Konversi dan Konservasi Energi Praktik
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
1
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas karuniaNya saya
dapat menyelesaikan Laporan Praktikum Prestasi Mesin dengan percobaan Mesin Diesel
Di dalam laporan ini yang saya bahas antara lain adalah tujuan dari praktikum ini,
pengolahan data, pembuatan grafik, analisis hasil serta kesimpulan. Tentunya saya ingin
berterimakasih pada pihak-pihak yang telah membantu saya dalam menyelesaikan laporan
ini:
Bapak Ir. Imansyah Ibnu Hakim M.Eng dan Bapak Prof. Ir Yulianto S Nugroho
M.Sc., Ph.D selaku dosen mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi
Dani Ariyantoa sebagai asisten praktikum Mesin Diesel,
Teman-teman kelompok praktikum,
Serta pihak-pihak lain yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu.
Saya selaku penulis laporan sadar betul bahwqa laporan ini masih jauh dari sempurna oleh
karena itu saya sangat mengharapkan adanya masukan berupa kritik dan saran membangun
untuk lapran ini. Semoga laporan ini dapat menjadi manfaat bagi kita semua dan mahasiswa
Teknik mesin pada umumnya.
Depok, 11 Mei 2013
Mohammad Azwar Amat
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
2
DAFTAR ISI
KATA PENGATAR...............................................................................................................(1)
DAFTAR ISI...........................................................................................................................(2)
BAB I......................................................................................................................................(3)
BAB II.....................................................................................................................................(4)
BAB III..................................................................................................................................(18)
BAB IV..................................................................................................................................(21)
BAB V...................................................................................................................................(28)
REFERENSI..........................................................................................................................(34)
LAMPIRAN..........................................................................................................................(34)
TUGAS TAMBAHAN..........................................................................................................(35)
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
3
BAB I
TUJUAN PENGUJIAN
Tujuan pengujian Motor Diesel adalah untuk mengetahui karakteristik dari motor diesel yang
diuji, kemudian hasilnya digambarkan dalam bentuk grafik karakteristik. Beberapa grafik
karakteristik yang dapat dipergunakan untuk menilai performance atau kemampuan suatu
motor diesel antara lain:
Karakteristik motor diesel pada berbagai kecepatan putaran (n)
Grafiknya : IHP, BHP, BMEP, Brake Torque, BSFC, danm effisiensi vs kecepatan
putaran.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
4
BAB II
TEORI
II. 1 Teori Dasar
Satuan yang digunakan adalah Internasional System Units.
i.
Dynamometer Reading
DESKRIPSI
T
Nm
Balance reading
F
N
Torque arm length
L
mm
Time
t
s
Revolutions
n
rpm
Power output
BHP
kW
K1
Fuel Consumption
DESKRIPSI
iii.
SATUAN
Torque
Dynamometer constant
ii.
SIMBOL
SIMBOL
SATUAN
Fuel gauge calibrated volume
Vg
L
Fuel consumption
BFC
L/h
Specific fuel consumption
BSFC
L/Kw-h
Density of fuel
Xf
Kg/L
Lower Calorifie Value
Hf
J/Kg
Engine Dimensions
DESKRIPSI
SIMBOL
SATUAN
Cylinder diameter
d
mm
Piston stroke
s
mm
Number of cylinders
N
Constant 2 – stroke
K2
1
4 – stroke
K2
2
Swept volume
Vs
l
Clearance volume
Vc
Compression ratio
r
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
5
iv.
Engine Performance
DESKRIPSI
v.
SATUAN
Indikated power
I
Kw
Mechanical Losses
M
Kw
Brake mean effective pressure
p
KN/m2
Friction mean effective pressure
m
KN/m2
Mechanical efficiency
ηmech
Air standard efficiency
ηa
Thermal efficiency
ηth
Air Consumption
DESKRIPSI
Diameter of measuring orifice
vi.
SIMBOL
SIMBOL
SATUAN
D
mm
Volume of air box
VB
M3
Orifice coefficient
K3
Temperature of air
Ta
K
Barometric pressure
Pa
KN/m2
Density of air
ρa
Kg/m3
Velocity across orifice
U
m/s
Gas constant
ho
CmH2O
Engine volumetric efficiency
R
J/kgoK
Energy Balance
DESKRIPSI
SIMBOL
SATUAN
Heat of combustion of fuel
H1
J/s
Enthalpy of exhaust gas
H2
J/s
Enthalpy of inlet air
H3
J/s
Heat to cooling water
Q1
J/s
Other heat losses
Q2
J/s
Exhaust temperature
Te
Engine cooling water flow
qw
L/s
Cooling water inlet temperature
T1
o
Cooling water outlet temperatur
T2
o
o
C
C
C
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
6
II.2 Fisilitas Pengujian dan Analisa
Fasilitas pengujian merupakan factor utama yang mempengaruhi relevannya data-data
hasil pengujian dan analisa-analisa terhadap karakteristik pengujian yang didapat. Fasilitasfasilitas pengujian yang terpenting dalam pengujian motor bakar adalah sebagai berikut :
1. Measurement of output torque and power
2. Measurement of speed
3. Measurement of fuel consumption
4. Measurement of air mechanical losses in engine
5. Measurement of air consumption
6. Measurement of heat losses
7. Exhaust gas analisys
i.
Measurement of Output torque and power
Untuk mengukur besarnya output-torque dari suatu motor dapat digunakan alat-alat
ukur seabagai berikut :
a) Electrical Dynamometer
Torque :
T
F ,L
Nm )
1000 (
diamana :
F = Balance reading atau Balance reading added weight (N)
L = Torque arm length
Dari kedua persamaan diatas didapat :
F .n
BHP
(Kw )
Kl
6.107
K 1= 2 πL =Dynamometer Constant
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
7
b) Hydraulic Dynamometers
Khusus untuk Hydrolic dynamometer ini, balance reading dan added weight
dinyatakan langsung dalam satuan torque ( Nm )
T .n
Maka : BHP= K ( Kw )
1
Dari rumus diatas dapat dianalisa karakteristik motor pada berbagai kecepatan
putaran.
Grafiknya
ii.
: BHP, Brake Torque Vs Kecepatan Putaran
Pengukuran Kecapatan Putaran
Untuk menggambarkan karakteristik Torque-speed, diperlukan tachometer. Dalam
pengukuran karakteristik-karakteristik laiinya seperti power output dan fuel consumption
dipergunakan stopwatch. Pada Electrical Dynamometer biasanya dilengkapi dengan
counter yang dapat dipasang dan dilepaskan secara manual.
Cara mengukur speed dengan memasang counter untuk periode waktu tertentu guna
mencatat putaran dan waktu. Sedangkan pada hydraulic dynamometer biasanya sudah
dilengkapi dengan counter yang bekerja secara terus-menerus. Dalam hal ini harus
dipergunakan stopwatch untuk mencatat waktu antara saat mulai pengukuran dan akhir
pengukuran.
iii.
Measurement of fuel Consumption
Pengukuran atas kebutuhkan bahan bakar yang dipergunakan dapat dilaksanakan dengan
Plint Fuel Gauge. Pada prinsipnya alat tersebut terdiri dari tabung yang didalamnya
dibatasi dengan sekat (spacer) dan antara setiap spacer yang berurutan mempunyai
volume : 50 – 100 – 200 cc. dengan stop-watch dapat diketahui waktu yang diperlukan
untuk pemakaian sejumlah bahan bakar tertentu.
Rumus :
A. Fuel Consumption
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
8
Dimana
: Vg = Calibrated volume of fuel gauge (L)
t = time to consumen calibrated volume (sec)
B. Specific Fuel consumption and power
Untuk mengetahui thermal efficiency perlu diketahui besarnya specific fuel
consumption.
Kecepatan putaran moor dapat juga dihitung dengan mempergunakan “counter dan stop
watch” sebagai berikut :
n
60. N
(rpm)
t
Dimana : N = Jumlah putaran dalam waktu t
Performance suatu motor disebut sebagai brake mean effective atau bmep. Ini
menyatakan tekanan rata-rata yang diperlukan untuk menggerakkan piston selama langkah
kerja guna menghasilkan power output, bilamana tidak ada mechanical losses. Power output
dari motor dalam hubungannya dengan bmep :
p . n .Vs
BHP
(Kw )
6.10 4 . K 2
Dimana
:p
= bmep (kN/m2)
Vs
= swept volume of engine (L)
K2
= 1 for a 2-stoke engine
2 for a 4-sroke engine
Sedangkan swept volume
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
9
Dimana
:
d = diameter cylinder (mm)
s
= piston stroke (mm)
N = jumlah silinder
Maka :
Electrical Dynamometers :
4
´P 6.10 . K 2 . F (kN /m2 )
K 1. V s
Hydraulic dynamometer :
4
´ 6.10 . K 2 . T (kN /m2 )
P
K 1 .V s
Brake thermal efficiency :
Dimana :
Hl = Lower calorific value ( J/Kg )
ρf = Density of fuel at 200C ( Kg / l )
Dari rumus-rumus diatas dapat dianalisa karakteristik motor pada putaran konstan
dengan berbagai pembebanan.
Grafiknya : BSFC, BFC, Thermal efficiency Vs BMEP / BHP.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
10
iv.
Measurement of mechanical losses in engine
Penyebab kerugian mekanis dalam motor bakar :
Gesekan antara piston dengan dinding silinder, bantalan – bantalan dan bagian yang
bergesekan lainnya seperti : roda gigi, chamshaft dsb.
Keperluan daya untuk menggerakkan mekanisme katup, fuel pump, lubricating oil
pump, cooling water pump dan sebagainya.
Kerugian pemompa atau “pumping losses” kadangkala ikut terhitung dalam kerugian
mekanis, hal ini tergantung pada method pengukuran kerugian mekanis yang diperlukan.
Pimping losses. Pumping losses adalah kerugian daya yang dipergunakan untuk
penghisapan udara/mixture ke dalam silinder dan pendorong gas bekas keluar dari
silinder.
Beberapa pengukuran kerugian mekanis :
-
Measurement of mechanical losses by motoring.
-
Measurement of mechanical losses from indicator diagram.
-
Measurement of mechanical losses by extrapolation of William line.
-
Estimation of mechanical losses by means of morse test.
A. Measurement of Mechanical losses by Motoring
Prinsipnya adalah mengukur besar daya yang diperlukan untuk memutar engine tanpa
terjadi pembakaran didalam silinder. Metode ini hanya dapat dijalankan bila engine di
kopel dengan electric dynamometer yang sekaligus berfungsi sebagai penggeruk.
Caranya :
Menghidupkan mesin sampai engine steady
Memutuskan perapian atau stop bahan bakar sehingga tidak terjadi pembakaran
dalam silinder.
