ANALISIS HUBUNGAN TEMPERATUR UDARA DI KAMAR MESIN DAN UNJUK KERJA MOTOR DIESEL

Transkripsi

1 i LAPORAN PENELITIAN MANDIRI ANALISIS HUBUNGAN TEMPERATUR UDARA DI KAMAR MESIN DAN UNJUK KERJA MOTOR DIESEL Oleh: PIETER W. TETELEPTA NIP UNIVERSITAS PATTIMURA Januari 2014 i

2 IIALAMAN PENGESAIIAN Judul Kegiatan Peneliti/Pelaksana Narna Lengkap NIDN Jabatan Fungsional Program Studi Nomor IIP Surel ( ) Institusi Mitra (ika ada) Narna hstitusi Mitra Alamat Penanggungiawab Waktu Pelaksanaan Biaya Tahun Berjalan Biaya Keseluruhan Analisis Hubungan Temperatur Udara Mesin Dan Unjuk Kerja Motor Diesel Ir. Pieter W. TetelePt4 MT. Lektor Teknik Sistem PerkaPalan U Ot- Rp Rp di Kamm Amboru lj Peneliti, NrP I 001 NrP

3 RINGKASAN Mesin diesel merupakan mesin pembakaran dalam, yang dalam siklus kerjanya terjadi proses pembakaran langsung di dalam silinder mesinnya antara udara dan bahan bakar pada saat temperatur campuran melampuai titik nyala bahan bakarnya.tekanan yang dihasilkan melalui proses pembakaran adalah tergantung dari temperatur udara yang dimasukan ke dalam silinder, semakin tinggi temperature maka relatip semakin berkurang jumlah molekul udara yang dikandungnya sebaliknya semakin rendah temperature relatip kandungan molekul udara lebih banyak. Kedua kondisi ini sangat berpengaruh terhadap hasil dari suatu proses pembakaran. Kondisi ini diteliti secara analisis pada mesin DongfengPR 120 dengan temperatur ruangan yang ditinjau 27 0 C,30 0 C,33 0 C, 36 0 C, 39 0 C,dan 42 0 C, serta beban mesin 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pada putaran mesin 2300 rpm dari putaran maksimal 3200 rpm.dari hasil perhitungan, terlihat bahwa pengaruh temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pemakaian bahan bakar dan beban mesin yang diberikan serta daya mesin yang dihasilkan. Pada temperatur ruangan 27 0 C, dicapai tekanan pembakaran maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm 2, daya mesin 4,3 HP, torsi mesin 1,344 kg.m, pemakaian bahan bakar 1,13 l/jam, dan persentase panas yang dirubah menjadi tenaga efektif sebesar 24%. Kata Kunci: Mesin diesel, temperatur ruangan, putaran mesin, beban mesin iii

4 iv DAFTAR ISI JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii RINGKASAN... iii DAFTAR ISI... iv BAB 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah... 2 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Perhitungan Thermodinamika Perhitungan Efesiensi Thermis Perhitungan Neraca Panas Mesin Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen Perhitungan Daya Mesin (N e ) Perhitungan Torsi Mesin (T b ) BAB 3. METODE PENELITIAN Studi Literatur Pengumpulan Data Objek Penelitian Layout Ruang Eksperimen Langkah-Langkah Eksperimen BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Korelasi Temperatur Ruang Terhadap Tekanan Kompresi(PC) Dan Tekanan Maksimum (PZ) Dalam Silinder Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 27 o C Fluktuasi Daya (Ne) Dan Pemakaian Bahan Bakar Terhadap Perubahan Temperatur Ruang iv

5 4.4 Korelasi Daya (Ne) Dan Putaran (N) Untuk Beban Yang Diberikan Diagram Indikatur Pada Temperatur Ruang 27 0 c, 30 0 c, 33 0 c, 36 0 c, 39 0 c, Dan42 0 c Perhitungan Efesiensi Thermis Perhitungan Neraca Panas Mesin Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen Perhitungan Torsi Mesin Perhitungan Tenaga Motor BAB 5. PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA v

6 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Mesin Diesel merupakan motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), dimana bahan bakarnya disemprotkan kedalam silinder pada waktu torak hampir mencapai Titik Mati Atas (TMA). Oleh karena udara didalam silinder bertemperatur tinggi yang mencapai titik nyala bahan bakar, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. Tekanan yang dihasilkan melalui proses pembakaran adalah juga tergantung dari temperatur udara yang dimasukan ke dalam silinder, semakin tinggi temperature maka relatip semakin berkurang jumlah molekul udara yang dikandungnya sebaliknya semakin rendah temperature relatip kandungan molekul udara lebih banyak. Kedua kondisi ini sangat berpengaruh terhadap hasil dari suatu proses pembakaran. Dalam kondisi nyata di lapangan terhadap pengoperasian motor diesel sering dijumpai adanya temperatur ruang kamar mesin yang terlalu panas (± C). Akibat temperatur ruangan kamar mesin yang panas ini, maka turut berdampak pada perubahan beberapa parameter yang sangat mempengaruhi unjuk kerja dari motor diesel itu sendiri. Dengan demikian secara langsung berpengaruh terhadap penurunan daya motor. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan di atas yang sering terjadi di kapal, maka dengan mengkondisikan situasi temperature kamar mesin di kapal dilakukan penelitian di laboratorium untuk menganalisa pengaruh peningkatan temperature kamar mesin terhadap tenaga mesin yang diberi pembebanan dan tanpa beban. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini diselenggarakan untuk memenuhi tujuan menganalisa dampak pengaruh fluktuasi temparatur kamar mesin terhadap output mesin, pemakaian 1

