100% PERTAMAX BAB I PENDAHULUAN Praktikum merupakan bagian dari proses belajar di Perguruan Tinggi, kegiatan praktikum yang dilakukan sangat menunjang proses belajar yang dilakukan di kelas. Dalam bidang teknik mesin, Praktikum Dasar Mesin adalah salah satu mata kuliah wajib di Prodi Teknik Mesin Universitas Lambung Mangkurat, sesuai dengan kurikulum yang berlaku sejak 2007. Dengan praktikum ini diharapkan mahasiswa memperoleh dasar-dasar pengetahuan dan keterampilan tentang cara pengambilan data dan cara menganalisanya, khususnya dalam hal pengujian prestasi mesin. Dalam hal ini praktikum yang dilakukan adalah pengujian motor bensin dan motor diesel. Motor bakar adalah mesin atau pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada masin itu sendiri. Jika ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini (proses pembakaran bahan bakar), maka motor bakar dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu: motor pembakaran luar dan motor pembakaran dalam. Pada motor pembakaran luar ini, proses pembakaran bahan bakar terjadi di luar mesin itu, sehingga untuk melaksanakan pembakaran digunakan mesin tersendiri. Panas dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung diubah menjadi tenaga gerak, tetapi terlebih dulu melalui media penghantar, baru kemudian diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya pada ketel uap dan turbin uap.
Sedangkan pada motor pembakaran dalam, proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalam mesin itu sendiri, sehingga panas dari hasil pembakaran langsung bisa diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya pada turbin gas, motor bakar torak dan mesin propulasi pancar gas.
BAB II DASAR TEORI 2.1. Tujuan percobaan Tujuan percobaan ini adalah untuk menguji unjuk kerja motor diesel, yang dirangkai dalam bentuk engine test bed, yang meliputi: 1. Momen puntir sebagai fungsi putaran. 2. Daya output sebagai fungsi putaran. 3. Konsumsi bahan bakar sebagai fungsi putaran. 4. Konsumsi bahan bakar spesifik sebagai fungsi putaran. 2.2. Landasan Teori Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi). Seorang penemu/peneliti bernama Street melakukan penelitiannya. Perkembangan motor pembakaran dalam (ICE) pada tahun 1794. Hasil dari perkembangan tersebut adalah motor diesel sekarang. Selanjutnya dikembangkan oleh seorang insinyur muda berkewarganegaraan Perancis yang bernama Sadi Carnet pada tahun 1824. Idenya dijadikan dasar dalam perkembangan motor diesel. Dia menyatakan bahwa udara murni yang dimampatkan tersebut dengan perbandingan 15:1 akan menghasilkan udara yang panas untuk menyalakan kayu kering. Udara yang digunakan untuk pembakaran motor hendaknya dikompresikan dengan perbandingan yang besar sebelum dinyalakan. Dia juga menyatakan bahwa dinding silinder hendaknya didinginkan, karena panas dari dari pembakaran akan mempengaruhi kinerja motor.
Pada tahun 1876 Dr. Nickolas Otto membuat konstruksi motor pembakaran dalam 4 langkah yang menggunakan bahan bakar bensin menggunakan penyalaan api. Pada tahun 1892 seorang insinyur muda berkewarganegaraan German yang bernama Dr. Rudolf Diesel berhasil membuat motor penyalaan kompresi menggunakan bahan bakar serbuk batu bara menggunakan prinsip penyalan bahan bakar dan udara. Dengan perkembangan sistem pompa injeksi bahan bakar yang benar-benar dapat disebut mini oleh seorang penemu yang berkewarganegaraan German bernama Robert Bosch pada tahun 1927 membebaskan motor diesel dari masalah memakan tempat. Sistem injeksi pompa Robert Bosch yang ukurannya mini dari karburator, beratnya ringan dan governor yang menyatu (built-in) sehingga tidak ada lagi sistem pengabutan udara yang banyak makan tempat untuk kompresor, pipapipa dan pengontrol klep. Pompa injeksi motor diesel dapat diatur sesuai pembebanan, sedangkan kondisi kecepatan motor dapat atau lebih baik dari karburator motor bensin. Dengan perkembangan pompa rotari yang lebih kecil penampilannya juga bobotnya yang lebih ringan yang dikembangkan oleh Vernon Rosa pada tahun 1950-an. Motor diesel akhirnya memasuki perkembangan pemakaian dan pemasaran yang lebih luas. Perkembangan lain dari motor diesel adalah dengan penambahan sebuah turbocarjer yaitu alat untuk memasukkan (memompakan) udara ke dalam saluran masuk (intake manifold). Pompa turbocharger ini digerakkan oleh gas buang yang kedalam turbocharger tersebut. Dengan adanya turbocharger ini maka akan menurunkan asap gas buang. Akhirnya motor diesel seperti ini keadaanya sekarang menjadi motor yang benar-benar efisien, ringan dan bebas polusi udara. 2.2.1. Cara Kerja Mesin Diesel Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia didapatkan melalui proses reakasi kimia
(pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksigen (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Gambar 2.1. Prinsip kerja motor diesel (double piston) (Sumber: http://gudangilmu.org/2007/11/24/prinsip-kerja-mesin-diesel/) Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crankshaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistem air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto).
Gambar 2.2. Diagram P-V siklus diesel (Sumber: http://gudangilmu.org/2007/11/24/prinsip-kerja-mesin-diesel/) Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena adanya loncatan api listrik yang dihasilkan oleh dua elektroda busi (spark plug), sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur nyala. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka motor diesel juga disebut compression ignition engine sedangkan motor bensin disebut spark ignition engine. Pada mesin diesel, dibuat ruangan sedemikian rupa sehigga pada ruang itu akan terjadi peningkatan suhu hingga mencapai titik nyala yang sanggup membakar minyak bahan bakar. Pemampatan yang biasanya digunakan hingga mencapai kondisi terbakar itu biasanya 18 hingga 25 kali dari volume ruangan normal. Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada
posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection). Gambar 2.3. Pembakaran pada motor diesel (Sumber: http://berita-sore.blogspot.com/2011/06/cara-kerja-mesin-dieselmotor-bakar.html Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen :
Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger. Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak. Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala (spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin. Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat mempengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik. Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu para putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini melalui elektronik kontrol modul (ECM) atau elektronik kontrol unit (ECU) yang merupakan "komputer" dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin
melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin. 2.2.2. Motor Diesel Empat Langkah Pada motor diesel empat langkah prinsip kerjanya untuk menyelesaikan satu siklus atau satu rangkaian proses kerja hingga menghasilkan pembakaran dan satu kali langkah usaha diperlukan empat langkah piston. Langkah pertama adalah langkah pemasukan. Pada langkah ini yang dimasukkan kedalam silinder adalah udara murni. Katup masuk terbuka sedangkan katup buang tertutup. Piston bergerak dari TMA ke TMB. Langkah kedua adalah langkah kompresi. Kedua katup yaitu katup masuk dan katup buang sama-sama tertutup. Piston bergerak dari TMB ke TMA yang dikompresikan adalah udara murni. Perbandingan kompresinya cukup besar yaitu 15-22. kompresi udara akan menghasilkan panas yang mampu menyalakan bahan bakar yang dimasukkan kedalam silinder pada akhir kompresi. Bahan bakar yang dimasukkan kedalam silinder adalah bahan bakar cair dalam bentuk kabut menggunakan pompa injeksi dan pengabut (nozzle). Setelah penginjeksian bahan bakar terjadilah percampuran udara dan bahan bakar dan disusul pembakaran bahan bakar. Langkah berikutnya adalah langkah usaha. Proses pembakaran dan ekspansi merupakan langkah yang menghasilkan tenaga motor. Kedua katup yaitu katup masuk dan katup buang tertutup semuanya. Karena adanya proses pembakaran didalam silinder terjadilah kenaikan tekanan dan ekspansi dari gas (campuran udara dan bahan bakar). Piston didorong dari TMA ke TMB. Langkah selanjutnya adalah langkah pembuangan. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Katup buang terbuka sedangkan katup masuk tetap tertutup. Gas bekas hasil pembakaran
didorong keluar oleh piston yang bergerak dari TMB ke TMA. Gas bekas keluar silinder melalui saluran buang (exhaust manifold). 2.2.3. Motor Diesel Dua Langkah Pada motor diesel dua langkah untuk menyelesaikan satu siklus proses kerja diperlukan dua langkah piston. Piston bergerak dari TMB ke TMA dan dari TMA ke TMB. Pada langkah pertama terjadi proses pemasukkan dan kompresi. Pada langkah kedua terjadi proses usaha dan pembuangan. Yang dimasukkan ke dalam silinder adalah udara murni. Proses kerja motor diesel dua langkah adalah sebagai berikut. Dimulai dari piston berada di TMB. Udara murni dimasukkan kedalam silinder motor melalui katup masuk. Untuk menghindari bentuk puncak piston pada motor dua langkah dibuat miring, hal tersebut berguna untuk mengarahkan aliran atau gerak dari udara yang baru masuk sekaligus untuk pembilasan ruang siinder dari gas bekas yang tadinya berada di dalam silinder. Selanjutnya piston bergerak dari TMB ke TMA. Lubang masuk belum tertutup oleh piston pemasukkan udara baru masih tetap berlangsung. Setelah lubang pemasukan tertutup oleh piston kemudian disusul pula tertutup lubang buang oleh piston yang bergerak dari TMB ke TMA lalu proses kompresi terjadi. Udara yang dimampatkan atau dikompresikan dengan perbandingan yang cukup besar (15-22). Karena itu pada akhir kompresi dihasilkan panas yang cukup mampu memulai pembakaran bahan bakar. Penginjeksian ini menggunakan pompa injeksi yang dialirkan melalui pengabut (nozzle). Percampuran bahan bakar dengan udara dan disusul terjadinya pembakaran. Proses pembakaran dan ekspansi campuran udara dan bahan bakar menghasilkan tenaga panas dan naiknya tekanan daam silinder motor. Selanjutnya pada langkah kedua terjadi langkah usaha. Hasil proses pembakaran mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Gerakan piston dari TMA ke TMB akhirnya membuka lubang buang yang berada pada dinding sisi TMB. Lubang buang terbuka maka gas
yang bertekanan itu segea keluar melalui lubang buang kesaluran buang (exhaust manifold). Ada kemungkinan masih adanya gas yang tertinggal dalam silinder karena adanya pojok-pojok yang tidak terjangkau oleh udara yang masuk dan membilas ruang silinder. Ketidaksempurnaan pembilasan ini tentunya mengurangi jumlah udara baru yang masuk kedalam silinder. Hal tersebut mengurangi efisiensi volumetrik dari pengisian silinder dengan udara yang baru. Motor bakar yang beroperasi dengan siklus operasi dua langkah digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.4.Siklus Motor Diesel 2 Langkah (Sumber: http://anwarashterrezpector.blogspot.com/2011/01/artikelotomotif.html) 1. Langkah Pembilasan dan Kompresi Pada awal langkah ini udara masuk silinder melalui lubang masuk pembilasan (port scavenging) yang terdapat di bagian bawah silinder. Lubang ini akan terbuka saat torak bergerak ke bagian bawah mendekati TMB dan akan tertutup saat torak bergerak ke atas meninggalkan TMB. Pada saat lubang pembilasan tertutup oleh torak yang bergerak ke atas menuju TMA dan katup buang juga tertutup maka dimulailah proses kompresi. Gerakan torak ke atas akan menyebabkan tekanan udara dalam silinder meningkat sehingga temperatur udaranya juga naik. Dan
beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA bahan bakar mulai disemprotkan (dikabutkan) dengan injektor kedalam silinder, karena temperatur udara sangat tinggi sehingga bahan bakar yang dikabutkan tersebut akan terbakar. Proses pembakaran ini akan menyebabkan kenaikan tekanan dan temperatur gas secara drastis, kondisi maksimal akan terjadi beberapa saat setelah torak mulai bergerak ke bawah. Gas bertekanan tinggi ini akan mendorong torak bergerak ke bawah dan melalui batang torak akan memutar poros engkol. 2. Langkah Ekspansi dan Buang Langkah ekspansi dan buang dimulai setelah terjadinya tekanan maksimum di dalam silinder akibat terbakarnya campuran bahan bakar dengan udara. Dan setelah terjadi tekanan maksimum dalam silinder piston akan terdorong menuju TMB dan katup buang mulai terbuka dan gas hasil pembakaran akan terdorong keluar akibat tekanan dalam silinder lebih besar dari pada tekanan udara luar dan juga akibat terdesak oleh udara segar yang dimasukkan dengan paksa melalui lubang pembilasan dengan blower pembilas (turbocharger).pada saat katup buang sudah tertutup proses pemasukkan udara masih berlangsung untuk beberapa saat dengan bantuan kompresor pembilas sampai lubang pembilasan tertutup total oleh torak, hal ini dimaksudkan untuk meningkatkan kapasitas dan menaikkan tekanan udara pembilas dalam silinder. Demikian kedua proses ini berlangsung terus menerus dan bergantian antara langkah pembilasan dan kompresi dengan langkah ekspansi dan buang oleh karena itu disebut operasi dua langkah. Keunggulan Motor Diesel Setelah melihat berbagai pemakaian dan variasi konstruksi motor diesel di atas, maka dapat diidentifikasi beberapa keunggulan motor diesel dalam memenuhi kebutuhan masyarakat, yaitu:
1. Motor diesel mempunyai kehandalan (reliabilitas) kerja yang tinggi. Motor diesel mampu bekerja tidak hanya dalam ukuran jam tapi bisa dalam ukuran bulan, artinya sebuah motor diesel dapat bekerja dalam waktu satu bulan tanpa berhenti. Meskipun demikian motor diesel dapat menghasilkan kinerja yang tetap stabil, bila persyaratan dipenuhi. Seperti keterbatasan kemampuan minyak pelumas, keterbatasan sistem pendingin, dan pesediaan bahan bakar yang diperlukan. Sebagai contoh, motor diesel yang dipergunakan untuk penggerak kapal barang antar negara, yang perjalanannya bisa memakan waktu berbulan-bulan. Motor diesel untuk PLTD juga harus bekerja berhari-hari lamanya. Beban tugas ini tidak mungkin dilakukkan dengan menggunakan motor bensin. 2. Biaya bahan bakar yang rendah. Harga solar yang mendekati harga bensin, sebenarnya merupakan kondisi yang tidak rasional. Hal ini bila dikaitkan dengan ongkos produksi, sebab peringkatnya dalam prosuksi minyak tergolong lebih rendah dibandingkan dengan bensin. Kenapa sekarang harga solar mendekati harga bensin? Penyebabnya bukan karena faktor biaya produksi, dan itu diluar rasional produksi minyak dimanapun. Bila harganya normal maka harga solar akan jauh lebih murah dari bensin. Sehingga bila dikatakan biaya bahan bakar lebih rendah, dilihat dari rasional produksi minyak. 3. Daya yang lebih besar tiap satuan berat mesin. Dilihat dari beratnya, motor diesel jauh lebih berat dari motor bensin. Hal ini karena kuantitas dan kualitas bahan yang dipergunakan pada motor diesel memang lebih baik untuk mendukung operasionalnya. Kekuatan bahan ini, diperlukan untuk mengatasi besarnya tekanan yang dihasilkan proses pembakaran. Tekanan yang lebih besar ini menghasil-kan tenaga yang lebih besar pula.
4. Pemakaian bahan bakar yang lebih hemat. Konsumsi bahan bakar pada motor diesel lebih hemat dibandingkan dengan motor bensin. Hal ini karena beberapa faktor yaitu: proses pembakaran yang lebih sempurna, tekanan kompresi yang lebih tinggi, nilai pembakaran bahan bakar yang lebih tinggi, distribusi bahan bakar antar silinder yang lebih merata (untuk motor yang lebih dari satu silinder), proses pembilasan yang lebih sempurna, dan sebagainya. Nilai pembakaran solar 139.500 cal per gallon sedangkan bensin 124.500 cal per gallon. Perbandingan campuran bahan bakar udara, motor diesel 40 : 1 (atau lebih), sedangkan motor bensin 18 : 1. 5. Lebih aman dari bahaya kebakaran. Bahaya kebakaran disebabkan karena adanya beberapa penyebab yaitu bahan bakar dan terjadinya percikan bunga api. Bahan bakar yang mudah terbakar diindikasikan dengan tingkat kemampuan berubah menjadi benntuk gas atau menguap. Semakin mudah menguap, maka bahan bakar tersebut akan semakin rendah titik nyalanya. Bensin lebih mudah menguap dan mempunyai titik nyala yang lebih rendah dibandingkan dengan solar. Sementara pada motor bensin lebih banyak kontak-kontak yang menghasilkan percikan bunga api dibandingkan dengan motor diesel. Kedua hal ini dapat menjadi dasar bahwa motor diesel lebih aman dari kebakaran dibandingkan dengan motor bensin. 6. Momen mesin yang lebih tinggi. Momen adalah panjang lengan dikalikan dengan besarnya gaya yang tegak lurus dengan lengan tersebut. Motor diesel cenderung menggunakan sistem long stroke, sementara motor bensin menggunukan sistem over square. Hal ini berarti motor diesel memiliki lengan yang lebih panjang dibandingkan dengan motor bensin.
Sehingga akan menghasilkan momen yang berbeda, dimana motor diesel akan menghasilkan momen yang lebih besar dibandingkan dengan motor bensin. Kelemahan/kekurangannya antara lain adalah: 1. Perbandingan tenaga terhadap berat motor masih lebih besar dibandingkan motor bensin. 2. Motor diesel tetap lebih sukar dihidupkan pertama kali dibandingkan motor bensin. 3. Harga inisial (dasar) motor diesel lebih mahal karena motor diesel lebih kompleks dan lebih berat dibandingkan motor bensin. 4. Perawatan dan servis pada umumnya tidak dapat dikerjakan oleh bengkel lokal. 2.3. Peralatan yang Digunakan Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah: 1. Mesin diesel 2. Instrumen a. Manometer air, untuk mengukur penurunan tekanan udara yang melewati venturi. b. Venturi, untuk mengukur aliran uadara, dengan ukuran D 1 =50 mm, D 2 =29 mm. c. Tachometer, untuk mengukur putaran mesin. d. Iqnition switch. e. Handle untuk mengatur pembukaan throttle. f. Handle kopling. g. Timbangan, untuk mengukur torsi. h. Gelas ukur, untuk mengukur konsumsi bahan bakar. i. Stopwatch, untuk mengukur waktu konsumsi bahan bakr. 3. Dinamometer, digunakan untuk mengukur torsi yang dihailkan oleh poros mesin. Alat ini menggunakan air sebagai media kerja untuk memberikanan tahanan hidrolis terhadap poros dan mendisipasikan daya menjadi panas.
2.4. Prosedur Percobaan a. Pemeriksaan Awal 1. Pemeriksaan bahan bakar di dalam tangki, bilamana perlu tambahkan bahan bakar. 2. Pemeriksaan bahan bakar di dalam gelas ukur. 3. Pemeriksaan fluida ke dalam dynamometer. 4. Periksa air radiator. 5. Periksa aliran yang berasal dari tangki dengan mengatur kran bahan bakar. b. Cara Start 1. Lepaskan kopling. 2. Putar kunci kontak sambil memperbesar throttle sampai mesin hidup, tunggu beberapa saat (5 menit) agar mesin panas. 3. Masukkan kopling hingga dinamometer berputar. 4. Atur pembukaan throttle hingga putaran mesin mencapai 800 rpm selama 2-3 menit. 5. Naikkan putaran mesin hingga 2500 rpm dan tunggu hingga 15-20 menit. c. Pengambilan Data 1. Pengukuran dimulai dari putaran 4050 rpm. 2. Atur kran bahan bakar agar aliran berasal dari gelas ukur. 3. Catat putaran mesin, bebean dinamometer, sikap manometer dan waktu penurunan bahan bakar di dalam gelas ukur tiap 10 cm. Lakukan masing-masing 3 kali. 4. Turunkan putaran mesin hingga mencapai 4050 rpm dan tunggu kira-kira 5 menit. 5. Lakukan pencatatan seperti langkah 3. 6. Lanjutkan percobaan ini pada putaran masing-masing 4550, 5050, 5550, dan sampai 8550 rpm. 7. Bila telah selesai matikan mesin. 8. Susun data percobaan.
BAB III HASIL PENGUJIAN 3.1 Hasil Percobaan Tabel 3.1. Data Hasil Pengujian Mesin Diesel No Putaran (rpm) W (newton) h (m) hg (cc) t (sekon) 1 4000 12 0,010 11 38,31 2 4500 14 0,012 13 30,57 3 5000 16 0,014 14 30,34 4 5500 18 0,016 16 28,44 5 6000 18,5 0,018 18 23,81 6 6500 20 0,020 21 22,63 7 7000 25 0,022 24 21,65 8 7500 27,5 0,024 27 21,42 9 8000 28 0,025 29 19,57 10 8500 28 0,027 31 18,83 3.2. Analisis Data 3.2.1. Perhitungan Besaran-Besaran dan Konstanta 3.2.1.1. Torsi Mesin Torsi mesin dihitung berdasarkan persamaan: T = W.R (Nm)...(3.1) Dengan: W = gaya tangensial pada dinamometer (W = m.g) m = beban terbaca pada timbangan (kg) g = percepatan gravitasi (9,8 m/det 2 ) R = jari-jari dinamometer (m)
3.2.1.2 Daya Mesin Daya mesin dicari dengan persamaan: P = T. ω (watt)...(3.2) Dengan: T = torsi mesin (Nm) ω = kecepatan sudut mesin (rad/det) ω = 2πn / 60 n = putaran mesin (rpm) 3.2.1.3 Kecepatan Aliran Udara Lewat Venturi Kecepatan aliran udara lewat venturi dicari dengan persamaan: v= 2 a.....(3.3) u Dengan: u = massa jenis udara (= 1,1774 kg/m 3 ) a = massa jenis air (= 995,8 kg/m 3 ) = selisih ketinggian air pada manometer (m) 3.2.1.4 Konsumsi Udara Konsumsi udara dicari dengan persamaan: M u = A v v (kg/det)...(3.4) Dengan : A v = luas penampang venturi (6,6052 x 10-4 m 2 ) = massa jenis udara (= 1,1774 kg/m 3 ) 3.2.1.5 Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi bahan bakar dicari dengan persamaan: f g A g... (3.5)
Dengan : h g = penurunan bahan bakar di dalam gelas ukur diambil 10 cm A g = luas penampang gelas ukur (8,2958 cm 2 ) t =waktu penurunan bahan bakar didalamgelas ukur (detik) 3.2.1.6. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik dicari dengan persamaan: SFC = Q f / P (3.6) 3.2.2. Hasil Pengolahan Data Untuk putaran 4000 rpm Torsi mesin: T = W. R T = 12 x 0,235 T = 2,82 Nm Daya mesin: P = T x ω dan ω = 2πn / 60 Sehingga: P = T x ω P = 2,82 x 418,879 = 1181,24 watt Kecepatan aliran udara: v =
2 1,1,8, 1 = 5,8 = 0,015 m/s Konsumsi udara: M u =.Av.v M u = 1,1774 x 6,6052. 10-4 x 0,015 M u = 1,18. 10-5 kg/s Konsumsi bahan bakar: f g A g = = 2,381 cm 3 /s Konsumsi bahan bakar spesifik: SFC = Q f / P = 2,381 / 1181,24 = 2,01. 10-3 cm 3 /J Perincian perhitungan selanjutnya untuk putaran 4550 rpm hingga 8550 rpm dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.2. Hasil Perhitungan No Putaran (rpm) W (N) h (m) h g (cc) t (s) R T (Nm) ω (rad/s) P (watt) V (m/s) m u (kg/s) Q f (cm 3 /s) SFC cm 3 /J 1 4000 12 0,01 11 38,31 0,235 2,82 418.879 1181.24 0.0152 1,184. 10-5 2.381 2,01. 10-3 2 4500 14 0,012 14 30,57 0,235 3,29 471.239 1550.38 0.0166 1,297. 10-5 3.527 2,27. 10-3 3 5000 16 0,014 16 30,34 0,235 3,76 523.599 1968.73 0.0180 1,401. 10-5 3.827 1,94. 10-3 4 5500 18 0,016 18 28,44 0,235 4,23 575.959 2436.3 0.0192 1,498. 10-5 4.667 1,91. 10-3 5 6000 18,5 0,018 18,5 23,81 0,235 4,347 5 628.318 2731.61 0.0204 1,588. 10-5 6.27 2,29. 10-3 6 6500 20 0,02 20 22,63 0,235 4,7 680.678 3199.19 0.0215 1,674. 10-5 7.698 2,40. 10-3 7 7000 25 0,022 25 21,65 0,235 5,875 733.038 4306.6 0.0225 1,756. 10-5 9.196 2,13. 10-3 8 7500 27,5 0,024 27,5 21,42 0,235 6,462 5 785.398 5075.63 0.0235 1,834. 10-5 10.45 2,06. 10-3 9 8000 28 0,025 28 19,57 0,235 6,58 837.758 5512.45 0.0240 1,872. 10-5 12.29 2,23. 10-3 10 8500 28 0,027 28 18,83 0,235 6,58 890.118 5856.97 0.0250 1,945. 10-5 13.65 2,33. 10-3
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik T(Nm) 3.3. Grafik Grafik Hubungan Antara Torsi (T) dengan Putaran (n) 8 7 6 y = 0.0009x - 0.8674 R² = 0.9621 6 6 6.58 6.58 5 4 3 2.82 3.29 3.76 4.23 4 4.7 2 1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 n (rpm) Gambar 3.1.Grafik Hubungan Antara Torsi (T) dengan Putaran (n)
P (watt) Grafik Hubungan Antara Daya (P) dengan Putaran (n) 7000 6000 5000 4000 y = 1.1082x - 3544.5 R² = 0.9768 4306.6 5856.97 5512.45 5075.63 3000 2000 1000 1968.73 1550.38 1181.24 2731.61 2436.3 3199.19 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 n (rpm) Gambar 3.2. Grafik Hubungan antara Daya (P) dengan Putaran (n)
Q f (cm 3 /s Grafik Hubungan Antara Konsumsi Bahan Bakar (Qf) dengan Putaran (n) 16 14 12 y = 0.0026x - 8.5867 R² = 0.9816 12.2932 13.6575 10 8 6 4 2 0 2.38198 3.82799 4.66712 3.52782 6.2715 7.69827 9.19627 10.4569 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 n (rpm) Gambar 3.3. Grafik Hubungan Antara Konsumsi Bahan Bakar (Q f ) dengan Putaran (n)
SFC (x 10-3 cm 3 /J) Grafik Hubungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Dengan Daya Output 0.003 0.0025 y = 5E-08x + 0.0019 R² = 0.1716 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 n (rpm) Gambar 3.4. Grafik Hubungan Antara Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) dengan Putaran (n)
BAB IV PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN 4.1. Pembahasan Percobaan kali ini adalah percobaan untuk menguji unjuk kerja motor diesel. Pengujian dilakukan untuk mengetahui konsumsi bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik, daya output, dan torsi dari mesin diesel. Pengujian dilakukan sebanyak sepuluh kali dari putaran 4000 rpm sampai 8500 rpm. Hasilnya adalah sebagai berikut: Untuk putaran 4000 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 2,381 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,01.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0152 m/s, konsumsi udara sebesar 1,184.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 1181,24 watt, dan torsi sebesar 2,82 Nm. Untuk putaran 4500 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 3,527 m 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,27.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0166 m/s, konsumsi udara sebesar 1,297.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 1550,38 watt, dan torsi sebesar 3,29 Nm. Untuk putaran 5000 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 3,827 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 1,94.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,018 m/s, konsumsi udara sebesar 1,944.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 1968,73 watt, dan torsi sebesar 3,76 Nm.
Untuk putaran 5000 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 4,667 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 1,91.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0192 m/s, konsumsi udara sebesar 1,498.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 2436,3 watt, dan torsi sebesar 4,23 Nm. Untuk putaran 6000 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 6,271 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,29.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0204 m/s, konsumsi udara sebesar 1,588.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 2731,61 watt, dan torsi sebesar 4,3475 Nm. Untuk putaran 6500 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 7,698 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,40.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0215 m/s, konsumsi udara sebesar 1,674.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 3199,19 watt, dan torsi sebesar 4,7 Nm. Untuk putaran 7000 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 9,196 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,13.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0225 m/s, konsumsi udara sebesar 1,756.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 4306,6 watt, dan torsi sebesar 5,875 Nm. Untuk putaran 7500 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 10,45 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,06.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,0235 m/s, konsumsi udara sebesar 1,834.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 5075,63 watt, dan torsi sebesar 6,4625 Nm. Untuk putaran 8000 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 12,29 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,23.10-3 cm 3 /J,
kecepatan aliran udara sebesar 0,0240 m/s, konsumsi udara sebesar 1,872.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 5512,45 watt, dan torsi sebesar 6,58 Nm. Untuk putaran 8500 rpm diperoleh konsumsi bahan bakar (Q f ) sebesar 13,65 cm 3 /s, konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) sebesar 2,33.10-3 cm 3 /J, kecepatan aliran udara sebesar 0,025 m/s, konsumsi udara sebesar 1,945.10-5 kg/s, daya output (P out ) sebesar 5856,67 watt, dan torsi sebesar 6,58 Nm. Dari grafik diperoleh untuk grafik hubungan antara torsi motor diesel (T) dengan putaran (n) terlihat bahwa makin besar nilai T maka akan semakin besar pula nilai n, artinya nilai T berbanding lurus dengan nilai n. Walaupun besar peningkatan nilai yang didapat bervariasi antara ke 10 data. Untuk grafik hubungan antara daya output (P) motor diesel dengan putaran (n) terlihat bahwa semakin besar putaran maka akan semakin besar daya yang dihasilkan. Ini membuktikan bahwa prinsip kerja pada engine telah sesuai yaitu engine yang berputar semakin cepat akan menghasilkan daya penggerak yang semakin besar pula. Untuk grafik hubungan antara konsumsi bahan bakar (Q f ) motor diesel dengan putaran (n) terlihat bahwa makin besar nilai Q f maka akan semakin besar pula nilai n, artinya nilai Q f berbanding lurus dengan nilai n. Indikasi putaran yang dihasilhkan tentu sangat berpengaruh pada tingkat konsumsi bahan bakar, jika ingin didapatkan putaran yang lebih cepat tentu konsumsi bahan bakar akan semakin besar diperlukan oleh engine. Untuk grafik hubungan antara konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) motor diesel dengan putaran (n) terlihat bahwa pada putaran efisiensi bahan bakar ada yang rendah dan ada yang tinggi artinya besarnya konsumsi bahan bakar spesifik bervariasi pada data yang diperoleh, hal ini dikarenakan kinerja dari engine yang
tidak selalu sama pada setiap putarannya. Sesuai dengan rumus yang dipakai yaitu konsumsi bahan bakar spesifik sama dengan besar konsumsi bahan bakar dibagi dengan daya yang diperoleh pada setiap tingkat putaran yang telah ditentukan. Besar daya yang semakin meningkat dan kunsumsi bahan bakar pada data akan mempengaruhi hasil dari konsumsi bahan bakar spesifik bervariasi. 4.2. Kesimpulan Dari percobaan ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut. 1. Semakin besar nilai torsi (T) maka akan semakin besar pula nilai putaran (n), artinya nilai torsi (T) berbanding lurus dengan nilai putaran (n) sampai pada batas yang telah dihitung. 2. Semakin besar nilai daya output (P) maka akan semakin besar pula nilai putaran (n), artinya nilai daya output (P) berbanding lurus dengan nilai putaran (n). 3. Semakin besar nilai konsumsi bahan bakar (Q f ) maka akan semakin besar pula nilai putaran (n), artinya nilai Q f berbanding lurus dengan nilai n sampai pada batas yang telah dihitung. 4. Perbandngan antara nilai konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dengan nilai putaran (n) tidak stabil.
BAB V PENUTUP 5.1. Saran 1. Sebelum melakukan praktikum sebaiknya praktikan harus menguasai materi praktikum. 2. Sebelum melakukan praktikum sebaiknya alat diperiksa terlebih dahulu. 3. Praktikan harus teliti dalam pengambilan data agar dalam perhitungan diperoleh data yang lebih akurat.