BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum 2.1.1 Motor Diesel Motor diesel adalah motor bakar torak yang proses penyalaannya bukan menggunakan loncatan bunga api melainkan ketika torak hampir mencapai titik mati atas (TMA) bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar melalui nosel sehingga terjadilah pembakaran pada ruang bakar dan udara dalam silinder sudah mencapai temperatur tinggi. Syarat ini dapat terpenuhi apabila perbandingan kompresi yang digunakan cukup tinggi, yaitu berkisar 16-25. (Arismunandar. W,1988)

Gambar 2.1 Rangkaian motor diesel Sumber : Arismunandar, W. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. ITB Bandung. 1998

Motor diesel adalah salah satu dari internal combustion engine (motor dengan pembakaran didalam silinder), dimana energi kimia dari bahan bakar langsung diubah menjadi tenaga kerja mekanik. Pembakaran pada motor diesel akan lebih sempurna pada saat unsur karbon (C) dan hidrogen (H) dari bahan bakar diubah menjadi air (𝐻𝐻2𝑂𝑂) dan karbon dioksida (𝐶𝐶𝐶𝐶2), sedangkan gas karbon monoksida (CO) yang terbentuk lebih sedikit dibanding dengan motor bensin. (Mulyoto Harjosentono, 1981)

14

http://digilib.mercubuana.ac.id/

Pada mesin pembakaran luar proses pembakaran terjadi di luar mesin dimana energi termal dari gas hasil pembakaran dipindah ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Sedangkan pada mesin pembakaran dalam atau dikenal dengan motor bakar, proses pembakaran terjadi di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Motor diesel disebut juga motor bakar atau mesin pembakaran dalam karena pengubahan tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanik dilaksanakan di dalam mesin itu sendiri. Di dalam motor diesel terdapat torak yang mempergunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak bolakbalik (translasi). Di dalam silinder itu terjadi pembakaran antara bahan bakar solar dengan oksigen yang berasal dari udara. Gas yang dihasilkan oleh proses pembakaran mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penggerak. Gerak tranlasi yang terjadi pada torak menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi tersebut mengakibatkan gerak bolak-balik torak Konsep pembakaran pada motor diesel adalah melalui proses penyalaan kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran ini dapat terjadi karena udara dikompresi pada ruangan dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar daripada motor bensin (7-12), yaitu antara (14-22). akibatnya udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar.

2.1.2 Prinsip Kerja Siklus 4 langkah pada dasarnya adalah piston melakukan 4 kali langkah dan crankshaft melakukan 2 kali langkah untuk menghasilkan satu kali tenaga atau satu kali pembakaran. Untuk lebih jelasnya, berikut adalah prinsip kerja motor diesel 4 langkah. 1. Langkah Hisap Pada langkah hisap, udara dimasukkan ke dalam silinder. Piston membentuk kevakuman didalam silinder seperti pada mesin bensin, piston bergerak kebawah dari TMA menuju TMB. Terjadinya vakum ini menyebabkan katup hisap terbuka dan memungkinkan udara segar masuk kedalam silinder. Sedangkan katup buang menutup selama melakukan langkah hisap. 2. Langkah Kompresi Pada langkah kompresi, piston bergerak dari TMB menuju TMA. Pada saat ini kedua katup hisap dan buang tertutup. Udara yang dihisap selama langkah hisap

15


kemudian ditekan pada 8º-12º sebelum piston mencapai titik TMA bahan bakar dikabutkan maka terjadilah pembakaran. 3. Langkah Kerja Energi pembakaran mengekspansikan dengan cepat sehingga piston terdorong kebawah. Gaya yang mendorong piston kebawah diteruskan ke connecting rod dan poros engkol dirubah menjadi gerak putar untuk memberi tenaga pada mesin 4. Langkah Buang Pada saat piston menuju TMB, katup buang terbuka dan gas sisa hasil pembakaran dikeluarkan melalui katup buang pada saat piston bergerak ke atas lagi. Gas akan terbuang habis pada saat piston mencapai TMA

Gambar 2.2 Siklus 4 langkah

Sumber : Arismunandar, W. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. ITB Bandung. 1998

Gambar 2.2 Diagram P-V Sebenarnya Motor Diesel 4 Langkah Proses ini sering disebut dengan proses otto yaitu proses yang sering terjadi dalam motor diesel 4 langkah, dimana proses pembakarannya menggunakan nozzle dan proses pembakaran terjadi dengan volume tetap.

