dengan putaran mesin sebagai variabel bebas, jenis karakteristik kinerja yang sering diperlukan adalah : 1) Daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nm) terhadap putaran. 2) Torsi (T) terhadap putaran 3) Mean Efektif Pressure (MEP) terhadap putaran 4) Spesific Fuel Consumption (SFC) terhadap putaran 5) efisiensi indikatif (i) ,efesiensi efektif (e), efesiensi mekanis (m), efisiensi volumetrik (v) terhadap putaran 6) Komposisi CO2, CO , O2 , dan N2 dalam gas buang terhadap putaran
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
78 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
7) keseimbangan panas terhadap putaran. Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.
2.3
Karakteristik Kinerja Motor Diesel
2.3.1 Hubungan Torsi, Spesific Fuel Consumption dan Daya Poros Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran. a.
Hubungan Torsi dengan Putaran Pada 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.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 79
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Putaran dengan daya Poros Sumber : Arismunandar (1975, p.61) b.
Grafik Hubungan antara Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran Dari grafik 2.7 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 besar
c.
Grafik Daya Poros terhadap Putaran Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi nilai putaran maka daya poros mengalami peningkatan sampai mencapai titik maksimum (titik dimana putaran poros lebih rendah daripada putaran dimana daya indikatornya maksimum), kenaikkan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat dari daya indikasi yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar semakin besar akibat putaran yang terus bertambah. Kemudian mengalami penurunan pada putaran yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena adanya gesekan antara piston dengan silinder dalam ruang bakar, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan pompa bahan bakar, generator, pompa air, katup,dsb. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar putaran menyebabkan gesekan yang terjadi juga besar,
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
80 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
sehingga beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif.
2.3.2
Grafik hubungan antara momen putar (torsi), daya poros, dan MEP
Gambar 2.8 Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEP Sumber : Maleev. (1985, p.61)
a.
Hubungan Antara Daya Mekanis terhadap Putaran Pada grafik terlihat semain tinggi putaran maka daya mekanis cenderung meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya efektif.
b.
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.
c.
Hubungan Daya Indikatif dengan Putaran Pada 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.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 81
2.4
Orsat apparatus Orsat apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur
dan menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat mengikat gas tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan pengikat. Masing - masing larutan tersebut adalah : a.
Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2
b.
Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2
c.
Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO
Gambar 2.9 Orsat Apparatus Sumber : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya (2018) Pada gambar di atas masing – masing tabung berisi : I.
Tabung pengukur pertama berisi larutan CuCl2
II.
Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalik
III. Tabung ketiga berisi larutan KOH
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
82 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
2.5
Diagram Sankey
Gambar 2.10 Diagram Sankey Sumber: Arismunandar (1975, p.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 pembuangan Gas 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 Pendinginan Silinder, 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.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 83
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
84 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1
Waktu dan Tempat Waktu : Rabu, 29 Maret 2017 Jam
: 18.30 – 20.00 WIB
Tempat : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brwaijaya
3.2
Pelaksanaan Praktikum
3.2.1 Instalasi Percobaaan Motor Diesel Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (test rig) lengkap, yang terdiri dari : Instalasi Percobaan Motor Diesel Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian. Instrumen pengukur berbagai variabel yang diperlukan (barometer, 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 : o Siklus
: 4 langkah
o Jumlah silinder
: 4
o Volume langkah torak total
: 2164 cm3
o Diameter silinder
: 83 mm
o Panjang langkah torak
: 100 mm
o Perbandingan kompresi
: 22 : 1
o Bahan bakar
: Dexlite
o Pendingin
: Air
o Daya Poros
: 47 BHP / 3200 rpm
o Merk
: Nissan, Tokyo Co.Ltd.
o Model
: DWE – 47 – 50 – HS – AV
o Negara pembuat
: Jepang
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 85
Gambar 3.1 Skema Instalasi Motor Diesel Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) 3.2.2 Alat Ukur dan Fungsinya Alat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut : a. Orsat Apparatus Digunakan untuk mengukur dan menganalisa gas buang (%).
Gambar 3.2 Orsat apparatus Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
86 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
b. Barometer Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer (mmHg).
Gambar 3.3 Barometer Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) c. Aerometer Digunakan untuk mengukur massa jenis bahan bakar (kg/m3).
Gambar 3.4 Aerometer Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 87
d. Flash Point Digunakan untuk mengetahui titik nyala api suatu bahan bakar (oC).
Gambar 3.5 Flash Point Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) e. Diesel Engine Test Bed Digunakan untuk mengetahui parameter-parameter yang menunjukkan karakteristik motor bakar.
Gambar 3.6 Diesel Engine Test Bed Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
88 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
f. Stopwatch Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar (s)
Gambar 3.7 Stopwatch Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) g. Hygrometer Digunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara (%).
Gambar 3.8 Hygrometer Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 89
h. Dynamometer Digunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros (Kg).
Gambar 3.9 Dynamometer Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
i. Flowmeter air pendinginan Digunakan untuk mengukur debit aliran air pendinginan (liter/jam).
Gambar 3.10 Flowmeter air pendinginan Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
90 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
j. Flowmeter Bahan Bakar Digunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml).
Gambar 3.11 Flowmeter bahan bakar Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) k. Manometer Digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam system (mmH2O).
Gambar 3.12 Manometer Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 91
l. Viscometer Digunakan untuk mengukur viskositas fluida (η).
Gambar 3.13 Viscometer Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) m. Bomb Calorimeter Digunakan untuk mengetahui kalor bahan bakar (Kcal/Kg).
Gambar 3.14 Bomb Calorimeter Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
92 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
3.3
Prosedur Pengambilan Data Praktikum Setiap kelompok praktikum melaksanakan sendiri semua proses pengujian
dan pengambilan data yang diperlukan untuk memenuhi tujuan praktikum di atas. Dalam melaksanakan proses pengujian tersebut, mahasiswa harus mengikuti semua aturan dan tata tertib yang berlaku di laboratorium dan mengikuti semua petunjuk asisten laboratorium yang bertugas. Metode percobaan dengan variasi putaran, parameter yang diukur adalah : 1. Gaya Pengereman 2. Perbedaan Tekanan Masuk dan Keluar Nozzle 3. Kelembapan Udara 4. Suhu Gas Buang 5. Suhu Air Masuk dan Air keluar 6. Debit Bahan Bakar 7. Kandungan Gas Buang 8. Tekanan Udara
3.3.1 Prosedur Pengujian Motor Bakar 1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasi a. Menyalakan pompa pengisi untuk mengisi air dalam tangki sampai level air mencapai tinggi aman dan menyalakan cooling tower b. Membuka kran air pada pipa-pipa yang mengalirkan air ke mesin dan ke dinamometer. c. Mengatur debit air yang mengalir pada flowmeter pada debit tertentu dengan mengatur bukaan kran pada flowmeter. d. Menekan switch power untuk menghidupkan alat-alat ukur. e. Menghidupkan alarm air pendinginan yang akan memberitahu jika terjadi overheating dan level air kurang. f. Menyalakan dinamo power control dan atur kondisi poros mesin dalam keadaan tanpa beban. 2. Cara Menghidupkan Mesin a. Mengatur bukaan throttle sesuai yang diinginkan
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 93
b. Setelah semua persiapan di atas dipenuhi, menyalakan kunci kontak pada posisi memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal menyala. c. Memutar posisi kunci ke posisi START sambil mengurangi pembebanan pada poros. d. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat untuk menstabilkan kondisi mesin. 3. Cara Mengambil Data a. Atur putaran mesin (rpm) dengan mengatur pembebanan pada dinamometer sampai mendapatkan putaran yang diinginkan. b. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang diperlukan.
