Motor bensin 160 cc 4 langkah dengan instalasi oil cooler = 160 cc four stroke gasoline engine with oil cooler installation - USD Repository

  

MOTOR BENSIN 160 cc 4 LANGKAH

DENGAN INSTALASI OIL COOLER

  Tugas Akhir Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh:

  Nama : Hubertus Tri Adi Nugroho NIM : 025214047

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  160 cc FOUR STROKE GASOLINE ENGINE WITH OIL COOLER INSTALLATION Final Project

  Presented as particial fulfillment of the requirement As to the Sarjana Teknik Degree

  In Mechanical Engineering by: Hubertus Tri Adi Nugroho

  025214047

  Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department Science and Technology Faculty

  INTISARI

  Mesin motor bakar kondisi standar pabrik yang digunakan menggunakan pendinginan dengan membuat sirip-sirip pada kepala silinder. Sirip-sirip yang telah ada tidak dihilangkan tetapi akan ditambahkan perangkat oil cooler.Oil

  

coller adalah pendingin minyak pelumas. Pada naskah ini penulis

  membandingkan kebutuhan bahan bakar aktual,perbedaan suhu antara mesin sepeda motor tanpa oil cooler dan dengan oil cooler.

  Untuk memasang oil cooler pada sepeda motor, diperlukan perubahan pada saluran minyak pelumas. Perubahan dilakukan dengan membuat jalur baru yang nantinya akan diteruskan ke oil cooler. Saluran minyak pelumas yang dipakai adalah saluran dari pompa oli yang menuju ke kepala silinder. Hal yang terpenting diperhatikan dalam pemasangan adalah perubahan debit minyak pelumas, perubahan yang dilakukan haruslah aman.Debit minyak pelumas harus dapat memenuhi tugas minyak pelumas sebagai fluida pelumas mesin.

  Dari percobaan diketahui kebutuhan bahan bakar sepeda motor tanpa oil cooler adalah 0,023 Liter/Km, sedangkan kebutuhan bahan bakar sepeda motor dengan oil cooler adalah 0,021 Liter/Km. Dalam percobaan didapatkan pengurangan penggunaan bahan bakar sebesar 4,3 %. Dan terjadi perubahan suhu minyak pelumas masuk dan keluar oil coller rata-rata sebesar 27,8141 % dan perubahan suhu minyak pelumas di bak transmisi sebesar 8,154516 %.

  

Kata Pengantar

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  Dalam Tugas Akhir ini penulis membandingkan kebutuhan bahan bakar aktual, antara mesin sepeda motor tanpa oil cooler dan dengan oil cooler.

  Penulis menyadari bahwa terselesaikannya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan banyak pihak, bantuan sekecil apapun dan dalam bentuk apapun yang sangat berarti bagi terselesaikannya tugas akhir ini.

  Oleh karena itu, pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Ir. Greg. Heliarko, S.J, S.S, B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

  2. Budi Sugiharto S.T, M.T Kepala Program Studi Teknik Mesin.

  3. Yosef Agung Cahyanta S.T, M.T selaku Dosen Pembimbing I.

  4. Ir. Fx Agus Unggul .S selaku Dosen Pembimbing II 5.

  Ayahanda Lucius Sanmuntalip, Ibunda Yosephine Sutini dan segenap keluarga yang telah memberikan doa dan semangat.

  6. Dian Triana yang telah memberikan dorongan mental dan semangat kepada penulis.

8. Rekan-rekan penulis, Kirun, Bagas, Fasha, Bob, Lukas, Anton, Danang,

  Natalia, Marko, Agiet, Budy, Ucup, Landung, Andi, Freedy Caw dan semua teman yang telah memberi dukungan, sebuah kenangan tersendiri dapat bersama kalian.

  9. Serta semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan maupun penyusunan Tugas Akhir ini, yang tidak dapat penulis sebutkan satu- persatu. Meskipun penulis sudah dengan maksimal dalam pembuatan Tugas Akhir ini, namun penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Untuk itu saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak sangat kami harapkan demi sempurnanya Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya.

  Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terimakasih.

  Yogyakarta, September 2006 Penulis

  DAFTAR ISI

Halaman judul........................................................................................................ i

Title Page ............................................................................................................... ii

Lembar Pangesahan ............................................................................................ iii

Daftar Panitia Penguji......................................................................................... iv

Pernyataan..............................................................................................................v

Intisari................................................................................................................... vi

Kata Pengantar ................................................................................................... vii

Daftar Isi ............................................................................................................... ix

Daftar Tabel ......................................................................................................... xi

Daftar Gambar.................................................................................................... xii

Daftar Notasi ...................................................................................................... xiv

  

BAB I PENDAHULUAN ...............................................................................1

  1.1 Pendahuluan............................................................................................1

  1.2 Batasan Masalah .....................................................................................2

  1.3 Metode Perumusan Masalah ...................................................................3

  1.4 Metode Penyelesaian Masalah................................................................3

  1.5 Metode Pengumpulan Data.....................................................................4

  1.6 Metode Penelitian ...................................................................................5

  1.7 Tujuan Dari Penelitian Tugas Akhir .......................................................5

  