16


Gambar 2.3 Diagram P-V Motor Diesel 4 Langkah Sumber : Arismunandar, W. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. ITB Bandung. 1998

Keterangan : 0 – 1 = Langkah hisap 1 – 2 = Langkah kompresi 2 – 3 = Langkah pembakaran 3 – 4 = Langkah ekspansi 4 – 1 = Pembuangan pendahuluan 1 – 0 = Langkah buang

2.2 Dasar Perhitungan Thermodinamika 2.2.1. Siklus Thermodinamika Siklus aktual pada mesin dengan pembakaran didalam (internal combustion engine) dihitung dengan maksut untuk menentukan parameter dasar thermodinamika suatu siklus kerja yang ditunjukkan dengan tekanan yang konstan dan konsumsi bahan bakar spesifik. Untuk siklus aktual dari motor diesel sendiri ditunjukkan pada gambar berikut.

17


Gambar 2.4 Diagram P-V siklus aktual Sumber : Arismunandar, W. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. ITB Bandung. 1998

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Mesin Diesel Karakteristik bahan bakar mesin diesel yaitu: a. Volatilitas (Penguapan) Penguapan adalah sifat kecenderungan bahan bakar untuk berubah fasa menjadi uap. Tekanan uap yang tinggi dan titik didih yang rendah menandakan tingginya penguapan. Makin rendah suhu ini berarti makin tinggi penguapannya. b. Titik Nyala Titik nyala adalah titik temperatur terendah dimana bahan bakar dapat menimbulkan uap yang dapat terbakar ketika disinggungkan dengan percikan atau nyala api. Nilai titik nyala berbanding terbalik dengan penguapan. c. Viskositas Viskositas menunjukkan resistensi fluida terhadap aliran. Semakin tinggi viskositas bahan bakar, semakin sulit bahan bakar itu diinjeksikan. Peningkatan viskositas juga berpengaruh secara langsung terhadap kemampuan bahan bakar tersebut bercampur dengan udara. d. Kadar Sulfur Kadar sulfur dalam bahan bakar diesel yang berlebihan dapat menyebabkan terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran.

18


e. Kadar Air Kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar dapat membentuk kristal yang dapat menyumbat aliran bahan bakar. f. Kadar Abu Kadar abu menyatakan banyaknya jumlah logam yang terkandung dalam bahan bakar. Tingginya konsentrasi dapat menyebabkan penyumbatan pada injeksi, penimbunan sisa pembakaran. g. Kadar Residu Karbon Kadar residu karbon menunjukkan kadar fraksi hidrokarbon yang mempunyai titik didih lebih tinggi dari bahan bakar, sehingga karbon tertinggal setelah penguapan dan pembakaran bahan bakar. h. Titik Tuang Titik tuang adalah titik temperatur terendah dimana bahan bakar mulai membeku dan terbentuk kristal-kristal parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar. i. Kadar Karbon Kadar karbon menunjukkan banyaknya jumlah karbon yang terdapat dalam bahan bakar. j. Kadar Hidrogen Kadar hidrogen menunjukkan banyaknya jumlah hidrogen yang terdapat dalam bahan bakar. k. Angka Setana Angka setana menunjukkan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri (auto ignition). Semakin cepat suatu bahan bakar mesin diesel terbakar setelah diinjeksikan ke dalam ruang bakar, semakin tinggi angka setana bahan bakr tersebut. Angka setana bahan bakar adalah persen volume dari setana dalam campuran setana dan alfa-metilnaftalen yang mempunyai mutu penyalaan yang sama dengan bahan bakar yang diuji. Bilangan setana 48 berarti bahan bakar setara dengan campuran yang terdiri atas 48% setana dan 52% alfa-metil-naftalen. l. Nilai Kalor Nilai kalor menunjukkan energi kalor yang dikandung dalam setiap satuan massa bahan bakar. Semakin tinggi nilai kalor suatu bahan bakar, semakin besar energi yang dikandung bahan bakar tersebut persatuan massa. m. Massa Jenis Massa jenis menunjukkan besarnya perbandingan antara massa dari suatu bahan bakar dengan volumenya 19


