PENGARUH SUHU UDARA YANG MASUK KE RUANG BAKAR TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 1500cc 4 LANGKAH Tugas Akhir - Pengaruh suhu udara yang masuk ke ruang bakar terhadap unjuk kerja motor bensin 1500cc 4 langkah - USD Repository

  PENGARUH SUHU UDARA YANG MASUK KE RUANG

BAKAR TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 1500cc

  4 LANGKAH Tugas Akhir

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh YB. Karisma Pribadi

  NIM : 035214043

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  Yogyakarta THE EFFECT OF AIR TEMPERATURE WHEN ENTERING

COMBUSTION CHAMBER TO PERFORMANCE FROM

  4 STROKE GASOLINE ENGINE 1500cc Final Project

  Pressented as partial fulfillment of the requirements to obtain The Sarjana Teknik degree in

  Mechanical Engineering By

  YB. Karisma Pribadi Student number : 035214043

  Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department Engineering Faculty Sanata Dharma University

  Yogyakarta 2007

  Pernyataan Dengan ini, saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 16 Juli 2007 Penulis

  Intisari

  Kondisi udara dalam hal ini pengaruh temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar sangat berpengaruh terhadap unjuk kerja dari suatu mesin, hal ini akan dibahas dan dibuktikan dalam penelitian Tugas Akhir ini. Pada penelitian ini akan dibandingkan hasil yang diperoleh dari penggunaan udara dingin, panas, dan normal. Kinerja dari masing-masing metode diatas akan diuji dengan engine

  

testbed mesin bensin guna mengetahui kinerja dari mesin. Pengujian dilakukan

  dua kali untuk tiap metode kemudian diambil rata-ratanya. Dari data hasil pengujian tersebut dilakukan perhitungan, kemudian dibandingkan dengan grafik. Pengaruh yang dihasilkan untuk tiap-tiap variasi udara juga akan dibahas dalam penelitian Tugas Akhir ini.

  Dari penelitian ini dapat diketahui bahwa terdapat peningkatan torsi sebesar 2,6 % pada mesin dengan penggunaan udara dingin sebagai pemasukan yaitu pada 1500 rpm dan peningkatan daya terbesar dicapai dengan menggunakan udara normal pada 3000 rpm, yaitu 14,7 % bila dibandingkan dengan udara dingin serta 23,07 % lebih besar dari udara panas. Disamping itu, konsumsi bahan bakar juga lebih irit pada mesin yang menggunakan udara dingin.

  

Abstract

  The condition of air in this case influence of air temperature which enter in combustion chamber have a big effect to performance from machine, this matter will be studied and proved in research of this final project . At this research will be compared the result of which is obtained from usage of cool air, heat, and normal. Performance from each method above will test with engine testbed that is appliance utilize to know performance of machine. The test done twice to every method and then taken the average . From the result of the test, it will be calculated, and then compared to graph. The influence yielded to every air variation also will be discussed in research of this final project.

  From this research can know that there are make-up of torsi equal to 2,6 % at machine with usage of cool air intake at 1500 rpm and improvement of biggest power reached by using normal air at 3000 rpm, that is 14,7 % when compared to cool air and also 23,07 % bigger than hot weather. Beside that, fuel consumption also more economize at machine using cool air.

  

Kata Pengantar

  Puji syukur kepada Allah Bapa di surga yang telah menganugerahkan berkat, rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir yang berjudul ” Pengaruh suhu udara yang masuk ruang bakar terhadap unjuk kerja motor bensin 1500cc 4 langkah”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam Tugas Akhir ini dibandingkan atau dibahas daya yang dihasilkan dan torsi serta parameter lainnya untuk mengetahui kinerja/prestasi mesin kijang 1500 cc dengan perubahan suhu udara yang masuk dalam ruang bakar. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala bantuan, saran dan fasilitas, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan, kepada :

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Yosef Agung Cahyanta S.T, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, sekaligus sebagai pembimbing I.

  3. Ir. Fx Agus Unggul Santoso selaku Dosen Pembimbing II.

  4. Ir. YB. Lukiyanto M. T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

  5. Agustinus Roni, selaku Laboran Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  6. Galih Permadi Siwi, Antonius Aan Ariyanto, yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  7. Bapak, Ibu, adik serta keluarga yang telah memberikan cinta, doa restu dan yang pasti bantuan finansialnya.

  8. Yulia Damayanti (Maya), Veny, Novie atas dukungan dan semangatnya.

  9. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini tidak terlepas dari kekurangan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun akan selalu diterima supaya laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi orang lain khususnya teman-teman yang melaksanakan penelitian tentang motor bakar bensin.