7 2 bahan bakar, temperatur kerja mesin, tekanan maksimum dalam silinder dan balans panas mesin. 1.4 Batasan Masalah Untuk lebih terarahnya penelitian ini, maka ruang lingkup permasalahan dibatasi pada: 1. Temperatur kamar mesin yang bervariasi dari 27 O C sampai 42 O C dengan peningkatan tiap 3 O C. 2. Penggunaan bahan bakar per jam terhadap perubahan temperature 3. Variasi temperature kamar mesin tehadap pembebanan mesin 4. Pembebanan mesin dengan mengkonstankan putaran tiap kenaikan temperatur.

8 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. PERHITUNGAN THERMODINAMIKA Perhitungan Siklus Aktual Mesin Metoda Grinevetsky-Mazing 2.1.1Perhitungan Parameter Proses Pengisian Besarnya tekanan gas (p) pada permulaan langkah kompresi adalah tergantung dari pada : - Sistem pengisian/penyaluran udara masuk yang dipergunakan untuk pengisian silinder mesin dengan campuran udara serta bahan bakar. - Sisitem pembuangan (exhaust) gas-gas hasil pembakaran yang sebelumnya telah terbentuk pada proses pemnbakaran di dalam silinder. - Randemen pengisian silinder yaitu perbandingan antara banyaknya campuran udara dan bahan bakar segar yang dikompresikan di dalam silinder. Untuk menghitung tekanan udara (p a ) dan temperatur (T a ) serta efisiensi (η ch ) pengisisan awal kompresi maka dapat menggunakan rumus-rumus sebagai berikut. 1. Tekanan udara pada awal kompresi Untuk motor 4 langkah tanpa menggunakan supercharger P a = ( ), kg/cm 2 dengan : P a = Tekanan awal kompresi, kg/cm 2 P o = Tekanan udara luar, kg/cm 2 2. Temperatur pada awal langkah kompresi T a = Tₒ + tw. γᵣ. Tᵣ 1 + γᵣ, o K dengan : T o = Temperatur udara luar, o k 2

9 3 tw = Pertambahan temperatur percampuran udara bahan bakar, o C T r = o K, adalah temperatur sisa gas pembakaran sebelum bercampur dengan udara yang masuk ke dalam silinder untuk mesin diesel. r = ( ) = Koefisisen gas residu mesin 4 langkah 3. Efisiensi pengisian (η ch ) η ch = ε. Pₐ. Tₒ (ε 1 ). Pₒ. Tₐ. ( 1 + ᵣ ) dengan : ε = Perbandingan kompresi o = Tekanan udara luar, kg/cm 2 a = Tekanan awal kompresi, kg/cm 2 a = Temperatur awal kompresi, o k r = Koefisien gas-gas residu = Temperatur kamar mesin, o k T o 2.1.2Perhitungan Parameter Proses Kompresi Untuk mempermudahkan perhitungan tekanan (p c ) dan temperatur (T c ) pada akhir langkah-kompresi maka garis kompresi diasumsikan sebagai suatu lengkungan polytropik yang mempunyai eksponent n 1. Untuk mesin diesel harga n 1 berbeda-beda sebab tergantung dari pada ukuran mesin kecepatan dan beban mesin.lebih besar volume silinder,maka lebih kecil bidang pendinginan sehingga sedikit terjadi penghantaran panas ke dinding-dinding silinder/torak dengan demikian eksponent n 1 menjadi lebih besar. Harga n 1 ini pun akan menjadi lebih besar,bila bertambahnya beban mesin serta dengan meningkatnya temperatur. 1. Pangkat Politropis ( n 1 ) A+B.T a (ε ₁ + 1 )= n₁ 1

10 4 dengan : A dan B = Adalah koefisien-koefisien yang diperoleh dari eksperimen n 1 = ( 1,4 1,6 ) yaitu Eksponen politropik kompresi untuk mesin tanpa turbocharging. = Perbandingan kompresi Untuk memperoleh harga n 1 maka nilai ruas kanan dan kiri dari persamaan diatas harus sama. 2. Tekanan udara pada akhir langkah kompresi ( P c ) Tekanan udara pada akhir langkah kompresi dapat dihitung menurut persamaan garis lengkung politropis, yaitu : P c = P a. ε ₁, ( kg/cm 2 ) dengan : Pa = Tekanan awal kompresi, kg/cm 2 3. Temperatur pada akhir langkah kompresi ( T c ) T c = T a. ε, o k dengan : Ta = Temperatur awal kompresi, kg/cm 2 4. Kenaikan Tekanan ( λ ) λ = Pz Pc dengan : P z = Tekanan maksimmum akhir langkah pembakaran 2.1.3Perhitungan Parameter Proses Pembakaran Untuk menentukan banyaknya udara yang diperlukan untuk pembakaran bahan bakar cair (liquid -fuei) serta banyaknya produk-produk pembakaran yang dihasilkan dari pembakaran tersebut,maka sebagai titik tolak akan ditinjau unsurunsur bahan bakar antara lain carbon,hidrogen,oksigen serta nitrogen. Secara

