BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN 3.1. Perhitungan Dalam perhitungan perlu diperhatikan hal-hal yang berkaitan dengan kemampuan mesin, meliputi : a. Perhitungan efisiensi bahan bakar b. Perhitungan sistem pengapian 3.1.1. Data-Data Mesin Diameter silinder (D) : 70,5 mm 7,5 cm Panjang langkah (L) : 67,9 mm 6,79 cm Jumlah silinder (z) : 4 buah Putaran mesin (n) : 7.000 rpm Kapasitas silinder : 1.200 cc 3.1.2. Data-data teritis Temperatur udara luar (T ) Dengan memperhitungkan bahwa mesin diperasikan dikta semarang yang berada diatas permukaan laut, diambil T 30 C 303 K. Tekanan udara luar (P ) Tekanan udara luar daerah pantai sebesar 76 cmhg 1 atm. Temperatur gas buang (T r ) Untuk mtr bensin berkisar 800 K 1.000 K. kenaikan temperatur didalam silinder akibat suhu luar ( tw), berkisar 10 K-15 K, diambil 15 K. Kefisien gas bekas (γ r) Adalah rati yang menunjukkan perbandingan antara jumlah ml gas bekas dan jumlah ml campuran bahan bakar yang diisap ke dalam silinder, harga kefisien gas bekas untuk mtr 4 langkah adalah 0,03-004. 33
Tekanan udara di akhir langkah isap (P a ) Tekanan udara di akhir langkah isap untuk mtr bensin 4 langkah tanpa super charger berkisar 0,085-0,92, diambil 0,9. 3.1.3. Perhitungan 1. Vlume Langkah (V l ) Adalah besar ruang yang ditempuh leh pistn selama melakukan kerja. V l 3,14 D 4 2 L z dimana : D L z diameter pistn (cm) panjang langkah pistn (cm) jumlah silinder V l 3,14 (7,5) 4 2 6,79 4 1.199,3 cm 3 2. Perbandingan Kmpresi (ε) Adalah perbandingan antara vlume ttal silinder dengan vlume sisa. ε V +V L V dimana : C C V L vlume langkah silinder (cm 3 ) V C vlume ruang bakar (cm 3 ) ε 1.199,3+ 164,5 164,5 8,3 3. Temperatur Awal Kmpresi (T a ) Adalah campuran bahan bakar yang berada di dalam silinder pada saat pistn mulai melakukan langkah kmpresi. T a T a + tw+ γr + T 1 + γr r Dimana : 34
T a temperatur udara luar ( K). tw γ r kenaikan temperatur didalam akibat panas dari luar ( K). kefisien gas bekas. Adalah rati yang menunjukkan perbandingan jumlah ml gas bekas dengan jumlah ml campuran bahan bakar T r temperatur gas buang ( K) Ta 303+ 15+ 0,04 900 1 + 0,04 340,38 K 4. Tekanan Akhir Kmpresi (P C ) Adalah tekanan campuran bahan bakar didalam silinder pada akhir langkah kmpresi. P C P 1. V 1 n1 P a. ε n1 P 2 P 1. P 2. V 2 n1 P 2 P C V1 V2 n1 Dimana n1 adalah ekspnen plitrpik yaitu ekspnen yang menunjukkan sifat dan bentuk dari prses adiabatik. Ekspnen ini menunjukkan perubahan tekanan dan vlume yang terjadi pada saat bahan bakar dikmpresikan. Dengan menggunakan prses diperleh harga n1 1,34 1,39 Sehingga : P C P 1. ε n1 0,9.(8,3) 1,35 15,67 5. Temperatur kmpresi (T C ) trial dan errr, Adalah temperatur campuran bahan bakar sebelum pembakaran (pada akhir langkah kmpresi). T C Ta. ε n1-1 340,38.(8,3) 1,35-1 713,91 O K 35
6. Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran ( λ ) Adalah rati yang menunjukkan perbandingan tekanan maksimum pada pembakaran campuran bahan bakar dengan tekanan pada awal pembakaran. p λ z 40 pc 15, 67 3,417 7. Nilai pembakaran bahan bakar (Q b ) Adalah jumlah panas yang mampu dihasilkan dalam pembakaran 1 kg bahan bakar. Bensin mempunyai kmpresi sebagai berikut : C 87 % H 11% O 2 %. Menurut persamaan dulng dengan kmpresi demikian bensin tersebut mempunyai nilai pembakaran (Q b ) sebesar : Q b 81. C + 200. (H - 0/8) 81. 87 + 200 (11 2/8) 9.197 kkal/kg Bensin mempunyai nilai pembakaran 9.500 10.500 kkal/kg. jadi kmpresi tersebut dapat dipakai. 8. Kebutuhan Udara Teritis (L ) Adalah kebutuhan udara yang diperlukan membakar bahan bakar sesuai perhitungan. 1 C H O L + 0,21 12 4 32 1 0,87 0,11 0,2 + 0,21 12 4 32 0,505 ml 9. Kefisien Kimia Perubahan Mlekul Selama Pembakaran (µ ) Adalah kefisien yang menunjukkan perubahan mlekul yang terjadi selama prses pembakaran bahan bakar. 36
µ Mg α L O dimana : α kefisien kelebihan udara. Untuk mtr bensin harga kefisien kelebihan udara antara 0,85 1,05. Mg jumlah mlekul hasil pembakaran 1 kg bahan bakar berkisar Mg MCO 2 + MHO 2 + MO 2 + MN 2 (i) MCO 2 C/12 0,87/12 0,072 (ii) MH 2 O H/2 0,11/2 0,055 (iii) MO 2 0,21, (α - 1 ) 0,21. (1,05 1) 0,011 (iv) MN 2 0,79. (α - 1 ) 0,79. (1,05 1) 0,392 sehingga : Mg 0,072 + 0,05 + 0,011 + 0,302 jadi : 0,44 ml µ 0,44 1,05.0,505 0,83 10. Kefisien Perubahan Mlekul Setelah Pses Pembakaran (µ) Adalah menunjukkan perubahan mlekul yang terjadi sebelum dan setelah pembakaran. µ µ + γr 1+ γr 0,83+ 0,04 1 + 0,04 0,84 11. Temperatur Akhir Pembakaran (T z ) 37
Adalah temperatur gas hasil pembakaran campuran bahan bakar untuk mtr bensin yang memiliki siklus vlume tetap T z, dapat dicari dengan rumus : δ Qb δl.(1 +γr) Z µ. (M cp ) gas. T z + ( M ) dimana : ( M CP ) kapasitas gas buang gas O ( ) [ + 1,985] T.... ii CV gas C ( M ) + 1, 985 CV gas ( M Agas + B gas. T C CP ) gas (i) Menurut N.M. Glaglev VOC 2.(M CV )CO 2 + VH 2 O. (M CV )H 2 O + VO 2.(M CV )O 2 N + VN 2. (M CV )N 2 (M CV )CO 2 7,82 + (125. 10-5 ). T z (M CV )H 2 O 5,79 + (112. 10-5 ). T z (M CV )O 2 4,62 + (53. 10-5 ). T z (M CV )N 2 4,62 + (112. 10-5 ). T z (ii) Vlume relative gas hasil pembakaran MCO2 0,072 VCO 2 0, 136 0,53 M gas MH 2O 0,055 VH 2 O 0, 104 0,53 M gas MO2 0,11 VO 2 0, 021 0,53 M gas MN 2 0,392 VN 2 0, 740 0,53 M gas Dari sini diperleh : A gas VCO 2. ACO 2 + VH 2 O. AH 2 O + VO 2. AO 2 + VN2. AN 2 0,136. 7,82 + 0,105. 5,79 + 0,021. 4,62 + 0,740. 4,62 5,182 B gas VCO 2. BCO 2 + VH 2 O. BH 2 O + VO 2. BO 2 + VN2. BN 2 38
(0,136.125 + 0,104.112 + 0,021. 53 + 0,740.53). 10-5. T z 68,981. 10-5. T z (M CV ) 5,182 + 68,981. 10-5. T Z Sehingga : (M CV ) gas 5,182 + 68,981. T Z + 1,985 7,167 + 68,981. T z (M CV ) max kapasitas panas udara pada akhir langkah kmpresi 3,62 + 53. 10-5. T c 3,62 + 53. 10-5. 713,91 3,998 Dari sini dapat diperleh : 0,84. ( 7,167 + 68,981. 10-5. T z ). T z 0,9.9197 1,05. 0,505. ( 1 + 0,04) + ( 3,998 + 1,985). 713, 91 6,02. T z + 57,94. 10-5. T z 19288,2 57,94. 10-5. T z 2 + 6,02. T z 19288,2 0 b ± T z ( b 2 4ac) 6,02 ± 2a 0,5 2 [( 6,02) 4. ( 0,0005794). ( 19288,2) ] 2. 0,0005794 [ 36,24 + 44,702] 6,02 ± 0,0011588 6,02 ± 8,997 0,0011588 2.569,037 0 K 12. Perbandingan Ekspansi ( ρ ) 0,5 Adalah rati yang menunjukan perubahan yang terjadi pada gas hasil pembakaran campuran bahan bakar pada awal langkah Perbandingan ekspansi pendahuluan dapat dicari dengan rumus : ρ µ. T λ. T Z C 0,5 ekspansi. 39
0,84.2569,03 2,56.713,91 1,406 13. Perbandingan Ekspansi Selanjutnya ( δ ) Adalah rati yang menunjukkan perubahan pada gas hasil pembakaran selama langkah ekspansi : ε δ ρ δ 8,3 1,406 5,9 14. Tekanan Akhir Ekspansi ( p b ) Z P b Pn δ 1 40 1,35 5,9 3,64 15. Tekanan Indikatr Rata-Rata Teritis ( p it ) Adalah besar rata-rata tekanan yang dihasilan leh pembakaran campuran bahan bakar dan bekerja pada pistn sesuai perhitungan: Pc λ. ρ 1 1 1 P it λ. ( ρ 1) +. 1 1 ε 1 n 1 ρ n 1 ε 1n 1 n 1 2,146. [ 1,039 + 10,283. (0,463 ) 2,857. ( 0,524 )] 9,23 kg/cm 2 16. Tekanan indikatr rata -rata ( p i ) Adalah besar rata-rata teanan yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar. P i Q. P it Dimana : Q faktr kreksi berkisar antara 0,80 0,90 ( N.petrusky ) 40
Dalam perhitungan diambil 0,9 P i 0,9. 9,23 8,307 kg/cm 2 17. Efisiensi Pengisian ( Ή ch ) Adalah rati yang menunjukkan kemampuan silinder dalam menghisap campuran bahan bakar. P a P ε ε. P ή ch ( ε 1 ). P. ( T + tw + γr. T ) dimana : ή ch a T tekanan campuran bahan bakar dalam silinder pada ahir langkah isap. tekanan udara luar perbandingan kmpersi 8,3 0,9 303 (8,3 1).1.(303 + 15 + 0,04.900) 2263,4 2584,2 0,87 18. Pemakaian bahan bakar indikatr ( F 1 ) Adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan indikatr. F 1 318,4. η P.. L 1 α ch. P. T 318,4.0,87.1 8,307.2,56.0,505.303 0,085 kg/hp.jam 0,14 liter/hp.jam r 19. Pemakaian bahan bakar efektif ( F e ) 41
Adalah jumlah knsumsi bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan kerja efektif. F e Dimana : F1 η m ή m Besarnya berisar 0,8 0,85, diambil 0,8 F e 0,14 0,8 0,175 kg/hp.jam 0,21 liter/hp.jam 20. Tekanan efektif (P e ) Adalah besar rata-rata tekanan efektif yang bekerja pada permukaan pistn. P e P 1. ή m 21. Daya efektif ( N e ) 8,307. 0,8 6,64 atm Adalah besar rata-rata daya yang dihasilkan leh mesin. N e P e. V L.z. n. a Dimana : 1 60. 100,75 a : jumlah siklus per putaran, untuk mtr 4 langkah 0,5 Catatan : 6,64.119,3.4.7000.0,5 450.000 24,77 Ps 1 HP 75 kg.m/det 0,735 kw 1 ps 76 kg.m/det 0,763 kw 22. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan ( F h ) 42
F h F e. N e 0,175. 24,77 4,33 kg/jam 5,196 liter/jam 23. Kesimpulan Dari perhitungan diatas maka dapat diketahui bahwa : 1. Daya efektif ( N e ) yang dihasilkan 24,77 Ps 2. Pemakaian bahan bakar efektif ( F e ) 0,21 liter/ jam 3. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan ( F h ) 5,196 liter/jam 43