BAB II LANDASAN TEORI

Tugas Akhir

BAB II LANDASAN TEORI

2.1.

Siklus Kerja Motor 4-Langkah [ 1 ] Torak di dalam motor bergerak bolak-balik dan mentransmisikan daya melewati

batang torak dan mekanisme engkol ke poros engkol seperti terlihat pada gambar 2.1. Poros engkol yang berputar konstan menghasilkan siklus gerakan torak. Torak yang berada pada posisi engkol di Top Dead Center (TDC) memiliki volume silinder minimum dan saat posisi engkol di Bottom Dead Center (BDC) memiliki volume silinder maksimum. Volume silinder minimum disebut Clearance Volume (Vc). Perubahan besar volume diakibatkan gerak torak, perbedaan antara Volume Total (Vt) dan Clearance Volume disebut Volume Perpindahan (Vd). Racio volume maksimum terhadap volume minimum adalah Racio kompresi. Tipikal Racio kompresi untuk motor SI (Spark Ignition) antara 8 sampai 12 dan untuk motor CI (Compression Ignition) antara 12 sampai 24.

Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

6

Tugas Akhir

Motor torak bolak-balik memiliki kerja yang dikenal sebagai siklus 4-langkah. Setiap torak dalam silinder membutuhkan 4 langkah dua kali putaran poros engkol (Crankshaft) untuk melengkapi langkah dimana menghasilkan satu langkah tenaga. Baik SI maupun CI menggunakan siklus dibawa ini:

1. Langkah Hisap (Suction Stroke) Yang dimulai saat torak di TDC dan selesai saat torak di BDC, dengan membawa campuran udara dan bahan bakar kedalam silinder. Untuk meningkatkan massa yang masuk, klep atau katup masuk dibuka sedikit sebelum langkah dimulai dan menutup sesaat setelah langkah berakhir.

2. Langkah Kompresi (Compression Stroke) Saat kedua katup atau klep tertutup dan campuran yang berada didalam silinder di kompres dengan mengecilkan volume silinder. Menjelang akhir langkah kompresi, pembakaran dimulai dan ini menyebabkan tekanan disilinder meningkat pesat.

3. Langkah Kerja (Expansion Stroke) Disebut juga dengan langkah Ekspansi, yang dimulai saat torak berada di posisi TDC dan berakhir saat torak di posisi BDC. Hal menyebabkan temperatur tinggi dan tekanan tinggi sehingga gas tersebut mendorong torak ke bawah dan mendesak Crankshaft untuk berputar. Kerja yang dihasilkan sekitar lima kali lebih besar dari pada saat torak harus melakukan kerja


7

Tugas Akhir

selama proses kompresi. Katup atau klep buang membuka saat torak mendekati BDC untuk memulai langkah buang.

4. Langkah Buang (Exhaust Stroke) Dimana sisa gas yang tela terbakar keluar dari silinder karma tekanan di dalam silinder lebih tinggi dari pada tekanan Exhaust Manifold kemudian dibuang dengan dorongan torak saat torak menuju TDC. Saat torak mendekati TDC katup atau klep masuk terbuka. Sesaat setelah TDC katup atau klep buang menutup dan siklus dimulai kembali. Siklus ini sering disebut dengan siklus Otto karena ditemukan oleh Nicolaus Otto yang pertama kali membuat motor yang bekerja berdasarkan prinsip ini pada tahun 1876. Siklus Otto udara standar adalah siklus yang di realisasikan, yang ditiru secara mendekati oleh mesin penyalaan bunga api.

Gambar 2.1.Siklus 4-Langkah (The 4-Stroke Cycle) Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

8

Tugas Akhir

2.2.

Sistem Pembuangan Gas Pada Motor 4-Langkah [ 4 ] Sistem pembuangan gas pada motor 4-langkah itu terjadi pada saat langkah

buang, dimana gas dibuang adalah sisa-sisa dari pembakaran seperti: CO, HC, CO2 dan lain-lain. Pada motor bakar bensin yang memiliki jumlah silinder lebih dari 1 agar tidak terjadi saat pembuangan yang bersamaan maka dilakukan pengaturan sudut dari poros engkol, biasanya proses langkah buang terjadi setiap 180° dari putaran poros engkol. Gambar dari sistem pembuangan gas dapat dilihat pada gambar 2.2 dagi gambar tersebut dapat dilihat bahwa pada saat silinder nomor satu melakukan langkah buang, silinder nomor dua terjadi langkah hisap, silinder nomor tiga terjadi langkah kerja, dan pada silinder nomor empat terjadi langkah tekan atau kompresi. Di sini terjadi Overlap katup pada silinder nomor dua yaitu pada saat langkah hisap, dimana pada saat terjadi Overlap katup terjadi pencampuran sisa gas buang dengan campuran udara bahan bakar (a). Bila silinder nomor dua mengalami langkah buang atau Exhaust maka silinder nomor empat terjadi proses Intake dan mengalami Overlap katup (b). Untuk silinder nomor tiga yang mengalami langkah buang atau Exhaust maka silinder nomor satu mengalami langkah hisap atau Overlap katup pada silinder yang sama (c). Sedangkan pada silinder nomor empat yang mengalami langkah buang atau Exhaust maka silinder tiga yang mengalami langkah hisap dan mengalami Overlap katup (d).


9

Tugas Akhir

Gambar 2.2.Sistem Pembuangan Gas Pada Motor 4-Langkah

2.3.

a.Silinder 1 Langkah Buang

b.Silinder 3 Langkah Buang

c.Silinder 4 Langkah Buang

d.Silnder 2 Langkah Buang

Kecepatan Gas Buang [ 4 ] Kecepatan gas buang dapat dihitung berdasarkan kecepatan poros engkol dari

motor. Kecepatan rata-rata torak motor

vp 

2  L  Nd 60  1000


(2.1)

10

Tugas Akhir

Hubungan antara kecepatan rata-rata torak dengan luas penampang silinder disebut Swept Silinder (Sc), yang dinyatakan dengan: Sc = v p 

 4

D2

(2.2)

Volume gas buang: Vg = v g 

 4

d2

(2.3)

Karena volume gas buang dan dikeluakan melaluilu lubang saluran buang sama tergantung pada diameter silinder dan kecepatan torak, maka dengan menyamakan persamaan Sc dan Vg dihasilkan: vg 

 4

d2 = v p 

 4

D2 , atau

  2  D 2 4 D  = vp  vg  v p   d  d 4 Sehingga didapat rumus: vg 

L  Nd  D    30000  d 

2

(2.4)

Dimana: D

= Diameter torak (mm)

d

= Diameter lubang buang (mm)

L

= Langka torak (mm)

Vp

= Kecepatan langkah-langkah torak (m/s)

Vg

= Kecepatan langkah-langkah gas (m/s)

Nd

= Putaran poros engkol (rpm)


11

Tugas Akhir

Rumus ini hanya memberikan taksiran kasar kecepatan gas karena tidak memperhitungkan daya angkat katup buang.

2.4.

Kecepatan Suara Pada Gas [ 4 ] Kecepatan suara pada gas buang dapat dihitung dengan rumus dibawah ini: C=

p (m/s) 

(2.5)

Dimana:

2.5.

C

= Kecepatan suara pada gas (m/s)



= Rasio dari kapasitas molar panas (untuk udara = 1,4)



= Densitas dari gas (Kg/m3)

p

= Tekanan dari gas (N/m2)

Panjang Dari Pipa Saluran Buang [ 5 ] Panjang dari saluran buang pada setiap mesin berbeda-beda dan memerlukan

perhitungan, oleh sebab itu dalam menghitung panjang dari saluran buang digunakan rumus:

L

1  C 0,012  N

(mm)

(2.6)

Dimana: L

= Panjang dari saluran buang (mm)

1

= Derajat dari poros engkol ( 0 )


12

Tugas Akhir

2.6.

C

= Kecepatan suara pada gas (m/s)

N

= Putaran dari poros engkol (rpm)

Konfigurasi Pada Sistem Saluran Buang Sistem saluran buang pada engine sangat bermacam-macam. Disini akan

dijelaskan tentang saluran buang Exhaust manifold Standar dan Exhaust Manifold Racing (Header tipe 4-2-1 dan tipe 4-1).

a.

Exhaust Manifold Standar [ 6 ] Saluran buang ini dapat dilihat pada gambar 2.3. Dalam saluran buang tipe

standar ini tiap silinder saling berhubungan (Unindependent). Dengan adanya hubungan tiap silinder maka dapat terjadi pencampuran antara gas buang dengan campuran bahan bakar dan udara pada silinder lain pada saat langkah hisap selain itu juga memiliki panjang yang lebih pendek dan memiliki Downpipe tepat pada bagian tengahnya.

Gambar 2.3. Exhaust Manifold Standar

b.

Exhaust Manifold Racing (Header Tipe 4-2-1) [ 6 ] Saluran buang ini disebut tipe 4-2-1 karena dari saluran buang Engine yang

jumlahnya 4 buah dibagi menjadi 2 yaitu saluran buang dari silinder 1 dan 4 disambung menjadi satu, lalu silinder 2 dan 3 juga disambung menjadi satu. Setelah itu 2 saluran


13

Tugas Akhir

buang tadi disambung menjadi satu menuju ke Resonator dan Muffler. Ini merupakan saluran buang yang paling panjang. Gambar dari saluran buang ini dapat dilihat di bawah ini.

Gambar 2.4. Exhaust Manifold Racing (Header Tipe 4-2-1)

c.

Exhaust Manifold Racing (Header Tipe 4-1) [ 6 ] Saluran buang ini disebut tipe 4-1 karena dari saluran buang Engine yang

jumlahnya 4 buah disebut saluran buang sendiri-sendiri menuju ke Colector Cone yang kemudian disambung menuju ke Resonator dan Muffler. Ini biasanya disebut dengan saluran buang yang berdiri sendiri-sendiri tiap silinder atau Independen. Gambar dari saluran buang ini dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 2.5. Exhaust Manifold Racing (Header Tipe 4-1)


14

Tugas Akhir

2.7.

Parameter Yang Mempengaruhi Kemampuan Mesin Yang dimaksud dengan kemampuan mesin adalah prestasi dari suatu mesin yang

erat hubungannya dengan daya mesin yang dihasilkan serta daya guna mesin tersebut. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi kemampuan mesin yang dapat di perincikan sebagai berikut :

a.

Torsi (T) [ 2 ] Torsi motor biasanya diukur dengan dynamometer. Motor dipegang oleh

dudukan yang kokoh dan porosnya disambungkan ke rotor dynamometer. Gambar 2.6 memperlihatkan prinsip kerja dari dynamometer. Rotor dikopel secara electro magnet, hidrolik, atau juga gesekan ke stator yang ditopang oleh bantalan dengan gesekan kecil. Stator disetimbangkan dengan rotor supaya tetap. Torsi yang mendesak stator dengan rotor yang berputar diukur dengan menyetimbangkan stator dengan beban, pegas, atau alat pneumatic.

Gambar 2.6 Skema Prinsip Kerja Dynamometer

Dengan menggunakan notasi pada gambar 2.6 kalau torsi yang dikeluarkan motor adalah T: Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

15

Tugas Akhir

T = PR

(2.7)

Daya yang dihasilakan oleh motor dan diserap dynamometer adalah hasil perkalian torsi dan kecepatan sudut:

N  BHP 

P  Nd kW 7460

(2.8)

Dimana: P

= Gaya aksi dynamometer atau beban (Newton)

T

= Torsi (N.M)

Nd

= Putaran motor (rpm)

Catatan bahwa torsi adalah pengukuran kemampuan motor untuk melakukan kerja, sedangkan tenaga adalah laju dimana kerja diselesaikan. Harga dari daya motor yang terukur seperti dijelaskan diatas disebut dengan Brake Power. Daya ini adalah daya yang diberikan ke beban, dalam hal kasus ini, sebuah rem (Brake).

b.

Daya Poros [ 3 ] Power atau daya yang di berikan oleh poros engkol penggerak dikenal dengan

BHP (Brake Horse Power) ataupun Ne . Daya ini biasanya diukur dengan beberapa macam dynamometer lisrik dan dinamometer hydrolik. Daya poros biasnya diukur dengan menggunakan reaksi dinamometer dan memakai rumus berikut : Ne :

2 .n.T 60.1000

(2.9)

Dimana:


16

Tugas Akhir

2.8.