3.3.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus
Gambar 3.16 Orsat Apparatus Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018) Cara penggunaan Orsat Apparatus : 4.
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.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
94 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
5.
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.
6.
Ambil gas buang dari saluran gas buang untuk diukur, salurkan melalui selang yang dimasukkan ke dalam pipa H.
7.
Buka keran H sehingga gas buang akan masuk dan mengakibatkan tinggi air yang ada di tabung ukur C akan berkurang.
8.
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.
9.
Untuk mengukur kandungan CO2 buka keran A supaya gas buang bereaksi dengan larutan yang ada pada tabung III dengan mengangkat dan menurunkan gelas B sebanyak 5 – 7 kali.
10. Setelah 5 – 7 kali kembalikan posisi larutan III ke posisi acuan pada saat set awal dan tutup keran C setelah didapatkan posisi yang diinginkan. 11. 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. 12. Untuk mengukur kandungan O2 dan CO ulangi langkah 6 dan langkah 7 untuk keran B dan keran A pada tabung II dan tabung I. 13. Baca kenaikan permukaan air pada tabung ukur C dengan acuan dari tinggi permukaan air sebelumnya.
3.3.3 Rumus Perhitungan Adapun rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan adalah sebagai berikut : 1. Momen Torsi
T F l (kg.m) ............................................................................... (3-1) Dimana : T : Torsi (kg.m) F : besar gaya putar (kg) l : panjang lengan dinamometer = 0,358 (m)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 95
2. Daya Efektif
Ne
T n (PS) ............................................................................(3-2) 716,2
Dimana : n
: putaran (rpm)
Ne
: daya efektif (PS)
T
: momen torsi (kg.m)
3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS
Neo k.Ne (PS) ..................................................................................(3-3)
k
749 273 ; Pa Pw 293
Pw .Ps
Dimana : Neo
: daya efektif yang dikonfersi dalam JIS (PS)
k
: faktor konversi
Ne
: daya efektif (PS)
Pa
: tekanan atmosfir pengukuran (mmHg)
Pw
: tekanan uap parsial (mmHg)
: rata-rata temperatur ruangan saat pengujian (°C)
: kelembamam udara (%)
Ps
: Tekanan udara standar pada temperatur θ (mmHg)
4. Mean Effectife Pressure (MEP) Pe =
Neo 0,45 z ( kg/cm2 ) .....................................................(3-4) Vd i n
Dimana : Pe
: tekanan efektif
Neo
: daya efektif (PS)
z
: jumlah putaran poros engkol
n
: putaran poros engkol (rpm)
i
: langkah mesin
Vd
: volume langkah (m3)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
96 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
5. Fuel Consumption FC
V 3600 (kg/jam) ............................................................... (3-5) t 1000
ρ dexlite = 0,836 gr/mL Dimana : 𝐹𝐶
: Konsumsi bahan bakar (kg/jam)
𝑉
: Volume bahan bakar (ml)
𝜌
: Massa jenis bahan bakar (gr/ml)
T
: Waktu konsumsi bahan bakar (s)
6. Panas Hasil Pembakaran Qb = FC . LHV Bahan Bakar(
kcal ) ......................................................... (3-6) Jam
Dimana : Qb
: panas hasil pembakaran (kcal/jam)
FC
: konsumsi bahan bakar (kg/jam)
LHV Bahan Bakar
: Low Heating Value (kcal/kg)
7. Berat Jenis udara a o .
Pa .Ps 760
273 . w .............................................. (3-7) 273
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
P1 P2 ......................................................................................... (3-8) P1
Dimana : P1 P
: beda tekanan pada nozzle (mmH2O)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 97
P1
: tekanan atmosfer saat pengujian (mmHg)
: koefisien udara
9. Massa alir udara melalui nozzle
. . .d 2 Gs 2.g. a P1 P2 (kg/s) .............................................(3-9) 4 Dimana : Gs
: Massa alir udara melalui nozzle (kg/s)
α
: Koefisien kemiringan nozzle = 0,822
ɛ
: Koefisien udara
d
: Diameter nozzle = 0,048 m
g
: Gaya gravitasi = 9,81m/s2
a
: Berat jenis udara (kg/m3)
𝑃1 – 𝑃2
: Perbedaan tekanan pada nozzle
10. Massa Alir gas buang Gg Gs
FC (kg/s) ..................................................................(3-10) 3600
Dimana : Gg
: massa alir gas buang (kg/s)
Gs
: massa alir udara melalui nozzle (kg/s)
FC
: konsumsi bahan bakar (kg/jam)
11. Panas yang terbawa gas buang Qeg = Gg.Cpg.(Teg – Tud) X 3600 (kcal/jam) ................................(3-11) Dimana : Cpg
: panas jenis gas buang (kcal/kg.oC)
Teg
: suhu gas buang (°C)
Tud
: temperatur(°C)
Gg
: massa alir gas buang (kg/s)
Qeg
: panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
98 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold ( g )
g
Qeg x100% ............................................................................. (3-12) Qb
Dimana :
g Qeg
: efisiensi kerugian (%) : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
Qb
: panas hasil pembakaran (kcal/jam)
13. Kerugian Panas Pendinginan (Qw) Qw =ρ.Ww.Cpw (Two-Twi) (kcal/jam) ................................................ (3-13) Dimana : ρ
: Massa jenis air = 1 kg/liter
Ww
: debit air pendinginan (liter/jam)
Cpw
: panas jenis air = 1 kcal/kg.oC
Two
: temperatur air keluar (oC)
Twi
: temperatur air masuk (oC)
14. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water( w )
w
Qw x100% ............................................................................. (3-14) Qb