  Yogyakarta, 16 Juli 2007 Hormat kami

  Penyusun

  Daftar Isi Halaman Judul .............................................................................................................i Tittle Page .................................................................................................................. ii Halaman Pengesahan Pembimbing .............................................................................iii Halaman Pengesahan ..................................................................................................iv Halaman Pernyataan ................................................................................................... v Intisari ........................................................................................................................vi Kata Pengantar ..........................................................................................................viii Daftar Isi ....................................................................................................................ix Daftar Gambar ............................................................................................................xi Daftar Tabel ..............................................................................................................xiii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

  1.2 Rumusan masalah .................................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 2

  1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 2

  1.5 Deskripsi alat ............................................................................................ 3

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Uraian ....................................................................................................... 5

  2.2 Persamaan yang digunakan dalam perhitungan ........................................ 7

  BAB III MATERI DAN METODE PENELITIAN

  3.1 Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 18

  3.2 Metode penelitian..................................................................................... 19

  3.3 Lokasi Penelitian ..................................................................................... 19

  3.4 Alat-alat Pengujian .................................................................................. 19

  3.4.1 Mesin Bensin .................................................................................. 20

  3.5 Langkah Kerja ......................................................................................... 23

  3.6 Parameter Dalam Perhitungan Motor Bakar ........................................... 26

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  4.1 Data Pengujian dan Perhitungan ............................................................. 27

  4.1.1 Data Pengujian ............................................................................... 27

  4.1.2 Perhitungan .................................................................................... 28

  4.2 Hasil Perhitungan dan Grafik Hasil Perhitungan .................................... 50

  4.2.1 Tabel Hasil Perhitungan ................................................................. 50

  4.2.2 Grafik Hasil Perhitungan dan Pembahasan .................................... 53

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 68

  5.2 Saran ........................................................................................................ 68 Daftar Pustaka ........................................................................................................... 69 Lampiran ................................................................................................................... 70

  Daftar Gambar

Gambar 1.1 Deskripsi alat....................................................................................... 3Gambar 1.2 Penempatan alat percobaan ................................................................. 4Gambar 3.1 Diagram alir penelitian....................................................................... 18Gambar 3.2 Mesin Toyota 5 K .............................................................................. 20Gambar 3.3 Engine Testbed .................................................................................. 21Gambar 3.4 Dinamometer...................................................................................... 22Gambar 3.5 Alat ukur ............................................................................................ 23Gambar 4.1 Grafik putaran vs torsi ...................................................................... 53Gambar 4.2 Grafik putaran vs daya efektif ........................................................... 54Gambar 4.3 Grafik putaran vs daya indikasi ........................................................ 54Gambar 4.4 Grafik putaran vs daya mekanis ........................................................ 55Gambar 4.5 Grafik putaran vs Konsumsi bahan bakar ......................................... 56Gambar 4.6 Grafik putaran vs tekanan efektif rata-rata......................................... 56Gambar 4.7 Grafik putaran vs tekanan indikasi .................................................... 57Gambar 4.8 Grafik putaran vs tekanan mekanis .................................................... 58Gambar 4.9 Grafik putaran vs massa aliran udara masuk .................................... 58Gambar 4.10 Grafik putaran vs Reynold number .................................................... 59Gambar 4.11 Grafik putaran vs efisiensi pengisisan .............................................. 60Gambar 4.12 Grafik putaran vs perbandingan udara dan bahan bakar ( AFR ) ..... 60Gambar 4.13 Grafik putaran vs konsumsi bahan bakar spesifik efektif ................. 61Gambar 4.14 Grafik putaran vs konsumsi bahan bakar spesifik indikasi ............... 62Gambar 4.15 Grafik putaran vs laju massa gas buang ............................................ 62Gambar 4.16 Grafik putaran vs kehilangan energi melalui gas buang ................... 63Gambar 4.17 Grafik putaran vs kalor ekivalen dari pemakaian bahan bakar ........ 64Gambar 4.18 Grafik putaran vs Rugi energi melalui gas buang ............................. 64Gambar 4.19 Grafik putaran vs kehilangan energi melalui air pendingin .............. 65Gambar 4.20 Grafik putaran vs prosentase kehilangan energi melalui air pendingin ........................................................................ 66Gambar 4.21 Grafik putaran vs Efisiensi termal efektif ......................................... 67

  Daftar Tabel

Tabel 2.1 Massa jenis udara vs temperatur. ........................................................... 7Tabel 2.2 Hubungan antara

  θ – Ps, θ – ρ

  

w

  ........................................................... 12

Tabel 2.3 Hubungan antara

  θ – υ, θ – γ

  

w

  ............................................................. 13

Tabel 4.1 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara panas.................... 27Tabel 4.2 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara dingin................... 28Tabel 4.3 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara normal.................. 28Tabel 4.4 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara panas ............... 50Tabel 4.5 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara dingin .............. 51Tabel 4.6 Tabel hasil perhitungan prestasi mesin dengan udara normal ............ 52

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

  Motor bensin merupakan salah satu jenis mesin pembakaran dalam yang banyak digunakan sebagai sumber penggerak pada kendaraan. Motor bensin memperoleh tenaga dari proses pembakaran didalam silinder yang terjadi karena adanya proses pencampuran antara udara dan bahan bakar serta adanya percikan bunga api sehingga terjadi tekanan yang tinggi maka ledakan yang terjadi dapat menghasilkan tenaga.

  Seiring dengan perkembangan teknologi kendaraan bermotor maka manusia dituntut untuk dapat menciptakan mesin yang efisien dan bertenaga, dalam hal ini menyangkut efisiensi volumetrik dari mesin tersebut. Pengaruh temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar ikut menentukan unjuk kerja dari mesin tersebut. Hal ini berhubungan dengan massa jenis udara yang terkandung dalam udara tersebut, dimana dengan penambahan massa jenis pada udara akan berpengaruh terhadap performa motor.

  Dengan adanya suatu fenomena ini maka penulis melakukan penelitian pengaruh dari temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar terhadap unjuk kerja pada mesin bensin dengan cara udara yang didinginkan, dipanaskan, dan suhu kamar ( normal ).

  Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan pembaca tentang pengaruh temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar.

1.2 Rumusan Masalah

  Dari latar belakang diatas maka penulis mencoba untuk meneliti seberapa besar pengaruh temperatur udara yang masuk dalam ruang bakar. Dalam hal ini

  p

  berlaku persamaan tentang massa jenis yaitu ρ = dimana: ₃ R . T ρ = Massa jenis ( Kg / m )

  p = Tekanan ( kPa ) J R = Konstanta gas ( 287 .

  05 )

  Kg . K T = Temperatur ( K )

  1.3 Batasan Masalah

  Agar penulisan dapat lebih terarah maka dibuat batasan untuk mempermudah dalam menganalisa, untuk itu penulis memberikan batasan yaitu pengaruh temperatur udara yang masuk ruang bakar dan daya serta torsi yang dihasilkan dari masing-masing variasi udara tersebut.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja mesin menyangkut performa yaitu daya dan torsi dari masing-masing suhu udara tersebut diatas.

1.5 Deskripsi alat

  Udara dari

  5 orifice isolasi

  4

  3

  1

  2 Udara ke karburator

Gambar 1.1 Alat untuk penelitian

  Keterangan: 1. Kerangka dari besi profil L.

  6. Isolasi dari busa.

  2. Heater dengan daya 350W.

  3. Pipa tembaga.

  4. Pipa besi.

  5. Paralon. Pada gambar 1 merupakan gambar sederhana dari alat untuk penelitian dimana ada ruang antara pipa besi dan pipa tembaga yang akan diisi oleh fluida air ( air panas untuk udara panas, air es untuk udara dingin serta tanpa air untuk udara normal ). Pada pemasukan udara panas digunakan heater untuk memanaskan airnya. Alat dipasang pada karburator, pada bagian atas dihubungkan dengan orifice kemudian bagian bawah terhubung dengan saluran hisap pada karburator.

Gambar 1.2 Penempatan alat percobaan

BAB II DASAR TEORI

2.1 Uraian

  Pada penelitian yang saya lakukan ini, yaitu tentang pengaruh suhu udara yang masuk ke dalam mesin dimana dapat mempengaruhi massa jenis udara tersebut.

  Prinsipnya adalah jika udara yang masuk kedalam silinder itu dingin yang berarti lebih banyak oksigen (

  ρ besar maka m besar sehingga oksigen yang terkandung

  didalamnya juga banyak) yang terkandung didalamnya dengan presentase yang sama sehingga akan dapat menambah daya pada kendaraan dan bila udara yang masuk itu panas maka oksigen yang terkandung didalamnya akan sedikit sehingga akan mengurangi daya dari mesin tersebut. Berdasarkan teori, pada setiap penurunan suhu udara sebesar 10°F pada udara masuk maka akan menghasilkan penambahan daya sebesar 1% (WWW. Musclecar.Com). Warm Air Intake atau pemasukan dengan udara panas menghasilkan :

  1. Bahan bakar menguap dengan cepat sehingga kecepatan pembakaran meningkat.

  2. Dengan sensor oksigen, mesin bekerja dengan perbandingan stoichiometrik antara udara dan bahan bakar. Setiap jumlah bahan bakar yang diberikan dapat disesuaikan dengan jumlah oksigen yang masuk. WAI menurunkan kepadatan udara, ini berarti bahwa memerlukan udara yang lebih banyak untuk hasil menghasilkan tenaga yang besar. Beberapa hal yang diperhatikan dalam pembuatan cold air intake :

• Memperbesar diameter dari saluran masuk, memungkinkan peningkatan airflow.
>Menghaluskan saluran masuk sehingga mengurangi hambatan ud
• Menggunakan saringan udara yang lebih efisien.
• Membuat saluran yang lebih singkat menuju intake.

  Jadi, dari teori di atas maka dapat menggunakan persamaan dibawah untuk lebih menjelaskannya.

  Keterangan:

  P = Tekanan kPa R = Bilangan Avogadro ·K) T = Temperatur K ρ

  = Massa jenis kg/m

  

3

Dimana, jika nilai P,R konstan dan T berubah-ubah, maka ρ akan berubah pula.

  Jika T bertambah besar maka nilai dari

  ρ akan semakin kecil dan begitu pula sebaliknya. Di bawah ini adalah tabel hubungan antara suhu dengan massa jenis.

Tabel 2.1 Massa jenis udara vs temperatur.

