88881312 Kajian Prestasi Mesin Honda Grand 1995 Menggunakan Bahan Bakar Asetilin

KAJIAN PRESTASI MESIN HONDA GRAND 1995 MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR ASETILEN SKRIPSI

Diajukan Dalam Rangka Menyelesaikan Studi Strata 1 Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

Nama

: LANJAR WAHYU DIYONO

: Teknik Mesin, S1

Jurusan

: Teknik Mesin

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul : “Kajian Prestasi Mesin Honda Grand 1995 Menggunakan Bahan Bakar Asetilen”, telah dipertahankan di hadapan sidang Panitia Ujian Skripsi Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

Pada Hari : Tanggal :

Panitia Ujian

Ketua Sekretaris

Drs. Supraptono, M.pd

Basyirun, S.Pd, MT.

NIP. 131474226

NIP. 132094389

Pembimbing I

Anggota Penguji :

Ir. Samsul Kamal, M.sc, Phd.

1. Ir. Samsul Kamal, M.sc, Phd.

NIP. 131411088

NIP. 131411088

Pembimbing II

2. Widya Aryadi, MT.

NIP. 132232151

Widya Aryadi, MT.

3. Basyirun, S.Pd, MT.

NIP. 132232151

NIP. 132094389

Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang

Prof. Dr. Soesanto, Mpd.

NIP.130875753

MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO

1. ”Hai orang-orang yang beriman, janganlah kamu lalai (lengah) karena harta benda dan anak-anakmu dari pada mengingat Allah, barang siapa memperbuat demikian itu, maka mereka orang yang merugi”. (Q.S. Al-Munaafiqun ayat 9).

2. ”Sesungguhnya disamping kesukaran ada kemudahan. Apabila engkau telah selesai mengerjakan suatu urusan maka kerjakan urusan yang lain dengan sungguh-sungguh. Dan hanya kepada Tuhanmu, hendaknya kamu berharap”. (Q.S. Al-Insyirah 6-8)

3. Semua orang pasti memiliki pilihan, pertimbangkan dengan seksama dalam menentukan pilihan tersebut agar tidak menyesal kelak.

4. Keyakinan dan kesungguhan adalah spirit menuju sebuah keberhasilan.

PERSEMBAHAN

1. Ayah dan Ibu yang tercinta.

2. Saudara-saudara yang selalu dekat di hati.

3. Kekasihku yang selalu menjadi inspirasi dalam hidup.

4. Teman-teman seperjuangan.

5. Almameter.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Kajian

Prestasi Mesin Honda Grand 1995 Menggunakan Bahan Bakar Asetilen”.

Skripsi ini disusun dalam rangka menyelesaikan studi Strata 1 guna memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak penelitian ini tidak akan terlaksana dengan baik. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.

3. Bapak Ir. Samsul Kamal, M.sc, Phd, selaku Dosen Pembimbing I yang telah bersedia meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.

4. Bapak Widya Aryadi, MT, selaku Dosen Pembimbing II yang telah bersedia mencurahkan waktunya serta memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini.

5. Bapak Basyirun, S.Pd, MT, selaku Dosen Penguji yang bersedia memberikan informasi dan petunjuk dalam skripsi ini.

6. Bapak dan Ibu yang telah memberikan segalanya serta segala perhatiannya.

7. Kakak-kakak yang telah memberikan semangat, arahan serta perhatian.

8. Kekasihku yang selalu memberikan semangat moral dan dorongan sehingga skripsi ini cepat terselesaikan dengan baik.

9. Semua teman-teman Teknik Mesin S1 Angkatan 2002 tanpa terkecuali yang bersedia membantu, menemani dan memberi informasi serta keterangan- keterangan dalam menyusun skripsi ini.

10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini.

Tidak ada yang dapat penulis berikan sebagai ungkapan balas budi selain doa semoga Allah SWT. memberikan balasan atas segala kebaikannya. Penulis telah berusaha sebaik-baiknya untuk menyelesaikan skripsi ini dan berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang berkepentingan kelak.

Dengan hati ikhlas dan tangan terbuka dinantikan pendapat, kritik dan saran yang bersifat konstruktif demi menambah wawasan dan pengetahuan penulis.

Semarang, Februari 2007

Penulis

A 2 = Luas penampang (m )

c 2 = Kecepatan gerak tali (m/s )

C = Konstanta (tetapan)

D = Diameter silinder (cm)

E k = Energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal

F = Gaya dorong torak (kgf) Harga bb

= - Harga bb premium (Rp 4500,- tiap 1000 cc atau 0,723 kg) - Harga bb asetilen (Rp 150.000,- tiap 4 kg atau 21 kg/cm 2 )

h = Jarak perpindahan F (m) K -23 = Konstanta Boltzman = 1,38 x 10 J/°K

L = Langkah torak (cm) mbb = Volume bahan bakar yang dikonsumsi (cm 3 )

m f ekonomi = Konsumsi bahan bakar secara ekonomi (Rp/h) m f = Konsumsi bahan bakar (Kg/h) m = Massa bahan bakar yang dikonsumsi (kg) n = Jumlah molekul gas N

= Jumlah pertikel N = Putaran motor (rpm)

na = Kecepatan putar ring gear (m/s 2 )N = Jumlah silinder nb, nc = Kecepatan putar masing- masing poros out put (m/s 2 ) N 23

= Bilangan Avogadro = 6,023 x 10 /mol P = Daya motor (HP) P = (2N / 3V) . E k °T = 2E k /3K R =K.N o : 8,31 )/mol. °K r

= Panjang lengan poros engkol (m) Sfc ekonomi =Specific fuel consumtion secara ekonomi (Rp/HP-h) Sfc = Specific fuel consumtion (Kg/HP-h) s

= Jarak perpindahan W (m) T = Suhu (°K) T = Torsi motor (kgf.m) = Jarak perpindahan W (m) T = Suhu (°K) T = Torsi motor (kgf.m)

Vrb = Volume ruang bakar (cm 3 ) Vs = Volume silinder (cm 3 ) v 2 = Kecepatan gerak sumbu pulley (m/s )

v = Kecepatan rata-rata partikel gas ideal

V 3 = Volume (m )

V 3 = Total displacement (cm )

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Spesifikasi Bahan Bakar Premium...................................................... 23 Tabel 2.2. Sifat Fisika Dan Kimia Asetilen ......................................................... 24 Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Dengan Menggunakan Bahan Bakar Premium 61 Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Dengan Menggunakan Bahan Bakar Asetilen . 61 Tabel 4.3. Perhitungan Data Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Premium.... 67 Tabel 4,4. Perhitungan Data Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Asetilen..... 67

DAFTAR GAMBAR

DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1. Hubungan Antara Tekanan Dan Volume.......................................... 33 Grafik 2.2. Hubungan Antara Volume Dan Temperatur ..................................... 34 Grafik 2.3. Hubungan Antara Tekanan Dan Temperatur .................................... 35 Grafik 4.1. Putaran Mesin Terhadap Torsi .......................................................... 68 Grafik 4.2. Putaran Mesin Terhadap Daya .......................................................... 69 Grafik 4.3. Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Secara Ekonomi . 70 Grafik 4.4. Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Secara