11 5 teoritis banyaknya udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar adalah tergantung dari pada komposisi bahan bakar tersebut serta dapat ditentukan dengan mempergunakan persamaan-persamaan reaksi dari pada carbon dan hydrogen. 1. Jumlah udara teoritis yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar cair adalah : L 1 O = , , mol / kg bahan bakar dengan : C = kandungan Carbon dalam bahan bakar H = kandungan Hidrogen dalam bahan bakar O = kandungan Oksigen dalam bahan bakar 2. Banyaknya udara teoritis dalam satuan berat adalah : 1 L O = L O 3. Jumlah udara sebenarnya yang diperlukan unutk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar cair yaitu : L 1 1 = α. L O ; mol/kg bahan bakar dengan : α = koefisien udara lebih 4. Jumlah unsur-unsur hasil pembakaran dari 1 kg bahan bakar adalah : - Carbondioksida ( CO 2 ) C MCO 2 =, mol 12 - Uap air ( H 2 O ) H MH 2 =, mol 2 - Nitrogen yang terdapat dalam udara ( N 2 ) MN 2 = L 1 O, mol

12 6 - Oksigen MO 2 = ( 1). L 1 O, mol Jadi jumlah gas-gas hasil pembakaran dari 1 kg bahan bakar Mg = MCO 2 + MH 2 O + MN 2 + MO 2 5. Koefisien Kimiawi perubahan molekul ( ) o = Mg L 6. Koefisien kimiawi perubahan molekul dengan memperhitungkan gas-gas residu ( ) = ( ₒ + r ) / ( 1 + r ) 7. Perbandingan volume relatif dari unsur-unsur hasil pembakaran VCO 2 = VH 2 O = VN 2 = VO 2 = MCO₂ Mg MH₂ Mg MN₂ Mg MO₂ Mg Jumlah dari perbandingan isi relatif unsur-unsur ini adalah : VCO 2 + VH 2 O + VN 2 + VO 2 8. Kapasitas panas molekul gas-gas pada volume konstan ( MCV) g = A g + B g. T z, kcal/mol o k dengan : A g =(VCO 2. ACO 2 ) + ( VH 2 O. AH 2 O ) + ( VN 2. AN 2 ) + ( VO 2. AO 2 )

13 7 B g =(VCO 2. BCO 2 ) + ( VH 2 O. BH 2 O ) + ( VN 2. BN 2 ) + ( VO 2. BO 2 ) 9. Kapasitas molekul gas-gas pada tekanan konstant ( MCp)g = ( MCV )g , kcal/mol o k 10. Kapasitas panas molekul udara pada volume konstant dan temperatur ( T c ) ( MCv)a = Aa + Ba. T c, kcal/mol o k 11. Temperatur pembakaran maksimum z. Hz. ₒ. (1 + ᵣ) + [(MCV) a + (1.985.λ)].T c =. (Mcp) g.t z dengan : z = Koefisien keuntungan kalor sepanjang segmen garis pembakaran Untuk memperoleh harga T z maka digunakan persamaan kuadrat : Tz = b ± b 4ac 2a 2.1.4Perhitungan Parameter Proses Ekspansi 1. Derajat ekspansi pendahuluan (ρ) ρ =. T 2. Derajat ekspansi. Tc lanjutan ( ) = 3. Pangkat politropik ( n 2 ) A g + B g. T z 1 + = ⁿ₂ ¹ ⁿ₂ ¹ dengan :

14 8 A g dan B g = panas jenis gas-gas hasil pembakaran. n 2 = 1,15 1,30 Untuk memperoleh n 2 maka nilai ruas kanan dan kiri dari persamaan diatas harus sama. 4. Tekanan Akhir Ekspansi (P b ) P P b =, kg/ cm 2 ⁿ₂ 5. Temperatur Akhir Ekspansi (T b ) T T b =, o K δⁿ₂ ¹ 6. Tekanan Rata-Rata Indikator Teoritis (P it) P it = ( -1) + (1- ) - (1- ) dengan : P c ε λ δ ρ n 1 n 2 = Tekanan gas akhir kompresi = Perbandingan kompresi = Tingkat kenaikan tekanan = Derajat ekspansi lanjutan = Derajat ekspansi pendahuluan = Eksponen politropik kompresi = Eksponen politropik ekspansi 7. Tekanan Indikator Sebenarnya (P i ) P i = φ.p it

15 9 dengan : φ = Faktor koreksi dari diagram aliran indikator untuk motor 4 lankah 8. Efisiensi mekanis ( η m ) η m = Pₑ Pᵢ 2.2. Perhitungan Efesiensi Thermis 1. Efesiensi Thermis Indikator ti = 632/(b i x H i ) Dimana b i H i : bahan bakar spesifik indicator : nilai kalor bahan bakar 2. Efesiensi Thermis Efektif ( te ) Dimana te = ti x m ti : efesiensi thermis indicator m : efesiensi thermis mesin 2.3. Perhitungan Neraca Panas Mesin 1. Panas yang dihasilkan pembakaran sempurna B.Kg.bb tiap jam sebagai berikut Q f = B x H i. Kcal/jam Dimana B : pemakaian bahan bakar dalam jam H i : nilai kalor bahan bakar 2. Persentase jumlah panas diubah menjadi tenaga efektif (Q e ) Q e % = (Q e /Q f ) x 100 % Dimana Q e = 632 x N e. Kcal/jam 3. Panas yang diambil oleh bahan pendingin (Q cool )