BAB II DASAR TEORI ...................................................................................6

  2.1 Tinjauan Umum Motor Bakar.................................................................6

  2.2 Prinsip Kerja Mesin 4 Langkah ............................................................10

  2.3 Siklus Thermodinamika ........................................................................14

  2.4 Oil Cooler (Pendinginan Minyak Pelumas)..........................................18

  

BAB III PERHITUNGAN KERJA SIKLUS .................................................21

  3.1 Data Kendaraan Kondisi Standar..........................................................21

  3.3 Langkah Kompresi................................................................................31

  3.4 Proses Pembakaran ...............................................................................32

  3.4.1 Reaksi Kimia Pembakaran Bahan Bakar dan Udara.............................33

  3.4.2 Koefisien Kelebihan Udara...................................................................34

  3.5 Langkah Ekspansi .................................................................................43

  3.5.1 Karakteristik Kerja Motor.....................................................................44

  3.5.2 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik .........................................................47

  

BAB IV METODE DAN DATA PERCOBAAN ...........................................49

  4.1 Instalasi Oil Cooler ...............................................................................49

  4.1.1 Memasang Oil Cooler...........................................................................49

  4.1.2 Debit Minyak Pelumas..........................................................................50

  4.2 Jenis Perpindahan Kalor Umum Pada Keseluruhan Instalasi...............51

  4.3 Pelaksanaan Percobaan..........................................................................52

  4.4 Efektifitas dan Efisiensi Thermal Oil Cooler........................................55

  4.5 Efektifitas Bahan Bakar dengan Instalasi Oil Cooler...........................63

  

BAB V KESIMPULAN ..................................................................................68

  5.1 Kesimpulan……………………………………………………………68

  5.2 Saran…………………………………………………………………..69

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

  Tabel 3-1 Sifat-sifat udara pada tekanan atmosfer ..............................................28

  Tabel 3-2 Komposisi elementary dan karakteristik dari bensin dan solar...........36

  Tabel 3-3 μ ) pada volume konstan ...........39 c _V Kapasitas molar jenis molar gas ( Tabel 3-4

  Energi internal hasil pembakaran (U) .................................................42 Tabel 3-5

  Faktor rugi-rugi mekanis.....................................................................46 Tabel 4-1

  Debit aliran minyak pelumas...............................................................50 Tabel 4-2 Data perubahan suhu oli dengan instalasi Oil Cooler ……………....55 Tabel 4-3 Data perbedaan suhu masuk dan keluar Oil Cooler.………………....56 Tabel 4-4 Prosentase penurunan suhu minyak pelumas pada oil cooler (%)…....57 Tabel 4-5 Data percobaan distribusi suhu oli tanpa oil cooler ............................59 Tabel 4-6 Perbedaan suhu oli mesin di bak transmisi dengan oil cooler dan tanpa oil cooler …………………………………………..............................61 Tabel 4-7 Prosentase perbedaan suhu minyak pelumas total dengan instalasi oil cooler …………………………………………..............................62 Tabel 4-8 Konsumsi bahan bakar motor bakar dengan oil cooler……………....64 Tabel 4-9 Konsumsi bahan bakar motor bakar tanpa oil cooler …………..…....65

  

DAFTAR GAMBAR

  Gambar 2-1 Torak dari mekanisme engkol..........................................................7

  Gambar 2-2 Posisi titik mati atas dan titik mati bawah .......................................8

  Gambar 2-3 Gambar susunan motor bakar 4 langkah..........................................9

  Gambar 2-4 Langkah hisap ................................................................................10

  Gambar 2-5 Langkah kompresi..........................................................................11

  Gambar 2-6 Langkah usaha ...............................................................................12

  Gambar 2-7 Langkah buang...............................................................................13

  Gambar 2-8 Gambar siklus Otto secara umum..................................................14

  Gambar 3-1 Diagram P-V dan T-S siklus udara konstan...................................23

  Gambar 4-1 Gambar Oil Cooler ........................................................................52 Gambar 4-2 Gambar pemasangan thermocouple pada percobaan mesin tanpa oil cooler........................................................................................53 Gambar 4-3 Gambar pemasangan thermocouple pada percobaan mesin dengan oil cooler........................................................................................54 Gambar 4-4 Grafik Suhu Masuk Oil Cooler......................................................56 Gambar 4-5 Grafik Suhu Masuk dan Keluar Oil Cooler...................................58 Gambar 4-6 Grafik perbedaan suhu oli mesin keluar, dengan dan tanpa oil

   Cooler ............................................................................................60

  Gambar 4-7 Grafik perbedaan suhu oli mesin masuk, dengan dan tanpa oil

   Cooler ............................................................................................63

DAFTAR NOTASI

  a in ρ dan ρ : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

  Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s) Vis : kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (m/s) H in dan H a : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu katup isap Β :

  Vis

  V _cyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan melintang berdasar pertimbangan.