Ekonomi ............................................................................................ 71

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Surat Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi .................................. 78 Lampiran 2 Surat Permohonan Ijin Penelitian .................................................... 79 Lampiran 3. Data Penelitian................................................................................. 82 Lampiran 4. Perhitungan Data Hasil Penelitian................................................... 84 Lampiran 5. Dokumentasi Penelitian................................................................... 94

ABSTRAK

Lanjar Wahyu Diyono, 2007. “Kajian Prestasi Mesin Honda Grand 1995 Menggunakan Bahan Bakar Asetilen”. Ir. Samsul Kamal, M.sc, Phd dan Widya Aryadi, MT. Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi mesin Honda Grand 1995 meliputi besarnya torsi, daya, dan konsumsi bahan bakar terhadap putaran dengan menggunakan bahan bakar asetilen. Manfaat penelitian adalah untuk memberikan informasi tentang torsi, daya dan konsumsi bahan bakar terhadap putaran dengan menggunakan bahan bakar asetilen yang dihasilkan oleh motor bensin empat langkah satu silinder khususnya pada Honda Grand 1995.

Penelitian secara eksperimental dengan menggunakan analisis deskriptif. Pengambilan data menggunakan sepeda motor Honda grand 1995 standar, hasilnya berupa data gaya pada load cell diukur dari penarikan puli differential dynamometer, putaran mesin serta waktu konsumsi yang kemudian diolah menghasilkan data torsi, daya dan konsumsi bahan bakar secara ekonomi.

Hasil penelitian dengan menggunakan bahan bakar premium adalah torsi tertinggi sebesar 0,7535 kgf.m pada putaran mesin 50 rpm, dengan daya 5,7835 HP, konsumsi bahan bakar secara ekonomi termurah sebesar 1599,210 Rp/h pada putaran mesin 3000 rpm, dan konsumsi bahan bakar spesifik secara ekonomi teririt sebesar 479,554 Rp/HP-h pada putaran mesin 50 rpm. Penggunaan bahan bakar asetilen dengan hasil torsi tertinggi sebesar 0,7926 kgf.m pada putaran mesin 50 rpm, dengan daya 6,0836 HP, konsumsi bahan bakar secara ekonomi (nyata) termurah sebesar 4928,806 Rp/h pada putaran mesin 3000 rpm, teori 4688,280 Rp/h dan konsumsi bahan bakar spesifik secara ekonomi (nyata) teririt sebesar 1220,616 Rp/HP-h pada putaran mesin 50 rpm, teori 1161,050 Rp/HPh.

Simpulan dari penelitian ini pada penggunaan bahan bakar asetilen bila dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar premium adalah terjadi kenaikan torsi maksimum sebesar 5,90 % pada putaran mesin 4500 rpm, dengan daya 5,90 %, konsumsi bahan bakar secara ekonomi (nyata) minimum sebesar 162,4 %, teori 149,6 % dan konsumsi bahan bakar spesifik secara ekonomi (nyata) 147,8 %, teori 135,7 %. Perhitungan pada penggunaan konsumsi bahan bakar secara ekonomi pada bahan bakar asetilen secara nyata terhadap teori terjadi kenaikan sebesar 5,1 %.

Kata kunci : Asetilen

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dewasa ini mengalami pertumbuhan yang sangat pesat. Sejak hadirnya revolusi industri di dunia dengan ditemukannya mesin uap kemudian mesin otto dan mesin diesel manusia seakan- akan berlomba melakukan penelitian untuk menemukan teknologi yang bertujuan memudahkan mobilitas manusia, tak terkecuali perkembangan teknologi di bidang otomotif.

Meningkatnya teknologi di bidang otomotif terutama di sektor kendaraan bermotor mengakibatkan kebutuhan premium sebagai bahan bakar meningkat, baik jumlah maupun kualitasnya. Data dan informasi dari sektor perhubungan menyebutkan bahwa jumlah kendaraan bermotor rata-rata pertahun mengalami peningkatan yang cukup signifikan yaitu mencapai lebih dari 13 % pertahun, sedangkan konsumsi dunia akan minyak bumi adalah sekitar 50 juta barrel perhari.

Kebutuhan manusia akan bahan bakar premium semakin meningkat seiring meningkatnya jumlah kendaraan. Hal ini tentunya akan membutuhkan persediaan bahan bakar premium yang lebih banyak. Namun bahan bakar minyak di Indonesia saat ini akan semakin berkurang (langka) dan mahal. Pemikiran lebih lanjut untuk masalah ini adalah dengan menggunaan bahan bakar alternatif pada kendaraan diluar bahan bakar minyak. Salah satu bahan bakar alternatif yang Kebutuhan manusia akan bahan bakar premium semakin meningkat seiring meningkatnya jumlah kendaraan. Hal ini tentunya akan membutuhkan persediaan bahan bakar premium yang lebih banyak. Namun bahan bakar minyak di Indonesia saat ini akan semakin berkurang (langka) dan mahal. Pemikiran lebih lanjut untuk masalah ini adalah dengan menggunaan bahan bakar alternatif pada kendaraan diluar bahan bakar minyak. Salah satu bahan bakar alternatif yang

Berdasarkan penjelasan di atas, sepanjang pengetahuan dan kemampuan peneliti, maka peneliti tertarik mengadakan penelitian dengan mengambil judul KAJIAN PRESTASI MESIN HONDA GRAND 1995 MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR ASETILEN dengan alat ukur differential dynamometer.

B. RUMUSAN PERMASALAHAN

Berdasarkan latar belakang masalah yang diuraikan dapat diketahui bahwa penggantian bahan bakar premium dengan asetilen akan mempengaruhi prestasi mesin kendaraan yang berupa torsi, daya dan konsumsi bahan bakar. Masalahnya adalah untuk mengetahui seberapa jauh perubahan prestasi mesin dari motor bakar. Bertolak dari masalah tersebut perlu diketahui pengaruh pemakaian asetilen sebagai bahan bakar pengganti premium.

C. PEMBATASAN MASALAH

Dalam penelitian ini, pembatasan masalahnya adalah sebagai berikut :

1. Pengujian dilakukan pada mesin bensin 4 langkah merk Honda Grand 1995 di Laboratorium Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang

2. Hanya melakukan perbandingan prestasi mesin antara bahan bakar premium dengan asetilen yang berupa torsi, daya dan konsumsi bahan bakar.

D. TUJUAN PENELITIAN

Berdasarkan dari permasalahan yang dikemukakan, maka tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui perbandingkan prestasi mesin Honda Grand 1995 pada penggunaan bahan bakar premium dengan asetilen yang berupa torsi, daya dan konsumsi bahan bakar spesifik.

2. Mengetahui perbandingan konsumsi bahan bakar asetilen yang berupa perhitungan secara kenyataan dengan teori.

E. MANFAAT PENELITIAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan ini, maka diharapkan penelitian ini dapat diambil manfaatnya, antara lain :

1. Memberi masukan bagi kalangan akademisi, praktisi dan pihak terkait khususnya tentang penggunaan bahan bakar asetilen terhadap torsi, daya dan konsumsi bahan bakar yang dihasilkan oleh motor bensin empat langkah satu silinder.

2. Sebagai informasi yang penting bagi teknisi dalam rangka usaha peningkatan teknologi khususnya di bidang otomotif.

3. Sebagai literatur pada penelitian yang sejenisnya dalam rangka pengembangan teknologi bidang konversi energi.

4. Sebagai alternatif bagi pemilik kendaraan untuk menggunakan bahan bakar asetilen.

F. SISTEMATIKA PENULISAN

Untuk mempermudah dan memahami penulisan skripsi ini disusunlah skripsi dalam tiga bagian, yaitu bagian awal, isi, dan akhir. Bagian awal skripsi terdiri dari halaman judul, halaman pengesahan, motto dan persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar lambang dan singkatan, daftar tabel, daftar gambar, daftar grafik, daftar lampiran, dan abstrak.

Bagian isi skripsi terdiri dari 5 bab, yaitu : Bab I Pendahuluan berisi tentang latar belakang, rumusan permasalahan, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. Bab II Landasan Teori berisi teori dasar yang berhubungan dengan motor bahan torak dan prestasi mesin. Bab III Metodologi Penelitian berisi desain penelitian, variable penelitian, tempat dan waktu penelitian, metode pengumpulan data, diagram alur penelitian dan teknis analisis data. Bab IV Hasil Penelitian berisi hasil penelitian, perhitungan data hasil penelitian terhadap torsi, daya dan konsumsi bahan bakar. Bab V Simpulan dan Saran berisi simpulan dari hasil penelitian dan saran-saran yang dapat mendukung pengembangan dalam penelitian selanjutnya.

Bagian akhir skripsi berisi tentang daftar pustaka dan lampiran-lampiran yang mendukung penjelasan di dalam pembahasan.

BAB II LANDASAN TEORI

Tujuan dari mesin pembakaran dalam (internal combustion engines) adalah untuk menghasilkan tenaga mekanik dari energi kimia yang ada di dalam bahan bakar. Dalam internal combustion engines energi dilepas oleh pembakaran atau oksidasi bahan bakar di dalam mesin. Transfer kerja untuk menghasilkan output tenaga yang diinginkan terjadi secara langsung antara fluida kerja dan komponen mekanik mesin.

A. Siklus Termodinamika dari Mesin Torak

1. Umum Asumsi yang digunakan dalam siklus termodinamika.

a. Dalam silinder mesin, jumlah medium kerja konstan dan beroperasi dalam siklus tertutup. Dalam kondisi nyata akan merupakan siklus terbuka dimana keluaran dari gas dari siklus sebelumnya harus dibuang dari silinder mesin dan medium kerja yang baru dimasukkan.

b. Panas diterima dari luar pada waktu tertentu dari siklus dengan pembakaran terjadi secara sempurna. Dalarn siklus nyata panas merupakan hasil dari reaksi kimia dari bahan bakar dengan oksigen dalam udara. Hal ini merupakan proses pembakaran yang komplek dan bahan bakar yang tidak teroksidasi secara sempurna akan menyebabkan kerugian panas.

c. Kapasitas panas dari medium kerja dalam silinder adalah konstan dan c. Kapasitas panas dari medium kerja dalam silinder adalah konstan dan

d. Proses kompresi dan ekpansi terjadi tanpa pertukaran panas dengan lingkungan (proses adiabatis). Kenyataannya perbedaan temperatur antara medium kerja dengan dinding silinder untuk kedua proses, dan juga perbedaan panas antara blok kepala silinder dan puncak piston akan menyebabkan pertukaran panas dan menghasilkan kerugian panas. [Sumber: Khovakh,M,1979:25].

2. Siklus dengan penambahan panas pada volume konstan (siklus Otto). Gambar 2 menunjukkan siklus dalam koordinat p-V dan T-s dimana panas diterima dan dibuang hanya pada volume konstan.

Gambar 2.1 Siklus mesin torak dengan panas ditambahkan pada volume konstan. [Sumber : Khovakh, M, 1979: 29]

Dalam siklus ini proses kompresi (garis ac) dan ekpansi (garis zb) terjadi tanpa perubahan panas dengan lingkungan (dq = 0). Panas q 1 diterima pada Dalam siklus ini proses kompresi (garis ac) dan ekpansi (garis zb) terjadi tanpa perubahan panas dengan lingkungan (dq = 0). Panas q 1 diterima pada

B. Siklus Nyata ( Actual ) Mesin Empat Langkah.

Motor bakar 4 langkah adalah motor bakar yang menyelesaikan siklusnya (1 kali pembakaran) dalam dua kali putaran engkol. Proses kerja motor 4 langkah adalah sebagai berikut:

Gambar 2.2 Siklus empat langkah [Sumber : Obert, Edward F, 1950: 2]

1. Langkah hisap Campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam mesin (katup masuk terbuka).

2. Langkah kompresi

Untuk menaikkan temperatur campuran (kedua katup tertutup).

3. Penyalaan dan selanjutnya pembakaran dari campuran homogen pada akhir langkah kompresi, dengan panas dilepaskan sehingga menaikkan temperatur dan tekanan gas, piston kemudian bergerak ke bawah pada expansion atau power stroke (kedua katup tertutup).

4. Langkah buang Penyapuan dalam silinder agar terbebas dari gas pernbakaran (katup buang terbuka). [Sumber : Obert,Edward F, 1950: 1]

Data yang menggambarkan proses-proses secara terpisah ataupun kombinasi serta efisiensi mesin dari siklus nyata diperoleh secara ekperimental dengan bantuan diagram indikator yang mencatat perubahan tekanan di dalam silinder dan besarnya karakteristik tertentu lainnya sebagai fungsi dari perubahan volume (dalam koordinat pV) atau sudut rotasi/waktu dari poros engkol (dalam koordinat p- ϕ atau p-t). Untuk mesin putaran tinggi, diagram indikator diperoleh dengan peralatan pencatat respon cepat (sinar katodha oscilloscope dengan piezoquartz dan penguat arus yang akan timbul ketika tekanan dalam silinder berubah). [Sumber : Khovakh,M,1979: 77]

Gambar 2.3 Diagram indikator dari mesin karburator empat langkah dalam koordinat p- ϕ. I- katup masuk terbuka, 2- katup masuk tertutup, 3- penyalaan,

4- katup buang terbuka, 5- katup buang tertutup. [Sumber : Khovakh,M, 1979: 74]

Gambar 2.4 Diagram indikator dari mesin karburator empat langkah dalam koordinat p-V. a-diagram siklus, b- plot perubahan sudut engkol terhadap perubahan piston, c-diagram pengeluaran gas. [Sumber : Khovakh, M, 1979: 76]

Dalam mesin karburator (gambar 2.4) katub masuk terbuka sesaat sebelum titik mati atas (titik 1) dan menghisap bahan bakar dan udara seperti yang digambarkan garis 1-5-a-2. Suplai campuran akan berhenti pada saat katup masuk tertutup (titik 2). Campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam silinder akan bercampur dengan hasil pembakaran dari siklus sebelumnya yang tersisa di dalam silinder dan membentuk campuran kerja yang akan dikompresi setelah langkah hisap. Titik 3 pada diagram indikator menunjukan waktu penyalaan/pengapian. Pembakaran juga berlangsung dalam beberapa tingkat pada langkah ekpansi. Pembuangan gas dimulai ketika katup buang terbuka. Pada Dalam mesin karburator (gambar 2.4) katub masuk terbuka sesaat sebelum titik mati atas (titik 1) dan menghisap bahan bakar dan udara seperti yang digambarkan garis 1-5-a-2. Suplai campuran akan berhenti pada saat katup masuk tertutup (titik 2). Campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam silinder akan bercampur dengan hasil pembakaran dari siklus sebelumnya yang tersisa di dalam silinder dan membentuk campuran kerja yang akan dikompresi setelah langkah hisap. Titik 3 pada diagram indikator menunjukan waktu penyalaan/pengapian. Pembakaran juga berlangsung dalam beberapa tingkat pada langkah ekpansi. Pembuangan gas dimulai ketika katup buang terbuka. Pada

C. Parameter prestasi mesin

Secara praktis prestasi mesin ditunjukan oleh torsi dan daya. Parameter ini relatif penting untuk mesin dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya poros maksimum menggambarkan sebagai kemampuan maksimum mesin. Torsi poros maksimum pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk rnemperoleh aliran udara (atau campuran udara dengan bahan bakar) yang tinggi yang masuk ke dalam mesin pada kecepatan tersebut. Sewaktu mesin dioperasikan pada waktu yang lama konsumsi bahan bakar dan efisiensi mesin menjadi sangat penting. [Sumber : Heywood,John B,1988 : 823]

1. Torsi Gaya putaran/puntiran (torsi) merupakan harga yang ditunjukkan oleh momen motor pada out put poros engkol (crank shaft). Torsi merupakan perkalian antara gaya yang dihasilkan dari tekanan hasil pembakaran pada torak dikalikan dengan jari-jari lingkar poros engkol. Hal ini berarti besarnya torsi motor dipengaruhi oleh dua hal pokok yaitu jari-jari lingkar poros engkol dan gaya akibat tekanan hasil pembakaran. Motor dengan jari-jari lingkar poros engkol lebih besar akan menghasilkan torsi yang besar pula, demikian halnya dengan 1. Torsi Gaya putaran/puntiran (torsi) merupakan harga yang ditunjukkan oleh momen motor pada out put poros engkol (crank shaft). Torsi merupakan perkalian antara gaya yang dihasilkan dari tekanan hasil pembakaran pada torak dikalikan dengan jari-jari lingkar poros engkol. Hal ini berarti besarnya torsi motor dipengaruhi oleh dua hal pokok yaitu jari-jari lingkar poros engkol dan gaya akibat tekanan hasil pembakaran. Motor dengan jari-jari lingkar poros engkol lebih besar akan menghasilkan torsi yang besar pula, demikian halnya dengan

Gambar 2.5 Konsep torsi [Sumber : Dasar-Dasar Automobil, 1990: 13]

Torsi yang dihasilkan motor diteruskan ke roda-roda penggerak dan dijadikan tenaga yang dapat memutar roda-roda kendaraan. Torsi yang dihasilkan oleh sebuah motor dapat dihitung dengan rumus :

T = F x r (2-1) Keterangan :

T : Torsi motor (kgf.m).

F : Gaya dorong torak (kgf)

r : Panjang lengan poros engkol (m)

2. Daya Motor Untuk mengangkat suatu benda dengan ketinggian atau jarak tertentu membutuhkan kerja yang sama tanpa memperhatikan kerja tersebut dilakukan dalam 1 detik, 1 jam maupum 1 tahun. Laju kerja yang dilakukan dalam satuan waktu disebut dengan daya. Jadi jika ΔW dilakukan dalam selang waktu Δt maka daya rata-rata P dapat didefinisikan sebagai berikut :

Daya rata − rata =

Kerja yang dilakukan

Selang waktu

ΔW P =

Δt (2-2) Daya motor diukur dari berapa besarnya kerja yang dilakukan oleh motor

tersebut pada waktu tertentu, umumnya daya dihitung dalam 1 detik 75 m-kg ( 1 Horse Power).

Bila tenaga kuda adalah jumlah kerja motor yang disalurkan dalam waktu tertentu, torsi dapat dijadikan sebagai ukuran kerja yang dilakukan oleh suatu motor. Dalam menghitung daya motor biasanya daya (horse power) dinyatakan per detik, kecepatan putaran per menit, dan torsi dalam Nm sehingga dapat ditulis dalam persamaan sebagai berikut :

(2-3)

75 x 60 Keterangan :

P : Daya motor (HP)

T : Torsi motor (kgf.m) N

: Putaran motor (rpm)

1 : Faktor konversi satuan kgf-m menjadi satuan HP

75

2 π : Faktor konversi kecepatan putar (rpm) menjadi kecepatan

60 translasi (m/detik)

Daya pada sebuah motor dapat dipengaruhi oleh ukuran diameter silinder, langkah torak, perbandingan kompresi serta rendemen-rendemen (efisiensi). Dalam memperjelas hal tersebut seperti diuraikan dibawah ini (Dasar-Dasar Automobil, 1990:11)

a. Volume Silinder (Displacement) Diameter silinder dan langkah torak merupakan dua faktor penting

dalam menentukan kemampuan motor. Hal ini karena banyak sedikitnya bahan bakar yang dibakar oleh motor tergantung dari volume silinder yang mana volume ini tergantung dari besarnya diameter silinder dan panjang langkah torak. Langkah torak dihitung dari jarak antara titik mati atas dengan titik mati bawah. Semakin besar diameter silinder dan langkah torak berarti semakin banyak bahan bakar yang bisa dibakar sehingga tenaga yang dihasilkan akan besar pula.

Gambar 2.6 Silinder displacement [Sumber : Heywood, John B, 1989: 9]

Harga volume silinder dapat ditentukan dengan persamaan dibawah ini :

D V 2 = π . ()

2 . L . N (2-4) Keterangan :

V : Total displacement

D : Diameter silinder L : Langkah torak

N : Jumlah silinder

Pada umumnya displacement yang besar maka jumlah campuran bahan bakar dan udara yang dihisap ke dalam silinder akan lebih banyak, tekanan pembakaran bertambah sehingga tenaga yang dihasilkan akan lebih besar pula.

b. Perbandingan Kompresi Perbandingan kompresi (compression ratio) diukur dengan banyaknya

campuran bahan bakar dan udara yang dapat masuk ke dalam silinder selama langkah hisap (volume silinder), yang di pampatkan pada langkah kompresi. Volume sisa pada bagian atas silinder bila torak sudah mencapai titik mati atas (volume ruang bakar). Perbandingan kompresi adalah perbandingan antara volume silinder ditambah dengan volume ruang bakar dan dibagi dengan volume ruang bakar. Perbandingan kompresi yang dipertinggi menyebabkan tekanan pembakaran akan bertambah besar namun tidak boleh melebihi batasan tertentu karena akan mengakibatkan terjadinya knocking yang akan menurunkan daya mesin.

