DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALmotorbakar.ub.ac.id/.../uploads/2017/02/buku-panduan.docx · Web...

LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UBSEMESTER GENAP TAHUN AKADEMIK 2018/2019

PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Praktikum merupakan salah satu komponen yang penting dalam proses

belajar mengajar di perguruan tinggi. Tujuan kegiatan praktikum terutama untuk

memberikan pemahaman yang lebih mendalam kepada para mahasiswa terhadap

teori yang telah diberikan dalam proses perkuliahan dikelas. Bentuknya biasanya

berupa kegiatan di laboratorium dimana para mahasiswa melakukan percobaan

untuk mempraktekkan suatu teori atau karakteristik tertentu dari materi kuliah

yang telah diberikan.

Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian.

Walaupun keduanya sama-sama dilaksanakan di laboratorium. Praktikum

bertujuan untuk menerapkan teori yang sudah ada dengan tujuan membantu

proses belajar mengajar. Sedangkan penelitian bertujuan untuk mendapatkan teori

baru dalam rangka pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan

perguruan tinggi jenjang akademik dalam rangka mendidik calon sarjana yang

menguasai ilmu pengetahuan yang sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu

pengetahuan.

Praktikum mempunyai peranan penting, terutama untuk membantu

memahami teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasil

rekayasa dalam bentuk rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila

hanya diterangkan melalui proses perkuliahan di kelas.

Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah

energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja. Motor bakar

dikategorikan menjadi dua yaitu Internal Combustion Engine dan External

Combustion Engine. Motor bakar yang digunakan sampai sekarang adalah jenis

motor bakar Internal Combustion Engine yaitu motor bakar torak (reciprocating

engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine) dan

motor diesel (compression ignition engine).

LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UBSEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019

2 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX

1.2 Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :

1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performance characteristic) dari

motor bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang

dilakukan oleh mahasiswa yaitu :

a. Karakteristik kinerja antara konsumsi bahan bakar (FC) terhadap putaran.

b. Karakteristik kinerja antara keseimbangan panas terhadap putaran.

c. Karakteristik kinerja antara kandungan CO, CO2, O2, dan N2 dalam gas

buang terhadap putaran.

d. Karakteristik kinerja antara daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya

mekanik (Nm) terhadap putaran.

e. Karakteristik kinerja antara torsi terhadap putaran.

f. Karakteristik kinerja antara Mean Effective Pressure (MEP) terhadap

putaran

g. Karakteristik kinerja antara Specific Fuel Consumption (SFC) terhadap

putaran

h. Karakteristik kinerja antara efisiensi indikatif (ηi), efisiensi efektif (ηe),

efisiensi volumetrik (ηv) terhadap putaran

2. Evaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya

dengan karakteristik kinerja yang bersesuaian yang ada dalam buku referensi.

3. Menggambarkan diagram Sankey, yaitu diagram yang menggambarkan

keseimbangan panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar.

4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi

gas buang berupa karbon monoksida.



BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Motor Bakar

Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah

energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi). Pada dasarnya mesin

kalor (Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:

a. External Combustion Engine

Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan

lain untuk menghasilkan media yang dapat digunakan untuk menimbulkan

daya seperti turbin uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan

daya berasal dari proses lain yang terjadi di boiler, di boiler tersebut air

dipanaskan sehingga menghasilkan uap (superheated steam) dan kemudian

uap ini dikirim ke turbin uap untuk menghasilkan daya.

b. Internal Combustion Engine

Merupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya

yang terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara

digunakan langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang

menggunakan piston seperti gasoline engine, diesel engine, dan mesin dengan

turbin penggerak (turbin gas).

2.1.1 Prinsip Motor Bakar Torak

Motor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak.

Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat

torak yang bergerak translasi bolak balik. Di dalam silinder itulah terjadi

pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang

dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang dihubungkan

dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Gerak translasi

torak tadi mengakibatkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya.

Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi 2, yaitu

motor bakar 4 langkah dan motor bakar 2 langkah.



A. Motor Bakar 4 Langkah

Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali

langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:

a. Langkah Isap (Suction Stroke)

Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati

bawah), dengan KI (katup isap) terbuka dan KB (katup buang) tertutup.

Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar

pada motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk

ke dalam ruang bakar.

b. Langkah Kompresi (Compression Stroke)

Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB

tertutup.Sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan

dan temperatur di silinder naik.

c. Langkah Ekspansi (Expansion Stroke)

Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada

motor bensin busi dinyalakan, atau pada motor diesel bahan bakar

disemprotkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses pembakaran.

Akibatnya tekanan dan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi.

Sehingga torak mampu melakukan langkah kerja atau langkah ekspansi.

Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada TMA dan berakhir pada

posisi TMB saat KB mulai terbuka pada langkah buang. Langkah

ekspansi pada proses ini sering disebut dengan power stroke atau langkah

kerja.

d. Langkah Buang

Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI tertutup dan KB

terbuka. Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer. Skema

masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4

langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.1.



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

B. Motor Bakar 2 Langkah

Pada motor bakar 2 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 2 kali

langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga

tidak memiliki katup isap (KI) dan katup buang (KB) dan digantikan oleh

lubang isap dan lubang buang. Secara teoritis, pada berat dan displacement

yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya 2 kali lipat dari daya

motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataannya tidak demikian karena

efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak komplit

dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat penggunaan

sistem lubang. Tetapi melihat konstruksinya yang lebih simpel dan murah

serta memiliki rasio daya-berat dan daya-volume yang tinggi maka motor

bakar 2 langkah cocok untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.

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



a. Langkah Torak dari TMA ke TMB

Sebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin

(bahan bakar disemprotkan pada motor diesel) sehingga terjadi proses

pembakaran. Karena proses ini, torak terdorong dari TMA menuju TMB.

Langkah ini merupakan langkah kerja dari motor bakar 2 langkah. Saat

menuju TMB, piston terlebih dahulu membuka lubang buang, sehingga

gas sisa pembakaran terbuang. Setelah itu dengan gerakan piston yang

menuju TMB, lubang isap terbuka dan campuran udara bahan bakar pada

motor bensin atau udara pada motor diesel akan masuk ke dalam silinder.

b. Langkah Torak dari TMB ke TMA

Setelah torak mencapai TMB maka torak kembali menuju TMA.

Dengan gerakan ini, sebagian gas sisa yang belum terbuang akan

didorong keluar sepenuhnya yang disebut Scavenging. Selain itu, gerakan

piston yang turun menuju TMA menyebabkan terjadinya kompresi yang

kemudian akan dilanjutkan dengan pembakaran setelah lubang isap

tertutup oleh torak.

2.2 Siklus Termodinamika Motor 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 IdealSumber: 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)

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 2.4

Gambar 2.4 Siklus Aktual OttoSumber: 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

rupa sehingga dihasilkan proses pembakaran pada tekanan konstan. Penyalaan

terhadap bahan bakar diakibatkan oleh satu kompresi dan bukan oleh penyalaan

busi seperti halnya motor cetus api (S.I Engine)

Gambar 2.5 Diagram P-V dan T-S siklus dieselSumber: 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.

Kombinasi demikian merupakan gambaran yang lebih baik pada motor-motor

pembakaran dalam modern.

Gambar 2.6 Diagram Siklus Dual Motor DieselSumber: 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)

2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor Bakar

Karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk – bentuk

hubungan antara indikator kerja sebagai variabel terikat dengan indikator

operasionalnya sebagai variabel bebas. Dengan adanya bentuk hubungan antara

kedua indikator tersebut maka dapat diketahui kondisi optimum suatu motor bakar

harus dioperasikan, atau apakah kondisi suatu motor bakar masih baik dan layak

untuk dioperasikan.



2.3.1 Indikator Kerja dan Indikator Operasional Motor Bakar

Beberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk

mengetahui kinerja suatu motor bakar diantaranya adalah:

1. Torsi

Konsep torsi dalam fisika, diawali dari kerja Archimedes dalam lever.

Informalnya, torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Analog rotational

dari gaya, masa, dan percepatan adalah torsi, momen inersia dan percepatan

angular. Gaya yang bekerja pada lever, dikalikan dengan jarak dari titik

tengah lever, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja

sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan

satu newton bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan

bahwa gaya dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat kepada lever lurus.

2. Daya Indikatif (Ni)

Daya yang dihasilkan dari reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara

yang terjadi di ruang bakar.