• 10 325.4 1.341
• 5 328.5 1.316 0 331.5 1.293
• 5 334.5 1.269
• 10 337.5 1.247
• 15 340.5 1.225
• 20 343.4 1.204
• 25 346.3 1.184
• 30 349.2 1.164

  

Sumb

2.2 Persamaan yang digunakan dalam perhitungan.

  Pada penelitian ini untuk menghitung hasil dari pengambilan data digunakan persamaan-persamaan dibawah ini :

  1. Torsi (T) Torsi atau momen putar adalah gaya untuk memutar poros engkol.

  Besarnya torsi dapat dicari dengan mengalikan gaya yang bekerja (beban pada dinamometer) dengan panjang lengan pada dinamometer. (Sumber : Ir. Y.B.

  

Impact of temperature

  °C c in m/s

  ρ in kg/m³ Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

  T m g l (kg.m) = ⋅ ⋅

  Keterangan : m = Massa yang terukur pada dinamometer (kg) l = Panjang lengan dinamometer (0,35 m)

  2

  g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s )

  2. Daya Efektif ( ) N _e

  Sumber :

  Menyatakan daya yang diberikan ke poros penggerak oleh motor. (

  Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 32

  ) T . n

  N = (PS) _e 716,2

  Keterangan : n = Putaran poros mesin (rpm)

  3. Tekanan Efektif ( ) P _e Menyatakan tenaga output mesin tiap satuan volume silinder. Pada proses pembakaran, campuran bahan bakar dan udara menghasilkan tekanan yang bekerja pada piston, sehingga menghasilkan langkah kerja. Besaran tekanan yang bekerja berubah-ubah sepanjang langkah piston tersebut. Jika diambil suatu nilai tekanan konstan yang bekerja pada piston dan menghasilkan kerja yang sama, maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata, yang didefinisikan

  Sumber : Wiranto Arismunandar,

  sebagai kerja per siklus per volume langkah torak. (

  450000 . N _e

  2 P = (kg/cm ) _e

  V .z.n.a _L Keterangan:

  3

  = Volume langkah torak per silinder (cm )

  V _{L 2}

  π V = D L _L

  4 D = Diameter silinder (cm) L = Panjang langkah piston (cm) z = Jumlah silinder n = Putaran poros engkol (rpm) siklus a = Jumlah siklus per putaran, putaran = 1 untuk motor 2 langkah

  1 = untuk motor 4 langkah

  2

  4. Tekanan Indikasi ( ) P _i Tekanan indikasi adalah tekanan rata-rata indikasi yang bekerja pada

  Sumber : Wiranto Arismunandar, Motor Diesel Putaran

  piston selama langkah kerja. (

  Tinggi, Hal 25

  ) P _{e 2}

  (kg/cm )

  P = _i η m

  = Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0,7 – 0,85 ( Sumber : Wiranto

  η m Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 36

  ) P _e

  η = m P _i

  5. Daya Indikasi ( ) N _i

  (Sumber : Daya indikasi adalah daya yang dihasilkan didalam silinder. Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 28) P . _{i L} V . z . n . a

  N (PS) _i = 450000

  6. Daya Mekanis N

  ( ) _m

  Daya mekanis disebut juga daya gesek, yaitu selisih antara daya

  ( Sumber : Wiranto Arismunandar, Motor Diesel Putaran indikasi dengan daya efektif.

  ) Tinggi, Hal 25

  N = N − N (PS) _{m i e}

  7. Tekanan Mekanis ( ) P _m Tekanan mekanis adalah selisih antara tekanan indikasi dengan tekanan efektif. (Sumber : Petrovsky, Marine Internal Combustion, Hal 57) ₂

  (kg/cm )

  P = P − P _{m i e}

  8. Massa aliran udara masuk, m a (kg/s)

  (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

  π ² kg ⎛ ⎞ m = ⋅ ⋅ ⋅ d 2g ⋅ ⋅ _{a α ε ρ a Δp ⎜ ⎟} s

  4 ⎝ ⎠ Keterangan : α = Koefisien aliran melalui orifice ( α = 0,6)

  Faktor kompresibilitas udara ε = d = Diameter orifice (0,055m)

  3

  ρ a = Massa jenis udara basah pada suhu ruang (kg/m )

  p p _{a s} − ϕ ⋅ 273 = ⋅ ⋅ ϕ + ⋅ ρ a ρ ρ ^{n w}

+

  760 273 θ a

  ρ = Massa jenis udara kering pada suhu kamar 0 ºC dan tekanan absolut

  n

  3

  760 mm Hg (1,293 kg/m ) P = Tekanan atmosfer pada suhu pengujian (mm Hg)

  a

  P s = Tekanan uap jenuh pada suhu pengujian (mm Hg) ( dapat dilihat pada Tabel 2.2 Hubungan antara - P )

  θ s, θ - ρ w

  3

  ρ w = Massa jenis uap pada suhu pengujian (kg/m ) ( dapat dilihat pada Tabel 2.2 Hubungan antara θ - P θ - ρ )

  s, w

  θ a = Suhu udara ruang (ºC) ϕ = Kelembaban relatif udara selama pengujian k = Perbandingan kalor spesifik udara (1,4)