Mengukur daya yang diperlukan untuk memutar engine sampai ke putaran penuh,
pengukuran harus dilakukan sebelum engine menjadi dingin
Mempergunakan dead weigh pada dynamometer, karena torque yang diperlukan
untuk memutar engine mengakibatkan casing dari dynamometer akan bereaksi
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
11
dalam arah yang berlawanan dengan arah ketika dynamometer menyerap daya
dari engine.
Rumus :
Mechanical losses
F .n T .n
M K = K (Kw)
1
1
Mechanical efficiency :
IMEP
6.104 . K 2 . I
2
n .V s (kN /m )
IMEP kN
FMEP= η
( 2)
mek
m
Dari rumus-rumus tersebut di atas dapat dianalisa karakteristik engine pada berbagai
kecepatan putaran.
Grafiknya: IMEP, FMEP, BMEP, BHP vs putaran.
B. Measurement of mechanical losses from indicator diagram
Prinsipnya adalah pengukuran indicated power output langsung dari indicator diagram dan
pada saat yang bersamaan juga diadakan pengukuran terhadap brake power output
sehingga besarnya mechanical power dapat dihitung. Metode ini hanya berlaku bila
tersedia fasilitas untuk pengambilan indicator diagram secara teliti.
Diagram yang dihasilkan dengan mempergunakan “Oscilloscpoe” kurang sesuia untuk
tujuan ini sebaiknya dipergunakan “Maihak-Indicator”.
Caranya
:
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
12
Hitung luas diagram yang dihasilkan oleh indicator diagram dengan menggunakan
planimeter, kemudian dibagi dengan panjang (absis) dari diagram. Kalikan dengan skala
tekanan (ordinat) dari diagram.
Hasilnya : IMEP=´i
Sedangkan dari pengukuran Power Output dapat dihitung besarnya:
BMEP= ´p
Jadi :
P´
ηmek = ´
i
C. Measurement if mechanical losses by Extrapolation of Williams Line
Prinsipnya adalah pengukuran fuel consumption pada putaran konstan dengan berbagai
pembebanan, kemudian digambarkan dalam grafik fuel consumption vs BMEP.
Metode ini khusus dipergunakan untuk mengukur kerugian mekanis pada motor diesel,
dimana pengisapan udara tanpa Throttled.
Caranya
-
:
Dari grafik BFC vs BMEP diketahui bahwa garis consumption atau Williams Line
merupakan garis lurus dari nol sampai rated power output = 75%
-
Apabila garis tersebut diteruskan / ekstrapolasi samapi fuel consumption = 0,
maka perpotongannya dengan sumbu BMEP merupakan mechanical power (n)
-
Sedangkan BMEP dihitung pada maksimum power output (p)
Mechanical Efficiency
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
13
D. Estimation of Mechanical Losses by mean of Morese Test
Prinsipnya adalah menghitung indicated power output dari setiap silinder dengan terlebih
dahulu mengadakan pengukuran terhadap power output dari engine dimana pembakaran
dalam satu silinder dimatikan secar berturut-turut.
Metode ini hanya dapat dilaksanakan pada engine yang mempunyai silinder banyak
(misalnya 4 silinder) dan hasilnya merupakan suatu pendekatan belaka dan ketelitiannya
agak menyangsikan, karena dalam metode ini diterapkan dua anggapan/asumsi yang perlu
dipertanyakan kebenarannya sebagai berikut:
Pemutusan atau penghentian pembakaran pada setiap silinder tidak
mempengaruhi kesempurnaan pembakaran pada silinder-silinder lainnya.
Berkurangnya atau selisih power output engine pada salah satu silinder
dihentikan pembakarannya terhadap power output total engine adalah sama
dengan indicated power output dari silinder yang pembakarannya dihentikan.
Caranya
:
Jalankan / hidupkan engine sampai berjalan normal pada maksimum power
output dan kemudian hentikan/matikan pembakaran pada salah satu silinder
dengan cara sebagai berikut:
Motor Diesel : buka sambungan pada pipa bahan bakar antara fuel pump
dengan injector. Selanjutnya ukur torque output engine pada putaran konstan.
Rumus:
-
Indicated power output of individual cylinder
P−P1 =I 1
P−P2 =I 2
P−P3 =I 3
P−P 4=I 4
Dimana :
I1, I2, ….. = Indicated power output of individual cylinder
P1, P2, ….= Measured power output with combustion suppressed in each cylinder (1, 2, 3,
4).
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
14
-
Indicated power output engine
I =I 1+ I 2 + I 3 + I 4 =4 P−(P ¿ ¿1+ P2 + P3 + P4 )¿
-
Mechanical losses
M =I −P=3 P−(P ¿ ¿1+ P2 + P3 + P4 ) ¿
-
Mechanical efficiency
P
P
ηmec = I =
4 P−( P ¿ ¿1+ P2 + P3 + P4 )¿
Rumus-rumus dasar di atas dapat juga diperhitungkan dalam bentuk persamaan dari :
BMEP( p´ , ´p2 , ´p 3 , ´p4 ), pada putaran konstan sehingga didapat persamaan
sebagai berikut:
p´ p´ 1 ´p2 ´p 3 ´p4
P = P1 = P 2 = P3 = P 4
v.
Measurment of Air Consumption
Efficiency volumetric sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar
karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah
udara/mixture yang dapat dihisap oleh piston dalam silinder. Pengukuran jumlah udara
yang dihisap dilaksanakan dengan Air Consumption Motor, TE40 dengan prinsip
mengukur pressure drey dari aliran udara yang melalui suatu orifice yang telah diketahui
diameter dan coeffisien of dichargenya dan kemudian menghitung. Pengukuran pressure
drey dilaksanakan dengan “inclined manometer”.
Rumus-rumus:
a. Hubungan antara beda tekanan dan kecepatan dari ekspansi bebas gas
p=
ρa . U 2
2
Dimana:
ρa = density of air, kg/m3
U = velocity, m/s
p = pressure difference, N/m3
Beda tekanan diukur dalam cm of water. 1 cm H2O = 98,1 N/m2.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
15
p=
ρa . U 2
2 =98,1 h0
di mana h0 = head across orifice, cm H2O
b. Density udara
103 p a
ρa =R T a
di mana pa = barometric pressure, kN/m2
Ta = air temperature, K
R = 287 J/kgK
Kombinasi persamaan a dan b :
U =237,3
√
h0 .T a
103 p a
c. Volumetric rate of flow melalui orifice
V a =10−3 .
Dimana :
h0 T a
π . D2
.237,3
.
4
103 p a
√
Va = volumetric rate of flow, l/sec
D = orifice diameter, mm
K3 = coefficient of discharge of orifice
d. Massa rate of flow
h0 . pa . 103
π . D2
m a=10 . 4 . K 3 .0,827 .
Ta
√
−6
Bila dipergunakan orifice dengan sisi tajam maka K3=0,6 dan rumus c dapat
disederhanakan sebagai berikut:
V a =0,003536 D 2
√
h0 . T a
pa l/sec
ma=0,00001232 D2
√
h0 . p a
T a kg /sec
e. Volumetric Efficiency
60. K 2 . V a
η vol= n .V
s
Dimana :
K2 = constant,
1 untuk 2-stroke
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
16
2 untuk 4-stroke
Vs = swept volume, liters.
Dari rumus di atas dapat diketahui karakteristik engine pada berbagai
kecepatan putaran.
Grafik
vi.
: �vol terhadap putaran.
Measurement of Heat Losses
Persamaan umum kesetimbangan energy dalam motor bakar dapat ditunjukkan sebagai
berikut:
P=H 1 −( H 2−H 3 )−Q 1−Q 2
Dimana:
P = power output of engine
H1 = heat combustion of fuel
H2 = enthalpy of exhaust gas
H3 = enthalpy of inlet air
Q1 = heat to cooling water
Q2 = other heat losses.
Semua harga tersebut di atas dinyatakn dalam: watt (Joule/sec). Sedangkan masingmasing harga pada ruas kanan persamaan di atas adalah:
H L . ρf .V
a. H 1= 3600
Dimana :
HL= lower calorific value of fuel, J/kg
ρf = density of fuel, kg/ltr
BFC = fuel consumption. l/h
b. H 3=ma . C p . T a ( Watt)
Dimana :
ma = massa rate of flow air at engine inlet kg/sec
Cp = specific heat of air at constant pressure J/kg
Ta = temperature of air at inlet, 0°C.
ρ f .V
c. H 2= ma+ 3600
. Cp . Te
(
Dimana :
)
Te = exhaust gas temperature, °C.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
17
Perhitungan H2 dengan mempergunakan rumus di atas adalah merupakan pendekatan saja
dengan beberapa asumsi, bahwa specific heat dari asap yang mempunyai
massa sama dengan jumlah massa udara dan bahan bakar yang diisap ke
dalam silinder adalah sama specific heat dari udara masuk.
Metode ini dapat dilaksanakan dengan mempergunakan exhaust indicator and
thermocouple RE2-3. Untuk perhitungan yang lebih teliti dipergunakan
Exhaust Calorimeter TE 90, di mana gas buang didinginkan sampai
temperature tertentu dengan cara mengalirkan air ke dalam calorimeter.
d. Q 1=4187 qw ( T 2−T 1 )
Dimana :
qw = rate of flow engine cooling water l/sec
T2 = cooling water outlet temp. °C
T1 = cooling water inlet temp. °C
Dari perhitungan dengan rumus-rumus di atas akan dapat diketahui
karakteristik (heat balance) engine pada suatu putaran tertentu.
Grafik : heat balance vs BHP
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
18
BAB III
INSTALASI DAN SPESIFIKASI UNIT PENGUJIAN
III.1 SKEMA INSTALASI
ENGINE TEST BED 100 HP/75 Kw – TE. 18
KETERANGAN :
A. MOTOR DIESEL
TE18
B. HYDRAULIC DYNAMOMETER
DPX1
C. FUEL CONSUMTION GAUGE
PE13
D. AIR CONSUMTION FLOW METER
PE40
E. ENGINE COOLING WATER SISTEM
TE95
F. TACHOMETER (DIGITAL)
TTC105
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
19
III.2 SPESIFIKASI ALAT PERCOBAAN DAN PENGUKURAN
Equipment
: Hydraulic dynamometer test bed 75 kW (100HP)
Serial number : 18/39780
Supplied to
: Gilbert, Gilkos N. Gordon (Indonesia)
Engine
Type
: 4D-56 MITSUBISHI DIESEL
Engine No.
