KAJIAN UNJUK KERJA MOTOR BAKAR MENGGUNAKAN PROGRAM VISUAL BASIC

KAJIAN UNJUK KERJA MOTOR BAKAR MENGGUNAKAN PROGRAM VISUAL BASIC SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ALFARETH NIM. 090421059 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

ABSTRAK Kajian unjuk kerja motor bakar merupakan hal yang sangat penting dalam perencanaan motor bakar, karena dengan perhitungan kajian unjuk kerja motor bakar dapat diketahui berapa besar daya, pemakaian bahan bakar spesifik, efisiensi thermal brake dan yang lainnya dalam merancang motor bakar, serta kita dapat melihat perbandingan kajian unjuk kerja motor bakar menggunakan bahan bakar yang berbeda. Karena itu dibutuhkan adanya sebuah program simulasi yang dapat menghitung dimensi dan kajian unjuk kerja dari motor bakar. Dengan Microsoft Visual Basic 6.0 dapat dibuat sebuah simulasi perhitungan desain dan kajian unjuk kerja motor bakar yang mudah untuk digunakan. Program perhitungan kajian unjuk kerja dan dimensi motor bakar dapat dibuat dengan memahami rumus yang terdapat pada motor bakar dan memasukkannya ke dalam jendela kode pada visual basic. Dari hasil simulasi dan perhitungan teoritis didapat bahwa perhitungan dengan simulasi lebih akurat dari perhitungan secara teoritis. Kata kunci : Motor Bakar, Kajian unjuk kerja motor bakar, Microsoft Visual Basic 6.0

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih dan rahmat-NYA dalam kehidupan penulis yang senantiasa memberikan waktu dan tenaga sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan menyelesaikan pendidikan pada Departemen Teknik Mesin. Adapun judul Skripsi ini adalah “Kajian Unjuk Kerja

Motor Bakar Menggunakan Program Visual Basic”

Dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, penulis banyak mengalami masalah, hambatan namun berkat bantuan Dosen Pembimbing dan bantuan dari berbagai pihak yang berupa dukungan,semangat,dan informasi maka Tugas Sarjana ini dapat diselesaikan. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.

Kedua Orangtua penulis Ayahanda L. Situmorang dan Ibunda H. br. Saragih.

Terima kasih atas doa dan dukungan yang tiada henti-hentinya baik moril maupun materil hingga skripsi ini dapat diselesaikan.

2. Bapak Tulus B. Sitorus,ST,MT. sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan waktu dan bimbingan, hingga skripsi ini dapat diselesaikan.

3. Bapak Ir.Mulfii Hazwi,M.Sc, dan Bapak Ir.A. Halim Nasution,M.Sc sebagai dosen penguji.

4. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir.Syaril Gultom.MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Depatermen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

6. Kakak saya Elberty Agustina Situmorang, adik saya Richardo Pardamean Situmorang dan Tryana Mayroselina Situmorang, terima kasih atas dukungan doa dan semangat hingga skripsi ini dapat diselesaikan.

7. Buat semua keluarga yang tidak dapat penuliskan tuliskan satu persatu.Terimakasih atas doa dan motivasinya.

8. Seluruh rekan rekan mahasiswa Teknik Mesin terkhusus Stambuk 2009 ekstensi, yang tidak dapat disebut satu persatu.

9. Dan semua pihak yang turut membantu dalam menyelasaikan Tugas Sarjana ini yang namanya tidak dapat penulis tuliskan satu persatu. Penulis menyadari masih adanya kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu, sangat diharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan Skripsi ini.

Medan, Februari 2014 Penulis Alfareth

NIM. 090421059

DAFTAR ISI ABSTRAK .........................................................................................................................i KATA PENGANTAR .....................................................................................................ii DAFTAR ISI ...................................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................ix DAFTAR NOTASI .........................................................................................................xi

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2. Tujuan ............................................................................................................1

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

1.4. Manfaat...........................................................................................................2

1.5. Sistematika Penulisan.....................................................................................2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pendahuluan....................................................................................................5

2.2. Motor Bensin..................................................................................................6

2.2.1. Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah...............................................7