  Faktor kompressibilitas udara

• ₂ ^k
¹

  ⎧ k ⎫ _k ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ k 13,59 ⋅ p 13,59 ⋅ p − 13,59 ⋅ p − _{a ⎪ a Δp a Δp ⎪}

  = ⋅ ⋅ − ε

  ⎨ ⎬ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ k −

  1 13,59 ⋅ p 13,59 ⋅ p Δp a a

  ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎪⎩ ⎪⎭ m berlaku jika R > 7400

  a e

  4 m ⋅ _a

  R = _e d ⋅ ⋅ ⋅

  ρ a π υ

  2 v = viskositas kinematik udara yang dihisap melalui orifice (m /s)

  ( dapat dilihat pada Tabel 2.3 Hubungan antara θ - v , θ - γ

  w

  )

  Tabel 2.2

  Hubungan Antara θ – Ps, θ – ρ

  w θ( ºC ) Ps(mmHg)

  ρw( kg/m³ ) θ(ºC) Ps(mmHg) ρw(kg/m³) 0,0 4,581 0,00485 20,0 17,530 0,01730 1,0 4,925 0,00520 21,0 18,650 0,01834 2,0 5,292 0,00556 22,0 19,820 0,01943 3,0 5,682 0,00595 23,0 21,070 0,02058 4,0 6,098 0,00636 24,0 22,380 0,02179 5,0 6,540 0,00680 25,0 23,750 0,02306 6,0 7,010 0,00726 26,0 25,210 0,02438 7,0 7,511 0,00775 27,0 26,740 0,02578 8,0 8,042 0,00827 28,0 28,350 0,02725 9,0 8,606 0,00882 29,0 30,040 0,0278 10,0 9,205 0,00940 30,0 31,830 0,03039

  11,0 9,840 0,01001 31,0 33,700 0,03207 12,0 10,514 0,01066 32,0 35,670 0,03384 13,0 11,230 0,01135 33,0 37,730 0,03569 14,0 11,980 0,01207 34,0 39,900 0,03762 15,0 12,780 0,01283 35,0 42,180 0,03964 16,0 13,610 0,01364 36,0 44,570 0,04175 17,0 14,530 0,01448 37,0 47,080 0,04396 18,0 15,470 0,01537 38,0 49,700 0,04627 19,0 16,470 0,01631 39,0 52,450 0,04869 20,0 17,530 0,01730 40,0 55,340 0,05120

  Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium w

Tabel 2.3 Hubungan Antara

  θ – υ, θ – γ

  θ ( ºC ) _{5 2} 0 10 20 30 40 1,33 1,42 1,51 1,60 1,7

  × 10 (m /s) υ

  ( kg/m³ ) 0,0048 0,0094 0,0173 0,0304 0,0512 γw Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003

  9. Effisiensi pengisian, (charging efficiency, ) η c

  (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003) m ⋅ Z ⋅ _a

  60 = η c ⋅

  V ⋅ n ρ _a

  Keterangan : Z = siklus per putaran, = 2 untuk mesin 4 langkah = 1 untuk mesin 2 langkah

  3 V = Volume langkah total silinder (m )

  3

  = 0,001497 m

  10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR)

  

(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium

Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

  m × 3600 _a AFR = m _f Keterangan :

  m = Konsumsi bahan bakar _f

  b ⋅ 3600 m (kg/jam) _{f ρ f} = × t ⋅ 1000 b = Volume buret pada pengujian (cc) t = Waktu yang diperlukan untuk mengosongkan buret

  = Berat jenis bahan bakar (Bensin = 0,74 kg/l) ρ f

  11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif ( ) B _e Menyatakan ukuran penggunaan bahan bakar oleh motor, pada umumnya dinyatakan dalam satuan massa bahan bakar per satuan keluaran daya. Atau dapat juga didefinisikan dengan jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh motor untuk menghasilkan tenaga 1 HP dalam waktu 1 jam. Besarnya konsumsi bahan bakar

  (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor

  spesifik dinyatakan dengan :

  Bakar Torak, Hal 34) m _f B = (kg/HP jam) _e N _e

  12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi B

  ( ) _i

  Untuk mengukur banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk

  (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor setiap daya yang dihasilkan. Bakar Torak, Hal 34)

  m _f B (kg/HP jam) _i =

  N _i

  13. Laju massa gas buang

  (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

  m ^f

• m = m (kg/s) _{g a}

  3600

  14. Rugi energi pada gas buang (%) Jumlah energi panas yang hilang bersamaan dengan keluarnya sisa gas buang dari dalam silinder. (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum

  Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

  Q _g = × 100%

  η g Q _f

  Keterangan : Q g = Energi dalam gas buang .

  Q = m ⋅ C ⋅ − ⋅ 4,184 ( ) kW _{g g p(gas) ( θ g out θ g in )}

  − −

  C p(gas) = Panas jenis tekanan konstan (kkal/kg ◦C), dapat dilihat pada Gambar 2.1.