Vs + Vrb

Perbanding an Kompresi = (2-5)

Vrb

Keterangan : Vs : Volume silinder (cm 3 )

Vrb : Volume ruang bakar (cm 3 )

Pada umumnya perbandingan kompresi untuk motor bensin 8 sampai 11.

c. Efisiensi Volumetric dan Efisiensi Pengisian (Volumetric Effisiensi dan Charging Effisiensi) Berdasarkan teori besarnya tenaga hasil pembakaran dipengaruhi jumlah

campuran udara dan bahan bakar yang masuk kedalam silinder selama langkah hisap. Pada kenyataanya jumlah campuran yang dihisap oleh motor berbeda dan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain; tekanan, suhu, campuran udara dan bahan bakar yang masuk kedalam silinder selama langkah hisap. Pada kenyataanya jumlah campuran yang dihisap oleh motor berbeda dan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain; tekanan, suhu,

Bila suhu absolut dan tekanan masing-masing adalah T dan P dan keadaan standart T 0

0 = 15 dan P 0 = 760 mm Hg, efisiensi volumetric dan efisiensi pengisiannya sebagai berikut :

Efisiensi volumetric Vol . camp . udara & ben sin pada P dan = T Volumetric effisiensi

Volume langkah

Berat camp . udara & ben sin pada P dan = T Berat camp . dalam langkah volume pada P dan T

Efisiensi pengisian Vol . camp . yang dihisap pada P & T dirubah ke P 0 & T = 0 ( Ch arg ing effisiensi )

Volume langkah

Berat camp . udara & ben sin pada P dan = T Berat camp . dalam volume langkah pada P 0 dan T 0

Hasil perhitungan efisiensi volumetric tidak akan diperoleh tanpa terlebih dahulu mengetahui tekanan dan suhu dari keadaan pemasukan, tetapi pada efisiensi pengisian volume absolut campuran udara dan bensin dapat diselesaikan sebab kondisi standarnya telah diketahui.

Harga efisiensi pengisian berbanding langsung dengan out put mesin sehingga akan lebih baik jika dibuat sebesar mungkin. Harga efisiensi mencapai 100% tidak memungkinkan karena adanya tahanan sistem hisap dan efek-efek gas buang, harga umumnya berkisar antara 65 – 85%. Efisiensi pengisian hanya bisa ditingkatkan jika menggunakan pendorong Harga efisiensi pengisian berbanding langsung dengan out put mesin sehingga akan lebih baik jika dibuat sebesar mungkin. Harga efisiensi mencapai 100% tidak memungkinkan karena adanya tahanan sistem hisap dan efek-efek gas buang, harga umumnya berkisar antara 65 – 85%. Efisiensi pengisian hanya bisa ditingkatkan jika menggunakan pendorong

diberikan dengan panas yang dirubah kedalam pekerjaan efektif. Misalkan panas yang dihasilkan dari pembakaran campuran udara bahan bakar yang

dimasukkan kedalam silinder adalah Q 1 Kcal dan panas yang hilang pada dinding silinder serta bagian-bagian lainnya adalah Q 2 Kcal.

Efisiensi Thermis = (2-6)

keterangan diatas Q 1 –Q 2 Kcal adalah tenaga nyata yang digunakan.

Exhaust gas loss 34%

Effective work

Cooling loss

Mechanical loss Pumping loss

Gambar 2.7 Diagram kesetimbangan panas motor [Sumber : Dasar-Dasar Automobil, 1990:13]

e. Efisiensi Mekanis Sebagian gaya indikasi tiap langkah kerja digunakan untuk proses motor

itu sendiri. Pemakaian tenaga lain untuk melawan tahanan gesek dari bearing, piston dan komponen-komponen mesin lainnya. Semua tenaga

yang hilang akibat gaya-gaya di atas disebut dengan kerugian gesek (N f ) dimana :

Kerugian gesek sulit diukur secara tepat, pendekatan yang umum dilakukan pada mesin putaran tinggi adalah menggunakan dynamometer. Kecepatan mesin, setting throttle, temperatur pelumas dan tekanan atmosfir dijaga dalam kondisi yang stabil selama pengujian. Kesalahan umum yang terjadi pada metode ini adalah gaya tekanan gas pada piston dan ring piston selama pengujian lebih rendah dari kondisi mesin di lapangan.

Perbandingan tenaga pengereman yang dihasilkan mesin dan daya indikasi disebut dengan effisiensi mekanik η dimana : m

(2-8) N i

Tenaga untuk siklus kerja engine termasuk dalam kerugian gesek, efisiensi mekanik tergantung pada desain posisi throttle sesuai putaran mesin. Pada mesin-mesin modern efisiensi mencapai 90% pada 1800-2400 rpm, menurun menjadi 75% pada putaran maksimal.

3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) Besarnya daya dan torsi suatu motor merupakan hasil dari pembakaran campuran bahan bakar dan udara dalam ruang silinder / bakar. Banyaknya bahan bakar dan udara yang dirubah menjadi daya ditunjukkan dalam satuan berat kilogram. Hal ini berarti banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi oleh motor dibandingkan daya yang dihasilkan dalam tiap satuan waktu akan didapatkan besaran yang disebut dengan konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumtion/ sfc).

Tingkat pemakaian bahan bakar dalam suatu motor baik ataupun buruknya akan ditentukan dengan banyaknya bahan bakar yang diberikan dan tenaga kuda (daya) yang dihasilkan saat itu. Hal itulah yang berbeda dengan pemakaian bahan bakar saat motor berjalan, tidak selamanya dapat dikatakan bahwa motor-motor dengan volume silinder (displacement) yang besar akan berarti pemakaian bahan bakarnya tinggi/boros.