2.2.2. Cara Kerja Motor Bensin 2 Langkah...............................................9

2.2.3. Cara kerja mesin dua langkah .......................................................10

2.3. Motor Diesel.................................................................................................13

2.3.1 Cara Kerja Motor Diesel 4 Langkah...............................................13

2.3.2. Cara Kerja Motor Diesel 2 Langkah.............................................16

2.3.3. Sistem Bahan Bakar ......................................................................17

2.4. Parameter Performansi/Unjuk Kerja Motor Bakar.......................................17

2.4.1. Diameter Piston ............................................................................19

2.4.2. Panjang Connecting Rod .............................................................19

2.4.3. Crank Radius / Crank Offset.........................................................19

2.4.4. Ratio of connecting rod length to crank offset .............................19

2.4.5. Ratio of bore to stroke (B/S)..........................................................20

2.4.6. Jarak antara the crank axis & pin piston .......................................20

2.4.22. Friction Mean Effective Pressure ...............................................26

2.4.35. Efisiensi Konversi Bahan Bakar .................................................31

2.4.34. Efisiensi Volumetris ...................................................................30

2.4.33. Efisiensi Thermal Indikator ........................................................30

2.4.32. Efisiensi Thermal Brake .............................................................29

2.4.31. Engine Specific Volume .............................................................29

2.4.30. Brake Output Per Displacement .................................................29

2.4.29. Brake System Power ...................................................................28

2.4.28. Brake specific work per unit mass...............................................28

2.4.27. Rate of air flow in the engine .....................................................28

2.4.26. Rate of fuel flow in the engine ...................................................27

2.4.25. Mass of fuel in cylinder per cycle ..............................................27

2.4.24. Mass of air in cylinder per cycle ................................................27

2.4.23. Piston Face Area .........................................................................26

2.4.21. Indicated Mean Effective Pressure .............................................26

2.4.7. Jarak permukaan piston dari TDC ................................................20

2.4.20. Brake Mean Effective Pressure ..................................................25

2.4.19. First Brake Work ........................................................................25

2.4.18. Friction Power Lost ....................................................................25

2.4.17. Indicated Power ..........................................................................24

2.4.16. Brake Power ...............................................................................24

2.4.15. Massa jenis Udara masuk ke Silinder .........................................24

2.4.14. Massa Jenis Udara Lingkungan ..................................................23

2.4.13. Volume Silinder pada Tiap Sudut Engkol ..................................23

2.4.12. Volume Clearance (Sisa) ............................................................22

2.4.11. Volume Displacement N Cylinder ..........................................22

2.4.10. Volume Displacement 1 Cylinder ............................................21

2.4.9. Kec. Piston pada Akhir Pembakaran ............................................21

2.4.8. Kecepatan Piston Rata-rata ...........................................................21

2.4.36. Brake Specific fuel consumption ................................................31

2.4.37. Indicated Specific fuel consumption ..........................................31

2.4.38. Power Weight Ratio ....................................................................32

2.4.39. Road Load Power .......................................................................32

2.4.40. Speed of Sound at Inlet Conditions ............................................33

2.4.41. Intake Valve Area .......................................................................33

2.4.42. Diameter of Each Valve .............................................................33

2.4.43. Upper Limit to Valve Lift ...........................................................34

2.5. Visual Basic..................................................................................................34

2.5.1 Keistimewaan Microsoft Visual Basic ..........................................34

2.5.2 Komponen pada Layar Visual Basic..............................................35

2.5.2.1. Menu Bar (Menu Utama)...............................................36

2.5.2.2. Toolbar (Standard)..........................................................36

2.5.2.3. Toolbox...........................................................................38

2.5.2.4. Form................................................................................39

2.5.2.5. Jendela Kode...................................................................40

2.5.2.6. Project Explorer..............................................................40

2.5.2.7. Jendela Properties...........................................................41

2.5.2.8. Jendela Posisi Form........................................................41

2.5.2.9. Module............................................................................42

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat........................................................................................43

3.2 Prosedur Analisa……………………………………………...............……43

3.2.1Keterangan Diagram Alir………....................…………………....44

3.2.1.1Mulai………..………….………...................…………...44

3.2.1.2 Studi Literatur………….………. …………….....……..44

3.2.1.3 Pencarian dan Pengumpulan Data…………...........…...45

3.2.1.4 Proses Perhitungan…………………....……………….45

3.2.1.5 Kesimpulan dan Saran.……….....................…...……...45

3.2.1.6 Selesai………………………...……………......………45

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.2.14 Massa Jenis Udara Lingkungan ...................................................53

4.2.27 Rate of air flow in the engine ......................................................57

4.2.26 Rate of fuel flow in the engine ....................................................57

4.2.25 Mass of fuel in cylinder per cycle ...............................................56

4.2.24 Mass of air in cylinder per cycle .................................................56

4.2.23 Piston Face Area ..........................................................................56

4.2.22 Friction Mean Effective Pressure ................................................56

4.2.21 Indicated Mean Effective Pressure ..............................................55

4.2.20 Brake Mean Effective Pressure ...................................................55

4.2.19 First Brake Work .........................................................................55

4.2.18 Friction Power Lost .....................................................................55

4.2.17 Indicated Power ...........................................................................54

4.2.16 Brake Power ................................................................................54

4.2.15 Massa jenis Udara masuk ke Silinder ..........................................54

4.2.13 Volume Silinder pada Tiap Sudut Engkol ...................................53

4.1. Data Awal (Input).........................................................................................46

4.2.12 Volume Clearance (Sisa) .............................................................53

4.2.11 Volume Displacement N Cylinder ...........................................53

4.2.10 Volume Displacement 1 Cylinder .............................................52

4.2.9 Kec. Piston pada Akhir Pembakaran .............................................52

4.2.8 Kecepatan Piston Rata-rata ............................................................52

4.2.7 Jarak permukaan piston dari TDC .................................................51

4.2.6 Jarak antara the crank axis & pin piston ........................................51

4.2.5 Ratio of bore to stroke ...................................................................51

4.2.4 Ratio of connecting rod length to crank offset ..............................51

4.2.3 Crank Radius / Crank Offset .........................................................50

4.2.2 Panjang Connecting Rod ...............................................................50

4.2.1 Diameter Piston .............................................................................50

4.2. Data Output...................................................................................................50

4.2.28 Brake specific work per unit mass ...............................................57

4.2.29 Brake System Power....................................................................58

4.2.39 Road Load Power ........................................................................61

5.2 Saran..............................................................................................................64

5.1 Kesimpulan....................................................................................................64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

4.2.43 Upper Limit to Valve Lift ............................................................63

4.2.42 Diameter of Each Valve ..............................................................62

4.2.41 Intake Valve Area ........................................................................62

4.2.40 Speed of Sound at Inlet Conditions .............................................61

4.2.38 Power Weight Ratio .....................................................................61

4.2.30 Brake Output Per Displacement ..................................................58

4.2.37 Indicated Specific fuel consumption ...........................................60

4.2.36 Brake Specific fuel consumption .................................................60

4.2.35 Efisiensi Konversi Bahan Bakar ..................................................60

4.2.34 Efisiensi Volumetris ....................................................................59

4.2.33 Efisiensi Thermal Indikator .........................................................59

4.2.32 Efisiensi Thermal Brake ..............................................................59

4.2.31 Engine Specific Volume ..............................................................58

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram P-V dan T-S Siklus Otto...............................................................7Gambar 2.2. Cara kerja motor bensin 4 langkah...............................................................9Gambar 2.3. Langkah pemasukan dan kompresi kedua..................................................11Gambar 2.4. Langkah usaha dan kompresi pertama........................................................11Gambar 2.5. Langkah pembuangan dan kompresi pertama............................................12Gambar 2.6. Langkah pembuangan dan langkah pembilasan.........................................12Gambar 2.7 Diagram P-V dan diagram T-S mesin diesel...............................................13Gambar 2.8 Siklus kerja motor diesel 4 langkah.............................................................15Gambar 2.9. Prinsip Kerja Motor Diesel 2 Langkah.......................................................16Gambar 2.10. Piston dan silinder ....................................................................................18Gambar 2.11. Tampilan Layar pada Keadaan Standar....................................................35Gambar 2.12. Menu Bar..................................................................................................36Gambar 2.13. Toolbar(standard).....................................................................................36Gambar 2.14. ToolBox....................................................................................................38Gambar 2.15. Form Windows.........................................................................................39Gambar 2.16. Windows Code..........................................................................................40Gambar 2.17. Project Explorer .......................................................................................40Gambar 2.18. Jendela Properties ....................................................................................41Gambar 2.19. Jendela Posisi Form .................................................................................41Gambar 2.20. Module .....................................................................................................42Gambar 3.1 flow chart ....................................................................................................44Gambar 4.1 Tampilan Utama Pada Visual Basic ...........................................................46Gambar 4.2 Tampilan Perumusan Pada Visual Basic ....................................................47Gambar 4.3 Tampilan Keterangan Pada Program Visual Basic......................................47Gambar 4.4 Tampilan Gambar Pada Program Visual Basic..........................................48

