SIMULASI TEORITIS PERHITUNGAN DIMENSI & PERFORMANSI MOTOR BAKAR DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM VISUAL BASIC SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ANDIKA PUTRA PARUHUM TAMPUBOLON NIM 070401089 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ABSTRAK Performansi dan dimensi motor bakar merupakan hal yang sangat penting dalam perancangan motor bakar, karena dengan perhitungan performansi dapat diketahui berapa besar daya, pemakaian bahan bakar spesifik, efisiensi thermal brake dan yang lainnya dalam merancang motor bakar, serta kita juga dapat melihat perbandingan performansi ketika motor bakar menggunakan bahan bakar yang berbeda. Karena itu dibutuhkan adanya sebuah program simulasi yang dapat menghitung dimensi dan performansi dari motor bakar. Dengan Microsoft Visual Basic 6.0 dapat dibuat sebuah simulasi perhitungan desain dan performansi motor bakar yang mudah untuk digunakan, karena program yang telah dibuat dengan visual basic dapat di akses oleh seluruh pengguna Microsoft sebagai software-nya.program perhitungan performansi dan dimensi motor bakar dapat dibuat dengan memahami rumus yang terdapat pada motor bakar dan memasukkannya ke dalam jendela code pada visual basic. Dari hasil simulasi dan perhitungan teoritis didapat bahwa perhitungan dengan simulasi lebih akurat dari perhitungan secara teoritis. Kata Kunci: Motor Bakar, Performansi motor bakar, Microsoft Visual Basic 6.0
ABSTRACT Performance and dimensions of internal combustion engine is very important for an engine design, because withthecalculation ofthe performancecan be known howmuch power,specificfuel consumption, brakethermalefficiency, and the otherin designingthe engine, and we also can see the performance when using another fuel. With MicrosoftVisualBasic 6.0canbe madeasimulation ofthe design calculationsandengine performancethat is easytouse,sincethe programwas createdwithvisual Basiccan be accessedby all users ofmicrosoftasits software.the simulation ofthe design calculationsandengine performancecan be madeby understandingthe formulacontained inthe internal combustion engineandput it into window codeofvisual Basic. From the simulation resultsand theoretical calculationsfound that thesimulationmore accuratecalculationthan the theoreticalcalculations. Keywords: Internal Combustion Engine,Microsoft Visual Basic 6.0,Design calculationsandengine performance.
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik didepartemen Teknik MesinFakultas Teknik. Adapun judul skripsi yang penuliskerjakan ini adalah Simulasi Teoritis Perhitungan Dimensi & Performansi Dengan Menggunakan Program Visual Basic. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Makapada kesempatan ini, penulis ingin menghaturkan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT sebagai dosen pembimbing yang telahbanyak memberikan bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 4. Orang tua yang sangat disayangi penulis, Eddy Tampubolon/Lenny Aurelia Tio, untuk perjuangan, doa, dan kasih sayangnya kepada penulis. 5. Kakak dan adikyang sangat disayangi penulis,corry Audhita Tampubolon, Andina Tampubolon, Aldion Ega Tampubolon dan Adrianus Tampubolon atas semangat dan doanya kepada penulis. 6. Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1. 7. Amangboru Hendrik Siagian atas seluruh bantuan dalam menyelesaikan simulasi motor bakar. 8. Kepada Christy Adelina Purba, Kezia Sinaga, Binsar Siregar,Frans O Tambun, Jeremia C Aruan, Andreas C Siahaan, Daniel Febrian Simanungkalit, Lily Yoranita dan Vera Juliani Pakpahan yang selalu setia