Nilai konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

mbb sfc =

(2-9) Pxt

.......... ......( Kg / HP − h )

Keterangan : sfc : Specific fuel consumtion (Kg/HP-h)

mbb : Berat bahan bakar yang dikonsumsi (kg) m f : Konsumsi bahan bakar (Kg/h) P

: Daya out put (HP)

t : Waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (h) Pada penelitian ini perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik dihitung

secara ekonomi dengan mengetahui bahan bakar yang dijual di pasaran yaitu pada bahan bakar premium dengan harga Rp 4500,- tiap 1000cc atau 0,723kg dan pada

bahan bakar asetilen dengan harga Rp 150.000,- tiap 4 kg atau 21 kg/cm 2 . Sehingga rumus yang di dapat adalah

sfc ekonomi =

mbbxh arg abb

.......... ......( Rp / HP − h )

(2-10)

Keterangan : Sfc ekonomi : Specific fuel consumtion secara ekonomi (Rp/HP-h)

mbb : Berat bahan bakar yang dikonsumsi (kg) Harga bb

: - Harga bb premium (Rp 4500,- tiap 1000cc atau 0,723kg) - Harga bb asetilen (Rp 150.000,- tiap 4kg atau 21kg/cm 2 )

P : Daya out put (HP)

t : Waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (h) Untuk mengetahui konsumsi bahan bakar secara ekonomi yaitu dengan

cara volume bahan bakar yang dikonsumsi dikalikan dengan harga bahan bakar kemudian dibagi dengan waktu yang dibutuhkan. Dengan rumus yaitu

mf ekonomi =

mbbxh arg abb

.......... ......( Rp / h )

(2-11)

Keterangan : m f ekonomi : Konsumsi bahan bakar secara ekonomi (Rp/h)

D. Teori Pembakaran

1. Bahan Bakar Hampir semua jenis bahan bakar saat ini diturunkan dari minyak bumi. Secara prinsip komponen minyak adalah hidrokarbon. Antara lain jenis parafins/ alkana dengan rumus kimia C n H 2n+2 , napthenes / cyclanes dengan rumus kimia

C n H 2n , hidrokarbon aromatic C n H 2n-6 , dan olefins C n H 2n [Sumber : Mathur, ML, R.P Sharma, 1980: 232].

Sifat alamiah dari bahan bakar adalah sebagai berikut:

a. Volatility ( penguapan) adalah kamampuan menguap dari bahan bakar pada temperatur tertentu dalam proses distilasi.

b. Titik nyala adalah temperatur tertentu diniana bahan bakar dapat terbakar tanpa bantuan percikan api.

c. Specific gravitasi merupakan perbandingan berat jenis bahan bakar terhadap acuan tertentu ( berat jenis air atau udara).

d. Nilai bakar adalah jumlah energi yang terkandung dalam bahan bakar.

2. Premium Premium merupakan campuran hidrokarbon parafin, olefin, napthenes, dan aromatic. Komposisi premium bervariasi tergantung pada sumber minyak bumi dan proses refining.

Premium mempunyai temperatur nyala minimum 360°C. Premium dipasaran mernpunyai mempunyai angka oktan RON (Research Octan Number) minimal 88, MON (Motor Ocian Number) 83-90, LHV 44585 kJ/kg, (A/F)s 14,6,

berat jenis 0,723 gr/cm 3 . [Sumber : Ahadiat, Nur:38] Biasanya untuk meningkatkan angka oktan dari premium ditambahkan zat

anti knock seperti TEL (Tetra Ethyl Lead) dan TML (Tetra Methyl Lead) yang merupakan aditif anti knock yang sangat efisien. Tetapi senyawa ini mengandung logam berat (timbal) yang sangat berbahaya pada kesehatan manusia.Berikut ini adalah spesifikasi bahan bakar premium :

Tabel.2.1 Spesifikasi bahan bakar premium BATASAN METODE TEST

SIFAT SATUAN MIN MAKS ASTM LAIN

Angka Oktan Riset

Kandungan Timbal (Pb)

Distilasi : 10% Vol. Penguapan

°C

50% Vol. Penguapan

°C

90% Vol. Penguapan

°C

Titik Didih akhir

°C

Residu %Vol 2,0 Tekanan Uap Reid pada

kPa 62 D-323 37,8°C

Getah Purwa

Mg/100ml

D-381

Periode Induksi

Kandungan belerang

Korosi Bilah Tembaga No.1 D-130

3 jam / 50°C Uji Doctor atau

Negatif

IP 30

Belerang Mercaptan

Warna Kuning Visual Kandungan pewarna

Gr/100lt

(Anonim,1998)

3. Asetilen Asetilen adalah gas yang tidak berwarna, mudah terbakar, dengan bau mirip bawang putih. Asetilen adalah gas sintetis yang diproduksi dari reaksi kalsium karbid dengan air, dan disimpan dalam silinder yang berisi cairan aseton.

Asetilen diperoleh lewat reaksi kimia dalam bentuk gas. Karena berbentuk gas, maka asetilen memerlukan perlakuan khusus, terutama dalam penyimpanan dan penggunaannya. Agar lebih fleksibel dalam penggunaanya gas asetilen disimpan dalam tabung, yang dapat dipindah-pindah dan mudah penggunaannya.

Asetilen (C 2 H 2 ) diperoleh dengan cara mereaksikan CaC 2 (kalsium karbida) dengan air. Karbid atau CaC 2 adalah senyawa kimia antara CAO (kapur)

dan C ( karbon). Sehingga menghasilkan gas hidrokarbon yang diperoleh dari dan C ( karbon). Sehingga menghasilkan gas hidrokarbon yang diperoleh dari

CaO + 3C CaC 2 + CO

Batu kapur Karbon Karbid Karbon Monoksida

CaC 2 + 2H 2 O C 2 H 2 + Ca(OH) 2

Kalsium Karbid Air Asetilen Kapur Tohor [Sumber : Arifin, 1997 : 86]

Reaksi kimia dari pembakaran asetilen dengan oksigen adalah

2C 2 H 2 + 5O 2 2 4 CO

+ 2H 2 O

Asetilen Oksigen Karbon Dioksoda Air Asetilen disimpan dalam tabung asetilen yang didalamnya diisi dengan

alat bahan berpori seperti kapas sutera tiruan atau asbes yang berfungsi sebagai penyerap aseton. Aseton adalah bahan dimana asetilen dapat larut dengan baik dan aman dibawah pengaruh tekanan. Berikut ini adalah sifat fisika dan kimia gas asetilen :

Tabel 2.2. Sifat fisika dan kimia gas asetilen

Simbol / Besaran Simbol Molekul

Uraian

C 2 H 2 Berat Molekul

26,04 Relative density pada 32°F dan 1 atm

0,906 Spesific gravity dari cairan pada -112°F

0,613 Spesific volume dari gas pada 1 atm cuft/lb pada 70°F

14,7 Titik sublimasi pada tekanan 1 atm

-118°F Titik didih pada tekanan 10 psig

-103°F Titik lebur pada tekanan 10 psig

-116°F Panas latent penguapan pada titik triple

264 Btu/lb Panas specific (cp) pada 60°F dan tekanan 1 atm

0,383 Cp/cv pada 60°F dan tekanan 1 atm

1,26 Panas pembakaran kotor

1451 Btu/cuft Panas pembakaran kritis

1407 Btu/cuft Tekanan kritis

907°F Temperatur kritis

96,8°F Kelarutan dalam air pada 32°F

1,7 vol/vol Kelarutan dalam air pada 32°F

1,1 vol/vol

Gambar 2.8 Tabung Asetilen

Keluarnya gas asetilen pada tabung dapat diatur dengan alat yang disebut regulator. Regulator adalah alat atau perlengkapan dari tabung gas yang berfungsi sebagai alat untuk mengatur besarnya tekanan kerja. Besarnya tekanan kerja dapat diatur dengan cara mengatur katup. Pada regulator terdapat dua buah alat pengukur tekanan yang disebut manometer yaitu manometer tekanan isi dan manometer tekanan kerja. Tugas utama regulator adalah menurunkan tekanan tinggi gas pada tabung ke tekanan kerja yang sesuai dan mempertahankan tekanan kerja yang stabil meskipun tekanan pada tabung berubah-ubah. Tekanan kerja

asetilen yang dipakai pada penelitian ini adalah 0,075 – 0,2 kg/cm 2 .

Gambar 2.9 Regulator

Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor pada penelitian ini maka diperlukan alat pemisah aliran bahan bakar khusus yang dibuat oleh peneliti.Alat ini berguna untuk memisahkan aliran bahan bakar premium dan asetilen.Pada penelitian ini bahan bakar premium dan asetilen di operasikan secara sendiri-sendiri.

Bagian-bagian dari alat pemisah aliran bahan bakar adalah

a. Intake manifol dibuat bercabang berfungsi untuk aliran bahan bakar premium dan asetilen

b. Stop kran pipa ukuran 1”terdapat dua buah yang masing-masing berfungsi:

1. Untuk aliran campuran bahan bakar premium dan udara

2. Untuk aliran campuran bahan bakar asetilen dan udara

c. Kran aliran gas asetilen berfungsi untuk mengatur besar kecilnya gas yang dimasukkan ke intake manifol

d. Corong berfungsi sebagai tempat untuk anemometer agar tidak terjadi kebocoran aliran udara yang masuk

e. Busur derajat terdapat tiga buah yang masing-masing berfungsi :

1. untuk mengetahui pembukaan kran asetilen

2. untuk mengetahui pembukaan kran aliran campuran asetilen dan udara

3. untuk mengetahui pembukaan kran aliran campuran bahan bakar premium dan udara

f. Fiber paking dibuat ulir terdapat dua buah yang berfungsi untuk menghindari kebocoran pada campuran bahan bakar dan udara yang melewati intake manifol.

g. Dobble nepel ukuran ¾” terdapat empat buah yang berfungsi sebagai penghubung antara stop kran dengan fiber paking dan untuk menyamakan diameter dalamnya intake manifol.

h. Jarum penunjuk terdapat tiga buah yang berfungsi untuk menunjukkan derajat pembukaan kran.

Gambar 2.10 Alat pemisah aliran bahan bakar

E. Fenomena Pembakaran

Pembakaran normal adalah proses pembakaran dimana sumber api hanya berasal dari percikan api busi dan nyala api menyebar keseluruh ruang bakar secara seragam dan dengan kecepatan yang normal. [Sumber : Heywood, John B,1988: 375]. Pembakaran ini dimulai sesaat sebelum akhir langkah pemampatan dan diakhiri sesaat setelah melewati titik mati atas. Pada pembakaran ini suhu ruang bakar akan mencapai 2100 K hingga 2500 K [Surnber : Arends, BPM& Berenschot, 1980: 60].

Pembakaran tidak normal adalah pembakaran dimana nyala api tidak dimulai dari percikan api busi tetapi dari titik panas pada permukaan ruang bakar baik sebelum penyalaan ataupun sesudah penyalaan. Pembakaran tidak normal dapat dikelompokan menjadi dua bagian yaitu: spark knock dan surface ignition. Spark knock adalah suara bising yang ditimbulkan oleh pembakaran sendiri dari campuran bahan bakar dengan udara yang berada di depan nyala api normal dan Pembakaran tidak normal adalah pembakaran dimana nyala api tidak dimulai dari percikan api busi tetapi dari titik panas pada permukaan ruang bakar baik sebelum penyalaan ataupun sesudah penyalaan. Pembakaran tidak normal dapat dikelompokan menjadi dua bagian yaitu: spark knock dan surface ignition. Spark knock adalah suara bising yang ditimbulkan oleh pembakaran sendiri dari campuran bahan bakar dengan udara yang berada di depan nyala api normal dan

Gambar 2.11 Pembakaran normal dan pembakaran sendiri [Sumber : Arends, BPM & Berenschot, 1980: 60]

Dalam pembakaran normal, pembakaran terjadi secara teratur yang lamanya kira-kira tiga milidetik dan perjalanan tekanan terjadi secara teratur di atas piston seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.8. a s/d d.

2.11 e s/d h, sebagian dari isi silinder terbakar dalam waktu yang sangat singkat (sepersepuluh sampai seperlima puluh milidetik). Disebabkan oleh singkatnya pembakaran, tekanan dalam seluruh ruang pembakaran tidak dapat sama sehingga terjadilah gangguan keseimbangan (dengan tekanan tinggi setempat). [Sumber : Arends, BPM& Berenschot, 1980: 61].

F. Teori Kinetik Gas

Teori kinetik zat membicarakan sifat zat dipandang dari sudut momentum. Peninjauan teori ini bukan pada kelakuan sebuah partikel, tetapi diutamakan pada sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel zat tersebut.

1. Sifat Gas Umum

a. Gas mudah berubah bentuk dan volumenya.

b. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

2. Sifat Gas Ideal

a. Gas terdiri atas partikel-partikel dalam jumlah yang besar sekali, yang senantiasa bergerak dengan arah sembarang dan tersebar merata dalam ruang yang kecil.

b. Jarak antara partikel gas jauh lebih besar daripada ukuran partikel, sehingga ukuran partikel gas dapat diabaikan.

c. Tumbukan antara partikel-partikel gas dan antara partikel dengan dinding tempatnya adalah elastis sempurna.

d. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

3. Persamaan Gas Ideal dan Tekanan (P) Gas Ideal P V = n R T = N K T (2-12) n = N/N o

(2-13) Keterangan :

T : Suhu (°K) R

:K.N o : 8,31 )/mol. °K N

: Jumlah pertikel P

: (2N / 3V) . E k °T = 2E k /3K (2-14) Keterangan :

V 3 : Volume (m ) n

: Jumlah molekul gas K -23 : Konstanta Boltzman = 1,38 x 10 J/°K

N 23

: Bilangan Avogadro = 6,023 x 10 /mol

4. Energi Total (U) dan kecepatan (v) Gas Ideal

E k = 3KT/2 (2-15) U=NE k = 3NKT/2 (2-16) Keterangan :

E k : Energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal U

: Energi dalam gas ideal = energi total gas ideal v: Kecepatan rata-rata partikel gas ideal Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan:

a. Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya.

b. Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas.

c. Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas.

d. Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha .

e. Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya. Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:

a. Pada (n, T) tetap, (isotermik) berlaku Hukum Boyle: PV = C

Grafik 2.1 Hubungan antara tekanan dan volume [Sumber : Wps Prenhall]

Gambar 2.12 Hubungan antara tekanan dan volume [Sumber : Wps Prenhall]

b. Pada (n,P) tetap, (isobarik) berlaku Hukum Gay-Lussac: V/T= C

Grafik 2.2 Hubungan antara volume dan temperatur [Sumber : Wps Prenhall]

Gambar 2.13 Hubungan antara volume dan temperatur [Sumber : Wps Prenhall]

c. Pada (n, V) tetap, (isokhorik) berlaku Hukum Gay-Lussac: P/T=C

Grafik 2.3 Hubungan antara tekanan dan temperature [Sumber : Wps Prenhall] Grafik 2.3 Hubungan antara tekanan dan temperature [Sumber : Wps Prenhall]

C = konstan Jadi:

(P 1 .V 1 )/T 1 = (P 2 .V 2 )/T 2 =...dst.

G. Differential Dynamometer

Prinsip pengukuran daya adalah terjadinya pengereman pada sistem yang mengakibatkan adanya pembebanan pada mesin. Hasil dari peristiwa ini adalah terukurnya daya out put pada putaran tertentu. Differential dynamometer merupakan alat uji daya dan torsi sepeda motor yang memanfaatkan konsep kesetimbangan gaya pada differential dan konsep tekanan fluida statis (konsep Pascal) sebagai media pembacanya, yang mana pembebanan motor diatur melalui pembebanan pompa dengan pemampatan fluida cair melalui keran-keran pengatur.

Beberapa prinsip yang mendasari konsep kerja dari differential dynamometer dijelaskan sebagai berikut :

1. Prinsip Differensial Gear Differential gear dapat dijelaskan sebagai rangkaian dua buah roda gigi sesumbu yang dihubungkan oleh satu atau lebih planetary gear yang ditempatkan diantara porosnya dan dipasang pada suatu meja putar atau turn table yang digerakkan ring gear. Biasanya dibidang otomotif planetary gear pada differential 1. Prinsip Differensial Gear Differential gear dapat dijelaskan sebagai rangkaian dua buah roda gigi sesumbu yang dihubungkan oleh satu atau lebih planetary gear yang ditempatkan diantara porosnya dan dipasang pada suatu meja putar atau turn table yang digerakkan ring gear. Biasanya dibidang otomotif planetary gear pada differential

Gambar 2.14 Jenis-jenis differential gear [Sumber : The Antikythera Mechanism II]

Differential gear secara dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu :

a. Straight-line differential Differential yang digunakan sebagai pembeda gerakan antara dua buah rack.

b. Rotary differential Differential yang digunakan sebagai pembeda putaran dua buah poros

dimana putaran keduanya saling mempengaruhi.

c. Planetary differential Differential yang digunakan sebagai pembeda putaran dua buah poros dimana putaran keduanya tidak saling mempengaruhi.

2. Konsep Differential Gear pada Mobil Differential gear pada mobil termasuk jenis rotary differential. Konsep differential gear pada mobil digunakan sebagai pembeda putaran roda belakang mobil berdasarkan perbedaan bebannya, pada saat mobil ter sebut berbelok.

Gambar 2.15 Konstruksi differential gear mobil [Sumber : Automobile Differential Gears]

Analisa differential gear mobil didasarkan pada analisa straight-line differential, baik distribusi putarannya maupun pembebanannya. Analisa straight- line differential sebagai berikut :

Gambar 2.16 Konsep straight-line differential [Sumber : Automobile Differential Gears]

Analisis dalam hal ini pinion gear dianggap bebas berputar pada plat penggerak, jika kecepatan driven plat Va, kecepatan rack atas Vb, kecepatan rack bawah Vc, maka perbandingan ketiganya diberikan dalam persamaan berikut:

Vb + Vc Va =

(2-17)

2 Persamaan ini dapat diterapkan pada rotary differential dengan memberikan kecepatan dalam bentuk kecepatan putar sehingga : nb + nc

na = (2-18)

2 Keterangan : na : Kecepatan putar ring gear

nb, nc : Kecepatan putar masing- masing poros out put.

3. Konsep Kesetimbangan Differential pada Differential Dynamometer Rangkaian pada differential dynamometer ini, poros output pada sisi pembaca beban digunakan untuk menekan sebuah tabung hidrolik, sehingga kecepatannya bisa diabaikan,Vc=0, sehingga perbandingan putarannya adalah :

nb + 0 na =

2 (2-19) nb = 2 na

jumlah putaran pada poros out put yang bebas adalah dua kali jumlah putaran dari ring gear.

Konsep kesetimbangan beban pada rotary differential juga bisa disederhanakan dengan melihat analisa pada straight-line differential. Pada straiht-line differential setiap perpindahan satu gigi pada satu sisinya akan secara langsung memindahkan juga satu gigi pada sisi rack yang lain, Penyederhanaan analisa bisa dengan analogi dua rack itu sebagai sebuah tali dan pinion gear sebagai sebuah puli, sehingga sistem straight-line differential sebagai rangkaian Konsep kesetimbangan beban pada rotary differential juga bisa disederhanakan dengan melihat analisa pada straight-line differential. Pada straiht-line differential setiap perpindahan satu gigi pada satu sisinya akan secara langsung memindahkan juga satu gigi pada sisi rack yang lain, Penyederhanaan analisa bisa dengan analogi dua rack itu sebagai sebuah tali dan pinion gear sebagai sebuah puli, sehingga sistem straight-line differential sebagai rangkaian

Gambar 2.17 Kesetimbangan pada pulley dan tali [Sumber : Rudenko, N, 1992: 60]

Dari gambar diatas didapatkan : s = 2 h

(2-20) c = 2 v

(2-21) dengan : s : Jarak perpindahan W

h : Jarak perpindahan F

c : Kecepatan gerak tali

v : Kecepatan gerak sumbu pulley Bila hambatan gesek pulley, dan faktor kekakuan tali diabaikan, maka

berdasarkan persamaan Newton III dimana aksi sama dengan reaksi persamaan berdasarkan persamaan Newton III dimana aksi sama dengan reaksi persamaan

F = W + S (2-22) F = 2 W

Persamaan ini dapat diaplikasikan pada sistem rotary differential dengan, mengganti faktor h dengan n, dan arena gaya pada suatu sisten rotary selalu berhubungan denga faktor radius perputarannya (r) dimana :

T = F . r (2-23) pada sistem ini kesetimbangan gaya kita gantikan dengan kesetimbangan torsi, dan kecepatan dalam kecepatan putar, sehingga persamaan diatas, menjadi :

Tb = Tc Ta = Tb + Tc (2-24) Ta = 2 Tb

nb + 0 na =

2 (2-25) nb = 2 na

Persamaan ini dapat kita buktikan menggunakan prinsip pentransmisian daya dengan angka effisiensi dianggap 1 :

Na = Nb (2-26)

2 π . Ta . na = 2 π . Tb . nb untuk na = nb , persamaannya menjadi :

Keterangan: Ta : Torsi ring gear

Tb : Torsi out put shaft bebas

Tc : Torsi out put shaft diam Berdasar uraian diatas dapat disimpulkan bahwa untuk kondisi praktis