DAFTAR NOTASI

⁰ C Konstanta Untuk Menentukan

3 C D Drag coefficient (for cars : 0.3 < CD £ 0.5)

(0.012 < CR < 0.015)

⁰C P o Tekanan Udara Lingkungan kPa T o Temperatur Udara Lingkungan ⁰C R Konstanta Udara kJ/kg.K  m Efisiensi Mekanis AFR Air Fuel Ratio  c Efisiensi Pembakaran k Ratio of heat specific (C p / C v ) C R Coefficient of rolling resistance

y Clearance piston & dinding silinder mm P i Tekanan udara masuk ke silinder kPa Ti Temperatur udara masuk ke silinder

Panjang Connecting Rod (1.65-1.75)x S for most car

B Diameter Silinder mm S Panjang Langkah Piston dari BDC ke TDC mm N

A v Frontal area of vehicle m

Vehicle speed km/h

N.m Q HV Nilai Kalor Bahan Bakar kJ/kg Stroke Langkah / Tak rev/cycle M v Mass of Vehicle kg S

τ Torsi

Jumlah Silinder r c Rasio Kompresi N Putaran Mesin rpm

θ Sudut Engkol

D p Diameter Piston m r Panjang Connecting Rod m a Crank Radius / Crank Offset m R Ratio of connecting rod length to crank offset B/S Ratio of bore to stroke s Jarak antara the crank axis & pin piston m x Jarak permukaan piston dari TDC m Ū

p Kecepatan Piston Rata-rata m/sec

U p Kec. Piston pada Akhir Pembakaran m/sec Vd Volume Displacement 1 Cylinder m

3 Vd- total Volume Displacement N Cylinder m

3 Vc Volume Clearance (Sisa) m

3 V Volume Silinder pada Tiap Sudut Engkol m

 a Massa Jenis Udara Lingkungan kg/m

 i Massa jenis Udara masuk ke Silinder kg/m

3 Ẇ b

Brake Power Nm/sec

i Indicated Power Nm/sec

Ẇ

m a Mass of air in cylinder per cycle kg/cyl-cycle m f Mass of fuel in cylinder per cycle kg/cyl-cycle ṁ

BSV Engine Specific Volume L/kW

2 BOPD Brake Output Per Displacement kW/L

 b Brake specific work per unit mass kJ/kg BSP Brake System Power kW/m

a Rate of air flow in the engine kg/sec

Rate of fuel flow in the engine kg/sec ṁ

f Friction Power Lost Nm/sec

2 Ap Piston Face Area m

2 Fmep Friction Mean Effective Pressure N/m

2 Imep Indicated Mean Effective Pressure N/m

First Brake Work kJ Bmep Brake Mean Effective Pressure N/m

Ẇ

( t) b Efisiensi Thermal Brake % ( t) i Efisiensi Thermal Indikator %  v Efisiensi Volumetris %  f Efisiensi Konversi Bahan Bakar % bsfc Brake Specific fuel consumption kg/kW-sec isfc Indicated Specific fuel consumption kg/kW-sec PWR Power Weight Ratio kW/kg P Road Load Power kW

c i Speed of Sound at Inlet Conditions m/sec

2 A i

I ntake Valve Area m d v Diameter of Each Valve m l Upper Limit to Valve Lift m

max

KAJIAN UNJUK KERJA MOTOR BAKAR MENGGUNAKAN PROGRAM VISUAL BASIC