2.4 Teori Pembakaran Pada motor bakar, proses pembakaran merupakan reaksi kimia yang berlangsung sangat cepat antara bahan bakar dengan oksigen yang menimbulkan panas sehingga mengakibatkan tekanan dan temperatur gas yang tinggi. Kebutuhan oksigen untuk pembakaran diperoleh dari udara yang memerlukan campuran antara oksigen dan nitrogen, serta beberapa gas lain dengan persentase yang relatif kecil dan dapat diabaikan. Reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang diperoleh dari udara akan menghasilkan produk hasil pembakaran yang komposisinya tergantung dari kualitas pembakaran yang terjadi. Dalam pembakaran proses yang terjadi adalah oksidasi dengan reaksi sebagai berikut:

Gambar 2.5 Proses Pembakaran Mesin Diesel Pembakaran di atas dikatakan sempurna bila campuran bahan bakar dan oksigen (dari udara) mempunyai perbandingan yang tepat, hingga tidak diperoleh sisa. Bila oksigen terlalu banyak, dikatakan campuran “lean” (kurus), pembakaran ini menghasilkan api oksidasi. Sebaliknya, bila bahan bakarnya terlalu banyak (atau tidak cukup oksigen), dikatakan campuran “rich” (kaya), pembakaran ini menghasilkan api reduksi. Dalam pembakaran, ada pengertian udara primer yaitu udara yang dicampurkan dengan bahan bakar di dalam burner (sebelum pembakaran) dan udara sekunder yaitu udara yang dimasukkan dalam ruang pembakaran setelah burner, melalui ruang sekitar ujung burner atau melalui tempat lain pada dinding dapur. Berat massa bahan yang masuk ruang

20


pembakaran

=

berat

massa

bahan

yang

keluar.

Gambar 2.6 Skema Sistem Penyaluran Bahan Bakar sampai Menjadi Gas Buang

(a + b) = (c + d + e) a = berat bahan kering + air (kelembaban). b = berat udara + uap air yang terkandung dalam udara. Air dalam d dan e = (air yang terkandung dalam bahan bakar) + (air dari kelembaban udara) + (air yang terbentuk dari reaksi pembakaran). Supaya dihasilkan pembakaran yang baik, maka diperlukan syarat-syarat sebagai berikut: 1. Jumlah udara yang sesuai 2. Temperatur yang sesuai dengan penyalaan bahan bahan bakar 3. Waktu pembakaran yang cukup 4. Kerapatan yang cukup untuk merambatkan api dalam silinder. 5. Reaksi pembakaran baik bahan bakar solar maupun bahan bakar metanol merupakan reaksi oksidasi antara senyawa hidrokarbon dengan oksigen sehingga dihasilkan produk berupa karbon dioksida, uap air, oksida nitrogen atau produk lainnya tergantung pada kualitas pembakaran. Reaksi pembakaran stoikiometri solar (C18 H23): CaHb + (a+b/4)(O2+3,773N2)

aCO2 + (b/2)H2O + 3,773(a+b/4)N2

C12H23 + (12+23/4)(O2+3,773N2)

12CO2 + (23/2)H2O + 3,773(12+23/4)N2

C12H23 + (17,75)(O2+3,773N2)

12CO2 + 11,5H2O + 3,773(17,75)N2

21


Perbandingan nilai mol : C12H23 + (17,75)(O2+3,773N2)

12CO2 + 11,5H2O + 3,773(17,75)N2

1.C12H23 + (17,75.O2 + 66,97.N2)

12.CO2 + 11,5.H2O + 66,97.N2

Relatif massa : 1.C12H23 + (17,75.O2 + 66,97.N2) 1{(12x12)+(1x23)} + {(17.75x32)+(66,97x28)}

12.CO2 + 11,5.H2O + 66,97.N2 12(44) + 11,5(18) + 66,97(28)