16 10 Q cool = kc x Q ds + kp x Q ds Dimana Q ds : panas yang timbul dalam silinder kc : persentasi panas yang diambil oleh bahan pendingin melalui dinding silinder (15%) kepala silinder (8%) dankatup (5%) sehingg di ambil 28% kp : persentasi panas yang diserap ke dasar torak 5% 4. Panas yang keluar bersama gas buang Q ef = Q g - Q a Q g = ( 1 δr )M g (MCP) g x T r x B Dimana M g T r B : jumlah molekul gas-gas dari pembakaran : temperature o K atau o C : pemakaian bahan bakar dalam jam (MCP) g : (MCV) g : A g + B g x T r Panas yang diambil oleh bagian-bagian pos penutup (Q p ) Q p = 2 : 12% Q p % = 100% - (Q e + Q cool + Q ef ) Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen 1. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Indikator (b i ) b i = x {( cb x P sup )/ α x L o T sup x P i )} Kg/hp.jam 2. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efektif (b e ) b e = b i / m.. Kg/hp.jam 2.5.Perhitungan Daya Mesin (N e ) Daya mesin yang dihasilkan pada poros dapat dihitung dengan rumus

17 11 Ne = Dimana, HP D : diameter silinder cm S : panjang langkah torak cm n : putaran mesin rpm a : jumlah silinder Pe : tekanan efektif kg/cm 2 z : koefisien tak untuk mesin 4 langkah = Perhitungan Torsi Mesin (T b ) Torsi mesin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut T b = x n Dimana N b : putaran mesin Rpm : daya mesin HP

18 BAB 3 METODE PENELITIAN Untuk memperoleh hasil penelitian yang optimal, maka kajian ini diatur dengan format seperti terinci pada flow chart berikut. FLOW Gambar 3.1 Flow Chart Penelitian 13

19 Studi Literatur. Studi literatur ini dilakukan untuk mempelajari teori-teori dasar yang berkaitan serta mendukung tujuan penelitian untuk mendapatkan pengaruh kenaikan temperatur kamar mesin pada beberapa pembebanan mesin, terhadap kecenderungan jumlah pemakaian bahan bakar serta tenaga mesin yang dihasilkan. Sumber literatur diperoleh dari buku-buku, journal, internet, serta fasilitas laboratorium Motor Bakar ITS Pengumpulan Data Hal ini perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil yang optimal dari temperatur ruang kamar mesin yang bervarisi dari mesin yang diteliti Objek Penilitian Objek yang dilakukan adalah mesin diesel empat langka milik laboratorium Motor Bakar ITS dengan spesifikasi sebagai berikut: Merek : Dongfeng Model : PR 120 Tipe : Horisontal, water cooled Jumlah silinder : 1 Diameter x panjang langkah : 75 x 80 mm Daya : 6 HP Putaran :3200 rpm Kecepatan torak : 8 m/s Perbandingan kompresi : 23 : 1 Massa mesin : 65 kg 3.4.Peralatan yang digunakan Termometer C : 5 buah Tachometer didital : 1 buah Termometer non contac : 1 boah Gelas ukur 2 liter : 1 buah Lampu pijar 100 watt : 50 buah Kunci pas 12 mm : 1 buah Tang jepit : 1 buah Stopwatch : 1 buah

20 Lay out ruang eksperimen Gambar 3.2 Layout Ruang Eksperimen 3.6.Langkah-langkah eksperimen 1. Persiapan peralatan 2. Melakukan penilitian secara bertahap terhadap temperatur ruang mulai dari temperatur 27 0 C dengan beban 500 watt. Selama mesin diberikan beban, makatemperatur air masukmaupun keluar sebagai media pendingin di ukur denganmenggunakan termometer nonkontak dan putaran mesin diukur memakai tachometer serta waktu diukur denganstopwatch.hal yang sama juga diperlakukan untuk beban1500 watt dan 2500 watt dan untuk temperatur 27 0 C,30 0 C, 33 0 C,36 0 C, 39 0 C dan 42 0 C. Tiap perlakuan temperatur direplikasitiga kali. Dari data penilitian yang diperoleh, maka dapatdilakukan perhitungan tentang : - Termodinamika siklus kerja mesin - Korelasi temperatur ruang terhadap tekanan kompresi (Pc) dan tekanan maksimum (Pz) dalam silinder - Korelasi temperatur ruang terhadap pemakaian bahan bakar. - Fluktuasi daya dan pemakaian bahan bakar terhadap perubahan temperatur ruang. - Korelasi daya (Ne) dan Putaran (n) untuk beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt.