:
Bore
: 91.1 mm
Stroke
: 55 mm
Swept Volume
: 2477 cc
Compression Ratio: 23
: 1:21
Max Speed
: 4000 rpm
Max. Power
: 85 kW (115HP) / 4000 rpm
Indicator Tapings
: in number 4 cylinders
Diameter of exhaust pipe
: 38 mm (1.5”)
Length of exhaust pipe
: 1 meter
Torque
: 240 Nm (24.5 Kg.m) / 2000 rpm
Dynamometer
Capacity
: 75 kW/100 HP
Type
: DPX 1
Max. Speed
: 9000 rpm
Power Equation
: (Newton x rpm)/9645,305 Watts
Centre Height
: 381 mm
Fuel Gauge
Number
:1
Capacity
: 50-100-200 cc
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
20
Water Flow meter
Capacity
: 5 to 50 l/min
Air Box
Drum Size
: 0.61 m diameter X 0.91 m long
Orifice Size
: 56.00 mm
Coefficient of Discharge
: 9.6
Additional Instruments
Oil Pressure Gauge
: Rotetherm 0 to 700 kN/m2
Oil Temperature Gauge
: Rotetherm 50 to 200 0C
Tachometer
: Candolla instruments TTC 105
Revolution Counter
: Serial No. 002
Cooling Water thermometer
: -10 to 1100C
Exhaust Thermometer
: not supplied
Exhaust Test Clock
: yes
Literature
Foundation Plinth Engine Handbook
: 20038
Heenan & Froude Instruct book no.
: 506/4
Heenan & Froude Publication
: 6032/3
Heenan & Froude Drawing no.
: BX 10000020AA
: T.E. 10 T.E.20/A E. E. O
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
21
BAB IV
PENGOLAHAN DATA
IV.1 Data Pengujian Motor Diesel pada berbagai putaran (n)
Tabel Data Percobaan
N
o
1
2
3
4
5
n
(rp
m)
120
0
140
0
160
0
180
0
200
0
Vg
t
T-in
Tout
Q
∆L
Pa
Ta
Te
(L)
(se
c)
(K)
(K)
(L/
sec)
(cmH2
O)
(kPa)
(K)
(K)
77
334
336
0,583
0,95
1,00
309
71
336
338
0,600
1,30
1,00
309
60
338
340
0,600
1,90
1,00
309
55
342
344
0,617
2,30
1,00
309
49
340
342
0,625
2,90
1,00
309
0,02
5
0,02
5
0,02
5
0,02
5
0,02
5
310,
7
312,
2
314,
2
315,
7
316,
7
Tors
i
(Nm
)
0,35
0,75
1,00
1,10
1,50
IV.2 Mencari Harga BHP, BFC, BSFC, BMEP, Va, ma, ηth, dan ηvol
N
o
n
BHP
BFC
BSFC
BMEP
Va
(rp
m)
(Kw)
(L/
sec)
(L/Kwh)
(kN/
m²)
(L/sec)
1
1200
0,044
1,169
26,57
1,776
190,19
2
1400
0,110
1,268
11,53
3,806
222,49
3
1600
0,168
1,500
8,928
5,087
268,98
4
1800
0,207
1,636
7,903
5,571
295,94
5
2000
0,314
1,837
5,850
7,606
332,31
ma
ηth
(kg/
sec)
0,0021
44
0,0025
09
0,0030
33
0,0033
37
0,0037
47
0,0037
5
0,0086
7
0,0112
0
0,0126
5
0,0170
9
ηvol
7,678
7,699
8,144
7,965
8,049
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
22
Contoh Perhitungan
Untuk n =1200 rpm
2 π × n× T 2 π × 1200× 0,35
BHP=
=
=0,0 44 kW
60 ×1000
60 ×1000
3600× V g 3600 ×0,025
BFC=
=
=1,169 L/ h
t
77
BFC 1,169
L.h
BSFC=
=
=26,57(
)
BHP 0,044
kW
BMEP=
6 x 104 × K 2 × BHP 6 x 10 4 ×2 ×0,044
= 1200 ×2,477 =1,776 kN /m2
n ×V s
V a =0,003536 × D2 ×
√
h 0 ×T a
0,95 ×309
l
2
=0,003536
×(56,03)
×
=190,193(
Pa
1,00
s)
ma=0,00001232× D2 ×
√
√
h0 × Pa
0,95 ×1,00
2
=0.0021445 kg/ s
T a =0,00001232×(56,03) ×
309
√
6
6
3,6 ×10
3,6 ×10
ηt h= BSFC × ρ × H =
=0,00375
f
L
26,57 ×0,85 ×(4,25 ×107 )
η vol=
60× K 2 × V a 60× 2× 190,193
n ×V s = 1200 × 2,477 =7,678
IV.3 Mencari Harga FHP, IHP, ηmek, IMEP, dan FMEP
Dengan metode Least square :
N
o
1
2
3
4
5
b=
BHP (x)
(kW)
0,044
0,110
0,168
0,207
0,314
BFC
(y)
(l/s)
1,169
1,268
1,500
1,636
1,837
n ∑ xy−∑ y
n ∑ x2−¿ ¿ ¿ ¿
x2 ∑ y−∑ x ∑ xy
∑
a=
2
n ∑ x −¿ ¿ ¿
X²
Y²
0,00194
0,01210
0,02822
0,04285
0,09860
1,36656
1,60782
2.25000
2.67650
3.37457
XY
0,05143
0,13948
0,25200
0,33865
0,57682
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
23
Tabel hasil perhitungan :
N
o
n
(rpm)
1200
1400
1600
1800
2000
1
2
3
4
5
FHP
IHP
3,43
3,43
3,43
3,43
3,43
3,474
3,540
3,598
3,637
3,744
ηmek
0,01266
0,03107
0,04669
0,05691
0,08387
IMEP
FMEP
120,7503
122,4984
108,9423
97,8872
90,6903
9537,94
3942,66
2333,31
1720,04
1081,32
Contoh Perhitungan :
Untuk n =1200 rpm
b 1,89341
FHP= =
=3,43
a 0,55202
IHP=BHP+ FHP=0,044+ 3,43=3,474
ηmek =
BHP 0,044
=
=0,01266
IHP 3,474
IMEP=
6 × 104 × K 2 × IHP 6 ×104 × 2× 3,474
= 1200× 2,477 =140,2503
n ×V s
IMEP 120,7503
FMEP= η
= 0,01266 =9537,94
mek
IV.4 Mencari Harga ‘Haet Losses’ H1, H2, H3, Q1, dan Q2
Tabel hasil perhitungan :
No
n
(rpm)
1200
1400
1600
1800
2000
1
2
3
4
5
H1
H2
H3
Q1
Q2
11730,59
12724,03
15052,08
16416,80
18433,78
1035,10
1201,22
1448,78
1592,54
1788,21
77,32
90,48
109,37
120,34
135,12
4882,04
5024,40
5024,40
5166,76
5233,75
5846,77
6478,89
8520,27
9570,84
11232,94
Contoh Perhitungan :
Untuk n =1200 rpm
H L × ρf × BFC 4,25 ×10 7 × 0,85× 1,169
J
H 1=
=
=11730,59 Watt ( )
3600
3600
s
[
H 2= m a+
(ρf × BFC )
(0,85 ×1,169)
J
×
C
×T
=
0,002144+
×1001,7 × 427=1035,10 Watt( s )
p
e
3600
3600
]
[
]
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
24
J
H 3=ma ×C p ×T a=0,002144 × 1001,7× 309=77,32 Watt ( )
s
J
Q 1=4187 ×Q (T out −T ¿ )=4187 × 0,583 ( 336−334 ) =4882,04 Watt ( )
s
J
Q 2=H 1− ( H 2 −H 3 )−Q 1−BHP=11730,59 – ( 1035,1−77,32 ) −4882,04−44=5846,77 Watt ( )
s
IV.5 Grafik
BHP vs RPM
BHP vs RPM
0.35
0.3
0.25
BHP vs RPM
0.2
0.15
0.1
0.05
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
IHP vs RPM
IHP vs RPM
3.8
3.75
3.7
3.65
3.6
3.55
3.5
3.45
3.4
3.35
3.3
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
BMEP vs RPM
IHP vs RPM
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
25
BMEP vs RPM
8
7
6
5
BMEP vs RPM
4
3
2
1
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
BSFC vs RPM
BSFC vs RPM
30
25
20
BSFC vs RPM
15
10
5
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
FHP vs RPM
FHP vs RPM
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
Effisiensi Thermal vs RPM
FHP vs RPM
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
26
Efsiensi thermal vs RPM
0.02
0.02
0.01
0.01
Efsiensi thermal vs RPM
0.01
0.01
0.01
0
0
0
Effisiensi Volumetrik vs RPM
Efsiensi Volumetrik vs RPM
8.2
8.1
8
7.9
Efsiensi Volumetrik vs
RPM
7.8
7.7
7.6
7.5
7.4
11001200130014001500160017001800190020002100
Effisiensi Mekanik vs RPM
Efsiensi Mekanik vs RPM
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
Efsiensi Mekanik vs RPM
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
27
Grafik H1, H2, H3, Q1, dan Q2 terhadap n
20000
18000
16000
14000
12000
H1
H2
H3
Q1
Q2
10000
8000
6000
4000
2000
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
28
BAB V
ANALISA DAN KESIMPULAN
V.1 ANALISA
Analisis grafik dilakukan pada setiap grafik yang akan diamati dan kesalahan dalam
percobaan. Setelah analisa selesai, akan dibandingkan dengan litelatur yang ada.
V.1 Analisa grafik
i.
Analisa Kurva BHP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara BHP dengan putaran mesin (RPM) menunjukkan bahwa nilai dari BHP
menunjukkan kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran mesin (RPM). Dengan
kata lain, BHP berbanding lurus dengan kenaikan putaran RPM, walaupun tidak begitu
linier.Kenaikan kurva BHP terhadap putaran mesin (n) seharusnya memiliki garis linier yang
halus, namun pada data yang kami dapatkan tidak berlaku seperti itu. Kemungkinan besar hal
ini dikarenakan nilai kenaikan putaran mesin yang tepat seperti di data tidak bisa kami
dapatkan pada percobaan. Misalnya, untuk putaran 1000 rpm, data pada alat percobaan tidak
menunjukkan angka 1000 tepat, melainkan lebih walaupun hanya sedikit.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
29
BHP vs RPM
0.35
0.3
0.25
BHP vs RPM
0.2
0.15
0.1
0.05
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
ii.
Analisa Kurva FHP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara FHP dengan putaran mesin (RPM) menunjukkan bahwa nilai dari FHP
memiliki nilai yang konstan pada nilai RPM berapapun. Hal ini dikarenakan FHP = b/a sama
untuk tiap RPM yang berbeda, dengan demikian kurva FHP akan membentuk garis lurus.