167 + 2443,16 = 2610,16 Per unit massa = 1 + 14,6 = 15,6 Hasil stokiometrik (A/F)s = 14,6 dan (F/A)s = 0,0689 Produk pembakaran campuran udara-bahan bakar dapat dibedakan menjadi: 1. Pembakaran sempurna (pembakaran ideal) Setiap pembakaran sempurna menghasilkan karbon dioksida dan air. Peristiwa ini hanya dapat berlangsung dengan perbandingan udara-bahan bakar stoikiometris dan waktu pembakaran yang cukup bagi proses ini. 2. Pembakaran tak sempurna Peristiwa ini terjadi bila tidak tersedia cukup oksigen. Produk pembakaran ini adalah hidrokarbon tak terbakar dan bila sebagian hidrokarbon terbakar maka aldehide, ketone, asam karbosiklis dan sebagian karbon monoksida menjadi polutan dalan gas buang. 3. Pembakaran dengan udara berlebihan Pada kondisi temperatur tinggi nitrogen dan oksigen dari udara pembakaran akan bereaksi dan akan membentuk oksida nitrogen (NO dan NO2). Disamping itu produk yang dihasilkan dari proses pembakaran dapat berupa oksida timah, oksida hologenida, oksida sulfur, serta emisi evaporatif seperti hidrokarbon ringan yang teremisi dari sistem bahan bakar.

2.5 Hidrodinamika Magnet Penggunaan magnet ditujukan untuk menghemat bahan bakar dikarenakan di dalam ring magnet terjadi proses magnetisasi. Proses magnetisasi diperlukan agar bahan bakar lebih mudah mengikat oksigen selama proses pembakaran dan mengurangi produk unburned hydrocarbon hasil proses pembakaran bahan bakar. Hal ini disebabkan ukuran struktur molekul bahan bakar akan berubah menjadi ikatan yang lebih kecil akibat magnetisasi (Gambar 2.6). Ukuran molekul yang lebih kecil ini secara langsung akan

22


berakibat pada semakin mudahnya proses pembakaran dalam ruang bakar. Dengan kata lain proses magnetisasi pada bahan bakar akan membuat pembakaran lebih sempurna

Gambar 2.7 Proses Ionisasi Gaya Magnet 2.6 Ring Magnetik Ring Magnetik adalah sebuah sebuah tabung yang mengandung potensi medan magnet dengan masing-masing kutub N (utara) S (selatan). Komponennya berupa tabung Stainlees Steel yang memiliki Inlet dan Outlet. Coulomb menemukan adanya medan gaya magnet yang dihasilkan diantara dua kutub berbeda. Kemudian teori berkembang lebih ke arah molekuler dimana pada tahun 1982 Webber dan dikembangkan oleh Ewing mengemukakan teori bahwa ”molekul suatu zat benda, telah mengandung potensi magnet dengan masing-masing kutub N (utara) dan S (selatan)”. Pada keadaan tidak termagnetisasi, molekul kecil magnet berada dalam bentuk tidak beraturan. Dan jika dipengaruhi medan magnet pada partikelnya, maka molekul tersebut mempunyai gaya magnet untuk bergerak dan menyesuaikan kutub magnet dengan induksi magnet yang diberikan

Gambar 2.8 Ring Magnetik

23


2.7 Turbo Charger 2.7.1. Pengertian Turbocharger Turbocharger adalah sebuah alat peningkat kinerja mesin pembakaran yang mendapat daya dari turbin, sumber tenaga turbin berasal dari gas buang kendaraan. Untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan massa oksigen yang akan memasuki mesin. Kunci keuntungan dari turbocharger adalah mereka menawarkan sebuah peningkatan yang cukup banyak dalam tenaga mesin hanya dengan sedikit menambah berat.

Gambar 2.9 Turbocharger (sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/turbocharger)

Turbocharger meningkatkan output tenaga mesin sewaktu mesin dalam kondisi operasional, dan turbocharger adalah jenis sistem induksi paksa. Turbocharger memampatkan udara mengalir ke dalam mesin. Keuntungan dari kompresi udara memungkinkan mesin memasukkan lebih banyak udara ke dalam silinder, dan lebih banyak udara berarti lebih banyak bahan bakar dapat ditambahkan. Oleh karena itu, mesin mendapatkan daya yang lebih dari setiap ledakan di dalam silinder masingmasing. Sebuah mesin turbocharger menghasilkan tenaga lebih daripada mesin standar yang tanpa turbocharger. Untuk mencapai peningkatan ini, turbocharger menggunakan aliran gas buang dari mesin untuk memutar turbin, yang pada gilirannya berputar pompa udara. Turbin pada turbocharger berputar pada kecepatan hingga 150.000 rotasi per menit (rpm) –

24


yang sekitar 30 kali lebih cepat daripada mesin mobil yang bekerja, karena tersambung ke knalpot maka suhu di turbin juga sangat tinggi. Turbocharger memiliki tiga bagian penting: roda turbin, roda kompressor dan rumah as. Roda turbin yang bersudu-sudu ini berputar memanfaatkan tekanan gas buang keluar, kemudian melalui as terputarnya roda turbin ini berputar pula roda kompressor dengan sudu-sudunya sehingga memompa udara masuk dalam massa yang padat. Mengingat komponen ini sering berputar melebihi 80,000 putaran per-menit maka pelumasan yang baik sangat diperlukan. 2.8 Perhitungan Parameter pada mesin diesel A. Proses keadaan Langkah Hisap Untuk menghitung tekanan udara (pa) dan temperatur (Ta) serta efisiensi (ηch) pengisisan awal kompresi maka dapat menggunakan rumus-rumus sebagai berikut. 1.

Tekanan udara pada awal kompresi Untuk motor 4 langkah tanpa menggunakan supercharger Pa

= ( 0.85 ÷ 0.92 ), (Kg/Cm2)

dengan :

2.

Pa

= Tekanan awal kompresi, kg/cm2

Po

= Tekanan udara luar, kg/cm2

Temperatur pada awal langkah kompresi Temperatur awal kompresi adalah temperatur campuran bahan bakar yang berada dalam silinder saat piston melakukan langkah kompresi. ,( oK)

Ta = dengan : To

= Temperatur udara luar, (oK)

∆tw = Pertambahan temperatur percampuran udara bahan bakar, (oC) Tr

= 700 – 800 oK, adalah temperatur sisa gas pembakaran sebelum bercampur dengan udara yang masuk ke dalam silinder untuk mesin diesel.

𝛾r

= (0.03÷0.04) = Koefisisen gas residu mesin 4 langkah 25


3. Efisiensi pemasukan (Charge Efficiency) Efisiensi pemasukan adalah perbandingan jumlah pemasukan udara segar sebenarnya yang dikompresikan didalam silinder mesin yang sedang bekerja dan jumlah volume langkah pada tekanan dan temperatur udara luar (𝑃0 dan 𝑇0).C dengan : η

(

)

= Perbandingan kompresi

(

𝛾 )

(untuk diesel kecepatan tinggi 13-19)

𝑃o

= Tekanan udara luar, ( Kg/Cm2 )

𝑃a

= Tekanan awal kompresi, (Kg/Cm2 )

𝑇a

= Temperatur awal kompresi, (oK)

𝛾r

= Koefisien gas-gas residu ( untuk diesel 4 langkah 1,3 – 1,7)

To

= Temperatur awal udara sekitar (oK)

B . Perhitungan Parameter Proses Kompresi Untuk mempermudahkan perhitungan tekanan (pc) dan temperatur (Tc) pada akhir langkah-kompresi maka garis kompresi diasumsikan sebagai suatu lengkungan polytropik yang mempunyai eksponent n1. Untuk mesin diesel harga n1 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 n1 menjadi lebih besar. Harga n1 ini pun akan menjadi lebih besar,bila bertambahnya beban mesin serta dengan meningkatnya temperatur. 1.

Tekanan udara pada akhir langkah kompresi ( Pc ) Tekanan akhir kompresi adalah tekanan campuran bahan bakar dalam silinder pada akhir langkah kompresi. Pc = P a .

, (Kg/Cm2)

dengan : Pa = Tekanan awal kompresi, (Kg/Cm2) (Pa = 0,85 – 0,90 Kg/Cm2) 2.

Temperatur pada akhir langkah kompresi ( Tc )

26


Temperatue akhir kompresi adalah temperatur campuran bahan bakar dalam silinder pada akhir langkah kompresi. , (oK)

Tc = Ta .

Ta = Temperatur awal kompresi, ( Kg/Cm2 )

dengan :

ε = 17 (diesel kecepatan tinggi 13 – 19) n1 = 1,34 ( diesel kecepatan tinggi 1,34 – 1,39) 3.

Kenaikan Tekanan ( λ ) λ = dengan :

Pz = Tekanan maksimmum akhir langkah pembakaran λ = Rasio tekanan (1,6 – 2 )

C. Perhitungan 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 unsur-unsur bahan bakar antara lain carbon,hidrogen,oksigen serta nitrogen. Secara 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.

Kebutuhan udara teoritis yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar cair adalah : Lth1 =

𝐶

𝐻 + +

𝑂

,( mol / kg bahan bakar)

dengan : C

= kandungan Carbon dalam bahan bakar

H

= kandungan Hidrogen dalam bahan bakar

O

= kandungan Oksigen dalam bahan bakar

27


2.

Banyaknya udara teoritis dalam satuan berat adalah : LO = 28.95 . LO1

3.

Jumlah udara sebenarnya yang diperlukan unutk pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar cair yaitu : . LO1

L =

; ( mol/kg bahan bakar )

dengan : = koefisien udara lebih (1,3 – 1,7 untuk mesin diesel kecepatan tinggi) 4.

Jumlah Substansi kerja didalam silinder pada akhir kompresi. M1 = L (1 + ϒ ) Dengan ϒ = koefisien gas sisa ( ϒ = 0,03 – 0,05 )

5.

Jumlah unsur-unsur hasil pembakaran dari 1 kg bahan bakar adalah : -

Carbondioksida ( CO2 ) MCO2 =

-

Uap air ( H2O ) MH2

-

=

, ( mol )

Nitrogen yang terdapat dalam udara ( N2 ) MN2

-

, ( mol )

= 0.79 .

. LO1 , ( mol )

Oksigen MO2

= 0.21 . (

) . LO1 , ( mol )

Jadi jumlah gas-gas hasil pembakaran dari 1 kg bahan bakar Mg = MCO2+ MH2O + MN2 + MO2 6.

Koefisien Kimiawi perubahan molekul (

)

o =

28


7.

Koefisien kimiawi perubahan molekul dengan memperhitungkan gas-gas residu (

) + 𝛾r ) / ( 1 + 𝛾r )

( 8.

Kapasitas panas molekul gas-gas pada volume konstan ( MCV)g = Ag + Bg . Tz , ( Kcal/mol.oK dengan : Ag =(VCO2 . ACO2 ) + ( VH2O . AH2O ) + ( VN2 . AN2 ) + ( VO2 . AO2 ) Bg =(VCO2 . BCO2 ) + ( VH2O . BH2O ) + ( VN2 . BN2 ) + ( VO2 . BO2 )

9.

Kapasitas molekul gas-gas pada tekanan konstant ( MCp)g = ( MCV )g + 1.985, (Kcal/mol oK)

10.

Kapasitas panas molekul udara pada volume konstant dan temperatur ( Tc ) ( MCv)a = Aa + Ba . Tc , (Kcal/mol oK)

11.

Temperatur pembakaran maksimum + [(MCV)a + (1.985.λ)].Tc =

𝜉 (

(

)g.Tz

𝛾)

dengan : 𝜉z = Koefisien keuntungan kalor sepanjang segmen garis pembakaran Untuk memperoleh harga Tz maka digunakan persamaan kuadrat : √

D. Perhitungan Parameter Proses Ekspansi 1.

Perbandingan ekspansi pendahuluan (ρ) Perbandingan ekspansi pendahuluan adalah rasio yang menunjukkan perubahan yang terjadi pada gas hasil pembakaran campuran bahan bakar pada awal langkah kompresi. ρ =

29


Dimana : 𝜌 = Perbandingan ekspansi pendahuluan μ = Koefisien pembakaran molekul 𝑇 = Temperatur pembakaran pada volume tetap (ºK) λ = Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran 𝑇𝑐 = Temperatur akhir kompresi (ºK) 2.

Perbandingan ekspansi lanjutan ( ) Perbandingan kompresi disini adalah rasio yang menunjukkan perubahan pada gas hasil pembakaran selama langkah ekspansi.

 = Dimana : = Perbandingan kompresi selanjutnya ε = Perbandingan kompresi 𝜌 = Perbandingan ekspansi pendahuluan

3.

Tekanan Akhir Ekspansi (Pb) n2 , ( Kg/ Cm2 )

Pb = 𝑃 4.

Temperatur Akhir Ekspansi (Tb) 𝑇

𝑇

𝜌

(n2-1)

2.9 Perhitungan EfIsiensi Thermis Efisiensi mesin menggambarkan tingkat efektifitas mesin dalam bekerja. Konsep efisiensi menjelaskan tentang perbandingan antara energi yang berguna dengan energi yang masuk secara alamiah yang tidak pernah mencapai 100%. Pada motor bakar ada beberapa definisi dari efisiensi yang menggambarkan kondisi efektifitas mesin saat bekerja.

30


1. Efesiensi Thermis Indikator 𝜂t = 632/(bi x Hi) Dimana bi : bahan bakar spesifik indicator Hi : nilai kalor bahan bakar 2. Efesiensi Thermis Efektif (€te) 𝜂te = 𝜂t x 𝜂m Dimana 𝜂t : efesiensi thermis indicator 𝜂m : efesiensi thermis mesin 2.10 Perhitungan Daya Mesin (Ne) Daya mesin yang dihasilkan pada poros dapat dihitung dengan rumus

Ne =

, HP

Dimana D : diameter silinder, ( Cm ) S

: panjang langkah torak , ( Cm )

n

: putaran mesin , ( Rpm )

a : jumlah silinder Pe : tekanan efektif, ( Kg/Cm2 ) z

: koefisien tak untuk mesin 4 langkah = 2

2.11 Perhitungan Torsi Mesin (Tb) Torsi mesin dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut Tb = 716.2 x Dimana Nb

: daya mesin , ( HP )

n

: putaran mesin , ( Rpm )

31


2.12 Tekanan Efektif (Pe) HP = Pe ( П/4 ). D2 . L. i. N 60. 75. 2 Dimana : D : Diameter Silinder (Cm) L : Panjang Langkah Piston (Cm) i : Jumlah Silinder 2.13 Konsumsi Bahan Bakar (FC) Konsumsi Bahan Bakar (FC) Adalah jumlah bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin per satuan waktu. Konsumsi bahan bakar dapat diketahui dengan cara menghitung waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bahan bakar pada volume tertentu (Maleev, 1989) Persamaannya adalah : FC= Vbb . ρbb . (Tbb/3600) (Kg/S) Dimana : Vbb = Volume bahan bakar (m3) ρbb = Massa jenis bahan bakar (kg/m3) = (0,832 kg/m3) tbb = Waktu pemakaian bahan bakar (S)

2.14 Daya efektif (Ne) Daya efektif dirumuskan sebagai parameter yang menunjukkan kinerja mesin dalam membangkitkan daya padaberbagai kondisi operasi yang diberikan. Adapun daya efektif dapat diketahui melalui beberapa persamaan berikut ( Tsuda, Koichi 2002). Persamaannya adalah : Ne = Pe .П. r2 . a .n .z 60.100 .75

32


dimana : Pe = tekanan efektif rata-rata (Kg/Cm2) r

= jari –jari silinder

a = jumlah siklus per putaran n = putaran poros engkol (Rpm) z = jumlah silinder

2.15 Konsumsi bahan Bakar Spesifik (SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik dinyatakan dalam jumlah bahan bakar yang dibutuhkan mesin dalam satuan waktu untuk menghasilkan daya sebesar 1 kW. Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption adalah ukuran nilai ekonomis suatu mesin dalam penggunaan bahan bakar (Maleev, 1989) Persamaannya adalah : SFC = FC

(Kg/KW jam)

Ne dimana : FC = Konsumsi bahan bakar (Kg/Jam) Ne = Daya efektif (KW)

33


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents