Analisa Termodinamika Proses 6-1 :

x Langkah mm Rasio kompresi 18.5 : 1 Output maksimum 75 kW 3600 rpm Momen maksimum 200 N.m 4000 rpm Dimensi Katup mm Diameter Katup masuk Intake 36 Katup buang Exhaust 29 Panjang 100 Penjang Connecting Rod mm 167 Angka Cetane Bahan Bakar 48 atau lebih tinggi Valve timing Intake Buka 2 o BTDC Tertutup 31 o ABDC Exhaust Buka 30 o BBDC Tertutup o ATDC Sumber: Toyota Kijang Innova Leaflet dan Lit.6

4.2 Analisa Termodinamika Proses 6-1 :

Langkah hisap, tekanan konstan, katup hisap terbuka dan katup keluar tertutup. Udara dianggap sebagai gas ideal. Udara dihisap masuk ke silinder dengan tekanan 100 kPa pada temperatur 27 o C atau 300 K, maka : P = 100 kPa T 1 = 300 K r c = 18,5 B = 9,2 cm S = 9,38 cm R = 0,287 kJkg-K C v = 0,718 kJkg-K C p = 1,005 kJkg.K Volume langkah: Universitas Sumatera Utara Merupakan volume dari langkah torak dari titik mati bawah TMB ke titik mati atas TMA. Kapasitas 4 silinder adalah 2494 cc, maka volume langkah untuk satu silinder adalah: 4 2494 = Vd Vd = 623,5 cc = 6,235 x 10 -4 m 3 Volume sisa: Merupakan volume minimum silinder pada saat torak berada di titik mati atas TMA. Dengan rasio kompresi sebesar 18,5:1 dan volume langkah sebesar 6,235 x 10 -4 m 3 maka besarnya volume sisa adalah: c c d c V V V r + = c c V V m x + = − 3 4 10 235 , 6 5 , 18 Vc = 3,562 x 10 -5 m 3 Volume pada titik 1: Merupakan hasil penjumlahan volume langkah Vd dengan volume sisa Vc. c d V V V + = 1 V 1 = 6,235 x 10 -4 m 3 + 3,562 x 10 -5 m 3 = 6,5912 x 10 -4 m 3 Massa campuran bahan bakar dan udara : Dengan tekanan 100 kPa dan volume silinder 6,5912 x 10 -4 m 3 pada temperatur 300 K, maka massa campuran bahan bakar dan udara adalah: Universitas Sumatera Utara kg K K kg kJ m kPa RT V P m m 4 3 4 1 1 1 10 655 , 7 300 . 287 , 10 5912 , 6 100 − − × = × × × = = Massa udara pembakaran ma dan massa bahan bakar mf: Untuk menentukan massa bahan bakar yang diinjeksikan pada satu siklus dapat diperoleh dari persamaan Air Fuel Ratio AF dibawah ini. AF = Berdasarkan data bahan bakar isooctane pada tabel A-2 Properties Of Fuels pada lampiran I, Air Fuel Ratio AF = 15,0. Dimana m a + m f = m m = 7,655 x 10 -4 kg. Maka, massa bahan bakar yang diinjeksikan m f setiap satu siklus adalah: kg mf mf mf kg 5 4 10 784375 , 4 10 655 , 7 , 15 − − × = − × = Maka, massa udara m a yang masuk dalam silinder adalah: = m m – m f = 7,655x10 -4 kg – 4,784375x10 -4 kg = 2,870x10 -4 kg Densitas udara a ρ : Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas udara dengan persamaan matematika sebagai berikut: 3 1 1 1614 , 1 300 . 287 , 100 m kg K K kg kJ kPa RT P a = × = = ρ Sesuai dengan persamaan [2.1] maka kerja yang terjadi pada titik 6-1 adalah dihitung berdasarkan persamaan berikut ini: Universitas Sumatera Utara 6 1 1 6 V V P W − = − ........ dimana P o = P 1 kJ m m kPa 06235 , 10 562 , 3 10 5912 , 6 100 3 5 3 4 = × − × × = − − Proses 1-2 : Langkah kompresi isentropik, semua katup tertutup. Torak bergerak dari titik mati bawah TMB ke titik mati atas TMA. Tekanan pada titik 2 : Campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas TMA. Akibatnya, tekanan dalam silinder naik menjadi P 2. Nilai dari P 2 dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.3] yaitu: k c r P P 1 2 = = 100 kPa x 18,5 1,4 = 5943,4747 kPa Temperatur pada titik 2 : Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas TMA juga mengakibatkan suhu dalam silinder naik menjadi T 2 . Nilai dari T2 dapat kita kita hitung sesuai dengan persamaan [2.2] yaitu: 1 1 2 − = k c r T T = 300 K x 18,5 1,4-1 = 963,8067 K Volume pada titik 2: Nilai dari V 2 dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.4] yaitu: 2 2 2 P RT m V m = Universitas Sumatera Utara kPa K K kg kJ kg 4747 , 5943 8067 , 963 . 