FHP vs RPM
4
3.5
3
2.5
FHP vs RPM
2
1.5
1
0.5
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
iii.
Analisa Kurva IHP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara IHP dengan putaran mesin (RPM) menunjukkan bahwa nilai dari IHP akan
mengalami kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari RPM. Dengan kata lain, IHP
sebanding dengan RPM walaupun kenaikan hanya sedik demis sedikit .
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
30
IHP vs RPM
4
3.9
3.8
3.7
IHP vs RPM
3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
iv.
Analisa Kurva BSFC terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara BSFC dengan putaran mesin (RPM), menunjukkan nilai dari BSFC akan
menurun seiring dengan naiknya nilai dari RPM. Dengan kata lain, BSFC berbanding terbalik
dengan RPM.
Penurunan kurva tersebut disebabkan karena nilai dari BSFC sendiri
berbanding terbalik dengan nilai dari BHP yang selalu mengalami kenaikan terhadap nilai
RPM.
BSFC vs RPM
30
25
20
BSFC vs RPM
15
10
5
0
1000
v.
1200
1400
Analisa Kurva η
Pada kurva antara
η
mek
mek
1600
1800
2000
2200
terhadap RPM
dengan RPM menunjukkan bahwa nilai dari
meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari RPM ( η
mek
mesin). Kenaikkan kurva tersebut disebabkan karena nilai dari
η
mek
akan
sebanding dengan putaran
η
mek
sendiri bergantung
dari nilai BHP dan IHP, sementara kenaikan nilai dari BHP diimbangi dengan kenaikan nilai
dari IHP.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
31
Efsiensi Mekanik vs RPM
0.09
0.08
0.07
0.06
Efsiensi Mekanik vs RPM
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
vi.
Analisa Kurva η
Pada kurva antara η
th
th
terhadap RPM
dengan RPM menunjukkan bahwa nilai dari
seiring dengan kenaikan nilai dari RPM ( η
th
η
th
akan meningkat,
sebanding dengan n) walaupun kenaikannya
tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan karena nilai dari
η
th
berbanding terbalik
dengan nilai dari BSFC yang mengalami penurunan kurva, artinya bahwa ratio dari heat
sebanding dengan nilai dari brake.
Efsiensi thermal vs RPM
0.05
0.04
Efsiensi thermal vs
RPM
0.03
0.02
0.01
0
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
vii.
Analisa Kurva η
Pada kurva antara η
vol
vol
terhadap RPM
dengan n terlihat bahwa nilai dari η
vol
tidak stabil dan cenderung
naik, seiring dengan naiknya putaran mesin. Hal ini disebabkan karena hubungan
η
vol
dengan RPM adalah berbanding terbalik dan berbading lrus akar dengan delta L (ΔL) sesuai
pada persamaan yang sudah diberikan sebelumnya.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
32
Efsiensi Volumetrik vs RPM
8.2
8.1
8
7.9
7.8
7.7
7.6
7.5
7.4
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Efsiensi Volumetrik
vs RPM
viii.
Analisa Kurva BMEP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara BMEP dengan RPM menunjukkan bahwa nilai dari BMEP akan
meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari RPM. Dengan kata lain, BMEP sebanding
dengan RPM. Kenaikan tersebut disebabkan nilai dari BMEP sebanding dengan nilai dari
BHP dan berbanding terbalik dengan nilai dari RPM. Sementara kondisi nilai dari BHP
sendiri memiliki nilai perbandingan RPM, hal ini membuat RPM secara nyata tidak
memberikan pengaruh langsung terhadap kenaikan BMEP, tetapi kenaikan RPM memberikan
pengaruh pada kenaikan Torsi, dan kenaikan Torsi sebanding dengan peningakatan BMEP.
Itulah yang menyebabkan nilai dari BMEP tetap naik, walaupun RPM secara korelasi tidak
memberikan dapak apapun.
BMEP vs RPM
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1000
ix.
BMEP vs RPM
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Analisa Kurva H1 terhadap RPM
Pada kurva antara H1
dengan RPM menujukkan bahwa nilai dari H1 akan mengalami
kenaikan, seiring dengan naiknya nilai dari RPM. Hal ini disebabkan karena pada saat engine
berada pada nilai RPM tinggi maka bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin akan semakin
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
33
besar. Sebagaimana diketahui bahwa hubungan antara nilai H 1 (Heat of Combustion of Fuel)
sebanding dengan nilai dari BFC ( Fuel Consumption ).
x.
Analisa Kurva H2 terhadap RPM
Pada kurva antara H2 dengan RPM terlihat bahwa nilai dari H2 mengalami kenaikan seiring
dengan naiknya nilai RPM. Hal ini secara langsung karena nilai dari mass rate of flow air at
engine inlet dan BFC menigkat.
xi.
Analisa Kurva H3 terhadap RPM
Pada kurva hubungan antara H3 dengan RPM terlihat bahwa nilai dari H3
mengalami
kenaikan seiring dengan naiknya nilai RPM, karean kenaikan RPM menyebabkan terjadi
penigkatan mass rate of flow air at engine inlet.
xii.
Analisa Kurva Q1 terhadap n
Pada kurva hubungan antara Q1 dengan n terlihat bahwa nilai dari Q1 menigkat seiring dengan
naiknya nilai RPM, indaksinya dikarenakan mass rate of flow air at engine inlet menigkat
saat kecepetan RPM ditingkatkan, dengan perubahan suhu air yang hampir selalu konstan
pada inlet dan outlet, rata-rata selisih suhu inlet dan outlet berkisar di 2 derajat celcius.
xiii.
Analisa Kurva Q2 terhadap RPM
Pada kurva hubungan antara Q2 dengan RPM terlihat bahwa nilai dari Q2 naik seiring dengan
naiknya nilai RPM. Kenaikan tersebut disebabkan H1 yang terus menigkat sebanding dengan
RPM dan kenaikan untuk H2, Q1 dan BHP tidak terlalu signifikan.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
34
20000
18000
16000
14000
12000
H1
H2
H3
Q1
Q2
10000
8000
6000
4000
2000
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
V.2. KESIMPULAN
Dari praktikum dan pengolahan data yang dilakukan, dapat di tarik kesimpulan berikut
ini.
a. Nilai BHP menunjukkan kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran
mesin (RPM). BHP berbanding lurus dengan kenaikan putaran, walaupun tidak
linier, tapi masih mungkin untuk di linierisasi.
b. Nilai FHP memiliki nilai yang konstan pada nilai putaran berapapun, karena nilai
FHP = b/a sama untuk tiap putaran yang berbeda, dengan demikian kurva FHP
akan membentuk garis lurus.
c. Nilai IHP akan mengalami kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran.
d. Nilai BFC akan meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran dan nilai
dari BSFC akan menurun seiring dengan naiknya nilai dari putaran
e.
η
mek
akan meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari n begitu juga η
namun η
f.
vol
termal
akan menunjukkan grafik yang tidak stabil.
BMEP menunjukan kenaikan karean sebanding dengan kenaikan torsi.
g. Nilai dari H1 akan mengalami kenaikan, seiring dengan naiknya nilai dari RPM.
Begitu juga dengan H2 ,H3 ,Q1, Q2.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
35
REFERENSI
Tim Penyusun Buku Penuntun Praktikum Prestasi Mesin, Buku Penuntun Praktikum
Prestasi Mesin, Depok: Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Indonesia, 2009.
TUGAS TAMBAHAN RESUME
2012 International Conference on Future Energy, Environment, and
Materials
The Impact of Common Rail System’s Control
Parameters on
the Performance of High-power Diesel
Pengaruh sistem timing injeksi pada common rail dan pengaruh tekanan pada high-power
diesel terhadap ke ekonomisan bahan bakar dan karakteristik emisi gas buang telah dipelajari
melalui serangkaian tes dan uji coba. Hasil percobaan menunjukkan bahwa dengan tekanan
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
36
rel yang meningkat, ekonomi bahan bakar dan asap semakin membaik, sedangkan NOx
sebaliknya malah memburuk. Namun, karena tekanan rel yang sangat tinggi, tren peningkatan
asap dan ekonomi bahan bakar, tidak terlihat jelas dan bahkan pada kondisi pembebanan
yang relatif rendah, ke ekonomisan akan justru akan menurun. Dengan pengaturan delay
injeksi, NOx berkurang sementara asap meningkat dan bahan bakar semakin boros pada saat
kondisi beban yang relatif besar. Sementara saat kodisi pembebanan relatif rendah kondisi
yang terjadi sebaliknya.
Sistem kontrol elektronik pada common rail memiliki keunggulan injeksi tekanan yang tinggi
dan fleksibilitas parameter seperti tekanan, timing/waktu, jumlah bahan bakar. Dan menjadi
pilihan utama untuk sistem mesin diesel advance denagn kelebihan tidak berisik, gas buangan
rendah, dan hemat bahan bakar.
Pengujian dilakukan dengan menjaga putaran tetap konstan pada 1000 RPM kemudian
berbagai macam variasi dialkukan mulai dari pembebanan (Nm) dan rail pressure (bar)
kemudian melihat perbandingan specific fuel combustion (BSFC), FSU/Rb, NOx/ppm.
Kemudian melihat pengaruh BSFC dan Pmax, terhadap perubahan sudut injeksi dengan Rail
Pressure 2 kondisi 50 MPa (500bar) dan 80 Mpa (800bar), kemudian putaran dijaga tetap
1000 RPM dan Torsi 1000 Nm.
Kesimpulan dalam penenlitian di jurnal ini di sebutkan sebagai berikut:
Meningkatkan Rail Pressure dalam daerah tertentu yang bersesuaian akan membuat
bahan bakar semakin hemat dan asap baunganan menurun tetapi NOx meningkat.
Semakin besar Rail pressure semakin hemat (BSFC menurun), tetapi NOx meningkat.
Semakin besar Torsi semakin hemat (BSFC menurun), tetapi NOx meningkat.
Pada semua jenis pembebanan untuk penigkatan Rail pressure mengurangi asap
partikel.
Pengurangan sudut(angle) menuju negatif mengurangi BSFC dan meningkatkanPeak
pressure pada saat pembakaran terjadi, semakin ke arah positif meningkatkan BSFC
tetapi menurunkan Peak pressure pembakaran.
Semakin positif arah sudutnya semakin bertambah asap yang keluar tetapi kandungan
NOx semakin berkurang, dan kearah nagatif asap semakin berkurang sedangkan kadar
NOx justru bertambah.