Ni=Pi×Vd×n×i

0 ,45×z ……………………..……………………...…...(2-1)Dimana :

Ni : Daya Indikatif (PS)

Pi : Tekanan indikasi rata-rata (kg/cm²)

Vd : Volume langkah satu silinder = π . D 2.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

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sudut_yang_tepat&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Meter

https://id.wikipedia.org/wiki/Newton

https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Percepatan_angular&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Percepatan_angular&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Momen_inertia&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Percepatan

https://id.wikipedia.org/wiki/Masa

https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya

https://id.wikipedia.org/wiki/Lever

https://id.wikipedia.org/wiki/Archimedes

https://id.wikipedia.org/wiki/Fisika



motor bakar. Daya ini dihasilkan oleh poros engkol yang merupakan

perubahan kalor di ruang bakar menjadi kerja. Daya efektif dirumuskan

sebagai berikut :

Ne= T×n716 ,2 …………………………………………………………(2-2)

Dimana :

Ne : Daya Efektif (PS)

T : Torsi (kg . m)

n : Putaran (rpm)

4. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nm)

Kehilangan daya (Nm) terjadi akibat adanya gesekan pada torak dan

bantalan.

Nm=Ni−Ne ………………………………..……………………..(2-3)

Dimana :

Nm : Daya Indikatif (PS)

Ne : Daya efektif (PS)

Nf : Daya mekanis (PS)

5. Mean Effective Pressure (MEP)

Mean Effective Pressure di dalam silinder selama 1 siklus kerja dan

menghasilkan daya efektif Ne.

MEP=Pe= Neo×0 , 45×zVd×i×n ……………………………………… (2-4)

6. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :

a. Efisiensi Termal Indikatif

ηi =

NiQb x 632 x 100 % ………………… …………………..(2-5)

b. Efisiensi Termal Efektif

ηe =

N e

Qb x 632 x 100 % ………..……………………………..(2-6)

c. Efisiensi Mekanis



ηm =

NeNi x 100 % …………………………..………………….

d. Efisiensi Volumetrik

ηv =

Gs . z . 60γ a .n.V d .i x 100 % …………………….…………………

7. Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas

digunakan untuk mesin mesin transportasi, yang biasanya beroperasi pada

putaran yang berubah ubah. Sedangkan pengujian motor bakar dengan daya

efektif sebagai variabel bebas pada putaran konstan digunakan pada motor

bakar stasioner yang biasanya beroperasi pada putaran konstan, terutama pada

mesin penggerak generator listrik.

8. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi bahan bakar spesifik

(SFC), kandungan polutan dalam gas buang dan neraca panas. Indikator

operasional motor bakar menunjukkan kondisi operasi dimana motor bakar

tersebut dioperasikan. Dua jenis indikator operasional sebagai variabel bebas

dalam pengujian karakteristik kinerja suatu motor bakar adalah :

a. Putaran kerja mesin (rpm)

b. Beban mesin / Daya efektifnya (Ne) pada putaran kerja konstan

2.3.2 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

7) keseimbangan panas terhadap putaran.

Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum

sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.

2.4 Karakteristik Kinerja Motor Diesel

2.4.1 Grafik hubungan Putaran dengan Daya Poros dan Fuel Consumption.

a. Grafik 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.

Gambar 2.7 Grafik Hubungan Putaran dengan daya PorosSumber : Arismunandar, Motor Diesel Putaran Tinggi. (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, sehingga beban daya yang harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif.

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



Gambar 2.8 Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEPSumber : Maleev. (1985)a. Grafik Antara Daya Efektif dan Putaran

Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi putaran, maka daya efektifnya

akan mencapai nilai maksimum dengan kata lain daya efektifnya berbanding

lurus dengan putaran. Tetapi setelah mencapai titik maksimumnya, nilainya

akan menurun. Nilai daya efektif merupakan pengurangan nilai daya indikasi

dengan daya mekanis.

b. Grafik Antara Daya Mekanis dan Putaran

Pada grafik terlihat semain tinggi putaran maka daya mekanis cenderung

meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya

efektif.

c. Grafik Hubungan Mean Efective Pressure dengan Putaran

Pada grafik terlihat bahwa grafik mengalami kenaikan seiring dengan

kenaikan putaran. Tetapi setelah mencapai titik ultimate, harga tekanan

efektif rata-rata mengalami penurunan.

d. Grafik Hubungan Daya Indikasi dengan Putaran

Pada grafik terlihat bahwa kurva yang awalnya naik setelah mencapi titik

tertentu kurva tersebut cenderung menurun. Dikarenakan semakin cepat

putaran maka daya yang hilang akibat gesekan juga semakin besar yang

menyebabkan penurunan daya indikasi.

2.5 Orsat apparatus



Orsat apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur

dan menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat

mengikat gas tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan

pengikat. Masing - masing larutan tersebut adalah :

a. Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2

b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2

c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO

Gambar 2.9 Orsat ApparatusSumber: 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

2.6 Diagram Sankey



Gambar 2.10 Diagram SankeySumber: 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.

Kerugian Mekanis

Merupakan kerugian gesekan yang diubah dalam bentuk kalor yang

merupakan beban pendingin.



2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru

2.7.1 Definisi

2.7.2 Tujuan

2.7.3 Prinsip Kerja

2.7.4 Kelebihan dan Kekurangan

2.7.5 Aplikasi dan Cara Perawatan

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Waktu dan Tempat

Waktu :

Jam :

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



Gambar 3.1 Skema Instalasi Motor DieselSumber: 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 apparatusSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

b. Barometer



Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer (mmHg).

Gambar 3.3 BarometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

c. Aerometer

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

Gambar 3.4 AerometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

d. Flash Point

Digunakan untuk mengetahui titik nyala api suatu bahan bakar (oC).



Gambar 3.5 Flash PointSumber: 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 BedSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)f. Stopwatch

Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar (s)



Gambar 3.7 StopwatchSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

g. Hygrometer

Digunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara (%).

Gambar 3.8 HygrometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

h. Dynamometer

Digunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros (Kg).



Gambar 3.9 DynamometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

i. Flowmeter air pendinginan

Digunakan untuk mengukur debit aliran air pendinginan (liter/jam).

Gambar 3.11 Flowmeter air pendinginanSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

j. Flowmeter Bahan Bakar

Digunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml).



Gambar 3.12 Flowmeter bahan bakarSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

k. Manometer

Digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam system (mmH2O).

Gambar 3.13 ManometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

l. Viscometer

Digunakan untuk mengukur viskositas fluida (η).



Gambar 3.14 ViscometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

m. Bomb calorimeter

Digunakan untuk mengetahui kalor bahan bakar (Kcal/Kg)

Gambar 3.15 Bomb CalorimeterSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

n. STARGAS 898



Digunakan untuk menganalisis kandungan gas buang.

Gambar 3.16 STARGAS 898Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

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

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 3.17 Orsat ApparatusSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

Cara penggunaan Orsat Apparatus :

1. Set ketiga tabung I, II, III pada ketinggian tertentu dengan membuka keran A,

B, C dan mengatur tinggi larutan pada tabung I, II, III dengan menaik –

turunkan gelas B, kemudian tutup keran A, B, C setelah didapatkan tinggi

yang diinginkan. Posisi ini ditetapkan sebagai titik acuan.

2. Naikkan air yang ada pada tabung ukur C sampai ketinggian air mencapai 50

ml dengan cara membuka keran H dengan menaikkan gelas B. Setelah

didapatkan tinggi yang diinginkan, tutuplah kembali keran H.

3. Ambil gas buang dari saluran gas buang untuk diukur, salurkan melalui

selang yang dimasukkan ke dalam pipa H.

4. Buka keran H sehingga gas buang akan masuk dan mengakibatkan tinggi air

yang ada di tabung ukur C akan berkurang.

5. Setelah tinggi air pada tabung ukur turun sebanyak 50 ml (sampai perubahan

air mencapai angka 0) tutuplah keran H dan kita sudah memasukkan volume

gas buang sebanyak 50 ml.

6. Untuk mengukur kandungan CO2 buka keran A supaya gas buang bereaksi

dengan larutan yang ada pada tabung III dengan mengangkat dan

menurunkan gelas B sebanyak 5 – 7 kali.

7. Setelah 5 – 7 kali kembalikan posisi larutan III ke posisi acuan pada saat set

awal dan tutup keran C setelah didapatkan posisi yang diinginkan.



8. Baca kenaikan permukaan air yang ada pada tabung ukur C. Kenaikan

permukaan air merupakan volume CO2 yang ada pada 50 ml gas buang yang

kita ukur.

9. Untuk mengukur kandungan O2 dan CO ulangi langkah 6 dan langkah 7

untuk keran B dan keran A pada tabung II dan tabung I.

10. Baca kenaikan permukaan air pada tabung ukur C dengan acuan dari tinggi

permukaan air sebelumnya.

3.3.3 Prosedur Penggunaan STARGAS 898

Gambar 3.18 STARGAS 898Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya (2018)

Cara Penggunaan STARGAS 898 :

1. Masukan gas probe pada pipa gas buang

2. Nyalakan STARGAS Gas Analyzer

3. Pilih fungsi MEASUREMENT pada halaman GAS ANALYSIS

4. Pilih fungsi STANDARD TEST pada halaman TEST SELECTION

5. Tekan MENU untuk menunjukkan FUNCTION BAR dalam halaman

measurement pada standard test

6. Print hasil analisis gas buang untuk percobaan pada putaran pertama.

7. Lepaskan gas probe dari pipa gas buang.

8. STARGAS Gas Analyzer berada pada kondisi Autozero

9. Ulangi dari langkah pertama untuk analisis gas pada percobaan kedua dan

selanjutnya.

3.3.4 Rumus Perhitungan



Adapun rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan

adalah sebagai berikut :

1. Momen Torsi

T=F×l (kg.m)

Dimana :

T : Torsi (kg.m)

F : besar gaya putar (kg)

L : panjang lengan dinamometer = 0,358 (m)

2. Daya Efektif

Ne= T×n716 ,2 (PS)

Dimana :

n : putaran (rpm)

Ne : daya efektif (PS)

T : momen torsi (kg.m)

3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS

Neo=k . Ne (PS)

k=749Pa−Pw √273+θ

293 ;

Pw=ϕ . PsDimana :

Neo : daya efektif yang dikonfersi dalam JIS (PS)

k : faktor konversi


Pa : tekanan atmosfir pengukuran (mmHg)

Pw : tekanan uap parsial (mmHg)

θ : rata-rata temperatur ruangan saat pengujian (°C)

ϕ : kelembamam udara (%)

Ps : Tekanan udara standar pada temperatur θ (mmHg)



4. Mean Effectife Pressure (MEP)

Pe = Neo×0 , 45×z

Vd×i×n ( kg/cm2 )

Dimana :

Pe : tekanan efektif

z : jumlah putaran poros engkol

n : putaran poros engkol (rpm)

i : langkah mesin

Vd : volume langkah (m3)

5. Fuel Consumption

FC=Vt×ρ×3600

1000 (kg/jam)

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 x LHV (kcalJam

)

Dimana :

Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)

FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)

LHV : Low Heating Value (kcal/kg)

7. Berat Jenis udara

γa=γo .× (Pa−ϕ . Ps )760

×273273+θ

+ϕ . γw



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

ε=P1−P2

P1

Dimana :P1−P : beda tekanan pada nozzle (mmH2O)P1 : tekanan atmosfer saat pengujian (mmHg)

ε : koefisien udara

9. Massa alir udara melalui nozzle

Gs= α . ε . π . d2

4 √2 .g . γ a ( P1−P2 ) (kg/s)

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

γa : Berat jenis udara (kg/m3)

P1 – P2 : Perbedaan tekanan pada nozzle

10. Massa Alir gas buang

Gg=Gs+ FC3600 (kg/s) (3-10)



Dimana :

Gg : massa alir gas buang (kg/s)

Gs : massa alir udara melalui nozzle (kg/s)


11. Panas yang terbawa gas buang

Qeg=¿ . 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)

12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold (ηg )

ηg=QegQb

x 100 %

(3-12)

Dimana :

ηg : efisiensi kerugian (%)



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(ηw )

ηw=QwQb

x 100 %

(3-14)

Dimana :

ηw : efisiensi kerugian panas (%)

Qw : kerugian panas pendinginan (kcal/jam)


15. Efisiensi Thermal Efektif (ηe )

ηe=NeQb

×632×100 %

(3-15)

Dimana :

ηe : efisiensi efektif (%)