untuk menemani, mendengarkan keluh kesah, dan memberikan semangat dan doa kepada penulis dalam kehidupan sehari-hari. 9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terkhususnya kawan-kawan stambuk 2007 dan adik adik stambuk 2009.Khususnya untuk C.Paskah Lidang, Desmonth Chrismanto Tarigan, Indra Sibuea,Jefferson Sitorus,Lobeny Markus Sinaga, Rico Raja Manurung, Zulpren Manroe, Faiz, Jeffry Oms, Van Ryzal Purba dan Chandra T Saragihterima kasih atas dukungan dan doanya bagi penulis untuk menyelesaikan pendidikan S-1. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini. Terimakasih. Medan, 10 April 2013 Penulis, Andika PP Tampubolon. NIM. 070401089
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR.... viii DAFTAR TABEL.... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan... 2 1.3. Batasan Masalah... 2 1.4. Manfaat... 3 1.5. Ruang Lingkup... 3 1.6. Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1. Pendahuluan... 4 2.2. Motor Bensin... 5 2.2.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah.... 6 2.2.2 Cara Kerja Motor Bensin 2 Langkah... 8 2.2.3 Cara Kerja Mesin 2 Langkah... 9 2.3. Motor Diesel... 11 2.3.1. Cara kerja Motor Diesel 4 Langkah... 11 2.3.2. Cara Kerja Motor Diesel 2 Langkah... 14 2.3.3. Sistem Bahan Bakar... 15 2.4. Parameter & Performansi Mesin... 15 2.4.1. Kerja... 19 2.4.2. Mean Effective Pressure (Tekanan efektif rata rata)... 20 2.4.3. Torsi dan Daya... 21 2.4.4. Rasio Udara Bahan Bakar dan Rasio Bahan Bakar Udara... 22
2.4.5. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc)... 23 2.4.6. Efisiensi Pembakaran Dan Efisiensi Volumetris... 23 2.4.7. Road Load Power... 25 2.4.8. Katup Masuk... 26 2.5. Microsoft Visual Basic 6.0... 26 2.5.1. Mengenal Integrated Development Environment (IDE) VB6... 27 2.5.2. Memahami istilah Object,Property,Method & Even... 29 2.5.3. Menulis Kode Program... 30 2.5.4. Mengenal Data & Variabel... 30 2.5.5. Mengenal Struktur Kontrol... 32 2.5.6. Menggunakan Kontrol Array... 34 2.5.7. Menangani error... 35 2.5.8. Penggunaan Prosedur... 36 2.5.9. Penanganan Keyboard... 38 2.5.10. Menggunakan Drag Drop... 40 2.5.10.1 Drag Drop dengan VB6... 40 2.5.10.2 Menggunakan OLE Drag Drop... 41 2.5.10.3 OLE Drag Drop dengan VB6... 41 2.5.10.4 Objek DataObjek... 42 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 44 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 44 3.2. Objekdan Perangkat Lunak yang Digunakan... 44 3.2.1. Objek.... 44 3.2.2. Perangkat Lunak yang Digunakan.... 46 3.3. Prosedur Simulasi... 46 3.4. Keterangan Diagram Alir... 48 3.4.1 Studi Literatur... 48 3.4.2 Pengambilan Data Awal... 48 3.4.3 Pengerjaan Simulasi... 48 3.4.4 Pengujian Program dan Validasi... 50 3.4.5 Hasil dan Pembahasan... 50 3.4.6 Kesimpulan dan Saran... 50
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 52 4.1. Proses Simulasi... 52 4.1.1. Desain Tampilan... 52 4.1.2. Memasukkan Kode Program... 53 4.2. Hasil Simulasi... 53 4.2.1 Input... 53 4.2.2 Output... 56 4.2.3 Grafik... 57 4.3. Validasi... 61 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 69 5.1. Kesimpulan... 70 5.2. Saran... 70 DAFTAR PUSTAKA... 71 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P-V dan T-SSiklus Otto Ideal... 6 Gambar 2.2 Cara kerja motor bensin 4 langkah... 8 Gambar 2.3 Langkah pemasukan dan kompresi kedua... 9 Gambar 2.4 Langkah Usaha dan kompresi pertama... 10 Gambar 2.5 Langkah pembuangan dan kompresi pertama... 10 Gambar 2.6 Langkah pembuangan dan langkah pembilasan... 11 Gambar 2.7 Diagram P-Vdan diagram T-S mesin diesel... 12 Gambar 2.8 Siklus kerja motor diesel 4 langkah... 14 Gambar 2.9 Prinsip kerja motor diesel 2 langkah... 15 Gambar 2.10 Parameter mesin... 16 Gambar 2.11 Jendela new project VB6... 27 Gambar 2.12 IDE VB 6... 28 Gambar 2.13 Object, property, method dan even VB6... 29 Gambar 2.14 Jendela kode... 30 Gambar 2.15 Runtime Error... 36 Gambar 3.1 Diagram alir pengerjaan skripsi... 47 Gambar 3.2 Diagram alir pengerjaan simulasi... 49 Gambar 4.1 Tampilan form... 52 Gambar 4.2 ROBYN FUJI DY23D... 55 Gambar 4.3 Parameter ROBIN FUJI DY23D... 55 Gambar 4.4 Tampilan input... 56 Gambar 4.5 Tampilan Output... 56 Gambar 4.6 Grafik... 56 Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Daya Poros... 59 Gambar 4.8 Grafik Putaran vs bsfc... 60 Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Efisensi termal... 60
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Property,event dan method untuk drag drop...41 Tabel 2.2 Nilai argument action drag-drop...41 Tabel 2.3 Property,event dan method untuk OLE drag drop...42 Tabel 2.4 Nilai argument action OLE drag-drop....42 Tabel 2.5 Property dan Method Object data object...43 Tabel 2.6 Nilai argument format Object dataobject...44 Tabel 4.1 Spesifikasi ROBIN FUJI DY23D...54 Tabel 4.2 Data untuk bahan bakar premium pada putaran mesin yang bervariasi....58 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Data Data untuk campuran bahan bakar premiumdan hidrogen pada putaran mesin yang bervariasi...58 Data AFR untuk Bahan bakar premium dan premium hydrogen pada putaran yang bervarisasi...59 Tabel 4.5 Output Simulasi dan Hasil Perhitungan Manual...66
DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN B Diameter Silinder mm S Panjang Langkah Piston dari BDC ke TDC mm N c r c Jumlah Silinder Rasio Kompresi N Putaran Mesin rpm τ Torsi N.m Q HV Nilai Kalor Bahan Bakar kj/kg M v Massa Kendaraan kg S v Kecepatan Kendaraan km/h A v Frontal area of vehicle mm 2 θ Sudut Engkol C Konstantan untuk menunjukkan Panjang Connecting Rod Δy Jarak piston dari dinding silinder mm P i Tekanan udara masuk ke silinder kpa T i Temperatur udara masuk ke silinder C P o Tekanan Udara Lingkungan kpa T o Temperatur Udara Lingkungan C R Konstanta Udara kj/kg.k η m AFR η c k C R C D Efisiensi Mekanis Rasio massa udara-bahan bakar Efisiensi Pembakaran Perbandingan kalor spesifik Coefficient of rolling resistance Drag coefficient D p Diameter Piston m R Panjang Connecting Rod m a Crank Radius / Crank Offset m
R B/S Ratio of connecting rod length to crank offset Perbandingan Diameter dan Panjang langkah l Posisi 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 VV dd Volume langkah m 3 VV dd - total Volume langkah total m 3 VV cc Volume Sisa m 3 V Volume silinder pada tiap sudut engkol m 3 ρ a Massa Jenis Udara Lingkungan kg/m 3 ρ i Massa jenis Udara masuk ke silinder kg/m 3 Ẇ b Daya Poros kw Ẇ i Daya Indikasi kw Ẇ f Daya gesek kw W b First Brake Work kj bmep Tekanan efektif rata rata poros kpa imep Tekanan efektif indikasi rata rata kpa fmep Tekanan efektif gesek rata rata kpa Ap Piston Face Area m 2 mm aa Massa udara kg/cyl-cycle mm aa Laju aliran massa udara kg/s mm ff Massa bahan bakar kg/cyl.cycle mm ff Laju aliran bahan bakar kg/s ω b Brake specific work per unit mass kj/kg BSP Brake System Power kw/m 2 BOPD Brake Output Per Displacement kw/l BSV Volume mesin spesifik L/kW (ηt) b Efisiensi Thermal poros % (ηt) I Efisiensi Thermal Indikator % η v Efisiensi Volumetris % η f Efisiensi Konversi Bahan Bakar %
bsfc Konsumsi bahan bakar spesifik poros gr/kwh isfc Konsumsi bahan bakar spesifik indikasi gr/kwh PWR Perbandingan daya dan massa kendaraan kw/kg P r Daya beban jalan kw c i Kevepatan suara dalam kondisi inlet m/sec A i Luas permukaan katup masuk m 2 d v Diameter tiap katup m l max Upper Limit to Valve Lift m
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor Bakar merupakan salah satu mesin yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari hari. Terutama dalam transportasi, motor bakar digunakan pada semua jenis kendaraan. Motor bakar yang digunakan sekarang ini antara lain motor bakar diesel dan motor bakar bensin (Otto). Performansi motor bakar merupakan hal yang sangat penting dalam motor bakar, karena dengan pergitungan performansi kita dapat mengetahui berapa besar daya, torsi, pemakaian bahan bakar spesifik, efisiensi thermal brake dan yang lainnya dalam merancang motor bakar. Hal ini dapat memudahkan para perancang untuk meneliti motor bakar guna kemajuan performansi motor bakar tersebut. Motor Bakar mengalami perkembangan yang menggembirakan sejak tahun 1864. Pada tahun tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses kompresi kemudian pada tahun 1862 di perancis, Beau De Rochas menulis prinsip dasar untuk efisiensi system mesin pembakaran dalam. Hal ini yang membuat seorang jerman Nikolaus August Otto pada tahun 1876 membuat mesin dengan konsep Beau De Rochas dan mengajukan paten atas namanya. Mulai saat itu semua mesin dibuat sama dengan mesin Otto, sehingga sampai sekarang siklus yang terkenal adalah siklus Otto. Pada tahun 1892 Rudolf Diesel, orang Jerman, membuat mesinnya dengan prinsip penyalaan kompresi. Melihat pesatnya perkembangan motor bakar dan pemakaian motor bakar yang semakin besar, diperlukan adanya sebuah program untuk membantu perhitungan performansi motor bakar baik Motor Bakar Otto maupun Motor Bakar Diesel. Salah satu cara untuk membuat program perhitungan desain dan performansi motor bakar adalah dengan menggunakan Microsoft Visual Basic.
Microsoft Visual Basic merupakan merupakan sebuah bahasa pemrograman yang menawarkan Integrated Development Environment(IDE) visual untuk membuat program perangkat lunak berbasis sistem operasimicrosoft Windows dengan menggunakan model pemrograman (COM). Artinya setelah program visual basic selesai dibuat, program dapat digunakan oleh seluruh pengguna computer yang menggunakan Microsoft sebagai softwarenya. Adapun untuk membuat program perhitungan kita diharuskan memahami terlebih dahulu dari mana datangnya perhitungan tersebut. Maka oleh karena itu, harus ada pemahaman terhadap rumus rumus performansi yang ada pada motor bakar. Visual Basic 1.0 dikenalkan pada tahun 1991. Konsep pemrograman dengan metode drag-and-drop untuk membuat tampilan aplikasi Visual Basic ini diadaptasi dari prototype generator form yang dikembangkan oleh Alan Cooper dan perusahaannya, dengan nama Tripod. Microsoft kemudian mengontrak Cooper dan perusahaannya untuk mengembangkan Tripod menjadi sistem form yang dapat diprogram untuk Windows 3.0, di bawah kode nama Ruby. Tripod tidak memiliki bahasa pemrograman sama sekali, ini menyebabkan Microsoft memutuskan untuk mengkombinasikan Ruby dengan bahasa pemrograman Basic untuk membuat Visual Basic. 1.2 Tujuan Adapun tujuan dari simulasi ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk memperoleh pemahaman yang lebih mendalam terhadap performansi kerja motor bakar meliputi daya,torsi, konsumsi bahan bakar spesifik, efisiensi termal brake dan lain sebagainya. 2. Untuk memperoleh pemahaman terhadap visual basic dan cara penggunaan visual basic dalam bidang teknik. 3. Untuk mempermudah perhitungan desain dan performansi motor bakar. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah pada skripsi ini adalah pada masalah perhitungan desain dan performansi motor bakar yangmenggunakan Microsoft Visual Basic 6.0
1.4 Manfaat Manfaat dari simulasi ini adalah dapat menambah pengetahuan, wawasan, dan pengalaman tentang Motor Bakar dan Microsoft Visual basic. 1.5 Ruang Lingkup Simulasi dilakukan dengan menggunakan program VB 6.0 yang mengacu kepada data data yang didapatkan sebagai masukan (input command) ke dalam Visual Basic 6.0. 1.6 Sistematika Penulisan Untuk menambah pengetahuan pembaca dalam memahami tulisan ini, maka dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam lima bab, BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah, ruang lingkup penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA, berisi landasan teori yang diperoleh dari literature untuk mendukung penelitian. BAB III METODOLOGI PENELITIAN, berisi metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai langkah langkah penelitian, pengolahan dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan teori dan topic yang akan diangkat. BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN, pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang diperoleh dari hasil penelitian yang telah dilakukan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran saran. Dan DAFTAR PUSTAKA dan LAMPIRAN.