  ζis : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil. A is : luasan lewat katup (m

  2

  ) V p max : kecepatan piston maksimum (m/s) A p : luasan piston (m

  2

  )

  d : diameter throat katup isap (m) r : jari-jari piston (m) _max h : tinggi angkat katup maksimum (m) h : tinggi angkat katup motor standar

  α

  : sudut dudukan katup S : panjang langkah (m) N : putaran mesin (rpm) T

  in

  : temperatur saluran isap

  ε : perbandingan kompresi

  T res : koefisien kapasitas residu _res γ

  : Koefisien gas buang _th A : Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol

  " _Z

  

U : Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur

  _Z maksimum ξ : Koefisien pemakaian panas

  λ : Rasio penambahan tekanan P z ’ : Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran T

  b :

  Temperatur akhir langkah ekspansi P i : Tekanan indikasi rata-rata actual W t : Tenaga yang dihasilkan N

  i :

  daya yang dihasilkan _h

  V : volume kerja silinder (Liter) _P V : kecepatan piston rata-rata (m/s) _mech

  η : Efesiensi mekanis g i : Pemakaian bahan bakar spesifik g b : Konsumsi bahan bakar efektif pengereman _i η : Efisiensi indikator

  : Efesiensi thermal efektif

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Pendahuluan

  Pemakaian kendaraan bermotor di Indonesia pada masa sekarang merupakan suatu kebutuhan yang sangat mempengaruhi kehidupan masyarakatnya.

  Ketergantungan yang timbul itu dikarenakan perannya yang penting di dalam berbagai aktivitas. Kendaraan yang paling banyak digunakan adalah transportasi darat, khususnya kendaraan bermotor. Sepeda motor adalah salah satu jenis kendaraan bermotor darat yang umum digunakan, begitu pula di Indonesia. Variasi bentuk dan teknologi yang ditawarkan merupakan pertimbangan pemilihan sepeda motor. Sepeda motor didesain dengan berbagai teknologi baru agar dapat memenuhi perannya yang penting di kalangan pemakainya. Tuntutan para pengguna sepeda motor tidak dapat disamakan, variasi kebutuhan pemakailah yang mempengaruhi perbedaan inovasi pada tiap jenis sepeda motor.

  Teknologi efisiensi dari sepeda motor merupakan salah satu pilihan inovasi yang berkembang. Kebutuhan bahan bakar minyak bumi yang semakin menipis dimuka bumi, merupakan alasan yang tepat mengapa efisiensi bahan bakar begitu berfariasi di berbagai pabrikan sepeda motor. Salah satu cara mengefesiensikan kebutuhan bahan bakar motor bakar adalah dengan kontrol temperatur dari motor bakar tersebut. Dengan pengkondisian temperatur yang tepat maka motor bakar dapat

  Suhu yang tepat adalah suhu dimana temperatur dari ruang bakar pada motor bakar tidak dapat merubah susunan molekul campuran bahan bakar dengan udara.

  Pada kenyataannya campuran bahan bakar dengan udara dapat terbakar sempurna pada temperatur yang tepat, tergantung pada kualitas dan kuantitas dari campuran tersebut. Bahkan ada beberapa kasus dimana suhu campuran bahan bakar dengan udara akan mencapai titik bakar dan akan terbakar dengan sendirinya sebelum mencapai ruang bakar. Saluran penghantar tersebut sering disebut dengan manifold atau saluran throat, yaitu saluran antara karburator dengan ruang bakar. Penambahan temperatur tersebut terjadi karena perpindahan kalor dari ruang bakar yang bertemperatur tinggi ke saluran throat hisap maupun buang.

  Campuran udara dan bahan bakar dapat dikatakan baik jika dapat terbakar dengan sempurna, tanpa ada bahan bakar yang ikut terbuang keluar. Dengan membuat pembakaran menjadi sempurna, maka dapat tercapilah keefisienan. Perubahan tamperatur campuran bahan bakar dengan udara membuat pembakaran tidak dapat sempurna. Maka dengan menekan perubahan temperatur, banyak digunakan metode-metode pendinginan. Metode-metode pendinginan itu salah satunya adalah oil cooler.

1.2 Batasan Masalah

  Dalam penelitian tugas akhir ini penulis membatasi masalah dengan melakukan penelitian dengan sepeda motor berkapasitas 160 cc, satu silinder. Sesuai dengan hal-hal yang telah penulis utarakan di sub-bab pendahuluan, penulis memilih penelitian pengkondisian suhu motor bakar dengan tipe perangkat “oil cooler” .

  Sesuai dengan fungsi dari oil cooler yang berhubungan erat dengan perpindahan kalor, maka penulis juga membatasi masalah. Perhitungan-perhitungan perpindahan panas tidak dibahas, akan tetapi prinsip-prinsip umumnya akan dijelaskan. Efektifitas dan efisiensi perpindahan kalor ditampilkan, yang berguna sebagai angka-angka pembanding.

  1.3 Metode Perumusan Masalah

  Perumusan masalah pada tugas akhir ini adalah penelitian perbedaan suhu pelumas dan konsumsi bahan bakar yang ada bila mesin motor bakar dengan oil

  

cooler dibandingkan dengan mesin motor bakar yang tidak menggunakan oil cooler.

  1.4 Metode Penyelesaian Masalah

  Metode penyelesaian masalah yang dilakukan oleh penulis dengan cara menghitung kerja siklus. Penulis juga melakukan penelitian dengan praktek operasional mesin yang dilakukan di laboratorium menggunakan alat-alat yang diperlukan agar nantinya data yang didapatkan dapat dibandingkan.

1.5 Metode Pengumpulan Data

  Pengumpulan data yang penulis dapat dilakukan dengan berbagai cara berikut :

  1. Metode pengumpulan dari berbagai sumber.

  Data yang didapatkan oleh penulis didapatkan dengan cara meminta dari sumber-sumber yang dapat dipercaya, disini penulis memilih dealer-dealer resmi Honda sebagai pabrikan dari sepeda motor yang saya teliti. Cara mendapatkanya dilakukan baik dengan permohonan resmi dan melewati internet.

  2. Metode pengambilan data dan penelitian Pengambilan data yang dilakukan di laboratorium dilakukan secara langsung, dengan pengambilan data yang dibatasi sesuai dengan batasan masalah yang telah diungkapkan diatas.

  3. Metode pengembangan dan pelengkap data penelitian Data-data yang telah didapatkan ternyata masih dapat diperkaya kebali. Cara pemerkayaan yang dilakukan oleh penulis, didapatkan dari berbagai buku referensi dan juga literatur yang mengacu pada penelitian.

  1.6 Metode Penelitian

  Metode penelitian yang dilakukan melalui beberapa tahap, tahap-tahap dari penelitian dapat dilihat dalam Diagram 1.1. berikut ini.

  Diagram 1.1. Urutan Penelitian Oil Cooler

  1.7 Tujuan Dari Penelitian Tugas Akhir

  Penelitian tugas akhir ini bertujuan untuk dapat mengetahui perbedaan kinerja mesin, yaitu perbedaan unjuk kerja mesin dengan atau tanpa oil cooler.

  Perbedaan tersebut meliputi konsumsi bahan bakar dan temperatur minyak pelumas.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Umum Motor Bakar

  Motor bakar (thermal engine) adalah mesin yang merubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik. Ada beberapa macam motor bakar yang ada. Mesin diesel, mesin bensin, mesin turbin dan lain-lain. Mesin-mesin jenis tersebut ada yang disebut mesin pembakaran luar (external combustion engine), jenis kedua dan yang paling banyak digunakan disebut dengan mesin pembakaran dalam

  

(internal combustion engine). Pada kendaraan darat yang paling banyak

  digunakan adalah mesin bensin dan mesin solar, alasannya adalah karena dapat menghasilkan kecepatan tinggi, tenaga yang besar, mudah dioperasikan dan sedikit menimbulkan bunyi. Pada penelitian ini penulis akan membahas motor bakar jenis mesin bensin.

  Pada mulanya motor bakar bensin yang digunakan oleh sepeda motor yang ada pada masa sekarang mulai ada pada tahun 1876. Seseorang berkebangsaan jerman bernama Nicolaus Otto yang menemukannya, namun sebelumnya, yaitu pada tahun 1860 seorang Perancis bernama Lenoir berhasil membuat mesin bensin bersiklus dua langkah. Setelah itu berbagai mesin telah mengalami perbaikan dan penyempurnaan di berbagai bagian dan menurut fungsinya.

  Mari kita perhatikan sekilas bagaimana mesin bensin mengubah bahan bakar menjadi tenaga. Pada Gambar 2.1. dapat dilihat proses motor bakar, campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam silinder. Kemudian dikompresikan dengan torak dengan bergerak naik. Bila campuran bahan bakar dengan udara tadi terbakar karena adanya percikan bunga api dari busi yang panas, maka akan menghasilkan tekanan gas pembakaran yang besar di ruang bakar. Tekanan gas pembakaran tersebut mendorong torak kebawah, dan itulah yang menggerakkan torak turun naik dengan bebas didalam silinder. Dari gerak lurus (naik-turun) torak dirubah menjadi gerak putar pada poros engkol melalui batang torak. Gerak inilah yang menghasilkan tanaga pada kendaraan.

  Poros engkol Gambar 2-1. Torak dari mekanisme engkol.

  (Sumber : Pedoman Perawatan Kendaraan Astra.) Pada Gambar 2.2. dapat dilihat posisi tertinggi yang dapat dicapai oleh torak didalam silinder disebut titik mati atas (TMA),dan posisi terrendah yang dapt dicapai oleh torak didalam silinder disebut titik mati bawah (TMB). Maka jarak bergeraknya torak antara TMA dan TMB disebut langkah torak.

Gambar 2.2. Posisi titik mati atas dan titik mati bawah

  (Sumber : Pedoman Perawatan Kendaraan Astra.) Campuran udara dan bensin dihisap kedalam silinder dan gas yang telah terbakar harus keluar, proses ini harus berlangsung secara tetap. Proses menghisap campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder, mengkompresikan, membakarnya dan mengeluarkan gas bekas dari silinder, disebut satu siklus.