16. Efisiensi Mekanis (η f )

η f=100 %−(ηg+ηw+ηe )(3-16)

Dimana :

η f : efisiensi gesekan (%)

ηg : efisiensi kerugian gas buang (%)

ηw : efisiensi kerugian air pendinginan (%)



ηe : efisiensi efektif (%)

17. Ekuivalen daya terhadap konsumsi bahan bakar (Qf )

Qf = LHV . FC632 (PS) (3-17)

Dimana :

LHV : Low Heating Value (kcal/kg)


18. Daya Mekanis

Nf =ηf xQf100 %

(3-18)

Dimana :

Nf : daya mekanis (PS)

η f : efisiensi gesekan (%)

Qf : kerugian karena gesekan (PS)

19. Daya IndikasiNi=Ne+Nm

(PS) (3-19)

Dimana :

Ni : daya indikasi (PS)


Nm : daya mekanis (PS)

20. Spesific Fuel Consumption Effective

SFCe=FCNe

(3-20)

Dimana :



SFCe : Spesific Fuel Consumption Effective



21. Spesific Fuel Consumption Indicated

SFCi= FCNi

(3-21)

Dimana :

SFCi : Spesific Fuel Consumption Indicated


Ni : daya indikatif (PS)

22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif

Qe=632. Ne(3-22)

Dimana :

Qe : panas efektif (kcal/jam)


23. Panas yang hilang karena sebab lain

Qpp=Qb−Qeg−Qw−Qe (3-23)

Dimana :

Qpp : panas yang hilang karena sebab lain (kcal/jam)



Qw : kerugian panas pendinginan (kcal/jam)

Qe : panas efektif (kcal/jam)

24. Efisiensi Thermal Indikasi



ηi=NiQb

×632×100 %

(3-24)

Dimana :

ηi : efisiensi indikasi (%)

Ni : daya indikasi (PS)


25. Efisiensi Mekanis

ηm=NeNi

x 100%

(3-25)

Dimana :

ηm : efisiensi mekanis (%)

Ni : daya indikasif (PS)


26. Efisiensi Volumetrik

ηv=Gs . z . 60

γ a . n .Vd .ix100%

(3-26)

Dimana :

ηv : 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= GsFC

x3600

(3-27)

Dimana :

R : rasio udara bahan bakar

Gs : aliran udara melalui nozzle (kg/s)


28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis

C12, 3 H22+17 ,85(O2+3 ,76 N2 )→12,3 CO2+11 ,1 H2 O+67 ,116 N2

(3-28)

Ro=( A / F )s

(α+ β4 )M O2+3 , 76(α+ β

4 )M N2

α M C+β M HDimana :

Ro : Rasio udara bahan bakar teoritis

M O2 : Massa relatif oksigen

M N 2 : Massa relatif nitrogen

M C : Massa relatif karbon

M H : Massa relatif hidrogen

29. Faktor Kelebihan Udara

λ= RRo

(3-29)

Dimana : λ : faktor kelebihan udara

R : rasio udara bahan bakar

Ro : rasio udara dalam bahan bakar teoritis



30. Faktor Koreksi Standard

A=P st

P [ TT st ]

0,5

=

P st

P [ T+273T st+273 ]

0,5

(3-30)

Dimana :

A : faktor koreksi

Pst : tekanan atmosfer = 760 mmHg

Tst : 25 ˚C

P : tekanan udara atsmosfer (mmHg)

T : temperatur ruangan (oC)

31. Daya Efektif Standard

( Ne ) st=A . Ne(3-31)

Dimana :

( Ne ) st : daya efektif standar (PS)

A : faktor koreksi


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

( SFCe )st=SFCe

A(3-33)



Dimana :

SFCest : 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

Veg x 100% (3-34)

% O2 =

Vo2

Veg x 100% (3-35)

% CO =

VcoVeg x 100% (3-36)

% N2 =

VN 2

Veg x 100% (3-37)

Dimana :

VCO2 : Volume CO2

VO2 : Volume O2

VCO : Volume CO

VN2 : Volume N2

Veg : Volume exhaust gas

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALmotorbakar.ub.ac.id/.../uploads/2017/02/buku-panduan.docx · Web...

Documents

Transcript of DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALmotorbakar.ub.ac.id/.../uploads/2017/02/buku-panduan.docx · Web...