1
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas karuniaNya saya
dapat menyelesaikan Laporan Praktikum Prestasi Mesin dengan percobaan Mesin Diesel
Di dalam laporan ini yang saya bahas antara lain adalah tujuan dari praktikum ini,
pengolahan data, pembuatan grafik, analisis hasil serta kesimpulan. Tentunya saya ingin
berterimakasih pada pihak-pihak yang telah membantu saya dalam menyelesaikan laporan
ini:
Bapak Ir. Imansyah Ibnu Hakim M.Eng dan Bapak Prof. Ir Yulianto S Nugroho
M.Sc., Ph.D selaku dosen mata kuliah Konversi dan Konservasi Energi
Dani Ariyantoa sebagai asisten praktikum Mesin Diesel,
Teman-teman kelompok praktikum,
Serta pihak-pihak lain yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu.
Saya selaku penulis laporan sadar betul bahwqa laporan ini masih jauh dari sempurna oleh
karena itu saya sangat mengharapkan adanya masukan berupa kritik dan saran membangun
untuk lapran ini. Semoga laporan ini dapat menjadi manfaat bagi kita semua dan mahasiswa
Teknik mesin pada umumnya.
Depok, 11 Mei 2013
Mohammad Azwar Amat
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
2
DAFTAR ISI
KATA PENGATAR...............................................................................................................(1)
DAFTAR ISI...........................................................................................................................(2)
BAB I......................................................................................................................................(3)
BAB II.....................................................................................................................................(4)
BAB III..................................................................................................................................(18)
BAB IV..................................................................................................................................(21)
BAB V...................................................................................................................................(28)
REFERENSI..........................................................................................................................(34)
LAMPIRAN..........................................................................................................................(34)
TUGAS TAMBAHAN..........................................................................................................(35)
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
3
BAB I
TUJUAN PENGUJIAN
Tujuan pengujian Motor Diesel adalah untuk mengetahui karakteristik dari motor diesel yang
diuji, kemudian hasilnya digambarkan dalam bentuk grafik karakteristik. Beberapa grafik
karakteristik yang dapat dipergunakan untuk menilai performance atau kemampuan suatu
motor diesel antara lain:
Karakteristik motor diesel pada berbagai kecepatan putaran (n)
Grafiknya : IHP, BHP, BMEP, Brake Torque, BSFC, danm effisiensi vs kecepatan
putaran.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
4
BAB II
TEORI
II. 1 Teori Dasar
Satuan yang digunakan adalah Internasional System Units.
i.
Dynamometer Reading
DESKRIPSI
T
Nm
Balance reading
F
N
Torque arm length
L
mm
Time
t
s
Revolutions
n
rpm
Power output
BHP
kW
K1
Fuel Consumption
DESKRIPSI
iii.
SATUAN
Torque
Dynamometer constant
ii.
SIMBOL
SIMBOL
SATUAN
Fuel gauge calibrated volume
Vg
L
Fuel consumption
BFC
L/h
Specific fuel consumption
BSFC
L/Kw-h
Density of fuel
Xf
Kg/L
Lower Calorifie Value
Hf
J/Kg
Engine Dimensions
DESKRIPSI
SIMBOL
SATUAN
Cylinder diameter
d
mm
Piston stroke
s
mm
Number of cylinders
N
Constant 2 – stroke
K2
1
4 – stroke
K2
2
Swept volume
Vs
l
Clearance volume
Vc
Compression ratio
r
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
5
iv.
Engine Performance
DESKRIPSI
v.
SATUAN
Indikated power
I
Kw
Mechanical Losses
M
Kw
Brake mean effective pressure
p
KN/m2
Friction mean effective pressure
m
KN/m2
Mechanical efficiency
ηmech
Air standard efficiency
ηa
Thermal efficiency
ηth
Air Consumption
DESKRIPSI
Diameter of measuring orifice
vi.
SIMBOL
SIMBOL
SATUAN
D
mm
Volume of air box
VB
M3
Orifice coefficient
K3
Temperature of air
Ta
K
Barometric pressure
Pa
KN/m2
Density of air
ρa
Kg/m3
Velocity across orifice
U
m/s
Gas constant
ho
CmH2O
Engine volumetric efficiency
R
J/kgoK
Energy Balance
DESKRIPSI
SIMBOL
SATUAN
Heat of combustion of fuel
H1
J/s
Enthalpy of exhaust gas
H2
J/s
Enthalpy of inlet air
H3
J/s
Heat to cooling water
Q1
J/s
Other heat losses
Q2
J/s
Exhaust temperature
Te
Engine cooling water flow
qw
L/s
Cooling water inlet temperature
T1
o
Cooling water outlet temperatur
T2
o
o
C
C
C
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
6
II.2 Fisilitas Pengujian dan Analisa
Fasilitas pengujian merupakan factor utama yang mempengaruhi relevannya data-data
hasil pengujian dan analisa-analisa terhadap karakteristik pengujian yang didapat. Fasilitasfasilitas pengujian yang terpenting dalam pengujian motor bakar adalah sebagai berikut :
1. Measurement of output torque and power
2. Measurement of speed
3. Measurement of fuel consumption
4. Measurement of air mechanical losses in engine
5. Measurement of air consumption
6. Measurement of heat losses
7. Exhaust gas analisys
i.
Measurement of Output torque and power
Untuk mengukur besarnya output-torque dari suatu motor dapat digunakan alat-alat
ukur seabagai berikut :
a) Electrical Dynamometer
Torque :
T
F ,L
Nm )
1000 (
diamana :
F = Balance reading atau Balance reading added weight (N)
L = Torque arm length
Dari kedua persamaan diatas didapat :
F .n
BHP
(Kw )
Kl
6.107
K 1= 2 πL =Dynamometer Constant
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
7
b) Hydraulic Dynamometers
Khusus untuk Hydrolic dynamometer ini, balance reading dan added weight
dinyatakan langsung dalam satuan torque ( Nm )
T .n
Maka : BHP= K ( Kw )
1
Dari rumus diatas dapat dianalisa karakteristik motor pada berbagai kecepatan
putaran.
Grafiknya
ii.
: BHP, Brake Torque Vs Kecepatan Putaran
Pengukuran Kecapatan Putaran
Untuk menggambarkan karakteristik Torque-speed, diperlukan tachometer. Dalam
pengukuran karakteristik-karakteristik laiinya seperti power output dan fuel consumption
dipergunakan stopwatch. Pada Electrical Dynamometer biasanya dilengkapi dengan
counter yang dapat dipasang dan dilepaskan secara manual.
Cara mengukur speed dengan memasang counter untuk periode waktu tertentu guna
mencatat putaran dan waktu. Sedangkan pada hydraulic dynamometer biasanya sudah
dilengkapi dengan counter yang bekerja secara terus-menerus. Dalam hal ini harus
dipergunakan stopwatch untuk mencatat waktu antara saat mulai pengukuran dan akhir
pengukuran.
iii.
Measurement of fuel Consumption
Pengukuran atas kebutuhkan bahan bakar yang dipergunakan dapat dilaksanakan dengan
Plint Fuel Gauge. Pada prinsipnya alat tersebut terdiri dari tabung yang didalamnya
dibatasi dengan sekat (spacer) dan antara setiap spacer yang berurutan mempunyai
volume : 50 – 100 – 200 cc. dengan stop-watch dapat diketahui waktu yang diperlukan
untuk pemakaian sejumlah bahan bakar tertentu.
Rumus :
A. Fuel Consumption
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
8
Dimana
: Vg = Calibrated volume of fuel gauge (L)
t = time to consumen calibrated volume (sec)
B. Specific Fuel consumption and power
Untuk mengetahui thermal efficiency perlu diketahui besarnya specific fuel
consumption.
Kecepatan putaran moor dapat juga dihitung dengan mempergunakan “counter dan stop
watch” sebagai berikut :
n
60. N
(rpm)
t
Dimana : N = Jumlah putaran dalam waktu t
Performance suatu motor disebut sebagai brake mean effective atau bmep. Ini
menyatakan tekanan rata-rata yang diperlukan untuk menggerakkan piston selama langkah
kerja guna menghasilkan power output, bilamana tidak ada mechanical losses. Power output
dari motor dalam hubungannya dengan bmep :
p . n .Vs
BHP
(Kw )
6.10 4 . K 2
Dimana
:p
= bmep (kN/m2)
Vs
= swept volume of engine (L)
K2
= 1 for a 2-stoke engine
2 for a 4-sroke engine
Sedangkan swept volume
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
9
Dimana
:
d = diameter cylinder (mm)
s
= piston stroke (mm)
N = jumlah silinder
Maka :
Electrical Dynamometers :
4
´P 6.10 . K 2 . F (kN /m2 )
K 1. V s
Hydraulic dynamometer :
4
´ 6.10 . K 2 . T (kN /m2 )
P
K 1 .V s
Brake thermal efficiency :
Dimana :
Hl = Lower calorific value ( J/Kg )
ρf = Density of fuel at 200C ( Kg / l )
Dari rumus-rumus diatas dapat dianalisa karakteristik motor pada putaran konstan
dengan berbagai pembebanan.
Grafiknya : BSFC, BFC, Thermal efficiency Vs BMEP / BHP.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
10
iv.
Measurement of mechanical losses in engine
Penyebab kerugian mekanis dalam motor bakar :
Gesekan antara piston dengan dinding silinder, bantalan – bantalan dan bagian yang
bergesekan lainnya seperti : roda gigi, chamshaft dsb.
Keperluan daya untuk menggerakkan mekanisme katup, fuel pump, lubricating oil
pump, cooling water pump dan sebagainya.
Kerugian pemompa atau “pumping losses” kadangkala ikut terhitung dalam kerugian
mekanis, hal ini tergantung pada method pengukuran kerugian mekanis yang diperlukan.
Pimping losses. Pumping losses adalah kerugian daya yang dipergunakan untuk
penghisapan udara/mixture ke dalam silinder dan pendorong gas bekas keluar dari
silinder.
Beberapa pengukuran kerugian mekanis :
-
Measurement of mechanical losses by motoring.
-
Measurement of mechanical losses from indicator diagram.
-
Measurement of mechanical losses by extrapolation of William line.
-
Estimation of mechanical losses by means of morse test.
A. Measurement of Mechanical losses by Motoring
Prinsipnya adalah mengukur besar daya yang diperlukan untuk memutar engine tanpa
terjadi pembakaran didalam silinder. Metode ini hanya dapat dijalankan bila engine di
kopel dengan electric dynamometer yang sekaligus berfungsi sebagai penggeruk.
Caranya :
Menghidupkan mesin sampai engine steady
Memutuskan perapian atau stop bahan bakar sehingga tidak terjadi pembakaran
dalam silinder.
Mengukur daya yang diperlukan untuk memutar engine sampai ke putaran penuh,
pengukuran harus dilakukan sebelum engine menjadi dingin
Mempergunakan dead weigh pada dynamometer, karena torque yang diperlukan
untuk memutar engine mengakibatkan casing dari dynamometer akan bereaksi
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
11
dalam arah yang berlawanan dengan arah ketika dynamometer menyerap daya
dari engine.
Rumus :
Mechanical losses
F .n T .n
M K = K (Kw)
1
1
Mechanical efficiency :
IMEP
6.104 . K 2 . I
2
n .V s (kN /m )
IMEP kN
FMEP= η
( 2)
mek
m
Dari rumus-rumus tersebut di atas dapat dianalisa karakteristik engine pada berbagai
kecepatan putaran.
Grafiknya: IMEP, FMEP, BMEP, BHP vs putaran.
B. Measurement of mechanical losses from indicator diagram
Prinsipnya adalah pengukuran indicated power output langsung dari indicator diagram dan
pada saat yang bersamaan juga diadakan pengukuran terhadap brake power output
sehingga besarnya mechanical power dapat dihitung. Metode ini hanya berlaku bila
tersedia fasilitas untuk pengambilan indicator diagram secara teliti.
Diagram yang dihasilkan dengan mempergunakan “Oscilloscpoe” kurang sesuia untuk
tujuan ini sebaiknya dipergunakan “Maihak-Indicator”.
Caranya
:
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
12
Hitung luas diagram yang dihasilkan oleh indicator diagram dengan menggunakan
planimeter, kemudian dibagi dengan panjang (absis) dari diagram. Kalikan dengan skala
tekanan (ordinat) dari diagram.
Hasilnya : IMEP=´i
Sedangkan dari pengukuran Power Output dapat dihitung besarnya:
BMEP= ´p
Jadi :
P´
ηmek = ´
i
C. Measurement if mechanical losses by Extrapolation of Williams Line
Prinsipnya adalah pengukuran fuel consumption pada putaran konstan dengan berbagai
pembebanan, kemudian digambarkan dalam grafik fuel consumption vs BMEP.
Metode ini khusus dipergunakan untuk mengukur kerugian mekanis pada motor diesel,
dimana pengisapan udara tanpa Throttled.
Caranya
-
:
Dari grafik BFC vs BMEP diketahui bahwa garis consumption atau Williams Line
merupakan garis lurus dari nol sampai rated power output = 75%
-
Apabila garis tersebut diteruskan / ekstrapolasi samapi fuel consumption = 0,
maka perpotongannya dengan sumbu BMEP merupakan mechanical power (n)
-
Sedangkan BMEP dihitung pada maksimum power output (p)
Mechanical Efficiency
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
13
D. Estimation of Mechanical Losses by mean of Morese Test
Prinsipnya adalah menghitung indicated power output dari setiap silinder dengan terlebih
dahulu mengadakan pengukuran terhadap power output dari engine dimana pembakaran
dalam satu silinder dimatikan secar berturut-turut.
Metode ini hanya dapat dilaksanakan pada engine yang mempunyai silinder banyak
(misalnya 4 silinder) dan hasilnya merupakan suatu pendekatan belaka dan ketelitiannya
agak menyangsikan, karena dalam metode ini diterapkan dua anggapan/asumsi yang perlu
dipertanyakan kebenarannya sebagai berikut:
Pemutusan atau penghentian pembakaran pada setiap silinder tidak
mempengaruhi kesempurnaan pembakaran pada silinder-silinder lainnya.
Berkurangnya atau selisih power output engine pada salah satu silinder
dihentikan pembakarannya terhadap power output total engine adalah sama
dengan indicated power output dari silinder yang pembakarannya dihentikan.
Caranya
:
Jalankan / hidupkan engine sampai berjalan normal pada maksimum power
output dan kemudian hentikan/matikan pembakaran pada salah satu silinder
dengan cara sebagai berikut:
Motor Diesel : buka sambungan pada pipa bahan bakar antara fuel pump
dengan injector. Selanjutnya ukur torque output engine pada putaran konstan.
Rumus:
-
Indicated power output of individual cylinder
P−P1 =I 1
P−P2 =I 2
P−P3 =I 3
P−P 4=I 4
Dimana :
I1, I2, ….. = Indicated power output of individual cylinder
P1, P2, ….= Measured power output with combustion suppressed in each cylinder (1, 2, 3,
4).
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
14
-
Indicated power output engine
I =I 1+ I 2 + I 3 + I 4 =4 P−(P ¿ ¿1+ P2 + P3 + P4 )¿
-
Mechanical losses
M =I −P=3 P−(P ¿ ¿1+ P2 + P3 + P4 ) ¿
-
Mechanical efficiency
P
P
ηmec = I =
4 P−( P ¿ ¿1+ P2 + P3 + P4 )¿
Rumus-rumus dasar di atas dapat juga diperhitungkan dalam bentuk persamaan dari :
BMEP( p´ , ´p2 , ´p 3 , ´p4 ), pada putaran konstan sehingga didapat persamaan
sebagai berikut:
p´ p´ 1 ´p2 ´p 3 ´p4
P = P1 = P 2 = P3 = P 4
v.
Measurment of Air Consumption
Efficiency volumetric sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar
karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah
udara/mixture yang dapat dihisap oleh piston dalam silinder. Pengukuran jumlah udara
yang dihisap dilaksanakan dengan Air Consumption Motor, TE40 dengan prinsip
mengukur pressure drey dari aliran udara yang melalui suatu orifice yang telah diketahui
diameter dan coeffisien of dichargenya dan kemudian menghitung. Pengukuran pressure
drey dilaksanakan dengan “inclined manometer”.
Rumus-rumus:
a. Hubungan antara beda tekanan dan kecepatan dari ekspansi bebas gas
p=
ρa . U 2
2
Dimana:
ρa = density of air, kg/m3
U = velocity, m/s
p = pressure difference, N/m3
Beda tekanan diukur dalam cm of water. 1 cm H2O = 98,1 N/m2.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
15
p=
ρa . U 2
2 =98,1 h0
di mana h0 = head across orifice, cm H2O
b. Density udara
103 p a
ρa =R T a
di mana pa = barometric pressure, kN/m2
Ta = air temperature, K
R = 287 J/kgK
Kombinasi persamaan a dan b :
U =237,3
√
h0 .T a
103 p a
c. Volumetric rate of flow melalui orifice
V a =10−3 .
Dimana :
h0 T a
π . D2
.237,3
.
4
103 p a
√
Va = volumetric rate of flow, l/sec
D = orifice diameter, mm
K3 = coefficient of discharge of orifice
d. Massa rate of flow
h0 . pa . 103
π . D2
m a=10 . 4 . K 3 .0,827 .
Ta
√
−6
Bila dipergunakan orifice dengan sisi tajam maka K3=0,6 dan rumus c dapat
disederhanakan sebagai berikut:
V a =0,003536 D 2
√
h0 . T a
pa l/sec
ma=0,00001232 D2
√
h0 . p a
T a kg /sec
e. Volumetric Efficiency
60. K 2 . V a
η vol= n .V
s
Dimana :
K2 = constant,
1 untuk 2-stroke
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
16
2 untuk 4-stroke
Vs = swept volume, liters.
Dari rumus di atas dapat diketahui karakteristik engine pada berbagai
kecepatan putaran.
Grafik
vi.
: �vol terhadap putaran.
Measurement of Heat Losses
Persamaan umum kesetimbangan energy dalam motor bakar dapat ditunjukkan sebagai
berikut:
P=H 1 −( H 2−H 3 )−Q 1−Q 2
Dimana:
P = power output of engine
H1 = heat combustion of fuel
H2 = enthalpy of exhaust gas
H3 = enthalpy of inlet air
Q1 = heat to cooling water
Q2 = other heat losses.
Semua harga tersebut di atas dinyatakn dalam: watt (Joule/sec). Sedangkan masingmasing harga pada ruas kanan persamaan di atas adalah:
H L . ρf .V
a. H 1= 3600
Dimana :
HL= lower calorific value of fuel, J/kg
ρf = density of fuel, kg/ltr
BFC = fuel consumption. l/h
b. H 3=ma . C p . T a ( Watt)
Dimana :
ma = massa rate of flow air at engine inlet kg/sec
Cp = specific heat of air at constant pressure J/kg
Ta = temperature of air at inlet, 0°C.
ρ f .V
c. H 2= ma+ 3600
. Cp . Te
(
Dimana :
)
Te = exhaust gas temperature, °C.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
17
Perhitungan H2 dengan mempergunakan rumus di atas adalah merupakan pendekatan saja
dengan beberapa asumsi, bahwa specific heat dari asap yang mempunyai
massa sama dengan jumlah massa udara dan bahan bakar yang diisap ke
dalam silinder adalah sama specific heat dari udara masuk.
Metode ini dapat dilaksanakan dengan mempergunakan exhaust indicator and
thermocouple RE2-3. Untuk perhitungan yang lebih teliti dipergunakan
Exhaust Calorimeter TE 90, di mana gas buang didinginkan sampai
temperature tertentu dengan cara mengalirkan air ke dalam calorimeter.
d. Q 1=4187 qw ( T 2−T 1 )
Dimana :
qw = rate of flow engine cooling water l/sec
T2 = cooling water outlet temp. °C
T1 = cooling water inlet temp. °C
Dari perhitungan dengan rumus-rumus di atas akan dapat diketahui
karakteristik (heat balance) engine pada suatu putaran tertentu.
Grafik : heat balance vs BHP
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
18
BAB III
INSTALASI DAN SPESIFIKASI UNIT PENGUJIAN
III.1 SKEMA INSTALASI
ENGINE TEST BED 100 HP/75 Kw – TE. 18
KETERANGAN :
A. MOTOR DIESEL
TE18
B. HYDRAULIC DYNAMOMETER
DPX1
C. FUEL CONSUMTION GAUGE
PE13
D. AIR CONSUMTION FLOW METER
PE40
E. ENGINE COOLING WATER SISTEM
TE95
F. TACHOMETER (DIGITAL)
TTC105
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
19
III.2 SPESIFIKASI ALAT PERCOBAAN DAN PENGUKURAN
Equipment
: Hydraulic dynamometer test bed 75 kW (100HP)
Serial number : 18/39780
Supplied to
: Gilbert, Gilkos N. Gordon (Indonesia)
Engine
Type
: 4D-56 MITSUBISHI DIESEL
Engine No.
:
Bore
: 91.1 mm
Stroke
: 55 mm
Swept Volume
: 2477 cc
Compression Ratio: 23
: 1:21
Max Speed
: 4000 rpm
Max. Power
: 85 kW (115HP) / 4000 rpm
Indicator Tapings
: in number 4 cylinders
Diameter of exhaust pipe
: 38 mm (1.5”)
Length of exhaust pipe
: 1 meter
Torque
: 240 Nm (24.5 Kg.m) / 2000 rpm
Dynamometer
Capacity
: 75 kW/100 HP
Type
: DPX 1
Max. Speed
: 9000 rpm
Power Equation
: (Newton x rpm)/9645,305 Watts
Centre Height
: 381 mm
Fuel Gauge
Number
:1
Capacity
: 50-100-200 cc
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
20
Water Flow meter
Capacity
: 5 to 50 l/min
Air Box
Drum Size
: 0.61 m diameter X 0.91 m long
Orifice Size
: 56.00 mm
Coefficient of Discharge
: 9.6
Additional Instruments
Oil Pressure Gauge
: Rotetherm 0 to 700 kN/m2
Oil Temperature Gauge
: Rotetherm 50 to 200 0C
Tachometer
: Candolla instruments TTC 105
Revolution Counter
: Serial No. 002
Cooling Water thermometer
: -10 to 1100C
Exhaust Thermometer
: not supplied
Exhaust Test Clock
: yes
Literature
Foundation Plinth Engine Handbook
: 20038
Heenan & Froude Instruct book no.
: 506/4
Heenan & Froude Publication
: 6032/3
Heenan & Froude Drawing no.
: BX 10000020AA
: T.E. 10 T.E.20/A E. E. O
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
21
BAB IV
PENGOLAHAN DATA
IV.1 Data Pengujian Motor Diesel pada berbagai putaran (n)
Tabel Data Percobaan
N
o
1
2
3
4
5
n
(rp
m)
120
0
140
0
160
0
180
0
200
0
Vg
t
T-in
Tout
Q
∆L
Pa
Ta
Te
(L)
(se
c)
(K)
(K)
(L/
sec)
(cmH2
O)
(kPa)
(K)
(K)
77
334
336
0,583
0,95
1,00
309
71
336
338
0,600
1,30
1,00
309
60
338
340
0,600
1,90
1,00
309
55
342
344
0,617
2,30
1,00
309
49
340
342
0,625
2,90
1,00
309
0,02
5
0,02
5
0,02
5
0,02
5
0,02
5
310,
7
312,
2
314,
2
315,
7
316,
7
Tors
i
(Nm
)
0,35
0,75
1,00
1,10
1,50
IV.2 Mencari Harga BHP, BFC, BSFC, BMEP, Va, ma, ηth, dan ηvol
N
o
n
BHP
BFC
BSFC
BMEP
Va
(rp
m)
(Kw)
(L/
sec)
(L/Kwh)
(kN/
m²)
(L/sec)
1
1200
0,044
1,169
26,57
1,776
190,19
2
1400
0,110
1,268
11,53
3,806
222,49
3
1600
0,168
1,500
8,928
5,087
268,98
4
1800
0,207
1,636
7,903
5,571
295,94
5
2000
0,314
1,837
5,850
7,606
332,31
ma
ηth
(kg/
sec)
0,0021
44
0,0025
09
0,0030
33
0,0033
37
0,0037
47
0,0037
5
0,0086
7
0,0112
0
0,0126
5
0,0170
9
ηvol
7,678
7,699
8,144
7,965
8,049
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
22
Contoh Perhitungan
Untuk n =1200 rpm
2 π × n× T 2 π × 1200× 0,35
BHP=
=
=0,0 44 kW
60 ×1000
60 ×1000
3600× V g 3600 ×0,025
BFC=
=
=1,169 L/ h
t
77
BFC 1,169
L.h
BSFC=
=
=26,57(
)
BHP 0,044
kW
BMEP=
6 x 104 × K 2 × BHP 6 x 10 4 ×2 ×0,044
= 1200 ×2,477 =1,776 kN /m2
n ×V s
V a =0,003536 × D2 ×
√
h 0 ×T a
0,95 ×309
l
2
=0,003536
×(56,03)
×
=190,193(
Pa
1,00
s)
ma=0,00001232× D2 ×
√
√
h0 × Pa
0,95 ×1,00
2
=0.0021445 kg/ s
T a =0,00001232×(56,03) ×
309
√
6
6
3,6 ×10
3,6 ×10
ηt h= BSFC × ρ × H =
=0,00375
f
L
26,57 ×0,85 ×(4,25 ×107 )
η vol=
60× K 2 × V a 60× 2× 190,193
n ×V s = 1200 × 2,477 =7,678
IV.3 Mencari Harga FHP, IHP, ηmek, IMEP, dan FMEP
Dengan metode Least square :
N
o
1
2
3
4
5
b=
BHP (x)
(kW)
0,044
0,110
0,168
0,207
0,314
BFC
(y)
(l/s)
1,169
1,268
1,500
1,636
1,837
n ∑ xy−∑ y
n ∑ x2−¿ ¿ ¿ ¿
x2 ∑ y−∑ x ∑ xy
∑
a=
2
n ∑ x −¿ ¿ ¿
X²
Y²
0,00194
0,01210
0,02822
0,04285
0,09860
1,36656
1,60782
2.25000
2.67650
3.37457
XY
0,05143
0,13948
0,25200
0,33865
0,57682
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
23
Tabel hasil perhitungan :
N
o
n
(rpm)
1200
1400
1600
1800
2000
1
2
3
4
5
FHP
IHP
3,43
3,43
3,43
3,43
3,43
3,474
3,540
3,598
3,637
3,744
ηmek
0,01266
0,03107
0,04669
0,05691
0,08387
IMEP
FMEP
120,7503
122,4984
108,9423
97,8872
90,6903
9537,94
3942,66
2333,31
1720,04
1081,32
Contoh Perhitungan :
Untuk n =1200 rpm
b 1,89341
FHP= =
=3,43
a 0,55202
IHP=BHP+ FHP=0,044+ 3,43=3,474
ηmek =
BHP 0,044
=
=0,01266
IHP 3,474
IMEP=
6 × 104 × K 2 × IHP 6 ×104 × 2× 3,474
= 1200× 2,477 =140,2503
n ×V s
IMEP 120,7503
FMEP= η
= 0,01266 =9537,94
mek
IV.4 Mencari Harga ‘Haet Losses’ H1, H2, H3, Q1, dan Q2
Tabel hasil perhitungan :
No
n
(rpm)
1200
1400
1600
1800
2000
1
2
3
4
5
H1
H2
H3
Q1
Q2
11730,59
12724,03
15052,08
16416,80
18433,78
1035,10
1201,22
1448,78
1592,54
1788,21
77,32
90,48
109,37
120,34
135,12
4882,04
5024,40
5024,40
5166,76
5233,75
5846,77
6478,89
8520,27
9570,84
11232,94
Contoh Perhitungan :
Untuk n =1200 rpm
H L × ρf × BFC 4,25 ×10 7 × 0,85× 1,169
J
H 1=
=
=11730,59 Watt ( )
3600
3600
s
[
H 2= m a+
(ρf × BFC )
(0,85 ×1,169)
J
×
C
×T
=
0,002144+
×1001,7 × 427=1035,10 Watt( s )
p
e
3600
3600
]
[
]
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
24
J
H 3=ma ×C p ×T a=0,002144 × 1001,7× 309=77,32 Watt ( )
s
J
Q 1=4187 ×Q (T out −T ¿ )=4187 × 0,583 ( 336−334 ) =4882,04 Watt ( )
s
J
Q 2=H 1− ( H 2 −H 3 )−Q 1−BHP=11730,59 – ( 1035,1−77,32 ) −4882,04−44=5846,77 Watt ( )
s
IV.5 Grafik
BHP vs RPM
BHP vs RPM
0.35
0.3
0.25
BHP vs RPM
0.2
0.15
0.1
0.05
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
IHP vs RPM
IHP vs RPM
3.8
3.75
3.7
3.65
3.6
3.55
3.5
3.45
3.4
3.35
3.3
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
BMEP vs RPM
IHP vs RPM
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
25
BMEP vs RPM
8
7
6
5
BMEP vs RPM
4
3
2
1
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
BSFC vs RPM
BSFC vs RPM
30
25
20
BSFC vs RPM
15
10
5
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
FHP vs RPM
FHP vs RPM
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
Effisiensi Thermal vs RPM
FHP vs RPM
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
26
Efsiensi thermal vs RPM
0.02
0.02
0.01
0.01
Efsiensi thermal vs RPM
0.01
0.01
0.01
0
0
0
Effisiensi Volumetrik vs RPM
Efsiensi Volumetrik vs RPM
8.2
8.1
8
7.9
Efsiensi Volumetrik vs
RPM
7.8
7.7
7.6
7.5
7.4
11001200130014001500160017001800190020002100
Effisiensi Mekanik vs RPM
Efsiensi Mekanik vs RPM
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
Efsiensi Mekanik vs RPM
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
27
Grafik H1, H2, H3, Q1, dan Q2 terhadap n
20000
18000
16000
14000
12000
H1
H2
H3
Q1
Q2
10000
8000
6000
4000
2000
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
28
BAB V
ANALISA DAN KESIMPULAN
V.1 ANALISA
Analisis grafik dilakukan pada setiap grafik yang akan diamati dan kesalahan dalam
percobaan. Setelah analisa selesai, akan dibandingkan dengan litelatur yang ada.
V.1 Analisa grafik
i.
Analisa Kurva BHP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara BHP dengan putaran mesin (RPM) menunjukkan bahwa nilai dari BHP
menunjukkan kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran mesin (RPM). Dengan
kata lain, BHP berbanding lurus dengan kenaikan putaran RPM, walaupun tidak begitu
linier.Kenaikan kurva BHP terhadap putaran mesin (n) seharusnya memiliki garis linier yang
halus, namun pada data yang kami dapatkan tidak berlaku seperti itu. Kemungkinan besar hal
ini dikarenakan nilai kenaikan putaran mesin yang tepat seperti di data tidak bisa kami
dapatkan pada percobaan. Misalnya, untuk putaran 1000 rpm, data pada alat percobaan tidak
menunjukkan angka 1000 tepat, melainkan lebih walaupun hanya sedikit.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
29
BHP vs RPM
0.35
0.3
0.25
BHP vs RPM
0.2
0.15
0.1
0.05
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
ii.
Analisa Kurva FHP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara FHP dengan putaran mesin (RPM) menunjukkan bahwa nilai dari FHP
memiliki nilai yang konstan pada nilai RPM berapapun. Hal ini dikarenakan FHP = b/a sama
untuk tiap RPM yang berbeda, dengan demikian kurva FHP akan membentuk garis lurus.
FHP vs RPM
4
3.5
3
2.5
FHP vs RPM
2
1.5
1
0.5
0
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
iii.
Analisa Kurva IHP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara IHP dengan putaran mesin (RPM) menunjukkan bahwa nilai dari IHP akan
mengalami kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari RPM. Dengan kata lain, IHP
sebanding dengan RPM walaupun kenaikan hanya sedik demis sedikit .
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
30
IHP vs RPM
4
3.9
3.8
3.7
IHP vs RPM
3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
iv.
Analisa Kurva BSFC terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara BSFC dengan putaran mesin (RPM), menunjukkan nilai dari BSFC akan
menurun seiring dengan naiknya nilai dari RPM. Dengan kata lain, BSFC berbanding terbalik
dengan RPM.
Penurunan kurva tersebut disebabkan karena nilai dari BSFC sendiri
berbanding terbalik dengan nilai dari BHP yang selalu mengalami kenaikan terhadap nilai
RPM.
BSFC vs RPM
30
25
20
BSFC vs RPM
15
10
5
0
1000
v.
1200
1400
Analisa Kurva η
Pada kurva antara
η
mek
mek
1600
1800
2000
2200
terhadap RPM
dengan RPM menunjukkan bahwa nilai dari
meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari RPM ( η
mek
mesin). Kenaikkan kurva tersebut disebabkan karena nilai dari
η
mek
akan
sebanding dengan putaran
η
mek
sendiri bergantung
dari nilai BHP dan IHP, sementara kenaikan nilai dari BHP diimbangi dengan kenaikan nilai
dari IHP.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
31
Efsiensi Mekanik vs RPM
0.09
0.08
0.07
0.06
Efsiensi Mekanik vs RPM
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
vi.
Analisa Kurva η
Pada kurva antara η
th
th
terhadap RPM
dengan RPM menunjukkan bahwa nilai dari
seiring dengan kenaikan nilai dari RPM ( η
th
η
th
akan meningkat,
sebanding dengan n) walaupun kenaikannya
tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan karena nilai dari
η
th
berbanding terbalik
dengan nilai dari BSFC yang mengalami penurunan kurva, artinya bahwa ratio dari heat
sebanding dengan nilai dari brake.
Efsiensi thermal vs RPM
0.05
0.04
Efsiensi thermal vs
RPM
0.03
0.02
0.01
0
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
vii.
Analisa Kurva η
Pada kurva antara η
vol
vol
terhadap RPM
dengan n terlihat bahwa nilai dari η
vol
tidak stabil dan cenderung
naik, seiring dengan naiknya putaran mesin. Hal ini disebabkan karena hubungan
η
vol
dengan RPM adalah berbanding terbalik dan berbading lrus akar dengan delta L (ΔL) sesuai
pada persamaan yang sudah diberikan sebelumnya.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
32
Efsiensi Volumetrik vs RPM
8.2
8.1
8
7.9
7.8
7.7
7.6
7.5
7.4
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Efsiensi Volumetrik
vs RPM
viii.
Analisa Kurva BMEP terhadap putaran mesin (RPM)
Pada kurva antara BMEP dengan RPM menunjukkan bahwa nilai dari BMEP akan
meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari RPM. Dengan kata lain, BMEP sebanding
dengan RPM. Kenaikan tersebut disebabkan nilai dari BMEP sebanding dengan nilai dari
BHP dan berbanding terbalik dengan nilai dari RPM. Sementara kondisi nilai dari BHP
sendiri memiliki nilai perbandingan RPM, hal ini membuat RPM secara nyata tidak
memberikan pengaruh langsung terhadap kenaikan BMEP, tetapi kenaikan RPM memberikan
pengaruh pada kenaikan Torsi, dan kenaikan Torsi sebanding dengan peningakatan BMEP.
Itulah yang menyebabkan nilai dari BMEP tetap naik, walaupun RPM secara korelasi tidak
memberikan dapak apapun.
BMEP vs RPM
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1000
ix.
BMEP vs RPM
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Analisa Kurva H1 terhadap RPM
Pada kurva antara H1
dengan RPM menujukkan bahwa nilai dari H1 akan mengalami
kenaikan, seiring dengan naiknya nilai dari RPM. Hal ini disebabkan karena pada saat engine
berada pada nilai RPM tinggi maka bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin akan semakin
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
33
besar. Sebagaimana diketahui bahwa hubungan antara nilai H 1 (Heat of Combustion of Fuel)
sebanding dengan nilai dari BFC ( Fuel Consumption ).
x.
Analisa Kurva H2 terhadap RPM
Pada kurva antara H2 dengan RPM terlihat bahwa nilai dari H2 mengalami kenaikan seiring
dengan naiknya nilai RPM. Hal ini secara langsung karena nilai dari mass rate of flow air at
engine inlet dan BFC menigkat.
xi.
Analisa Kurva H3 terhadap RPM
Pada kurva hubungan antara H3 dengan RPM terlihat bahwa nilai dari H3
mengalami
kenaikan seiring dengan naiknya nilai RPM, karean kenaikan RPM menyebabkan terjadi
penigkatan mass rate of flow air at engine inlet.
xii.
Analisa Kurva Q1 terhadap n
Pada kurva hubungan antara Q1 dengan n terlihat bahwa nilai dari Q1 menigkat seiring dengan
naiknya nilai RPM, indaksinya dikarenakan mass rate of flow air at engine inlet menigkat
saat kecepetan RPM ditingkatkan, dengan perubahan suhu air yang hampir selalu konstan
pada inlet dan outlet, rata-rata selisih suhu inlet dan outlet berkisar di 2 derajat celcius.
xiii.
Analisa Kurva Q2 terhadap RPM
Pada kurva hubungan antara Q2 dengan RPM terlihat bahwa nilai dari Q2 naik seiring dengan
naiknya nilai RPM. Kenaikan tersebut disebabkan H1 yang terus menigkat sebanding dengan
RPM dan kenaikan untuk H2, Q1 dan BHP tidak terlalu signifikan.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
34
20000
18000
16000
14000
12000
H1
H2
H3
Q1
Q2
10000
8000
6000
4000
2000
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
V.2. KESIMPULAN
Dari praktikum dan pengolahan data yang dilakukan, dapat di tarik kesimpulan berikut
ini.
a. Nilai BHP menunjukkan kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran
mesin (RPM). BHP berbanding lurus dengan kenaikan putaran, walaupun tidak
linier, tapi masih mungkin untuk di linierisasi.
b. Nilai FHP memiliki nilai yang konstan pada nilai putaran berapapun, karena nilai
FHP = b/a sama untuk tiap putaran yang berbeda, dengan demikian kurva FHP
akan membentuk garis lurus.
c. Nilai IHP akan mengalami kenaikan, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran.
d. Nilai BFC akan meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari putaran dan nilai
dari BSFC akan menurun seiring dengan naiknya nilai dari putaran
e.
η
mek
akan meningkat, seiring dengan kenaikan nilai dari n begitu juga η
namun η
f.
vol
termal
akan menunjukkan grafik yang tidak stabil.
BMEP menunjukan kenaikan karean sebanding dengan kenaikan torsi.
g. Nilai dari H1 akan mengalami kenaikan, seiring dengan naiknya nilai dari RPM.
Begitu juga dengan H2 ,H3 ,Q1, Q2.
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
35
REFERENSI
Tim Penyusun Buku Penuntun Praktikum Prestasi Mesin, Buku Penuntun Praktikum
Prestasi Mesin, Depok: Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Indonesia, 2009.
TUGAS TAMBAHAN RESUME
2012 International Conference on Future Energy, Environment, and
Materials
The Impact of Common Rail System’s Control
Parameters on
the Performance of High-power Diesel
Pengaruh sistem timing injeksi pada common rail dan pengaruh tekanan pada high-power
diesel terhadap ke ekonomisan bahan bakar dan karakteristik emisi gas buang telah dipelajari
melalui serangkaian tes dan uji coba. Hasil percobaan menunjukkan bahwa dengan tekanan
Laporan Akhir Praktikum Mesin Diesel
36
rel yang meningkat, ekonomi bahan bakar dan asap semakin membaik, sedangkan NOx
sebaliknya malah memburuk. Namun, karena tekanan rel yang sangat tinggi, tren peningkatan
asap dan ekonomi bahan bakar, tidak terlihat jelas dan bahkan pada kondisi pembebanan
yang relatif rendah, ke ekonomisan akan justru akan menurun. Dengan pengaturan delay
injeksi, NOx berkurang sementara asap meningkat dan bahan bakar semakin boros pada saat
kondisi beban yang relatif besar. Sementara saat kodisi pembebanan relatif rendah kondisi
yang terjadi sebaliknya.
Sistem kontrol elektronik pada common rail memiliki keunggulan injeksi tekanan yang tinggi
dan fleksibilitas parameter seperti tekanan, timing/waktu, jumlah bahan bakar. Dan menjadi
pilihan utama untuk sistem mesin diesel advance denagn kelebihan tidak berisik, gas buangan
rendah, dan hemat bahan bakar.
Pengujian dilakukan dengan menjaga putaran tetap konstan pada 1000 RPM kemudian
berbagai macam variasi dialkukan mulai dari pembebanan (Nm) dan rail pressure (bar)
kemudian melihat perbandingan specific fuel combustion (BSFC), FSU/Rb, NOx/ppm.
Kemudian melihat pengaruh BSFC dan Pmax, terhadap perubahan sudut injeksi dengan Rail
Pressure 2 kondisi 50 MPa (500bar) dan 80 Mpa (800bar), kemudian putaran dijaga tetap
1000 RPM dan Torsi 1000 Nm.
Kesimpulan dalam penenlitian di jurnal ini di sebutkan sebagai berikut:
Meningkatkan Rail Pressure dalam daerah tertentu yang bersesuaian akan membuat
bahan bakar semakin hemat dan asap baunganan menurun tetapi NOx meningkat.
Semakin besar Rail pressure semakin hemat (BSFC menurun), tetapi NOx meningkat.
Semakin besar Torsi semakin hemat (BSFC menurun), tetapi NOx meningkat.
Pada semua jenis pembebanan untuk penigkatan Rail pressure mengurangi asap
partikel.
Pengurangan sudut(angle) menuju negatif mengurangi BSFC dan meningkatkanPeak
pressure pada saat pembakaran terjadi, semakin ke arah positif meningkatkan BSFC
tetapi menurunkan Peak pressure pembakaran.
Semakin positif arah sudutnya semakin bertambah asap yang keluar tetapi kandungan
NOx semakin berkurang, dan kearah nagatif asap semakin berkurang sedangkan kadar
NOx justru bertambah.