  Sebagai pengetahuan saja ada mesin bensin yang pada satu siklusnya hanya ada dua langkah torak. Mesin tersebut dinamakan mesin dua langkah (two stroke

  

engine) akan tetapi penulis membatasi masalah pada mesin dengan empat

langkah torak (four stroke engine) di tiap siklusnya .

  Karakteristik mesin bensin : 1.

  Kecepatan tinggi dan tenaganya besar.

  2. Mudah pengoperasianya.

  3. Pembakarannya sempurna karena tidak ada kecenderungan kekurangan udara pada operasional pembakarannya.

  4. Umumnya digunakan untuk kendaraan penumpang dan sepeda motor. Susunan peralatan motor bakar 4 langkah dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Gambar susunan motor bakar 4 langkah

  (Sumbe

2.2 Prinsip Kerja Mesin 4 Langkah Demikian akan dijelaskan prinsip kerja mesin 4 langkah.

Gambar 2.4. Langkah hisap

  (Sumbe , copyright 2000) Dalam Gambar 2.4., yaitu proses langkah hisap, campuran bahan bakar dan udara dihisap kedalam silinder. Katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak kebawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum. Perbedaan tekanan ruang silinder dengan udara luar menyebabkan campuran udara dengan bahan bakar dapat masuk ke ruang bakar.

Gambar 2.5. Langkah kompresi

  (Sum , copyright 2000) Dalam Gambar 2.5., yaitu proses langkah kompresi, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak mulai naik dari ttik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) campuran yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik sehingga mudah terbakar. Poros engkol berputar satu kali, ketika torak mencapai TMA.

Gambar 2.6. Langkah usaha

  (Sum , copyright 2000) Dalam Gambar 2.6., yaitu proses langkah usaha, mesin menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Sesaat sebelum torak mencapai TMA pada saat langkah kompresi, busi memberi loncatan api pada campuran yang telah dikompresikan. Dengan terjadinya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Langkah usaha ini yang menjadi tenaga mesin (engine power)

Gambar 2.7. Langkah buang

  (Sumber , copyright 2000) Dalam Gambar 2.7., yaitu proses langkah buang, gas yang telah terbakar dibuang dari dalam silinder. Katup buang terbuka, torak bergerak dari TMB ke

  TMA, yang akan mendorong gas sisa pembakaran keluar dari silinder. Pada saat itu torak telah mulai mempersiapkan siklus selanjutnya juga.

  Kinerja dari torak yang telah mencapai TMA di langkah buang tersebut mempersiapkan langkah hisap dari siklus selanjutnya. Poros enkol telah melakukan dua putaran penuh dalam satu siklus terdiri dari 4 langkah, hisap, kompresi, usaha, buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin 4 langkah.

2.3 Siklus Thermodinamika

  Sesuai dengan penemu mesin bensin, maka siklus thermodinamika yang dipakai adalah siklus Otto. Gambar 2.8. adalah siklus Otto ideal.

Gambar 2.8. Gambar siklus Otto secara umum

  (Sum , copyright 2006) Pada Gambar 2.8. merupakan gambar satu siklus penuh dari siklus Otto,guna memahami lebih dalam mengenai siklus thermodinamika secara lebih khusus pada tiap-tiap detail langkahnya maka kita perlu mengetahui apa saja hukum- hukum Thermodinamika yang terjadi dalam tiap satu siklus Otto. Penjelasan lebih khusus tersebut dapat dilihat pada pembahasan berikut ini : 1)

  Piston berada di TMA, lalu katup masuk terbuka dan campuran udara dan bahan bakar masuk ke ruang bakar. Proses ini berlangsung pada tekanan tetap dan volume bertambah, disebut juga proses isobar.

  2) Piston menuju TMA dan karena adanya pergerakan itu, menyebabkan campuran udara dan bahan bakar termampatkan. Proses ini berlangsung pada tekanan yang bertambah besar dan volume yang berkurang.

  3) Percikan api dari busi menyebabkan campuran udara dan bahan bakar terbakar. Proses ini berlangsung pada tekanan yang bertambah dan volume tetap, disebut juga isovolume percikan api busi yang tiba-tiba menyebabkan tekanan menjadi bertambah tiba-tiba juga.

4) Karena tekanan pembakaran maka piston bergerak turun menuju ke TMB.

  Proses ini berlangsung pada tekanan yang semakin menurun dan volume yang semakin bertambah.

  5) Piston berada di TMB, lalu katup buang mulai terbuka dan menyebabkan tekanan menurun sampai sama dengan tekanan atmosfir. Proses ini berlangsung pada volume tetap dan tekanan yang menurun.

  6) Piston bergerak menuju TMA dan gas-gas sisa hasil pembakaran terdorong keluar menuju katup buang. Pada proses ini merupakan proses akhir dari satu buah siklus pembakaran 4 langkah. Proses ini berlangsung pada tekanan tetap dan volume berkurang.