21 16 - Diagram indikatur pada putaran 2300 rpm dan 3200 rpm. - Perhitungan efisiensi thermis - Perhitungan Neraca Panas Mesin - Pemakaian Bahan Bakar Dalam Eksperimen - Perhitungan Torsi Mesin

22 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. KORELASI TEMPERATUR RUANG TERHADAP TEKANAN KOMPRESI (Pc) DAN TEKANAN MAKSIMUM (Pz) DALAM SILINDER Perubahan temperatur terhadap tekanan kompresi (Pc), untuk n = 2300 rpm Grafik 4.4. Perubahan temp. terhadap tekanan kompresi (Pc) untuk n=2300 rpm Dari hasil pengujian, pengaruh perubahan temperatur ruangan terhadap tekanan kompresi untuk putaran 2300 rpm,terlihat Pc rata-rata menurun konsisten sebesar 1,5%, dari temperatur 27 0 C sampai temperatur 39 0 C, sedangkan pada temp.39 0 C menjadi konstan dengan temperatur 42 0 C Perubahantemperatur terhadap tekanan maksimum (Pz), untuk n = 2300 rpm Grafik 4.5. Perubahan temp. terhadap tekanan maksimum (Pz) untuk n=2300 rpm Hasil pengujian menunjukan bahwa, perubahan temperatur berpengaruh terhadap tekanan maksimum (Pz) yang dihasilkan oleh pembakaran udara bahan bakar didalam silinder untuk putaran n=2300 rpm. Grafik menunjukan tekanan maksimum rata rata berkurang 8% dari temperatur 27 0 C sampai dengan temparatur 42 0 C. 17

23 Perubahan temperatur terhadap tekanan kompresi (Pc) dan tekanan maksimum (Pz), untuk n = 2300 rpm Grafik 4.6. Perubahan temp. terhadap tekanan Pc dan Pz untuk n=2300 rpm Hasil pengujian menunjukan bahwa, perubahan temperatur mempengaruhi tekanan maksimum (Pz) dan (Pc) dalam silinder, pada putaran n = 2300 rpm KORELASI TEMPERATUR RUANG TERHADAP PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DAN TEMPERATUR MESIN Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruang 27 o C dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt Grafik 4.7. Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 27⁰C Hasil pengujian menunjukkan bahwa, dengan meningkatnya beban pada temperatur 27 0 C maka meningkat juga pemakaian bahan bakar, seperti terdata pada tabel Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 27 o C Grafik 4.8. Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 27⁰C

24 19 Hasil pengujian menunjukkan, peningkatan beban pada temperatur 27 o C akan meningkatkan temperatur gas buang, sedangkan temperatur air pendingin relatip konstant Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruang 30 o C dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt Grafik 4.9. Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 30⁰C Hasil pengujian menunjukkan bahwa, dengan meningkatnya beban pada temperatur 30 o C maka cenderung akan meningkatkan pemakaian bahan bakar Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 30 o C Grafik Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 30⁰C Pengujian menunjukkan adanya peningkatan beban pada temperatur 30 o C akan meningkatkan temperatur gas buang, demikian juga akan meningkatkan temperatur air pendingin mesin Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruang 33 o C dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt Grafik Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 33⁰C

25 20 Pengujian menunjukkan bahwa, meningkatnya beban pada temperatur 33 o C mempengaruhi peningkatan pemakaian bahan bakar Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 33 o C Grafik Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 33⁰C Hasil pengujian menunjukkan, peningkatan beban pada temperatur 33 o C akan meningkatkan temperatur gas buang, sedangkan temperatur air pendingin relatip konstant Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 36⁰C dengan beban 500 watt,1500 watt dan 2500 watt Grafik Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 36⁰C Pengujian menunjukkan bahwa, meningkatnya beban pada temperatur 36 o C amat mempengaruhi peningkatan pemakaian bahan bakar.

26 Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 36 o C Grafik Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 36⁰C Pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban pada temperatur 36 0 C amat mempengaruhi meningkatnya gas buang,sedangkan temperarur air pendingin relatif konstant Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 39 ⁰C dengan beban 500 watt,1500 watt dan 2500 watt Grafik Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 39⁰C Hasil pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban pada temperatur 39 o C mempengaruhi pula peningkatan pemakaian bahan bakar Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 39 o C Grafik Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 39⁰C

27 22 Hasil pengujian menunjukkan bahwa,pada temperatur 39 0 C terjadisedikit peningkatan gas buang sedangkan untuk air pendinginnya relatf konstant Pemakaian bahan bakar pada temperatur ruangan 42⁰C dengan beban 500 watt,1500 watt dan 2500 watt Grafik Korelasi pemakaian bahan bakar dan beban, pada temp. 42⁰C Hasil pengujian menunjukkan bahwa,dengan meningkatnya beban pada temperatur 42 0 C mempengaruhi terjadinya sedikit peningkatan pemakaian bahan bakar Perubahan temperatur mesin dengan beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt pada temperatur ruang 42 0 C Grafik Korelasi temp. air pendingin dan gas buang, pada temp. 42⁰C Hasil pengujian menunjukkan peningkatan beban pada temperatur 42 0 C akan meningkatkan gas buang,sedangkan air pendingin sedikit meningkat.