Dimana :
w
: efisiensi kerugian panas (%)
Qw
: kerugian panas pendinginan (kcal/jam)
Qb
: panas hasil pembakaran (kcal/jam)
15. Efisiensi Thermal Efektif (e )
e
Ne 632100% ...................................................................... (3-15) Qb
Dimana :
e
: efisiensi efektif (%)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 99
Ne
: daya efektif (PS)
Qb
: panas hasil pembakaran (kcal/jam)
16. Efisiensi Friction ( f )
f 100% g w e ...............................................................(3-16) Dimana :
f
: efisiensi gesekan (%)
g
: efisiensi kerugian gas buang (%)
w e
: efisiensi kerugian air pendinginan (%) : efisiensi efektif (%)
17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar ( Qf ) Qf
LHV BB .FC (kcal/jam) ..........................................................(3-17) 632
Dimana : LHVBahanBakar
: Low Heating Value (kcal/kg)
FC
: konsumsi bahan bakar (kg/jam)
18. Daya Mekanis
Nf
f xQf .....................................................................................(3-18) 100%
Dimana : Nf
: daya mekanis (PS)
f
: efisiensi gesekan (%)
Qf
: kerugian karena gesekan (PS)
19. Daya Indikasi
Ni Ne Nm (PS) ...........................................................................(3-19) Dimana : Ni
: daya indikasi (PS)
Ne
: daya efektif (PS)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
100 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
Nm
: daya mekanis (PS)
20. Spesific Fuel Consumption Effective SFCe
FC ....................................................................................... (3-20) Ne
Dimana :
SFCe
: Spesific Fuel Consumption Effective
FC
: konsumsi bahan bakar (kg/jam)
Ne
: daya efektif (PS)
21. Spesific Fuel Consumption Indicated SFCi
FC .................................................................................... (3-21) Ni
Dimana :
SFCi
: Spesific Fuel Consumption Indicated
FC
: konsumsi bahan bakar (kg/jam)
Ni
: daya indikatif (PS)
22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif Qe 632.Ne ................................................................................ (3-22)
Dimana : Qe
: panas efektif (kcal/jam)
Ne
: daya efektif (PS)
23. Panas yang hilang karena sebab lain Qpp = Qb – Qeg – Qw – Qe .......................................................... (3-23) Dimana : Qpp
: panas yang hilang karena sebab lain (kcal/jam)
Qb
: panas hasil pembakaran (kcal/jam)
Qeg
: panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
Qw
: kerugian panas pendinginan (kcal/jam)
Qe
: panas efektif (kcal/jam)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 101
24. Efisiensi Thermal Indikasi
i
Ni 632 100% ......................................................................(3-24) Qb
Dimana :
i
: efisiensi indikasi (%)
Ni
: daya indikasi (PS)
Qb
: panas hasil pembakaran (kcal/jam)
25. Efisiensi Mekanis m
Ne x100% ................................................................................(3-25) Ni
Dimana :
m : efisiensi mekanis (%) Ni : daya indikasif (PS) Ne : daya efektif (PS)
26. Efisiensi Volumetrik
v
Gs.z.60 x100% ......................................................................(3-26) a .n.Vd .i
Dimana :
v
: efisiensi volumetric (%)
z
: jumlah poros engkol
Vd
: volume engkol (m3)
I
: langkah mesin
Gs
: massa alir udara melalui nozzle (kg/s)
n
: putaran poros (rpm)
𝛾a
: Berat jenis udara (kg/m3)
27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar
R
Gs x3600 ..............................................................................(3-27) FC
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
102 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
Dimana : R
: rasio udara bahan bakar
Gs
: aliran udara melalui nozzle (kg/s)
FC
: konsumsi bahan bakar (kg/jam)
28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis
C12,3 H 22 17,85(O2 3,76 N 2 ) 12,3CO2 11,1H 2 O 67,116 N 2 M O2 3,76 M N 2 4 4 Ro ( A / F ) s MC M H ........................... (3-28) Dimana :
Ro
: Rasio udara bahan bakar teoritis
M O2
: Massa relatif oksigen
M N2
: Massa relatif nitrogen
MC
: Massa relatif karbon
MH
: Massa relatif hidrogen
29. Faktor Kelebihan Udara
R .............................................................................................. (3-29) Ro
Dimana :
: faktor kelebihan udara
R
: rasio udara bahan bakar
Ro
: rasio udara dalam bahan bakar teoritis
30. Faktor Koreksi Standard A
Pst P
T Tst
0,5
=
Pst P
T 273 Tst 273
0,5
............................................... (3-30)
Dimana : A : faktor koreksi Pst : tekanan atmosfer = 760 mmHg
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07 | 103 Tst : 25 ˚C P : tekanan udara atsmosfer (mmHg) T : temperatur ruangan (oC)
31. Daya Efektif Standard
Nest A.Ne ...................................................................................(3-31) Dimana :
Nest
: daya efektif standar (PS)
A
: faktor koreksi
Ne
: daya efektif (PS)
32. Torsi Efektif Standard
T st A.T
.......................................................................................(3-32)
Dimana :
T st
: torsi efektif standar (kg.m)
A
: faktor koreksi
T
: torsi (kg.m)
33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard
SFCest SFCe ..............................................................................(3-33) A
Dimana : (SFCe)st : Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar
SFCe
: Spesific Fuel Consumption Effective
A
: faktor koreksi