2.4 Oil Cooler ( Pendinginan Minyak Pelumas )

  Oil cooler adalah sebuah alat yang berhubungan dengan proses

  pendinginan pada mesin-mesin motor bakar. Pada pengertian khususnya oil cooler memaksimalkan sifat dan kegunaan dari minyak pelumas dengan cara mendinginkan minyak pelumas.

  Selain itu karena peningkatan suhu dari minyak pelumas dapat di turunkan dengan menggunakan oil cooler, maka kemampuan untuk melumasi bagian- bagian mesin juga dapat lebih maksimal. Rugi-rugi yang ditimbulkan karena gesekan antara bagian-bagian dari mesin dapat dikurangi juga. Dengan mengurangi rugi-rugi tersebut maka dapat juga berpengaruh untuk mengefisienkan kebutuhan bahan bakar.

  Prinsip utama dari oil cooler adalah dengan mengalirkan minyak pelumas ke dalam saluran-saluran pendingin. Minyak pelumas yang ada didalam saluran- saluran pendingin tadi kemudian terkena aliran fluida yang biasanya berupa udara mengalir. Panas yang dihasilkan oleh pembakaran motor bakar diterima oleh minyak pelumas dengan cara perpindahan panas konveksi, karena minyak pelumas terus mengalir akibat kerja pompa oli. Panas yang diterima oleh minyak pelumas disalurkan dengan cara perpindahan panas konveksi ke dinding-dinding bagian dalam saluran pendingin pada oil cooler. Dari dinding bagian dalam saluran pendingin, panas dialirkan ke dinding bagian luar dengan cara perpindahan panas konduksi. Dengan adanya sirip-sirip pelepas kalor, maka dari dengan cara perpindahan panas konduksi. Proses tersebut diakhiri oleh peran aliran fluida yang mengalir melewati perangkat oil cooler , melepas kalor dengan proses perpindahan panas konveksi.

  Guna dapat dengan mudah memahami proses pendinginan dari oil cooler , maka dapat dilihat pada Diagram 2.1. berikut.

  Diagram 2.1. Cara Pendistribusian Kalor Pada Oil Cooler Dengan data yang akan didapatkan :

• Data perbedaan suhu antara mesin dengan oil cooler dan tanpa

  oil cooler

• Perbedaan konsumsi bahan bakar yang dapat diperoleh karena efektifitas suhu tambahan yang diberikan oleh oil cooler.

BAB III PERHITUNGAN KERJA SIKLUS

3.1 Data Kendaraan kondisi standar

  Jenis kendaraan : sepeda motor Tipe mesin : mesin bensin 4 langkah Jumlah silinder : 1 silinder

• 4

  3 Volume sillinder : 156,7 cc = 0,1567 x 10 m

  Daya : 13,3 PS / 8.500 RPM Diameter silinder : 63,50 mm Panjang langkah : 49,5 mm Perbandingan kompresi : 9,0 : 1 Diameter Throat katup isap : 28 mm Diameter Throat katup buang : 26 mm Tinggi angkat katup hisap : 7,2 mm

3.1.1 Siklus Kerja Motor Bensin

  Pada umumnya, pada siklus ideal untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara sebagai siklus ideal.

  Dalam analisis siklus udara, khususnya pada motor bakar torak ada tiga macam analisis, yaitu:

  1. Siklus udara volume-konstan (siklus Otto)

  3. Siklus udara tekanan-terbatas (siklus gabungan) Dalam pembahasan ini penulis menggunakan siklus Otto volume-konstan untuk melakukan perhitungan pada motor bensin.

  Untuk menjelaskan makna dari diagram P-V pada motor torak terlebih dahulu perlu kita pakai beberapa idealisasi, sehingga prosesnya dapat dipahami secara lebih mudah. Proses yang sebenarnya (aktual) berbeda dengan proses yang ideal yang tersebut dalam Gambar 3.1. , dimana perbedaan tersebut menjadi semakin besar jika idealisasi yang digunakan itu terlalu jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya, proses siklus yang ideal itu biasa disebut dengan siklus udara, dengan beberapa idealisasi sebagai berikut: 1.

  Fluida kerja dalam silinder adalah udara, dimana udara dianggap sebagai gas ideal dengan konstanta kalor yang konstan.

  2. Proses ekspansi dan kompresi berlangsung secara isentropik.

  3. Proses pembakaran dianggap proses pemanasan fluida kerja.

  4. Pada akhir proses ekspansi, yaitu saat piston mencapai TMB, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan suhunya turun mencapai tekanan dan suhu udara luar (atmosfer).

  5. Tekanan fluida kerja di dalam silinder selama langkah buang dan langkah hisap adalah konstan dan sama dengan tekanan dan suhu udara luar.

  Pada gambar (3.1) menunjukkan siklus udara volume konstan (siklus otto): 1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan

  3. Langkah kompresi (1-2) ialah proses isentropic 4.

  Proses pembakaran volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses pemasukan kalor pada volume konstan.

  5. Langkah kerja (3-4) ialah proses isentropic 6.

  Proses pembuangan (4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada volume konstan

  7. Langkah buang (1-0) ialah proses tekanan konstan 8.

  Siklus dianggap tertutup, artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja yang sama, atau gas yang berada di dalam silinder pada titik 1 dapat dikeluarkan dari dalam silinder pada waktu langkah buang, tetapi pada langkah isap berikutnya akan masuk sejumlah fluida kerja yang sama.

Gambar 3.1 Diagram P-V dan T-S Siklus Udara Konstan ( Siklus otto )

  (Sumber: Wiranto Arismunandar,Motor Bakar Torak, hal 15)

3.2 Proses Penghisapan

  Sejumlah muatan udara segar dialirkan saat langkah hisap, hal ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara udara luar ( tekanan atmosfer ) dengan tekanan dalam silinder karena adanya penambahan volume silinder yang disebabkan gerak langkah piston dari tititk mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB).

  Pengaliran muatan segar ini melalui saluran hisap dan akan melewati katup hisap saat terbuka. Katup hisap terbuka beberapa derajat sebelum TMA saat langkah buang. Saat torak menuju TMB, campuran segar mengalir ke dalam silinder. Faktor yang mempengaruhi besarnya muatan yang masuk ke dalam silinder: 1.

  Adanya sisa hasil pembakaran didalam silinder yang mendiami sebagian volume silinder.

  2. Pemanasan campuran udara- bahan bakar oleh permukaan dinding saluran hisap dan ruang diluar silinder sebesar Δ T yang akan mengurangi kerapatan campuran.

3.2.1 Tekanan di Dalam Silinder Selama Proses Pengisapan

  Adanya tahanan/gesekan di dalam saluran isap akan mengurangi jumlah muatan segar yang terhisap ke dalam silinder karena kerapatan muatan berkurang.

  Pengaruh tahanan hidraulik muatan dapat dicari bila diketahui rugi–rugi tekanan ΔPa dalam sistem hisap atau tekanan Pa pada saat proses penghisapan berakhir.

  Tekanan di dalam silinder selama proses pengisian dapat dicari secara tepat bila prosesnya stabil.

  Pada mesin 4 langkah saat mencapai kecepatan dan daya rata-rata Pa. Tekanan

  M.Kovach, Motor Vehicle Engines,

  akhir langkah hisap dihitung dengan persamaan 3.1 (

  Mir Publishers Moscow, Third Printing 1979, hal 88)

  Persamaan Bernaulli: _{in in a is is 2 2 2} P (V ) P (V ) (V ) _{in is a 2}

• (3.1) = g.H = g.H ................
• _{in a}

  β ξ

  2

  2

  2 ρ ρ

  Dengan _{in a} ρ dan ρ : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

  Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s) Vis : kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (m/s) H in dan H a : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu katup isap

  V _cyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan

  β : Vis melintang berdasar pertimbangan.

  : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil. ζis

  Diasumsikan Vin = 0, ketinggian Hin = Ha, dan rapat muatan segar ketika melewati saluran hisap diabaikan , maka persamaan diatas menjadi: _{in a 2} ( ρ = ρ ) _{in a} P P ^{2 ⎛ ⎞} _{V is}

  .................................................... (pers 3.2, Kovakh hal 88) = ξ + β × ⎜⎜ + ⎟⎟

  ( ^{is )} _{2 in a} ⎝ ⎠

  ρ ρ Persamaan kontinuitas untuk potongan melintang dari saluran isap dan bagian silinder persamaan 3.3.

  (pers 3.3, Kovakh hal 89) V is . A is = V p max . A p ................................................................

  Dengan

  2 A : luasan lewat katup (m ) is

  V p max : kecepatan piston maksimum (m/s)

2 A p : luasan piston (m ) Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, P = P dan .

  _{in o in o} ρ = ρ

  P = P = , 1013 Mpa _{in o} (pers 3.4, Petrosvky hal 414) A = π d h Cos α .............................................................. _{is max}

  ................................................................... (pers 3.4, Petrosvky hal 414)

  A = π d h Cos α _is

  2 A : luasan lewat katup (m ) is d : diameter throat katup isap (m) r : jari-jari piston (m) h : tinggi angkat katup maksimum (m) _{max 3}

  − h : tinggi angkat katup motor standar = 7,2.10 m o

  : sudut dudukan katup = 45

  α

  S : panjang langkah (m) n : putaran mesin (rpm) Luasan lewat katup (A ):

  is − ^{3 − 3} A = _is 3 , 14 × 28 . 10 × 7 , 2 . 10 × Cos

  45

• 4

  2

  = 4,476.10 (m )

  Luasan piston (Ap) ₂ A = π r _p

  − ³

  2

  = 3,14 x (31,75.10 )

• 3

  2

  = 3,165.10 (m ) Kecepatan piston maksimum (V ):

  p max S n

  (pers 3.6, Kovakh hal 89) V p = ...............................................................................

  30 ₃ −

  49 , 5 . 10 × 8500 =

  30 = 14,025 (m/s) Kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (Vis):

  A _p (pers 3.8, Kovakh hal 89)

  V = _{is p} V × ..........................................................................

  A _{is -3}

  3,165.10 = 14,025 × ₄

  − 4 , 476 .

  10 = 99,172 (m/s) 50 130 ............... (batas aman kecepatan udara melalui katup isap, Kovakh hal 90)

  V = − m s _is

  Tekanan akhir proses pengisapan (P a ): Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, dan .

  P = P ρ = ρ _{in o in o}

  1. P = P = , 1013 Mpa _{in o}

  o

  2. ρ = ρ udara pada T o = 32 C = 305 K _{in o 3} ρ = ....................................... (tabel A-5 Hollman, hal 589) _o 1 , 159 kg m

• 3. = − (Kovakh, hal 90)
²

  β ξ

  2 ,

  5 4 ......................................................

  ( ) _is

  Diambil 3,5

Tabel 3.1 Sifat-sifat Udara Pada Tekanan Atmosfer

  (Sumber: Jp.Hollman, PerpindahanKalor hal 589)

  ₂

  2

  β ξ

• _{is is}

  V ( )

  − ⁶ (pers 3.9, Kovakh hal 596)

  P = P − × ρ × _{a o o} 10 .......................................

  2 ₂ 3 , 5 × ( 99,172 )

  − ⁶ , 1013 1 , 159 .

  10 P = − × _a

  2

  = 0,0814 Mpa Drop pressure yang terjadi ( Δ ): P _a

  (pers 3.10, Kovakh hal 93) Δ P = P − P ......................................................................... _{a in a} P , 1013 , 0814

  Δ = − _a = 0,01995 Mpa

  3.2.2 Temperatur Akhir Proses Pengisapan (T a ):

  Temperatur campuran muatan segar dan gas-gas residu (T a ) pada akhir proses isap lebih tinggi dibanding temperatur pada saluran isap (T in ), tetapi lebih rendah dibanding temperatur gas-gas residu (T ).

  res

  T T _{in ΔT res res} ϕ γ + +

  (pers 3.11, Kovakh hal 93) T a = (K).................................................

• 1

  γ res _{o res} Δ + T T P

  (pers 3.12, Kovakh hal 97) γ = × .................................................... _res T ε P − P _{res a res}

  (pers 3.13, Kovakh hal 93) P = ( _{res o} 1 , 1 − 1 , 25 ) P .................................................................

  Dengan T : temperatur saluran isap

  in o

  ϕ : koefisien kapasitas gas panas residu = 1

  ε : perbandingan kompresi = 9:1

  T koefisien kapasitas residu = (750 → 1000) K....................... (Kovakh hal 92)

  res : (Kovakh hal 91) 0,06 → 0,10 ).......................................

  γ : Koefisien gas buang ( _res

  (Kovakh hal 94) T a : (310 → 350) K......................................................................

• 305

  15 1 , 2 × , 1013

  γ _res = × 1000

  9 × 0,0814 − 1 , 2 × , 1013 = , 32 × , 19894

  = 0,06366

  15 + + 305 1 × , 06366 × 1000 T a =

• 1 0,06366

  = 360,7 K Efisiensi pengisian untuk langkah hisap( η ): _v

  Efisiensi pengisian silinder adalah perbandingan antara jumlah muatan segar aktual W yang dikompresi di dalam silinder dengan jumlah W yang akan diisikan di

  e o dalam volume kerja silinder V d pada tekanan dan suhu udara luar (p dan T ).

  Pada mesin tanpa supercarger, p dan T menyatakan tekanan dan suhu udara luar.

  P T ε a in

  η v ¹

  (pers 3.14, Kovakh hal 96) = ϕ . . ...............................................

  − ε in a γ res

• 1 P T (1 )

  9 0,0814 305 = 1 × ×

  η ^v +

  9 1 0,1013

  3 60 , 7 (1 0,06366) − ×

  = 0,8131 = 81,31 %

3.3 Langkah Kompresi

  Temperatur dan tekanan pada akhir langkah kompresi menggunakan eksponen polytropik (n ), ekponen ini konstan selama proses berlangsung.

  1 (Kovakh hal 117)

  n 1 = ( 1,3 – 1,37 )………………………….……............................ diambil 1,3 Tekanan akhir langkah kompresi (P com ):

  Proses berlangsung secara isentropik, tekanan akhir langkah kompresi dihitung dengan menggunakan persamaan: _{n 1}

  = × ε (pers 3.15, Kovakh hal 111) P P (Mpa)........................................................... _{com a 1 , 3} P = , 0814 × _com

  9

  = 1,416 Mpa Temperatur akhir langkah kompresi (T com ): _{n − 1 1}

  = × (pers 3.16, Kovakh hal 111) T T ε ..................................................................... _{com a 1 , 3 1}

  − = ×

  T 360,7 _com

  9

  = 697,3 K

3.4 Proses Pembakaran Proses pembakaran terjadi saat piston berada beberapa derajat sebelum TMA.

  Campuran udara dan bahan bakar yang terkurung di dalam ruang bakar dimampatkan pada saat proses kompresi, sehingga tekanan dan suhu di dalam ruang bakar naik secara tiba-tiba.