28 FLUKTUASI DAYA (Ne) DAN PEMAKAIAN BAHAN BAKAR TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATUR RUANG Tabel dan Grafik perubahan daya (Ne) dan pemakaian bahan bakar (Bb) terhadap temperatur ruang dengan beban 500 watt. Tabel 4.4.Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 500 watt Grafik Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 500 watt Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 o C dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 o C sebesar Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar relatip lebih sedikit pada temperatur 36 o C, 39 o C dan 42 o C Tabel dan Grafik perubahan daya (Ne) dan pemakaian bahan bakar (Bb) terhadap temperatur ruang dengan beban 1500 watt. Tabel 4.5.Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 1500 watt. Beban 1500 watt

29 24 Grafik Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 1500 watt. Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 o C dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 o C sebesar Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30 o C, 33 o C, 36 o C dan 42 o C Tabel dan Grafik perubahan daya (Ne) dan pemakaian bahan bakar (Bb) terhadap temperatur ruang dengan beban 2500 watt. Tabel 4.6.Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb)untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 2500 watt. Beban 2500 watt Grafik 4.21Perubahan temp. ruang, terhadap daya motor (Ne), pemakaian bahan bakar (Bb) untuk putaran motor n=2300 rpm dan beban 2500 watt. Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 0 C dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 0 C sebesar

30 25 Ne = 3.6 HP. Sedangkan pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30 0 C dan 42 0 C KORELASI DAYA (Ne) DAN PUTARAN (n) UNTUK BEBAN YANG DIBERIKAN Pembebanan 500 watt pada temperatur 27 0 C Tabel 4.7. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temperatur ruang 27 0 C Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 4,3 HP, pada putaran n=2300 rpm. Grafik Pemakaian daya(ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 27 0 C Pembebanan 500 watt pada temperatur30 0 C Tabel 4.8. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 30 0 C

31 26 Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 4,2 HP, pada putaran n=2300 rpm Grafik Pemakaian daya(ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 30 0 C Pembebanan 500 watt pada temperatur33 0 C Tabel 4.9. Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 33 0 C Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 4,0 HP, pada putaran n=2300 rpm. Grafik Pemakaian daya(ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 33 0 C Pembebanan 500 watt pada temperatur36 0 C Tabel Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 36 0 C

32 27 Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 3,9 HP, pada putaran n=2300 rpm. Grafik Pemakaian daya(ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 36 0 C Pembebanan 500 watt pada temperatur39 0 C Tabel Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 39 0 C Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 3,8 HP, pada putaran n = 2300 rpm. Grafik Pemakaian daya(ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 39 0 C Pembebanan 500 watt pada temperatur42 0 C Tabel Pemakaian daya (Ne), pada putaran n 2300 rpm, pada temperatur ruang 42 0 C

33 28 Dari pengujian diperoleh databahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 3,6 HP, pada putaran n=2300 rpm Grafik Pemakaian daya(ne), pada putaran n=2300 rpm, pada temp. ruang 42 0 C 4.5. DIAGRAM INDIKATUR PADA TEMPERATUR RUANG 27 0 C, 30 0 C, 33 0 C, 36 0 C, 39 0 C, dan42 0 C Diagram PV pada temperatur ruang 27 0 C pada putaran 2300 rpm Tabel Tekanan vs volume, pada temperatur 27 0 C

34 29 Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 65 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm 2, pada temperatur 27 0 C Diagram PV pada temperatur ruang 30 0 C pada putaran 2300 rpm Tabel Tekanan vs volume, pada temperatur 30 0 C Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,9 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 120,2 kg/cm 2, pada temperatur 30 0 C Diagram PV pada temperatur ruang 33 0 C pada putaran 2300 rpm Tabel Tekanan vs volume, pada temperatur 33 0 C Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 117,6 kg/cm 2, pada temperatur 33 0 C.

35 Diagram PV pada temperatur ruang 36 0 C pada putaran 2300 rpm Tabel Tekanan vs volume, pada temperatur 36 0 C Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 117,6 kg/cm 2, pada temperatur 36 0 C Diagram PV pada temperatur ruang 39 0 C pada putaran 2300 rpm Tabel Tekanan vs volume, pada temperatur 39 0 C Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 117,6 kg/cm 2, pada temperatur 39 0 C Diagram PV pada temperatur ruang 42 0 C pada putaran 2300 rpm Tabel Tekanan vs volume, pada temperatur 42 0 C

36 31 Dari hasil perhitungan diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 116,0 kg/cm 2, pada temperatur 42 0 C PERHITUNGAN EFESIENSI THERMIS 1. Efesiensi Thermis Indikator (Z ti ) Z ti = 632 / (b i x H i ) = 632 / ( x ) = Efesiensi Thermis Efektif (Z te ) Z te = Z ti x Z m = x = PERHITUNGAN NERACA PANAS MESIN Tabel 4.19.Jumlah panas diubah menjadi tenaga efektif (Qe)

37 32 Dari hasil perhitungan neraca panas motor yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar udara di dalam silinder, diketahui bahwa prosentase panas efektif (Qe) yang terpakai untuk menggerakan poros engkol berfluktuasi sesuai temperatur ruang. Pada tabel terlihat bahwa, pada temperatur 30 0 C, prosentase Qe menjadi maksimal pada besaran 26,6%, sedangkan pada temperatur 36 0 C, prosentase Qe berkurang menjadi 21,4%. Tabel 4.20 Panas yang diambil oleh media pandingin (Qcool) Untuk pronsentase panas yang terbuang bersama air pendingin, dari hasil perhitungan diketahui tetap konstan 33%, mulai dari temperatur 27 0 C, 30 0 C, 33 0 C,36 0 C, 39 0 C, 42 0 C. Tabel Panas yang keluar bersama gas buang (Qeg) Adapun prosentase panas yang terbawa bersama gas buang persiklus pembakaran bahan bakar udara, relatif konstan antara 25,4% sampai 26,0%, pada temperatur 27 0 C, 30 0 C, 33 0 C, 36 0 C, 39 0 C, 42 0 C.