Ne

= Daya poros (kW)

η

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (Nm)

Tekanan Efektif Rata-Rata [ 2 ] Kalau torsi biasa untuk pengukuran kemampuan motor untuk melakukan kerja,

hal ini bergantung pada kapasitas motor. Pengukuran performansi relatif yang lebih berguna adalah didapatkan dari membagi kerja per siklus dengan volume perpindahan silinder per siklus. Parameter yang didapat memiliki demensi gaya perluasan dan disebut dengan Mean Effective Pressure (mep). BMEP 

BMEP 

75  N Kg / m 2 N   d A L  i Z  60   0,45  N  Z Kg / m 2 A L  Nd  i

(2.10)

Dimana: BMEP

= Tekanan efektif rata-rata (Kg/m2)

A

= Luas penampang torak (m2)

L

= Panjang lagkah torak (m)

Nd

= Putaran motor (rpm)

i

= Jumlah silinder

Z

= Jumlah putaran poros engkol untuk menyelesaikan satu siklus. = 1 (Untuk motor 2-langkah) = 2 (Untuk motor 4-langkah)


17

Tugas Akhir

Tipikal harga untuk BMEP adalah sebagai berikut. Untuk motor Naturally Aspirated dengan penyalaan busi, harga maksimum berada pada 850 sampai 1050 KPa dengan torsi maksimum yang didapat pada kecepatan motor sekitar 3000 rpm. Harga BMEP turun 10 sampai 15% saat tenaga maksimum.

2.9.

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) [ 3 ] Dalam pengetesan motor konsumsi bahan bakar diukur sebagai laju alir (Laju

aliran masa per unit waktu). Parameter pengukuran yang lebih berguna adalah Specific Fuel Consumption (sfc). Laju alir bahan bakar per unit tenaga yang dikeluarkan. Hal ini mengukur seberapa efisien sebuah motor menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan kerja:

sfc 

3600  m  Kg.Bahanbakar    BHP  t  kW . jam 

(2.11)

Dimana: sfc

= Specific fuel consumption (g/kW.h)

m

= Massa bahan bakar (Kg)

BHP

= Daya yang dihasilkan motor (kW)

T

= Waktu yang dibutuhkan oleh motor unuk menkonsumsi bahan Bakar sebanyak m kg (s)

2.10. Efisiensi Konversi Bahan Bakar [ 3 ] Sfc masih memiliki satuan. Parameter tampa dimensi yang berhubungan dengan keluaran motor (Kerja per siklus atau daya) terhadap masukan (Aliran bahan bakar)


18

Tugas Akhir

mempunyai harga yang lebih mendasar. Tujuan Racio dari kerja yang dihasilkan per siklus terhadap jumlah energi yang disuplai per siklus yang bisa dilepaskan dalam proses pembakaran. Hal ini yang mengukur efisiensi sebuah motor. Suplai energi bahan bakar yang dapat dilepaskan melalui pembakaran diberikan oleh suplai massa bahan bakar yang dapat dilepaskan melalui pembakaran diberikan oleh suplai massa bahan bakar ke motor dan dannilai kalor bahan bakar per siklus. Nilai kalor bahan bakar, QHV adalah energi yang terkandung. Hal ini ditentukan prosedur tes yang di standarkan dimana massa bahan bakar dibakar dengan udara dan energy termal yang dilepaskan melalui proses pembakaran diserap oleh Calorimeter dengan hasil pembakaran menurun temperaturnya seperti semula. Pengukuran dari efisiensi motor merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah pemakaian bahan bakar untuk waktu tertentu :

 th 

Ne.3600  100% sfc  LHV

(2.12)

Dimana: ηth

= Efesiensi thermal (%)

Ne

= Daya poros (kW)

sfc

= Specific fuel consumption (kg.kW.h)

LHV

= Nilai kalor (MJ/kg)

Tipikal nilai kalor untuk bahan bakar hidrokarbon komersial yang dipakai motor berada antara 10551.11359 MJ/kg. Catatan bahwa suplai energi bahan bakar ke motor per siklus tidak sepenuhnya dilepaskan sebagai energi termal dalam proses pembakaran sebab proses pembakaran aktual tidaklah komplit. Saat terdapat cukup udara yang tersedia didalam mengoksidasi Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

19

Tugas Akhir

bahan bakar secara komplit hampir semua (lebih dari 96%) enegi bahan bakar yang terkandung sebagai termal dirubah menjadi fluida kerja. Saat kekurangan udara di dalam silinder untuk mengoksidasi bahan bakar secara komplit, kekurangan oksigen mencegah energi bahan bakar yang terkandung untuk lepas semua.

2.11. Anova (Analysis Of Varian) [ 6 ] Analysis Of Varian merupakan suatu prosedur yang sangat tepat untuk menguji persamaan dari Mean (Rata-rata). Analysis Of Varian bayak digunakan dalam berbagai aplikasi, terutama sangat bermamfaat sebagai teknik atau metode dari kesimpulan statika. Dalam penelitian ini digunakan metode desain acak kepada unit-unit eksperimen atau sebaliknya. Desain ini haya digunakan apabila persoalan yang dibahas mempunyai unit-unit eksperimen.

Berbagai perhitungan yang digunakan dalam Anova desain acak sempurna adalah sebagai berikut :

Y Y..

2

= Jumlah kuadrat-kuadrat (JK) semua nilai pengamatan = Jumlah nilai pengamatan untuk setiap perlakuan =

y

ij

(2.13)

i. j

JKT

= Jumlah kuadrat-kuadrat perlakuan Y..2 = y  r t i. j 2 ij

JKK

(2.14)

= Jumlah kuadrat-kuadrat antar kelompok perlakuan


20

Tugas Akhir

y = JKP



j

t

Y..2 r t

y i

r

2 i

Y..2  r t

(2.16)

= Jumlah kuadrat-kuadrat kekeliruan eksperimen = JKT – JKK – JKP

Fhit

(2.15)

= Jumlah kuadrat-kaudrat antara data-data pengamatan

= JKG

2 j

(2.17)

= Tes statistic =F=

KT (antarperlakuan) P = E KT (kekeliruanekseperimen)

(2.18)

2.12. Reaksi Kimia Pada Pembakaran [ 6 ] Pada proses pembakaran bahan bakar selalu dibutuhkan sejumlah udara tertentu agar bahan bakar dapat dibakar secara sempurna. Jika pembakaran berlangsung dalam kondisi kekurangan oksigen yang didapatkan dari udara nyata, maka sifat campuran udara-bahan bakarnya dikatakan kaya (Kelebihan bahan bakar) demikian pula sebaliknya jika pembakaranya dalam kondisi kelebihan oksigen maka sifat campuranya dikatakan miskin. Baik campuran yang terlalu kaya maupun miskin merupakan suatu kondisi yang menyebabkan proses pembakaran yang tidak sempurna, sehingga terdapat karbon monoksida serta hidrokarbon yang tak terbakar pada gas buangnya. Karbon monoksida dihasilkan jika karbon yang terdapat dalam bensin (C8H18) tidak terbakar dengan sempuna karena kekurangan oksigen, sehingga campuran udarabahan bakar, lebih kaya dari campuran Stoichiometri. Pancaran hidrokarbon terdapat dalam gas buang berbentuk bensin yang tidak terbakar dan hidrokarbon yang hanya Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

21

Tugas Akhir

sebagian berreaksi dengan oksigen jika campuran udara-bahan bakar tidak terbakar sempurna didekat dindin silinder antara torak dan silinder. Hal ini terjadi jika motor baru dihidupkan pada putaran Idle. Hidrokarbon dapat dipancarkan tidak hanya pada campuran udara-bahan bakar yang kaya, tetapi juga terjadi pada campuran udara-bahan bakar yang miskin. Konsentrasi CO pada gas buang semakin tinggi terjadi pada sifat campuran udara-bahan bakar yang kaya (  < 1), sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 2.7.

Gambar 2.7. Diagram Konsentrasi Gas Buang Sebagai Fungsi 

Komposisi udara atmosfir normal yang digunakan dalam proses pembakaran ditunjukkan dalam table 2.1.


22

Tugas Akhir

Tabel 2.1. Komposisi Udara Atmosfir Normal Proses Pembakaran Mol fraksi

Berat molekul

Berat molekul

O2

Analisis volume (%) 20.99

0.2099

32

6.717

N2

78.03

0.7803

28.016

21.861

Ar

0.94

0.0094

39.944

0.376

CO2

0.03

0.0003

44.003

0.013

H2

0.01

0.0001

2.016

0.0002

Total

100

1.0000

Gas

BM udara 28.967

Dalam proses pembakaran (Oksidasi) yang sempurna (Teoritis) dari bahan bakar bensin (C8H18) selalu membutuhkan sejumlah udara tertentu agar bahan bakar tadi dapat dibakar secara sempurna. Misalnya untuk membakar bensin dengan sempurna dibutuhkan udara sekitar 15 kali berat bahan bakarnya atau sekitar 60 kali volumenya jika bensin tadi menjadi gas. Hal ini dinyatakan dalam persamaan kimia pada oksidasi isooktan (C8H18).

12,5(O2 + 3,76 N2)

C8H18

1 mol, 114 gr

+

Udara 59,5 mol,1716 gr

8CO2 + 9 H2O + 47 N2

→

Gas terbakar 64 mol, 1831 gr

1212 kkal

+

Nilai kalor dari 114 gr bahan bakar

Persamaan reaksi kimia pembakaran secara lengkap dapat dituliskan: C8H18 + 12,5 O2 + 47 N2  8CO2 + 9H2O + 47 N2


23

Tugas Akhir

Perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio = AFR) ideal (Teoritis), dinyatakan dengan: AFR 

1716 gr  15 114 gr

Harga perbandingan ini disebut juga perbandingan Stoichiometri, yang menyatakan kebutuhan udara minimum untuk pembakaran sempurna suatu bahan bakar. Tetapi dalam praktek pembakaran sempurna sebagaimana yang dinyatakan di atas tidak perna terjadi. Dalam praktek, pembakaran akan berlangsung dengan reaksi sebagai berikut: Pembakaran 2C8 H 18  O2  N 2 CO2  H 2 O  CO  HC  NO  gaslain  Campuranudara  Bahanbakar Gasbuang

Faktor kelebihan udara,  (Lambda) menyatakan perbandingan berapa banyak udara yang harus disediakan (actual) terhadap udara yang dibutuhkan secara tioritis, Misalnya  = 1.2 menunjukkan bahwa udara yang direncanakan adalah 20% melebihi perbandingan tioritisnya.

2.13. Persamaan Kesetimbangan Kimia Untuk mendapatkan perbandingan udara-bahan bakar pada proses pembakaran, dapat dianalisa dari komposisi produk pembakaran yang diukur dengan Exhaust Gas Analyser. Dua metode kesetimbangan kimia yang dapat digunakan diantaranya adalah:



Kesetimbangan Karbon



Kesetimbangan Karbon- Hidrogen


24

Tugas Akhir

Kesetimbangan Karbon Merupakan metode yang paling mudah digunakan. Pada metode ini komposisi bahan bakar yang digunakan sudah diketahui, misalnya bensin C8H18. Nitrogen pada produk dihitung dari 100% - (jumlah % produk lain) dan Racio gas. Nitrogen terhadap Oksigen:

N2 N2  3.764 , atau O2 . O2 3.764

Jumlah molekul bahan bakar tidak diketahui dan diasumsikan dengan 

Kesetimbangan Karbon-hidrogen Kesetimbangan karbon-hidrogen terutama digunakan jika komposisi bahan bakar tidak diketahui dan tidak dapat diestimasi melalui metode kesetimbangan karbon maupun kesetimbangan hidrogen secara terpisa. Yang dapat dilakukan adalah menggabungkan kedua metode kesetimbangan tersebut yaitu kesetimbangan karbonhidrogen. Jika komposisi bahan bakar diketahui serta terdapat produk pembakaran yang seharusnya ada tetapi tidak teridentifikasi (misalnya uap air, H2O), maka untuk melakukan analisa perbandingan udara bahan bakar digunakan gabungan kesetimbangan karbon, hidrogen dan oksigen. Tingginya konsentrasi karbon monoksida pada gas buang terutama disebabkan oleh:



Karburator / Injektor yang kotor



Kotornya Filter udara



Tertutupnya katup Choke


25

Tugas Akhir

Sedangkan tingginya konsentrasi hidrokarbon pada gas buang terutama desebabkan karena:



Permasalahan pengapian (Bensin tidak terbakar)



Rendahnya perbandingan kompresi



Rendahnya tekan hisap

2.14. Sistem Bahan Bakar Motor Bensin [ 1 ] Pada motor bensin selalu diharapkan bahwa bahan bakar dan udara sudah tercampur dengan baik sebelum terjadi penyalaan oleh busi Pada gambar 2.8. Ditunjukkan sistem saluran bahan bakar pada motor bensin. Pompa bahan bakar menyalurkan bahan bakar ke karburator untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar yang harus tersedia di karburator. Sebelum masuk kedalam silinder, bahan bakar bercampur dengan udara yang mengalir masuk melalui karburator yang mengatur pemasukkan bahan bakar, Pencampuran dengan udara, pengabutan bahan bakar kedalam arus udara masuk sehingga diperoeh perbandingan campuran udara bahan bakar yang sesuai dengan kondisi beban dan putaran poros engkol.