287 , 10 655 , 7 4 × × × = − = 3,562 x 10 -5 m 3 Adapun cara lain yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai V 2 adalah: c r V V 1 2 = 3 5 4 10 562 , 3 5 , 18 10 5912 , 6 m − − × = × = V 2 = V c Kerja persiklus 1-2: Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik untuk satu silinder dalam satu siklus dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.6] sebagai berikut: k T T R m W m − − = − 1 1 2 2 1 4 , 1 1 300 8067 , 963 287 , 10 655 , 7 4 − − × × = − = -0,3645 kJ Proses 2-3: Penambahan kalor pada tekanan konstan. Kalor masuk: Q HV merupakan nilai kalor panas dari bahan bakar. Berdasarkan Tabel A- 2 pada Lampiran 1, nilai kalor panas dari cetane adalah 43.980 kJkg dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna 1 = c η . Maka, kalor masuk pada kondisi tekanan konstan dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.7] adalah sebagai berikut: c HV f in Q m Q η = Universitas Sumatera Utara kJ kg kJ kg 1041 , 2 1 43980 10 784375 , 4 5 = × × × = − Volume pada titik 3: Volume pada titik 3 dapat kita peroleh dengan menggunakan rumus berikut ini Lit.1 hal 101: 3 3 3 P T R m V m × × = 3 4 4 10 3808 , 1 4747 , 5943 4728 , 3735 . 287 , 10 655 , 7 m kPa K K kg kJ − − × = × × × = Temperatur pada titik 3: Sesuai dengan persamaan matematika [2.7] dimana 2 3 T T C m Q p m in − = maka nilai T 3 dapat kita hitung sebagai berikut: p m p m in C m T C m Q T 2 3 + = K K kg kJ kg K K kg kJ kg kJ 7428 , 3735 . 005 , 1 10 655 , 7 8067 , 963 . 005 , 1 10 655 , 7 104 , 2 4 4 = × × × × × + = − − maks T T = 3 Tekanan pada titik 3: Sesuai dengan Gambar 2.2 Diagram p-v jelas terlihat bahwa tidak ada perubahan tekanan mulai titik 2 hingga titik 3 ekivalen, walaupun terjadi peningkatan temperatur. Maka P 2 = P 3 = P maks = 5943,4747 kPa. Sesuai dengan persamaan [2.10] maka kerja yang terjadi pada titik 2-3 dapat kita hitung sebagai berikut: 2 3 2 3 2 V V P W − = − Universitas Sumatera Utara kJ m m kPa 6089 , 10 562 , 3 10 3808 , 1 4747 , 5943 3 5 3 4 = × − × × = − − Proses 3-4: Langkah isentropik Volume pada titik 4: Berdasarkan diagram p-v siklus diesel pada Bab II sebelumnya terlihat jelas bahwa: 4 1 4 10 5912 , 6 − × = = V V m 3 Temperatur pada titik 4: Setelah torak mencapai titik mati bawah TMB sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun menjadi T 4 . Nilai dari T 4 dapat kita hitung dengan persamaan [2.14] berikut ini: 1 4 3 3 4 −       = k V V T T K m K 1412 , 1999 10 5912 , 6 10 3808 , 1 7428 , 3735 4 , 4 3 4 =       × × = − − Tekanan pada titik 4: Tekanan pada titik 4 di dalam silinder akan mengalami penurunan setelah titik 3. Nilai dari P 4 dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.15] di bawah ini: k V V P P       = 4 3 3 4 kPa m m kPa 3052 , 666 10 5912 , 6 10 3808 , 1 4747 , 5943 4 , 1 3 4 3 4 =       × × = − − Kerja persiklus 3-4: Universitas Sumatera Utara Untuk kerja yang dihasilkan selama langkah ekspansi 4 3 − W dapat ditentukan berdasarkan persamaan [2.16] berikut ini: k T T R m W m − − × × = − 1 3 4 4 3 kJ K K K kg kJ kg 9538 , 4 , 1 1 7428 , 3735 1412 , 1999 . 287 , 10 655 , 7 4 = − − × × × = − Proses 4-5: Titik 5 merupakan proses langkah buang atau disebut juga proses exhaust blowdown dimana katup keluar terbuka dan katup hisap tertutup. Sesuai dengan persamaan [2.17] maka volume pada titik 5 V 5 sama dengan volume pada titik 4 = 3 4 1 4 10 5912 , 6 m V V V BDC − × = = = . Sedangkan temperatur pada titik 5 T 5 sama dengan temperatur pada titik 1 T 1 , ini dibuktikan dari persamaan [2.19] berikut ini: = = v m C m = 4 1 T T C m v m − kJ K K K kg kJ kg 9339 , 1412 , 1999 300 . 718 , 10 655 , 7 4 − = − × × × = − Maka, Sesuai dengan persamaan [2.18] maka kerja 5 4 = − W Proses 5-6: Universitas Sumatera Utara Titik 6 merupakan proses langkah buang pada tekanan konstan . Untuk kerja yang dihasilkan pada proses 5- 6 6 5 − W dapat dihitung berdasarkan persamaan [2.21] berikut ini: 1 6 5 6 6 5 V V P V V P W − × = − × = − Sesuai dengan gambar 2.2 diagram p-v, maka nilai P o – P 1 = 100 kPa. 1 6 1 6 5 V V P W − × = − kJ m m kPa 06235 , 10 5912 , 6 10 562 , 3 100 3 4 3 5 − = × − × × = − − W nett Kerja satu siklus: Kerja yang dihasilkan dalam satu siklus kerja dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah ini: 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 6 − − − − − − + + + + + = W W W W W W W nett kJ kJ kJ kJ kJ 1982 , 1 06235 , 9538 , 6089 , 3645 , 06235 , + = − + + + + + + − + + = Sehingga, kerja yang dihasilkan dalam satu siklus kerja dari motor bensin Kijang Innova 2KD-FTV adalah 1,1982 kJ Untuk effisiensi termal dari satu siklus kerja dari motor bensin Kijang Innova 2KD-FTV dapat dihitung berdasarkan persamaan [2.22] dibawah ini: in nett th Q W = η 94 , 56 5694 , 104 , 2 1982 , 1 = = = kJ kJ

4.3 Parameter Performansi Mesin Diesel Toyota Kijang Innova Tipe 2KD- FTV