38 33 Tabel Jumlah panas dari hasil perhitungan neraca panas. Data pada tabel 4.22 menunjukan korelasi prosentase panas efektif (Qe), panas yang terbuang bersama air pendingin (Qcool), panas yang hilang bersama gas buang (Qeg), serta panas yang dilepaskan secara radiasi dari badan motor maupun gesekan pada bagian-bagian motor yang bergerak (Qres), untuk temperatur 27 0 C, 30 0 C, 33 0 C, 36 0 C, 39 0 C, 42 0 C. Grafik Grafik neraca panas PEMAKAIAN BAHAN BAKAR DALAM EKSPERIMEN 1.Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Indikator (b i ) b i = x {(Z cb x P sup )/ α x L o T sup x P i )} = x {( x1.3)/(1.5 x x x 11880)} = kg/hp.jam.

39 34 2.Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efektif (b e ) B e = b i /Z m..kg/hp.jam = / = Kg/hp.jam PERHITUNGAN TORSI MESIN Grafik Grafik hasil perhitungan Torsi Mesin. Tabel Besaran daya (Ne), torsi, dan putaran motor (n)=2300 rpm dan 3200 rpm untuk temperatur 27 0 C, 30 0 C, 33 0 C, 36 0 C, 39 0 C, 42 0 C Dari hasil pengujian diperoleh informasi bahwa, torsi mesin pada saat mesin di beri beban dengan putaran 2300 rpm, akan sama besarnya dengan mesin tanpa beban pada putaran 3200 rpm, dan terjadi mulai dari temperatur 27 0 C sampai 39 0 C. Sedangkan pada temperatur 42 0 C torsi mesin mengalami penurunan sebesar 2%.

40 PERHITUNGAN TENAGA MOTOR Generator sebagai sumber tenaga listrik untuk melayani beban karena dikopel langsung dengan motor sebagai tenaga penggerak melalui flens-kaku maka, perlu untuk menghitung apakah daya motor mampu untuk menggerakan generator sesuai dengan beban yang diberikan. Rumus untuk menghitung tenaga motor (P) dalam satuan watt Ne = ( V x I cos )/.. watt Dimana : V = tegangan volt I = kuat arus ampere Cos = faktor koreksi = randemen motor Sesuai rumus serta data motor dan generator maka dapat menghitung daya motor. Tabel Tenaga,tegangan dan kuat arus

41 BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Variasi temperatur ruangan terhadap pemakaian bahan bakar pada putaran 2300 rpm. Dari hasil perhitungan, terlihat bahwa pengaruh temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pemakaian bahan bakar dan beban mesin yang diberikan, antara lain: a. Untuk beban 500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada temperatur 36 o C dan 42 o C, sedangkan menjadi maksimal pada temperatur 27 o C, 30 o C dan 33 o C, dan menengah pada temperatur 39 o C. (Grafik 4.1) b. Pada beban 1500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada temperatur 30 o C, 33 o C, 36 o C dan 42 o C, sedangkan menjadi maksimal pada temperatur 27 o C dan 39 o C. (Grafik 4.2) c. Dengan beban 2500 watt, pemakaian bahan bakar menjadi minimal pada temperatur 30 o C dan 42 o C, sedangkan menjadi maksimal pada temperatur 33 o C dan 36 o C, dan pemakaian menjadi menengah pada temperatur 27 o C dan 39 o C. (Grafik 4.3). 2. Dari hasil pengujian, pengaruh perubahan temperatur ruangan terhadap tekanan kompresi untuk putaran 2300 rpm, terlihat Pc rata-rata menurun konsisten sebesar 1,5%, dari temperatur 27 0 C sampai temperatur 39 0 C, sedangkan pada temp C menjadi konstan dengan temperatur 42 0 C. 3. Hasil pengujian menunjukan bahwa, perubahan temperatur berpengaruh terhadap tekanan maksimum (Pz) yang dihasilkan oleh pembakaran udara bahan bakar didalam silinder untuk putaran n=2300 rpm. Grafik menunjukan tekanan maksimum rata rata berkurang 8% dari temperatur 27 0 C sampai dengan temparatur 42 0 C. 37

42 38 4. Korelasi pemakaian bahan bakar dan temperatur ruangan terhadap pembebanan 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt. a. Pada temperatur ruangan 27 0 C dan 30 0 C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya membesar linier. b. Pada temperatur ruangan 33 0 C dan 36 0 C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya meningkat eksponensial c. Pada temperatur ruangan 39 0 C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya membesar linier. d. Pada temperatur ruangan 42 0 C dengan variasi beban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, pemakain bahan bakarnya membesar linier, namun pada beban 2500 watt, pemakaian bahan bakarnya relatif berkurang. 5. Korelasidaya motor (Ne)dan pemakaian bahan bakar (Bb) terhadap variasitemperatur ruangandanbeban 500 watt, 1500 watt dan 2500 watt, a. Hasil pengujian menunjukan bahwa, semakin tinggi temperatur ruang, maka Ne mesin relatip menurun, terekam pada temperatur 27 o C dengan Ne = 0.43x10 = 4.3 HP, dan menurun sampai temperatur 42 o C sebesar Ne = 3.6 HP. b. Untuk beban 500 watt pemakaian bahan bakar relatip lebih sedikit pada temperatur 36 o C, 39 o C dan 42 o C. c. Untuk beban 1500 watt pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30 o C, 33 o C, 36 o C dan 42 o C d. Sedangkan untuk beban 2500 watt pemakaian bahan bakar berfluktuasi dan relatip lebih sedikit pada temperatur 30 0 C dan 42 0 C. 6. Korelasi daya (Ne) dan putaran (n) untuk beban yang diberikan, a. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 4,3 HP, pada putaran n=2300 rpm

43 39 b. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 4,2 HP, pada putaran n=2300 rpm c. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 4,0 HP, pada putaran n=2300 rpm d. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 3,9 HP, pada putaran n=2300 rpm e. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 3,8 HP, pada putaran n = 2300 rpm f. Dari pengujian diperoleh data bahwa, untuk pembebanan 500 watt pada temp C, maka daya yang digunakan sebesar 3,6 HP, pada putaran n=2300 rpm 7. Korelasi tekanan dan volume pada temperatur yang ditinjau. a. Pada temperatur 27 0 C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 65 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 121,3 kg/cm 2 b. Pada temperatur 30 0 C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,9 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 120,2 kg/cm 2, c. Pada temperatur 33 0 C,36 0 C,dan 39 0 C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 117,6 kg/cm 2 d. Pada temperatur 42 0 C, diperoleh tekanan kompresi sebesar 64,8 kg/cm 2 dan tekanan maksimum didalam silinder sebesar 116,0 kg/cm Neraca Panas Mesin Dari hasil perhitungan neraca panas mesin, diperoleh data bahwa dari temperatur ruangan yang ditinjau 27 0 C, 30 0 C, 33 0 C, 36 0 C, 39 0 C, dan 42 0 C, maka panas yang terbawa oleh air pendingin (Qcool) konstan pada besaran

44 40 33%, panas yang keluar bersama gas buang (Qeg) relatif konstan pada besaran antara 25,4% sampai 26%, panas yang diperlukan untuk mengatasi gesekan dan yang terpancar dari badan mesin secara radiasi berfluktuasi dari 14,6% sampai 20%, dan panas yang dirubah menjadi tenaga efektif (Qe) juga berfluktuasi antara 21,4% sampai 26,6%. 9. Torsi Mesin Dari hasil pengujian diperoleh informasi bahwa, torsi mesin pada saat mesin di beri beban dengan putaran 2300 rpm, akan sama besarnya dengan mesin tanpa beban pada putaran 3200 rpm, dan terjadi mulai dari temperatur 27 0 C sampai 39 0 C. Sedangkan pada temperatur 42 0 C torsi mesin mengalami penurunan sebesar 2%. 5.2 Saran 1. Mengingat temperatur ruangan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pemakaian bahan bakar dan pembebanan mesin, maka perlu penyesuaian beban mesin terhadap temperatur ruangan yang ada, serta perlu dipertahankan temperatur ruangan yang konstan. 2. Dianjurkan mesin dioperasikan pada temperatur ruangan 27 0 C untuk mendapatkan: a. Tekanan kompresi dan tekanan pembakaran maksimum didalam silinder b. Pemakaian bahan bakar diantara maksimal dan minimal c. Daya mesin dan torsi mesin menjadi maksimal. d. Panas efektif yang dirubah menjadi tenaga efektif berada pada posisi minimal dan maksimal.

45 DAFTAR PUSTAKA A. Kolchin, V.Demidov,Design Of Automotive Engines, Mir Publishir Moscow, C. D. Rakopoulos, E. G. Giakoumis, Diesel Engine Transient Operation, National Technical University of Athens School of Mechanical Engineering, 9 Heroon Polytechniou St , Zografou Campus, Athens, Greece, D. A. Taylor, Introduction to Marine Engineering, Elsevier Butterworth- Heinemann, F. Zhao, M.C. Lai, D.L. Harrington, Automotive Spark-Ignited Direct-Injection Gasoline Engines, Pergamon, Elsevier Science Ltd The Boulevard, Langford Lane Kidlington, Oxford OX5 1GB, UK, James R. Senft, Mechanical Efficiency Of Heat Engines, University of Wisconsin River Falls, Cambridge University Press, The Edinburgh Building, Cambridge CB2 8RU, UK, John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, McGraw-Hill, Inc Pounder s, Marine Diesel Engines and Gas Turbines, Eighth edition, Replika Press Pvt. Ltd., New Delhi , India, Richard van Basshuysen and Fred Schäfer,Internal Combustion Engine Handbook - Basics, Components, Systems, and Perspectives, SAE International, Warrendale Pa, Willard W. Pulkrabek. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, Prentice Hall, Upper Sadle River, New Jersey 07458,