34. Analisa Gas Buang Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut : % CO2 =
Vco2 x 100% ....................................................................(3-34) Veg
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
104 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 07
% O2 =
Vo2 x 100% ......................................................................... (3-35) Veg
% CO =
Vco x 100% ....................................................................... (3-36) Veg
% Gas Lain =
VN 2 x 100% ............................................................ (3-37) Veg
Dimana : VCO2
: Volume CO2
VO2
: Volume O2
VCO
: Volume CO
Vgas Lain
: Volume Gas Lain
Veg
: Volume exhaust gas
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
Putaran (rpm) F (kg) 25.5 1400 25.5 25.5 25.5 1600 25.5 25.5 26 1800 26 26 26 2000 25.5 25.5 25 2200 25 25 24.5 2400 24.5 24.5 8.5 2600 8 8
P1-P2 (mmH20) 13 13 13 16.5 16.5 16.5 21 20.5 21 25.5 25.5 25.5 31 31 31 36.5 37 37 46 46 46.5
Tud (°C) 30 30 31 31 32 32 32 32 33 32 32 32 33 33 33 33 33 33 33 33 33
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
366.67
725
733.33
Two (°C) Ww (liter/jam)t(sekon) 500 18.64 66 460 18.4 67 500 17.81 67 520 15.94 68 540 16.03 69 560 15.53 70 680 14 70 600 13.94 71 580 14.16 71 700 12.41 71 700 12.84 71 740 13.03 71 720 11.13 72 700 11.63 72 660 11.59 72 800 10.78 73 760 10.65 73 720 10.85 74 800 19.56 69 820 19.12 67 860 19.44 66 11.36
11.36
11.32
11.03
10.91
11.03
4.09
3.42
3.48
3.84
3.63
3.56
14.61
1.012
2.012
3.012
4.012
5.012
6.012
CO2
3.57
O2
0.012
CO Nama Bahan Yang Diuji Massa Jenis Throttle Tekanan
685
670
650
Twi (°C) 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 34 1.1
605
Teg (°C)
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Data Hasil Pengujian : Dexlite Suhu Bola Kering : 29 °C : 0,834 gr/m Suhu Bola Basah : 28 oC : 28 % Kelembaban Relatif : 91 % : 716 mmHg
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.2 Pengolahan Data Pada contoh perhitungan kali ini menggunakan data dengan kecepatan putar 2400 rpm 1. Momen Torsi T = F x l (kg.m) T = 24,5 x 0,358 T = 8,771 [kg.m]
2. Daya Efektif Ne =
Txn (PS) 716,2
Ne =
8,771 x 2400 =29,39 [PS] 716,2
3. Daya Efektif dalam Kondisi Standard JIS Neo = k . Ne (PS) k=
749 273+θ √ ; Pa-Pw 293
Pw = φ . Ps 749 273+29 √ 29,39 (PS) 716-(0,91 . 30,04) 293
Neo =
Neo = 32,45 [PS]
4. Mean Effectife Pressure (MEP) Neo x 0,45 x z (kg⁄cm2 ) Vd x i x n 32,45 x 0,45 x 2 MEP = 0,000541 x 4 x 2400 MEP =
MEP = 5,093 [ kg⁄cm2 ]
5. Fuel Consumption FC =
V t
xρx
3600 1000
(kg/jam)
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
FC =
30 10,85
x 0,834 x
3600 1000
(kg/jam)
FC = 8,3[kg/jam] ρ dexlite = 0,834 gr/mL
6. Panas Hasil Pembakaran Qb = FC . LHVbb Qb = 8,3x10500 Qb 8,3 x10500 kcal
Qb = 87166,452 [ jam ]
7. Berat Jenis Udara γa = γ0 x
(Pa -φ.Ps ) 760
γa = 1,293 x
x
273 273+θ
+φ.γw
716-0,91.31,83 273 x +0,91x0,02878 760 273+29
γa = 1,0842
8. Koefisien Udara P1 - P2 37 = P1 716 P1 - P2 = 0,00133 P1 ε=1+
(0,00133-0)x(0,969-1) (0,1-0)
ε = 0,9988
9. Massa Alir Udara Melalui Nozzle Gs = Gs =
α.ε.πd2 4
√2.g.γa (P1 -P2 ) (kg/s)
0,822 x 0,9988x 3,14 x 0,0482 4
√2 x 9,81 x 1,08 x 37
Gs = 0,0417 [kg/s]
10. Massa Alir Gas Buang
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01 FC
Gg = Gs + 3600 (kg/s) Gg = 0,0417+
8,3 3600
Gg = 0,0439[kg/s]
14. Panas yang Terbawa Gas Buang Qeg = Gg x Cpg x (Teg-Tud) x 3600 (kcal/jam) Qeg = 0,0439 x 0,285 x ( 725– 33) x 3600 Qeg = 31216,39554 [kcal/jam] 15. Efisiensi Kerugian dalam Exhaust Manifold ( g ) Qeg
ɳg =
Qb
ɳg =
x 100%
31216,39554 87166,452
x 100%
ɳg = 35,81%
16. Kerugian Panas Pendinginan (Qw) Qw = ρ.Ww.Cpw (Two-Twi) (kcal/jam) Qw = 1 x 720 x 1 x (74-33) Qw = 29520 [kcal/jam] 17. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water( w ) ɳw =
Qw x 100% Qb
ɳw =
29520 x 100% 87166,452
ɳw = 33,87 [%] 18. Efisiensi Thermal Efektif (e ) ɳe =
Ne x 632 x 100% Qb
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
ηe =
29,39 x632x100% 87166,452
ηe = 21,31[%] 19. Efisiensi Friction ( f ) ɳf = 100%-(ɳg + ɳw + ɳe ) ɳf = 100%-(35,81+ 33,87+ 21,31) ηf = 9,01 [%] 20. Ekuivalen Daya Terhadap Konsumsi Bahan Bakar (Nb) Nb =
LHVBB x FC
Nb =
10500 x 8,3
632 632
(kcal/jam)
(kcal/jam)
Nb = 137,922 [kcal/jam]
21. Daya Mekanis ɳf x Nb 100% 9,01 x 137,922 Nm = 100% Nm =
Nm = 12,43 [PS]
22. Daya Indikasi Ni = Ne +Nf (PS) Ni = 29,39+12,43 Ni = 41,82 [PS] 23. Spesific Fuel Consumption Effective SFCe = SFCe =
FC Ne 8,3 29,39
SFCe = 0,28
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
24. Spesific Fuel Consumption Indicated FC
SFCi =
Ni
(kg/ps.jam)
8,3 41,82
SFCi =
SFCi = 0,20
25. Panas Hasil Pembakaran yang Diubah Menjadi Daya Efektif Qe = 632.Ne Qe = 632 x 29,39 Qe = 18575,61 [kcal/jam]
26. Panas yang Hilang Karena Sebab Lain Qpp = Qb - Qeg - Qw - Qe Qpp = 87166,452 - 31216,3955 - 29520 - 18575,61 Qpp = 7854,445 [kcal/jam]
27. Efisiensi Thermal Indikasi Ni
ɳi =
Qb
x 632 x 100%
ɳi =
87166,452
41,82
x 632 x 100%
ɳi = 30,32 [%] 28. Efisiensi Mekanis ηm = ηm =
Ne Ni
x100%
29,39 x100% 41,82
ηm = 70,28% [%] 29. Efisiensi Volumetrik ηv = ηv =
Gs.z.60 γa .n.Vd.i
x100%
0,0417x2x60 x100% 1,08x2400x0,000541x4
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01 ηv = 88,78 [%] 30. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar Gs x 3600 FC 0,0417 R= x3600 8,3 R=
R = 18,06
31. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis C12,3 H22 +17,85(O2 +3,76N2 )→12,3CO2 +11,1H2 O+67,116N2 β
Ro = (A/F)s = Ro =
β
̅ O2 +3,76 (α+ ) M ̅ N2 (α+ 4) M 4
(12,3 +
̅ C+βM ̅H αM 22
22
4
4
) X2,16 + 3,76 (12,3 +
) X2,14
12,3X12 + 22X1
Ro = 14,43
32. Faktor Kelebihan Udara λ= λ=
R Ro
18,06 14,43
λ = 1,251
33. Faktor Koreksi Standard Pst T 0,5 760 29+273 0,5 A= [ ] = [ ] P Tst 712 25+273 A = 1,07
34. Daya Efektif Standard (Ne)st = A x Ne (Ne)st = 1,06x29,39 (Ne)st = 31,33
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
35. Torsi Efektif Standard (T)st = A.T (T)st = 1,06x8,77 (T)st = 9,53 [N.m] 36. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard SFCe A 0,28 (SFC)st = 1,06 (SFC)st =
(SFC)st = 0,26 37. Analisa Gas Buang Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut : % CO2 = 11,03 % % O2 = 3,56 % % CO = 0.009 % % Gas Lain = 100% - (11,03%+3,56%+0.009%) % Gas Lain = 85,401 %
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3
Pembahasan
4.3.1 Hubungan antara Konsumsi Bahan Bakar terhadap Putaran 9
FC (Kg/Jam)
8 7 6
FC 5 4 3 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara Konsumsi Bahan Bakar terhadap Putaran Gambar 4.1 menunjukkan hubungan antara konsumsi bahan bakar terhadap putaran dari putaran 1400 - 2600 rpm. Pada sumbu x grafik adalah putaran mesin pada range 1400 – 2650 rpm dan pada sumbu y grafik adalah konsumsi bahan bakar dengan range 3 - 9. Grafik diatas dapat diperoleh dari waktu yang diperlukan dalam menggunakan sejumlah bahan bakar. Untuk mengetahui konsumsi bahan bakar sesuai dengan rumus : 𝑣
FC = x ρ x 3600/1000 [kg/jam] t
Pada grafik cenderung naik seiring bertambahnya putaran sampai 2400 rpm, kemudian cenderung menurun pada putaran 2600 rpm. Konsumsi bahan bakar tertinggi pada putaran 2400 rpm yaitu 8,37 kg/jam. Konsumsi bahan bakar terendah pada putaran 2600 rpm yaitu 4,65 kg/jam. Grafik cenderung naik dikarenakan ketika putaran mesin rendah gaya sentrifugal governor weight belum cukup kuat untuk mendorong governor spring sehingga suplai bahan bakar yang disalurkan besar sehingga kecenderungan FC meningkat. Grafik cenderung turun karena pada rpm tertentu dimana governor weight terbuka lebar untuk mendorong governor spring sehingga bahan bakar yang disuplai menjadi lebih sedikit.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.2 Hubungan antara Neraca Panas terhadap Putaran 100000
Neraca Panas (Kcal/Jam)
90000 Panas Hasil Pembakaran (Qb)
80000 70000
Gas Buang (Qeg)
60000 Panas Pendinginan (Qw)
50000
40000 Panas Efektif (Qe)
30000 20000
Panas Yang Hilang Karena Sebab Lain (Qpp)
10000 0 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara Neraca Panas terhadap Putaran Gambar 4.2 menunjukkan tentang hubungan antara panas yang dihasilkan terhadap putaran mesin dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Sumbu x pada grafik adalah putaran mesin pada range dari 1400 – 2650 rpm dan sumbu y pada grafik adalah neraca panas dengan range 0 – 100000 kcal/jam. Neraca panas dipengaruhi oleh FC dan didapat dengan cara perhitungan rumus. Panas yang dihasilkan oleh mesin dapat diketahui oleh beberapa faktor: b.
Hubungan antara Panas Hasil Pembakaran (Qb) terhadap Putaran Dari grafik terlihat bahwa pada 1400 – 2400 rpm cenderung naik seiring dengan bertambahnya putaran. Akan tetapi pada 2600 rpm grafik mengalami penurunan. Grafik cenderung meningkat karena nilai FC semakin tinggi dikarenakan saat putaran tinggi pembakaran dalam ruang bakar akan semakin sering, sehingga pada putaran tinggi nilai Qb semakin tinggi. Akan tetapi pada 2600 rpm nilai Qb menurun akibat nilai FC menurun pada rpm tersebut. Jadi nilai Qb naik maka nilai FC akan naik pula. Hal ini sesuai dengan rumus : Qb = FC . LHVBahan Bakar
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
b.
Hubungan antara Kerugian Panas Pendinginan (Qw) terhadap Putaran Grafik hubungan antara kerugian panas pendinginan (Qw) terhadap putaran terlihat bahwa grafik mengalami meningkat pada 1400 – 2600 rpm. Grafik cenderung naik disebabkan nilai Qw dipengaruhi oleh debit aliran air pendinginan (Ww) dimana semakin tinggi putaran pada mesin, debit aliran air pendingin juga akan naik sehingga nilai Qw juga semakin besar. Hal ini sesuai dengan rumus : Qw = Ww . Cpw(Two-Twi)
c.
Hubungan antara Panas yang Terbawa Gas Buang (Qeg) terhadap Putaran Grafik hubungan antara panas yang terbawa gas buang (Qeg) terhadap putaran cenderung naik, tapi ketika mencapai putaran diatas 2400 rpm nilai Qeg menjadi turun. Grafik cenderung naik karena nilai Qeg dipengaruhi oleh massa alir gas buang (Gg) jadi semakin meningkatnya nilai Gg maka nilai Qeg juga meningkat. Grafik cenderung turun dikarenakan selisih nilai suhu Teg dengan suhu Tud yang turun sehingga panas yang dihasilkan terbawa oleh gas buang karena panas yang dihasilkan tidak sempat diubah menjadi energi gerak poros akibat tingginya putaran. Hal ini sesuai dengan rumus: Qeg = Gg . Cpg . (Teg – Tud).3600
d.
Hubungan antara Panas yang Menjadi Daya Efektif (Qe) terhadap Putaran Grafik hubungan antara panas yang menjadi daya efektif (Qe) terhadap putaran cenderung naik dan pada 2600 rpm mengalami penurunan. Grafik cenderung naik disebabkan nilai Qe dipengaruhi oleh daya efektif (Ne). Semakin besar putaran maka nilai Ne juga akan semakin besar sehingga menyebabkan nilai Qe juga naik. Ketika Qe turun disebabkan juga oleh menurunnya Ne. Hal ini sesuai dengan rumus : Qe = 632 . Ne
e.
Hubungan antara Panas yang Hilang (Qpp) terhadap Putaran Kecenderungan grafik hubungan antara panas yang hilang akibat sebab lain (Qpp) terhadap putaran cenderung naik. Pada putaran 1600 – 2400 rpm relatif meningkat dan setelah melewati 2400 rpm mengalami penurunan.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
Nilai Qpp naik atau turunnya bergantung dari nilai Qb, Qeg, Qw, Qe karena Qpp merupakan panas yang hilang dan hanya bisa dicari dengan pengurangan Qb, Qeg, Qw, dan Qe. Hal ini sesuai dengan persamaan: Qpp = Qb – Qeg – Qw – Qe
4.3.3 Hubungan antara Kandungan Gas Buang terhadap Putaran
Kandungan Gas Buang (%)
90 75 CO
60 O2
45 CO2
30 GAS LAIN
15 0 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara Kandungan Gas Buang terhadap Putaran Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara kandungan gas buang terhadap putaran mesin dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Sumbu x pada grafik adalah putaran mesin dengan range 1400 – 2650 rpm dan sumbu y pada grafik adalah kandungan gas buang. Kandungan gas buang yang dihasilkan mesin diesel, yaitu : N2, CO2, CO, O2. Kandungan gas tersebut diperoleh dengan menggunakan orsat apparatus. Kandungan gas buang dapat diketahui oleh beberapa faktor : a.
Hubungan antara Gas Lain terhadap Putaran Pada putaran 1400 rpm sampai 2400 rpm relatif naik dan kemudian konstan seiring bertambahnya putaran. Pada dasar teori kandungan Gas lain cenderung konstan. Grafik meningkat dikarenakan pada rpm awal kandungan Gas lain masih rendah. Grafik Gas lain cenderung konstan karena Gas lain sukar bereaksi pada pembakaran sehingga nilai volume gas pembuangan relatif konstan.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
b.
Hubungan antara CO2 terhadap Putaran Pada putaran 1400 rpm sampai dengan 2400 rpm grafik konstan kemudian turun setelah rpm 2400. Pada dasar teori kandungan CO2 seharusnya meningkat karena CO2 merupakan hasil dari pembakaran terjadi yang artinya semakin tinggi putaran maka semakin banyak CO2 yang terdapat pada gas buang. Menurunnya kandungan CO2 ini mengindikasikan bahwa semakin tinggi putaran semakin sering terjadinya pembakaran, hal ini disebabkan terlalu cepatnya proses pemasukan udara pada putaran tinggi sehingga komposisi udara bahan bakar menurun.
c.
Hubungan antara CO terhadap Putaran Grafik CO cenderung mengalami kenaikan sangat kecil seiring bertambahnya putaran pada putaran mesin 1400 – 2200 rpm kemudian turun mendekati 0. Pada dasar teori kandungan CO pada reaksi pembakaran tidak ada atau sedikit. Naik turunnya nilai CO pada grafik disebabkan oleh kondisi filter udara yang sudah kotor.
d.
Hubungan antara O2 terhadap Putaran Grafik O2 cenderung konstan pada putaran 1400 – 2400 rpm. Pada rpm diatas 2400 kandungan O2 meningkat. Pada dasar teori kandungan O2 pada gas buang tidak ada karena seharusnya O2 bereaksi dengan bahan bakar. Pada grafik cenderung konstan dikarenakan O2 tidak bereaksi pada pembakaran dengan kata lain semakin tinggi putaran, semakin cepat pula proses pembakaran dan juga aliran masuk dan keluar dari bahan bakar. Kemudian O2 yang tidak tergunakan ikut terbuang melalui saluran buang. Semakin tinggi rpm pembakaran semakin tidak efektif karena banyaknya O2 pada saluran buang karena Fuel Consumption (FC) berkurang tetapi udara yang masuk tetap sehingga tidak semua O2 bereaksi.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.4 Hubungan antara Daya terhadap Putaran 45 40 35 Daya Efektif (Ne)
Daya (PS)
30
25 Daya Indikatif (Ni)
20 15
Daya Friction (Nf)
10 5 0 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara Daya terhadap Putaran Gambar 4.4 menunjukkan hubungan antara daya terhadap putaran mesin dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Sumbu x pada grafik adalah putaran mesin dengan range 1400 – 2650 rpm dan sumbu y pada grafik adalah daya dengan range 0 – 80 PS. Terdapat 3 macam daya yang dihasilkan, yaitu : Ne, Ni, Nf. Daya – daya tersebut didapat dengan cara perhitungan rumus. Daya dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu: a.
Hubungan antara Daya Efektif (Ne) terhadap Putaran Pada grafik diatas cenderung meningkat. Pada putaran 1400 rpm sampai 2200 rpm mengalami kenaikan tapi kemudian turun pada 2400 rpm. Pada grafik teoritis, daya efektif mengalami kenaikan kemudian mengalami penurunan seiring bertambahnya putaran. Ne terletak diantara Ni dan Nm karena daya Ne adalah daya yang dihasilkan pembakaran (Ni) yang kemudian dikonversikan menjadi kalor efektif untuk menggerakkan poros. Karena adanya kerugian gesek dan sebagian daya digunakan untuk menggerakkan peralatan tambahan maka nilai Ne lebih rendah daripada nilai Ni. Oleh karena itu, naik atau turunnya Ne sangat dipengaruhi oleh naik atau turunnya Ni.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
b.
Hubungan antara Daya Mekanis (Nm) terhadap Putaran Daya mekanis (Nm) terletak paling bawah dikarenakan Nm dianggap sebagai kerugian daya. Pada grafik terlihat bahwa pada 1400 - 1600 rpm cenderung naik dan turun pada 1800 – 2600 rpm. Pada dasar teori grafik Nm seharusnya meningkat karena semakin besar putaran maka gesekan yang terjadi semakin besar. Daya Mekanis (Nm) adalah daya yang digunakan untuk menggerakkan komponen lain, gesekan, bantalan, dan yang lainnya. Pada grafik Nm cenderung naik akibat semakin tinggi putaran maka gesekan yang terjadi juga semakin banyak sehingga Nm naik. Kemudian mengalami penurunan akibat Ni mengalami penurunan yang mengakibatkan nilai Nm juga ikut mengalami penurunan. Nm dapat dihitung menggunakan rumus : Nm = Nb =
c.
ηm ×Nb 100% LHVBB x FC 632
Hubungan antara Daya Indikatif (Ni) terhadap Putaran Pada grafik Ni terlihat bahwa pada 1400 - 2200 rpm cenderung naik dan turun pada 2200 – 2600 rpm. Grafik Ni terletak paling atas diikuti dengan kurva Ne dan kurva Nf paling bawah. Karena kurva Ni adalah daya total yang dihasilkan oleh motor bakar dari hasil pembakaran. Ni cenderung meningkat dikarenakan kenaikan nilai panas pembakaran (Qb) dan kecenderungan penurunan juga disebabkan penurunan nilai Qb. .
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.5 Hubungan antara Torsi terhadap Putaran 12
Torsi (Kgm)
10 8 6
Torsi
4 2 0 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Torsi terhadap Putaran Gambar 4.5 menunjukkan hubungan antara torsi terhadap putaran dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Sumbu x pada grafik adalah putaran mesin dengan range 1400 - 2650 rpm dan sumbu y pada grafik adalah torsi dengan range 0 – 12 Kgm. Torsi dipengaruhi oleh panjang lengan (poros) dan gaya pengereman (F) yang diukur dengan menggunakan dynamometer. Torsi merupakan gaya pengereman pada dynamometer dikalikan dengan panjang lengan dynamometer yang dihasilkan oleh daya efektif (Ne). Pada grafik torsi cenderung naik seiring dengan naiknya Ne, tetapi mengalami penurunan seiring turunnya Ne juga. Pada grafik dapat diambil kesimpulan bahwa torsi mengalami kenaikan sampai pada putaran 1800 rpm, tapi kemudian mengalami penurunan seiring bertambahnya putaran. Torsi tertinggi mesin pada grafik terjadi pada torsi 9,3 [kg.m] pada putaran 1800 rpm. Pada dasar teori grafik mengalami kenaikan kemudian menurun setelah mencapai titik maksimum.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.6 Hubungan antara Mean Effective Pressure terhadap Putaran 7
MEP (Kg/cm2)
6 5 4 MEP
3 2 1 0 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Mean Effective Pressure terhadap Putaran Gambar 4.6 menunjukkan Hubungan antara Mean Effective Pressure (MEP) terhadap Putaran mesin dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Sumbu x pada grafik adalah putaran dengan range 1400 – 2650 rpm dan sumbu y pada grafik adalah MEP. MEP adalah daya efektif yang dihasilkan dalam 1 siklus kerja. Dapat dilihat pada grafik bahwa grafik cenderung naik pada 1400 – 1800 rpm dan kemudian cenderung menurun pada 1800 – 2600 rpm. Grafik MEP cenderung naik dikarenakan panas efektif (Qe) juga naik seiring bertambahnya putaran mesin. Pada grafik, MEP mulai menurun setelah rpm 1800 karena terjadi penurunan juga pada grafik Qe.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.7 Hubungan antara Specific Fuel Consumption terhadap Putaran 0.50 0.45
SFC (Kg/PS.Jam)
0.40 0.35
0.30
SFCe
0.25 0.20 0.15
SFCi
0.10 0.05 0.00 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.7 Grafik Hubungan antara Specific Fuel Consumption Putaran
terhadap
Gambar 4.7 menunjukkan hubungan antara Specific Fuel Consumption terhadap putaran dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Grafik diatas dapat diketahui oleh beberapa faktor : a. Hubungan antara Specific Fuel Consumption Effective terhadap Putaran Pada grafik diatas cenderung mengalami penurunan pada putaran 1400 – 1800 rpm. Pada dasar teori grafik cenderung menurun dan meningkat. Grafik cenderung menurun dikarenakan nilai daya efektif yang dihasilkan semakin tinggi. Sedangkan kenaikan perubahan nilai FC tidak sebesar kenaikan perubahan nilai daya efektif. Untuk grafik cenderung naik dikarenakan nilai pembaginya yaitu daya efektif semakin menurun dan membuat nilai SFCe semakin naik. Hal ini sesuai rumus : FC
SFCe = Ne
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Daya Poros, Momen Putar, dan SFC terhadap Putaran Sumber: Arismunandar (1975, p.61) Berdasarkan hasil percobaan juga didapatkan grafik yang memiliki kecenderungan sama dengan grafik teoritisnya, yaitu mengalami penurunan kemudian mengalami kenaikan seperti terlihat pada gambar diatas. SFCe ialah konsumsi bahan bakar yang diubah menjadi daya efektif sedangkan SFCi ialah konsumsi bahan bakar yang diubah menjadi daya indikasi. Pada grafik diatas nilai SFCe terletak di atas SFCi karena daya indikasi nilainya lebih besar dari daya efektif (Ni > Ne), maka nilai SFCi lebih kecil daripada SFCe. b. Hubungan antara Specific Fuel Consumption Indicated terhadap Putaran Pada grafik hubungan specific fuel consumption indicated terhadap putaran cenderung turun pada 1400 – 1800 rpm. Untuk grafik cenderung naik pada 1600 – 2600 rpm. Pada dasar teori grafik seharusnya cenderung menurun dan meningkat. Grafik cenderung naik dikarenakan nilai daya indikatif yang dihasilkan semakin tinggi. Sedangkan kenaikan perubahan nilai FC tidak sebesar kenaikan perubahan nilai daya indikatif. Untuk grafik cenderung naik dikarenakan nilai pembaginya yaitu daya indikatif semakin menurun dan membuat nilai SFCi semakin naik. Hal ini sesuai rumus : FC
SFCi = Ni
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.8 Hubungan antara Efisiensi terhadap Putaran 1.20
Efisiensi (%)
1.00
Thermal Efektif
0.80 Efisiensi Volumetrik
0.60 0.40
Efisiensi Thermal Indikatif
0.20 Efisiensi Mekanis 0.00 1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Putaran (Rpm) Gambar 4.9 Grafik Hubungan antara Efisiensi terhadap Putaran Gambar 4.9 menunjukkan hubungan antara efisiensi terhadap putaran dari 1400 rpm sampai 2600 rpm. Grafik diatas dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : c)
Hubungan antara Efisiensi Volumetris terhadap Putaran (ηv) Pada gambar 4.11 cenderung turun pada putaran 1400 – 2000 rpm dan naik pada putaran 2000 – 2600 rpm. Efisiensi Volumentris adalah seberapa baik udara yang masuk dibanding dengan udara yang seharusnya masuk. Grafik cenderung turun dan naik dikarenakan semakin besar putaran maka buka tutup katup hisap untuk mengalirkan udara semakin cepat sehingga massa aliran udara yang masuk semakin sedikit.
d) Hubungan antara Efisiensi Mekanis terhadap Putaran (ηm) Grafik hubungan antara efisiensi mekanis ηm terhadap putaran cenderung naik pada 1800 – 2600 rpm. Efisiensi Mekanis adalah seberapa baik daya indikasif yang di transfer menjadi daya efektif. Grafik cenderung naik dikarenakan nilai pembaginya yaitu Ni semakin menurun dan membuat nilai ηm semakin naik. Hal ini sesuai dengan rumus ::
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01 Ne
ηm = Ni ×100% c)
Hubungan antara Efisiensi Indikatif terhadap Putaran (ηi) Pada grafik diatas nilai ηi cenderung turun pada putaran mesin 1400 – 2000 rpm. Kemudian naik pada 2000 – 2200 rpm, kemudian turun kembali pada 2200 – 2600 rpm. Grafik naik dikarenakan nilai pembaginya yaitu Qb semakin menurun dan membuat nilai ηi semakin naik. Untuk grafik cenderung turun dikarenakan nilai Qb yang dihasilkan semakin tinggi. Sedangkan kenaikan perubahan nilai Ni tidak sebesar kenaikan perubahan nilai Qb. Hal ini sesuai dengan rumus: Ni
ηi = Qb ×632×100% d) Hubungan antara Efisiensi Efektif terhadap Putaran (ηe) Pada grafik hubungan efisiensi efektif terhadap putaran
nilai ηe
cenderung naik pada putaran mesin 1400 - 2000 rpm, kemudian turun dari 2000 - 2600 rpm. Grafik cenderung naik dikarenakan nilai pembaginya yaitu Qb semakin menurun dan membuat nilai ηe semakin naik. Untuk grafik cenderung turun dikarenakan nilai Qb yang dihasilkan semakin tinggi. Sedangkan kenaikan perubahan nilai Ne tidak sebesar kenaikan perubahan nilai Qb. Hal ini sesuai rumus: Ne
ηe = Qb ×632×100%
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
4.3.9 Diagram Sankey
Qe = 21,93%
Keterangan Qb = 67393,539 Qe = 14784,67 Qw = 23353,33333 Qeg = 21639,56764 Qpp = 7615,968 Putaran = 1800 1% = 0,5
Qpp = 11,31% Qeg = 32,11%
kcal/jam kcal/jam kcal/jam kcal/jam kcal/jam rpm mm
Qw = 34,65%
Gambar 4.10 Diagram Sankey Diagram di atas menjelaskan kesetimbangan panas masuk dan panas yang dimanfaatkan saat pembakaran terjadi pada mesin pada putaran 1800 rpm. Panas hasil pembakaran (Qb) sebesar 67393,539 kcal/jam, sebagian terbuang ke sistem pendingin cooling water (Qw) sebesar 23353,33333 kcal/jam, sebagian terbawa gas buang (Qeg) sebesar 21639,56764 kcal/jam, sebagian diubah menjadi daya efektif (Qe) sebesar 14784,67 kcal/jam,sebagian lagi hilang karena sebab lain diantaranya terbuang lewat dinding silinder blok lalu terbuang ke atmosfer / udara (Qpp) sebesar 7615,968 kcal/jam. Pada diagram sankey nilai Qw sebesar 23353,33333 kcal/jam (34,65%) pada teori seharusnya presentasenya sebesar 11% - 25%. Terlihat bahwa terjadi penyimpangan, hal ini dikarenakan kecepatan alir air pendingin besar sehingga kalor yang terserap ke air pendingin besar. Nilai Qeg sebesar 21639,56764 kcal/jam (32,11%) belum termasuk dalam persentase teoritisnya yaitu 34% - 40%. Penyimpangan tersebut disebabkan kerugian panas yang besar pada penyerapan kalor pada air pendingin sehingga panas yang dikonversi menjadi kalor pada gas buang semakin kecil.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
Pada diagram sankey nilai daya efektif Qe sebesar 14784,67 kcal/jam (21,93%) seharusnya jika berdasarkan teorinya, besar presentasenya adalah 30% 45%. Penyimpangan tersebut disebabkan kerugian panas yang besar pada penyerapan kalor pada air pendingin sehingga panas yang dikonversi menjadi daya efektif semakin kecil. Pada diagram sankey, nilai Qpp yang sebesar 7615,968 kcal/jam (11,31%) ini berarti data pengujian menyimpang dari teorinya yaitu sebesar 4% - 11%. Nilai Qpp dapat ditimbulkan karena hilangnya panas karena sebab – sebab lain yang meliputi peralatan tambahan pada mesin diesel.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Karakter motor bakar yang didapatkan dari praktikum ini adalah : h.
Pertambahan besar putaran mempengaruhi pertambahan beban gaya yang diberikan sehingga torsi mengalami kenaikan. Saat dititik optimum, torsi mengalami gaya kelembaman (kecenderungan untuk mempertahankan posisi), yaitu pada putaran tertentu momen inersia yang dimiliki mesin sudah cukup besar, sehingga untuk penambahan putaran selanjutnya tidak memerlukan gaya pada piston.
i.
Daya efektif adalah daya yang dihasilkan poros, Daya mekanis adalah kerugian daya yang disebabkan gesekan piston dengan ruang bakar, flywheel, gear dan perangkat lainnya, Daya indikatif adalah daya total yang dihasilkan proses pembakaran untuk menggerakkan poros. Semakin tinggi putaran poros mesin maka daya yang dihasilkan akan semakin naik.
j.
Besarnya Mean Effective Pressure pada satu siklus di mesin mengalami kenaikan seiring dengan pertambahan putaran karena naiknya nilai torsi, dan kemudian turun karena turunnya nilai torsi.
k.
Specific Fuel Consumption terhadap putaran adalah cenderung menurun lalu naik pada putaran tertentu karena pengaruh dari besarnya daya yang dihasilkan pada putaran tersebut berbanding terbalik dengan SFC dari mesin. Nilai SFCe lebih besar dibandingkan dengan nilai SFCi
l.
Efisiensi volumetrik cenderung turun seiring meningkatnya putaran, efisiensi mekanis
cenderung
meningkat
terhadap
putaran,
efisiensi
indikatif
mengalami penurunan terhadap putaran, dan efisiensi efektif cenderung naik terhadap putaran. m. Karakteristik kinerja kandungan gas buang terhadap putaran adalah seiring dengan bertambahnya putaran, maka kandungan Gas lain cenderung naik, kandungan CO2 mengalami penurunan, kandungan O2 cenderung naik, dan kandungan CO cenderung naik.
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK 01
n.
Nilai kerugian panas yang terjadi pada putaran 1800 rpm dan dapat disimpulkan bahwa, nilai Qw (kerugian panas pendinginan) menyimpang lebih besar dari teoritis, pada Qeg (kerugian panas gas buang) menyimpang lebih kecil dari teoritis, pada Qe (panas yang menjadi daya efektif) menyimpang jauh lebih kecil dari teoritis, dan Qpp (kerugian panas sebab lain) menyimpang lebih kecil dari teoritis.
5.2 Saran 4.
Sebaiknya laboratorium mengajak para praktikan buat sesekali membongkar mesin diesel serta membersihkan dan menjelaskan komponen di dalamnya.
5.
Sebaiknya asisten santai aja dalam menyampaikan materi kalau tidak paham akan materinya di suruh di kasih pr dalam asistennya untuk di kumpulkan di kemudian hari.
6.
Sebaiknya praktikan tidak telat dan minimal membaca pokok pahasan untuk asistensi yang di lakukan biar tidak kosong
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019