  θ g-in = Suhu udara masuk ( °C). θ g-out = Suhu gas buang ( °C).

  Q f = Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar.

  4,184 ⎛ ⎞

  Q = LHV ⋅ m ⋅ _{f f} ⎜ ⎟ 3600

  ⎝ ⎠ LHV = Untuk bensin = 10500 kkal/kg.

Gambar 2.1 Hubungan Antara Specific Heat Constant Pressure of Combustion

  Exhaust Gas ( C ) Dengan Temperature Combustion Exhaust Gas ( _pg

  θ ) gz

  

Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi

Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003

  15. Rugi energi pada air pendingin Jumlah energi panas yang hilang melalui air pendingin yang dialirkan ke dalam mesin. (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin,

  Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003).

  Q _w 100%

  = × η w

  Q _f Q w = Energi dalam air pendingin

  Q = m ⋅ C ⋅ − ⋅ 4,184 ( ) kW _{w w p(w) ( θ wg out θ w in )}

  − −

  Keterangan : m w = Laju air pendingin (kg/jam) C p(w) = Panas jenis tekanan konstan air (1 kkal/kg

  ◦C); = Suhu air pendingin masuk (

  θ w-in °C)

  16. Efisiensi Termal Efektif ( ) η e

  Efisiensi termal efektif adalah daya efektif dibagi dengan hasil kali total pemakaian bahan bakar per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar.

  (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 33)

  N . 632 _e =

  η e m . LHV _f

  17. Efisiensi Termal Indikasi ( )

  η i

  Efisiensi termal indikasi adalah daya indikasi dibagi dengan hasil kali total pemakaian bahan bakar per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar.

  (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 33) .

  N . 632 _i =

  η i m . LHV _f

BAB III MATERI DAN METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

  Mulai Studi literatur

  Pembuatan alat sebagai sarana penelitian Persiapan penelitian Pengambilan data Analisa data Pembahasan Kesimpulan

  Selesai

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

  3.2 Metode Penelitian

  Keadaan udara yang masuk dalam ruang bakar tentunya akan berpengaruh terhadap kinerja mesin itu sendiri, disini kondisi udara didinginkan atau dipanaskan.

  Pada penelitian ini dilakukan tiga kali pengambilan data, yaitu data dengan kondisi udara masukan mengalami pemanasan dan data dengan kondisi udara masukan mengalami pendinginan serta udara normal. Data-data tersebut diambil dengan menggunakan mesin dalam kondisi standart hanya saja guna mendukung dari penelitian ini penulis membuat suatu media berupa tabung yang akan dipasang pada saluran masuk karburator.

  Data-data dari masing-masing percobaan tersebut kemudian diolah dan dibandingkan. Pembandingan dilakukan dengan perhitungan dan grafik menggunakan variabel putaran. Dari perhitungan dan grafik tersebut diharapkan dapat diketahui pengaruh apa saja yang terjadi bila dilakukan percobaan seperti yang dimaksud.

  3.3 Lokasi penelitian

  Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Satana Dharma Yogyakarta. Dengan menggunakan mesin Toyota 1500 cc, dengan tipe mesin 5K-Over Head Valve (OHV).

  3.4 Alat-alat pengujian

  Kinerja mesin diuji dengan menggunakan Engine tesbed,yang terdiri dari bagian bagian seperti: Dinamometer dan alat ukur (termokopel, pressure gauge, manometer, rotameter, burret, dan tachometer), tak lupa juga keadaan engine pada keadaan standart (tanpa modifikasi).

3.4.1 Mesin bensin

  Dalam penelitian ini mesin yang dipergunakan adalah mesin bensin dengan kondisi standar dengan spesifikasi sebagai berikut: Merk / type :Toyota kijang / 5-K Perbandingan kompresi : 9:1 Volume silinder : 1497 cc Pendingin :Air Diameter silinder :80,5 mm Panjang langkah piston :73,5 Jumlah silinder : 4 silinder segaris (in line)

Gambar 3.2 Mesin Toyota 5-K

  

Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

Gambar 3.3 Engine testbed

  Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Kinerja mesin dilihat dengan memvariasikan suhu udara masuk , yaitu dengan membandingkan suhu udara yang satu dengan yang lainnya.

  Kinerja mesin diuji dengan alat uji yang disebut engine testbed. Dengan engine testbed ini maka daya dan torsi yang dihasilkan oleh mesin serta nilai konsumsi bahan bakar spesifik minimum dapat diketahui. Alat uji ini terdiri atas bagian-bagian utama seperti:

  Dinamometer Merupakan alat yang digunakan untuk mengukur daya keluaran mesin.

  Prinsip kerja dinamometer ini adalah memberikan pengereman pada poros keluaran mesin dengan jalan membuka gate / penyekat antara sudut rotor dan stator.

Gambar 3.4 Dinamometer

  

Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta.

  Alat ukur

  1. Termokopel, untuk mengukur:

  a. Temperatur air yang masuk ke mesin

  b. Temperatur air yang keluar dari mesin

  c. Temperatur minyak pelumas

  d. Temperatur gas buang (exhaust)

  2. Preasure guage, untuk mengukur tekanan minyak pelumas

  3. Manometer, untuk mengukur penurunan tekanan udara yang melewati orifice

  4. Rotameter, untuk mengukur sirkulasi aliran air di dalam mesin

  5. Burret, untuk mengukur volume bahan bakar

Gambar 3.5 Alat ukur

  

Sumber: Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

3.5 Langkah kerja

  Pengambilan data yang pertama dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

  1. Memasukkan bahan bakar premium kedalam tangki bahan bakar dan membuka katup bahan bakar agar dapat mengalir ke mesin.

  2. Memeriksa air pendingin di dalam tangki air. Membuka kran air, agar air dapat bersikulasi di dalam mesin, membuka kran air tambahan agar air dapat mengalir ke tangki pendingin.

  3. Memeriksa oli pelumas mesin agar tetap pada batas yang diijinkan.

  4. Menghidupkan mesin dengan memutar kunci kontak.

  5. Setelah mesin menyala, putaran mesin diatur sehingga diperoleh kondisi stasioner, yaitu pada putaran sekitar 600-700 rpm, kemudian

6. Menaikkan putaran mesin, dari kondisi stasioner menjadi 1500 rpm dengan memperbesar bukaan throttle.

  7. Selanjutnya mesin diberi pembebanan awal dengan memutar handwheel pada dinamometer ke kanan.

  8. Pada saat mesin dibebani, putaran tetap dijaga pada 3500 rpm, dengan jalan mengatur bukaan katup throttle.

  9. Pada kondisi 3500 rpm dan mesin terbebani, didiamkan dahulu beberapa saat sampai suhu air pendingin yang keluar dari mesin sekitar 60° C.

  Selanjutnya beban ditambah dengan memutar hand wheel dinamometer ke kanan, sambil menjaga putaran tetap pada 3500 rpm, dengan membuka katup

  throttle sampai throttle terbuka penuh (putaran mesin tetap 3500 rpm)

  Pengujian ini dilaksanakan pada saat throttle terbuka penuh. Setelah mesin dijalankan sesuai pada langkah ke-8 di atas, kemudian dilakukan langkah-langkah berikut :

  1. Mengurangi/menambah beban mesin secara perlahan dengan memutar

  handwheel dinamometer sampai putaran yang diinginkan pada pengukuran pertama, yaitu 3500 rpm.

  Setelah dinamometer disetimbangkan ( me-level-kan water pas ), kemudian membaca dan mencatat :

• Momen pada dynamometer.
• Waktu untuk mengkonsumsi bahan bakar tiap 100 cc.
• Sikap manometer.
• Debit air pendingin.
• Kelembaban udara pada suhu sekitar (kelembaban kamar).
• Suhu pada lingkungan sekitar (suhu kamar).
• Tekanan udara kamar.

  2. Selanjutnya menurunkan putaran mesin sesuai rpm yang dikehendaki dengan menambah pembebanannya. Dalam pengujian ini dimulai dari 3500, 3000, 2500, 2000, dan 1500 rpm. Pada setiap putaran data-data dicatat secara bersamaan.

  3. Untuk mengakhiri pengujian ini, putaran mesin diturunkan dengan memutar

  throttle kekiri dan diikuti dengan mengurangi beban secara perlahan-lahan,

  hingga putaran tidak lebih dari 2000 rpm dan beban sampai 0 kg. Kemudian menurunkan lagi putaran mesin hingga mencapai putaran idle 600 rpm.

  Karena pada penelitian ini dilakukan pengambilan data sebanyak 3 kali, maka setelah pengambilan data yang pertama selesai, mesin dimatikan terlebih dahulu dengan tujuan untuk mendinginkan mesin selama 30 menit. Selanjutnya pengambilan data ke 2, dan ke 3 dilakukan sama seperti pengambilan data yang pertama (dengan mengulangi langkah kerja ke-5).

  Pendinginan mesin harus dilakukan antara pengujian satu ke pengujian yang lainnya.

3.6 Parameter Dalam Perhitungan Motor Bakar

  Data yang diambil pada penelitian Tugas Akhir ini meliputi : • Putaran mesin.

• Beban pada dinamometer.
• Temperatur air yang masuk ke mesin.
• Temperatur air yang keluar dari mesin.
• Temperatur minyak pelumas.
• Temperatur gas buang.
• Tekanan udara atmosfir.
• Temperatur udara ruang.
• Kelembaban relatif udara selama pengujian.
• Perbedaan tekanan udara yang masuk melalui orifice.
• Debit aliran air pendingin.
• Waktu konsumsi bahan bakar tiap 100 cc.

BAB IV PERHITUNGAN

4.1 Data Pengujian dan Perhitungan

  Setelah data berbagai pengujian dari setiap metode diketahui. maka dapat dibuat perhitungan untuk menggambar grafik prestasi mesinnya. Perhitungan yang detail untuk contoh perhitungan pada setiap percobaan ituliskan dalam penelitian Tugas Akhir ini. dan hasil perhitungan untuk data yang lain ditunjukkan dalam tabel hasil perhitungan. Berdasarkan grafik prestasi mesin pada masing-masing metode. maka pembahasan dan kesimpulan dapat dibuat.

4.1.1 Data Pengujian

  Pengujian pada mesin dengan menggunakan udara panas.dingin. dan normal. dengan banyaknya pengambilan data masing-masing sebanyak 5 data.

  Berikut ini adalah data-data yang diperoleh dari pengujian : Tabel 4.1 Data pengujian mesin dengan menggunakan udara panas.

  Waktu Putaran Gas konsumsi mesin Beban Udara ruang Udara masuk Air pendingin Pelumas buang Bahan bakar tiap 100cc

  θ θ

  p θ g θ θ p _{a a ϕ Δ p W in W out} − − n m θ aliran mm

  No mm

  H O rpm kg Hg ºC % ^{2 ºC ºC ºC ºC 1/jam ºC t(s)}

  

1 3500 20 944 29,5 64,5 7,75 44,2 395,5 27,85 53,5 300 79,2 66,5

2 3000 32,5 944 29,5 64,5 7,5 44,15 408 28,05 57,4 260 84,45 68 3 2500 40 944 29,5 64,5 7,25 44,2 406 28,2 61,45 210 85,1 74 4 2000 45 944 29,5 64,5 7 44,9 389 28,4 65,65 160 84,4 85

5 1500 52,5 944 29,5 64,5 6,75 45,45 376,5 28,45 71,7 140 83,4 92

Tabel 4.2 Data pengujian dengan menggunakan udara dingin.

  Waktu Putaran Gas konsumsi mesin Beban Udara ruang Udara masuk Air pendingin Pelumas buang Bahan bakar tiap 100cc

  θ θ

  p θ g θ θ p _{a a ϕ Δ p W in W out} − −

  N m θ aliran Mm

  No mm

  H O rpm kg Hg ºC % ^{2 ºC ºC ºC ºC 1/jam ºC t(s)}

  

1 3500 20 944 30 60 7,5 24,05 370 28,6 52,9 300 78,25 73,5

2 3000 30 944 30 60 7,125 24,45 383,5 28,7 56,05 260 81,65 76

3 2500 41,5 944 30 60 6,875 24,75 376,5 28,8 59,85 210 82,35 80

4 2000 48,5 944 30 60 6,625 25,75 371,5 28,75 63,45 170 81,65 87,5

5 1500 57,5 944 30 60 6,375 25,65 358,5 28,5 68,35 140 81,1 94,5

Tabel 4.3 Data pengujian dengan menggunakan udara normal.

  Waktu Putaran Gas konsumsi mesin Beban Udara ruang Udara masuk buang Air pendingin Pelumas

  Bahan bakar tiap 100cc p θ θ _{a a ϕ W − in W − out} θ Δ p g θ θ p n m aliran

  θ

  Mm No mm

  H O rpm kg Hg ºC % ^{2 ºC ºC ºC ºC 1/jam ºC t(s)}

  

1 3500 20 943 28 70 7,75 28,6 372,5 27,45 49,4 300 74,35 67

2 3000 40 943 28 70 7,5 28,95 393,5 27,7 56,55 250 80,6 69

3 2500 45 943 28 70 7,25 29,55 395 27,8 60,6 200 82,15 73,5

  

4 2000 50,5 943 28 70 7 30,1 386 27,85 64,85 160 82,15 84

5 1500 56 943 28 70 6,75 29,9 375 28 70,75 130 81,6 91,5

4.1.2 Perhitungan

  Berdasarkan data yang diperoleh. maka kinerja mesin dapat dicari. Berikut ini adalah perhitungan untuk mesin dengan menggunakan udara panas pada 1500

  :

  1. Torsi (T) T = m . g. l (Nm) T = 52.5 kg . 9,81 m/s

  3

  )

  ( ) ( ) cm cm

  V _L

  35 ,

  7 05 ,

  8

  4 ² ⋅ ⋅ =

  π = 374,0839 cm

  1500 5 , , 4 0839 374 94 ,

  = (cm

  37 450000 ⋅ ⋅ ⋅

  ⋅ = _e

  P

  = 15,4314 kg/cm

  2

  4. Tekanan Indikasi

  ( ) _i P _{e i} P

  P

  =

  3

  4 π

  2

  = _e

  . 0,35 = 18,375 kg.m

  2. Daya Efektif

  ( ) _e

  N 716 2 ,

  T n N _e

  ⋅ = (PS) 716 2 ,

  , 1500 375

  18 ⋅

  N

  V _L

²

  = 38,48 PS = 37,94 HP (1Ps = 0,986 hp)

  3. Tekanan Efektif ( ) _e

  P a n z

  V N P _L ^e _e ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

  =

450000

  (kg/cm

  2

  )

  

L D

  (kg/cm ² ) m η

  = Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0.7 – 0.85. (Sumber : Wiranto Arismunandar. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Hal 36) Diambil 0.85 85 ,

  = 45,2757 PS = 44,6418 HP

  = 2,7231 kg/cm

  P

  = 18 − _m

  4314 , , 15 1546

  (kg/cm ² )