26

Tugas Akhir

Gambar 2.8. Skema Sistem Bahan Bakar Motor Bensin

Penyempurnaan percampuran bahan bakar udara tersebut berlangsung baik di saluran hisap maupun di dalam silinder sebelum campuran udara-bahan bakar tersebut terbakar. Campuran kaya (Kelebihan bahan bakar) dibutuhkan untuk kondisi tampa beban dan beban penuh, sedangka campuran miskin (Kelebihan udara) dibutuhkan pada kondisi operasi normal. Jumlah bahan bakar yang dapat terbakar tergantung pada jumlah udara yang ada didalam silinder pada saat langka hisap. Perlu diingat bahwa keadaan sebenarnya udara yang masuk kedalam silinder menyerap kalor dari katup hisap, dinding silinder, serta bagian lainnya yang panas. Karena itu suhu udara yang masuk ke dalam silinder lebih tinggi dari suhu atmosfir, sehingga massa jenisnya menjadi lebih rendah. Dalam kondisi ideal jumlah udara yang masuk ke dalam silinder untuk motor 4langkah dinyatakan dengan: Mudara = VL   udara  Z  n  1  60kg / jam 2


(2.19)

27

Tugas Akhir

Dimana: Mudara

= Massa udara yang mengalir ke dalam silinder yang ideal, kg/jam

VL

= Volume langkah torak per silinder, (m3)

 udara

= Massa jenis udara pada kondisi masuk (Atmosfir), (kg/ m3)

Z

= Jumlah silinder

N

= Putaran poros engkol, (rpm)

Karena vulume langkah torak VL tidak lain adalah perkalian antara luas penampang silinder A dengan panjang langkah torak L, maka persamaan diatas dapat dituliskan ulang sebagai berikut : M udara  A  L   udara  Z  n  1  60kg / jam 2


(2.20)

28

Tugas Akhir

2.15. Exhaust Gas Analyser [ 6 ] Pada Gambar 2.9. Ditunjukkan Skema Prinsip Kerja Dari Exhaust Gas Analyser.

Gambar 2.9. Prinsip Kerja Exhaust Gas Analyser

Perangkat Exhaust Gas Analyser ini mendeteksi kadar CO, HC, CO2 berdasarkan prinsip pemilihan Absorpsi radiasi masing-masing gas dalam daerah panjang gelombang radiasi infra merah yang diukur. Sampel gas diambil dari saluran buang probe (Sample Taking Probe). Yang dilengkapi dengan Filter pemisah kondesat dan menuju ke sel Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

29

Tugas Akhir

pengukur (Measurement Cell). Disini sinar cahaya infra merah yang dibangkitkan oleh pemancar infra merah

(Infra Red Transmitter) diteruskan ke komponen-komponen

pengukur setelah melewati filter optic (Optic Filter) dan penerima radiasi infra merah (Infra Red Recever) diperlemah sampai panjang gelombang tertentu oleh gas yang terdapat pada sel pengukur. Pelemahan terjadi pada panjang gelombang spesifik (Spectrum Absorpsi) berdasarkan tipe dari gas. Molekul-molekul gas dengan jumlah atom yang sama (H2, N2, O2) tidak mengalami Absorpsi pada daerah infra merah. Di sisi lain molekul-molekul gas dengan jumlah atom yang berada (CO, HC, CO2) menunjukkan pita Absorpsi yang berbeda didaera radiasi infra merah. Semakin besar Absorpsi semakin besar pula konsentrasi gas yang terjadi. Variasi yang terjadi data dideteksi dengan bantuan sensor elektronik yang diawali oleh Filter optic yang hanya mengijinkan sinar infra merah yang lewat dengan panjang yang sesuai. Prosentase oksigen dideteksi dengan menggunakan tipe sensor kimia yang memancarkan sinyal lisrik linier berdasarkan prosentase efektif dari oksigen. Pada gambar 2.10 ditunjukkan tampak depan komponen dari peralatan Exhaust Gas Analyser tersebut.

Kode angka pada displai RPM :



01

= Warming-up (Pemanasan, maksimum 15 menit)



21

= Auto-zero (Kalibrasi otomatis, berulang secara periodik waktu Tertentu )



03

= Siap digunakan


30

Tugas Akhir

Gambar 2.10. Tampak Depan Exhaust Gas Analyser


31

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents